Проектирование базы геоданных:общий обзор
Процесс проектирования базы геоданных включает в себя выполнение набора стандартных операций ГИС-проектирования. По этой причине вы должны обладать общими знаниями о целях и методах ГИС-проектирования. В данном разделе дается общая информация.
ГИС-проектирование включает в себя процесс организации географической информации в группы тематических данных (темы данных), то есть слоев, которые могут быть объединены с использованием сведений об их географическом расположении. Таким образом, можно сделать вывод о том, что процесс проектирования базы геоданных должен начинаться с определения того, какие наборы тем данных будут использоваться. После этого вам будет нужно определить содержание и представление каждого из тематических слоев.
Это включает в себя определение:
- Как географические объекты будут представлены в каждой теме данных (например, в виде точек, линий, полигонов или в виде растров), а также их табличные атрибуты
- Как данные будут организованы в таких наборах данных, как классы пространственных объектов, наборы атрибутов, наборы растровых данных и так далее
- Какие дополнительные пространственные элементы и элементы базы данных будут нужны для обеспечения правил целостности данных, для реализации расширенных ГИС-моделей поведения (например, топология, сети и каталоги растров), а также для определения пространственных и атрибутивных отношений между наборами данных
Представление
Каждый проект базы данных ГИС основывается на принятии решения о том, какие географические представления будут использоваться для каждого набора данных. Отдельные географические сущности могут быть представлены в виде
- Классов пространственных объектов (наборов точек, линий и полигонов)
- Изображений и растров
- Непрерывных поверхностей, которые могут быть представлены в виде пространственных объектов (например, изолиний), растровых изображений (цифровых моделей рельефа [ЦМР, (DEM)]) или в виде нерегулярных триангуляционных сетей (TIN) с использованием наборов данных terrain.
- Для данных текстового описания могут быть использованы атрибутивные таблицы
Темы данных
Географические представления организуются в группы тем данных (иногда называемых тематическими слоями). Основным составным элементом ГИС является один слой данных, или тема. Тема данных представляет собой набор связанных между собой географических объектов, например, дорожная сеть, набор границ земельных участков, типы почв, поверхность рельефа, космический снимок определенной даты, точки местоположений скважин и так далее.
Концепция тематических слоев появилась в ГИС в самом начале. В начале развития ГИС-технологий специалисты изучали вопрос о том, как представляемая на картах географическая информация могла бы быть разбита на логические информационные слои - более эффективно, чем простое деление на наборы отдельных объектов (например, дорога, мост, холм, полуостров). Таким образом, эти ГИС-пользователи организовывали информацию в тематические слои, которые могли бы описать распределение географического явления, а также устанавливали правила их визуализации в различных географических масштабах. Эти слои также имели определенный протокол (правила записи), по которому происходило объединение представлений (в виде наборов пространственных объектов, растровых слоев, атрибутивных таблиц и так далее).
В ГИС организация тематических слоев является одним из самых важных принципов проектирования базы данных ГИС.
Каждая ГИС стала содержать множество тем для общей географической территории. Набор тем выступает в роли слоев в группе. С каждой темой можно работать как с набором информации, независимым от других тем. У каждой темы имеются собственные средства представления (точки, линии, полигоны, поверхности, растры и так далее). Поскольку различные несвязанные между собой темы являются пространственно координированными (привязанными), то они будут накладываться друг на друга и могут быть объединены при отображении общей карты. Помимо этого, при выполнении операций ГИС-анализа, например, наложения, может осуществляться объединение информации между темами.
Наборы данных ГИС представляют собой наборы представлений для каждой темы данных
Наборы географических данных могут быть представлены в базе данных ГИС в виде классов пространственных объектов, а также в виде наборов растровых данных.
Многие темы представляются в виде одного набора однородных объектов, например, в виде класса пространственных объектов полигонов типов почв или в виде точечного класса пространственных объектов расположений скважин. Другие темы, например, транспортная сеть, могут быть представлены в виде нескольких наборов данных (например, в виде пространственно связанных классов пространственных объектов улиц, пересечений улиц, мостов, съездов на автомагистралях и так далее).
Наборы растровых данных используются для представления континуальных поверхностей, например, рельефа, поверхностей уклонов, экспозиции, а также для представления данных космической съемки, аэрофотосъемки и других наборов данных, значения в которых определены в узлах регулярной сетки (грида) (например, тип землепользования или тип растительности).
На определение пространственных представлений в ГИС имеют влияние и существующие источники данных, и те источники данных, которые планируется использовать. При проектировании базы данных ГИС пользователи подразумевают и варианты их применения. Они четко понимают, на какие вопросы должна будет ответить ГИС. Определение этих вопросов поможет определить содержимое каждой темы, а также то, как они будут представлены географически. Например, существует множество вариантов представления поверхности рельефа: в виде изолиний, в виде подписей отметок высот (например, отметки вершин, высших точек), в виде континуальной поверхности рельефа (TIN) или в виде затененного изображения рельефа. Любой из этих способов изображения рельефа может подходить для конкретного проекта базы данных ГИС. Намеченные варианты использования данных помогут определить, какие из этих представлений будут нужны в будущем.
Довольно часто географические представления могут быть в некоторой степени предопределены и будут определяться с учетом доступных источников данных для темы. Если уже имеющиеся данные были собраны в определенном масштабе и уже имеют конкретную форму представления, то довольно часто может быть нужно адаптировать структуру вашего проекта для использования уже существующих данных.
Отдельные наборы данных ГИС нередко собираются вместе с другими слоями данных
Хотя любой набор данных ГИС можно использовать отдельно ото всех остальных ГИС-данных, очень часто бывает важно, чтобы собранные данные согласовывались с другими информационными слоями, чтобы поддерживались пространственные взаимоотношения и поведение между связанными ГИС-слоями данных. Приведем несколько примеров, иллюстрирующих данную концепцию:
- Гидрологическая информация о водоразделах и водосборных бассейнах должна собираться в унисон с информацией о дренажной сети. Линии водосборов должны попадать внутрь бассейнов. Все остальные слои должны совпадать с поверхностью рельефа.
- Различные слои данных в материалах по земельным участкам должны быть собраны в соответствии с информацией из кадастровых слоев и геодезической информацией, чтобы пространственные объекты земельных участков совпадали с опорной сетью геодезических данных. Множество прочих наборов пространственных объектов (зоны отчуждения, межевые границы, коммуникации, классы зон и т.д.) должны соответствовать набору данных участков.
- Пространственные отношения между рельефом, ландшафтами, типами почв, уклонами, растительностью, геологией и т.д. обычно тоже собираются в унисон, характеризуя природные ресурсы. Научное понимание этих пространственных отношений помогает построить логически согласованную базу данных, где пространственные объекты одного слоя данных соответствуют объектам остальных слоев.
- Информация топографической базовой карты компилируется вся вместе. Гидрография, транспортные сети, административные границы и прочие слои топографической карты должны компилироваться в унисон. Эти картографические представления на отображении карты должны быть интегрированы, чтобы с такой картой было удобно работать, и можно было обращать внимание на ключевые позиции карты.
В каждом из этих случаев существует модель данных, которая определяет набор связанных тематических данных, которые соответствуют общей информационной рабочей среде. Каждая рабочая среда является по существу коллекцией связанных тематических данных, которые собираются все вместе. Общие правила сбора данных соответствуют научным принципам их пространственного поведения и взаимосвязей. Каждая тема играет важную роль в целостной характеристике определенного ландшафта. Например:
- Ландшафт земной поверхности. Топографические карты, рельеф, дренажная сеть, транспортная сеть, объекты карты, перемещение между странами и т.д.
- Городской ландшафт. Здания и сооружения, жизненно важная инфраструктура и т.д.
- Ландшафт изображений. Спутниковая и авиасъемка, местное, региональное и национальное покрытия и т.д.
- Человеческий ландшафт. Демография (характеристики населения), культурные центры, гражданство, административные районы и зоны и т.д.
- Ландшафт рабочей силы. Мобильное отслеживание перемещений рабочей силы, сервисные центры, дорожные условия, товарные склады и т.д.
- Сенсорный ландшафт. Местоположения камер и прочих устройств
- Ландшафт операций и планов. Контролируемые зоны, планы перемещений, реагирования и т.д.
Данная концепция интегрированного сбора тематических данных является одним из ключевых принципов дизайна, используемых в Моделях данных ArcGIS.