2. Modele Vector Raster.ppt

Michaela Mihăilescu, “Sisteme informatice de management al activităŃii urbane (Baze de date şi GIS)”, UTCN, 2013

Sisteme informatice de management al activit ăŃii urbane

(Baze de date şi GIS)

– suport de curs –

Facultatea de Construc ŃiiUniversitatea Tehnic ă din Cluj-Napoca

2013


Curs (programa analitic ă)

1 Sisteme informatice de management: particularit ăŃi GIS

2 Sisteme de reprezentare a datelor spaŃiale: date vectoriale şi date raster

3 Baze de date spaŃiale; analiza spaŃială (interogare atribut şi spaŃială)

4 Planificarea şi implementarea unui proiect GIS

5 AplicaŃii GIS în activităŃi urbane

6 AplicaŃii webGIS, geoportale, cloud GIS

7 Infrastructura de date spaŃiale la nivel european; directiva INSPIRE (metadate, date şi servicii de date)

Aplica Ńii (lucr ări)

1 Informarea studenŃilor cu privire la modul de lucru şi suportul IT necesar; demonstraŃie privind utilizarea unor soluŃii GIS proprietar şi open source

2 Lucrarea 1. Documentare pentru realizarea unui mini-proiect GIS dedicat unei activităŃi urbane

3 Lucrarea 2. Identificarea surselor de date disponibile (surse de date, servicii de date WMS/WFS, hărŃi online); proiectarea bazei de date proprii tematicii alese (model de date, straturi, atribute, etc.)

4 Lucrarea 3. Generarea datelor spaŃiale (vectoriale) şi încărcarea datelor tabelare corespunzătoare.

5 Lucrarea 4. Realizarea unor analize spaŃiale pe baza de date proprie; realizarea unei hărŃi tematice

6 Lucrarea 5. Crearea unui fişier de metadate şi publicarea hărŃii realizate folosind resurse GIS online

7 Predarea lucrărilor efectuate de studenŃi

Con Ńinuturi


Sisteme de reprezentare a datelor spa Ńiale: date vectoriale şi date raster

Curs 2.


� Componenta geografică se traduce prin reprezentarea grafică (geometria) simplificată a entităŃii studiate. Pentru cartografierea unui oraş, spre exemplu, entităŃile geospaŃiale din realitate (străzi, clădiri, ape, reŃele edilitare, copaci, etc.) pot fi simbolizate grafic prin poligoane, linii sau puncte, grupate pe straturi cu caracteristici omogene.

� Componenta atribut , pe de altă parte, descrie caracteristicile entităŃilor respective, şi se traduce prin date alfanumerice stocate de regulă în baze de date relaŃionale. Caracteristicile unei drum, spre exemplu, cum ar fi lungimea, tipul (european, naŃional, etc..), tronsonul, materialul de construcŃie, numărul benzilor, etc., sunt stocate tabelar şi ataşate reprezentării grafice a entităŃii geospaŃiale.

În introducerea despre sistemele informatice geografice (GIS) s-a arătat că acestea sunt utilizate în sistemele informatice de management al unor resurse distribuite spa Ńial , entităŃi care au o modalitate de identificare unică a amplasamentului geografic. Folosind GIS, informaŃiile geografice din lumea reală sunt reprezentate cu ajutorul sistemelor de calcul . Două componente principale sunt identificate în procesul de modelare a realităŃii prin GIS:

Modelarea realit ăŃii prin GIS

Prin GIS se încearcă reflectarea cât mai fidelă a realităŃii geografice prin hărŃi sau planuri, pornind de la modelarea realit ăŃii prin simplificare . Astfel, un obiect fizic (natural sau artificial), un fenomen sau eveniment localizate spaŃial se reprezintă în GIS prin două modele de date consacrate : � modelul vectorial� modelul raster.


Imagine satelitară Cluj-Napoca, Google Earth, 2013

Tramă stradală

Zonă industrială

Zonă rezidenŃială

Zonă agricolă

Reprezentare GIS, Cluj-Napoca Urban Atlas 2010

Zonă verde

Cursuri de apă

Modelarea entităŃilor geospaŃiale constă în simbolizarea grafică pe straturi cu tipuri de geometrii şi caracteristici omogene, care prin suprapunere conduc la reprezentarea digitală a unor hărŃii sau planuri complexe.

Stratificarea informa Ńiei geospa Ńiale


1

Descrierea entităŃilor geospaŃiale se face de regulă prin date de tip atribut stocate tabelar separat de reprezentarea grafică a entităŃii, fiind legate între ele printr-un cod de identificare unic.

Atributele informa Ńiei geospa Ńiale

1

2

2

3

1

23

3

Extras din harta digitală “ReŃeaua de drumuri

din Regiunea de Dezvoltare Nord-Vest”

(sursa: ADR Nord-Vest, 2013)


În modelul de date vectorial (model vector), obiectele din realitate sunt reprezentate prin primitive geometrice definite prin perechi de coordonate (x,y). Modelul vectorial reprezintă entit ăŃi geospa Ńialediscrete , pentru care se pot defini relaŃii spaŃiale între entităŃi vecine.În general sunt acceptate ca primitive geometrice de reprezentare vectorială a datelor următoarele forme geometrice:

Modelul de date vectorial

� Puncte - utilizate pentru a indica amplasarea unui obiect la care dimensiunea sau forma nu sunt relevante. Punctele sunt determinate prin perechi de coordonate (x,y).

� Linii - utilizate pentru a indica trasa unei entităŃi spaŃiale, la care lăŃimea nu este relevantă. Liniile sunt reprezentate printr-un şir ordonat de perechi de coordonate x, y, pornind dintr-un nod şi având puncte de inflexiune (vertex)

� Poligoane – utilizate pentru a delimita entităŃi spaŃiale la care sunt urmărite caracteristicile dimensionale şi forma. Poligoanele constau dintr-o serie de noduri şi linii care delimitează o arie.Primitive grafice realizate utilizănd GIS open-source (QGIS 2013)


Modelul de date vectorial (cont.)

B-dul Titulescu 2, Cluj-Napoca

Punct

Linie

Poligon


Reprezentarea vectorială este utilizată pentru a defini obiecte bine delimitate, precum drumuri, parcuri, clădiri, parcele, … În activităŃile urbane, modelul vectorial este utilizat în proporŃie covârşitoare, având în vedere ca se lucrează cu entităŃi geospaŃiale bine definite.

Exemple:� planuri de urbanism� zonarea fiscală� reŃele edilitare� starea străzilor� proiecte de modernizare� patrimoniu� situaŃii de urgenŃă� etc…

Exemple de utilizare ale modelului vectorial

Planul de Urbanism General al comunei Baciu, jud.Cluj, în format GIS (2008) . Reglemenări


Formate de fi şiere cu date vector

Datele vectoriale se salvează şi se vehiculează între diverse platforme software de tip GIS prin fişiere cu extensia .shp (componenta grafică) şi .dbf (componenta atribut), formate devenite populare în urma promovării lor pe piaŃa de profil de către firma americană Esri. Aceste două fişiere sunt însoŃite de un fişier index .shx , pentru facilitarea căutărilor unui obiect în baza de date. Aceste 3 tipuri de formate sunt utilizate şi de platforma open-source de tip QGIS.

Planul de Urbanism General al comunei Baciu, jud.Cluj, în format GIS (2008). ReŃelele edilitare

electrice.shp

electrice.shx

electrice.dbf


În modelul de date raster, o zonă de teren se reprezintă ca o matrice (gril ă) format ă din celule rectangulare uniforme, fiecare celul ă având o valoare . Grila este reprezentată într-un sistem de coordonate x, y (Cartezian). Coordonatele x, y ale unei celule se calculează pe baza coordonatelor unui punct de referinŃă, de obicei unul din colŃurile grilei, Ńinând cont de poziŃia celulei în grilă (numărul liniei/coloanei) si de dimensiunile celulei pe x si pe y. Valoarea unei celule indică obiectul situat în acea poziŃie. În modelul raster, entit ăŃile geospa Ńiale nu au o delimitare bine-definit ă iar relaŃiile spaŃiale dintre obiecte sunt reprezentate implicit.

Modelul de date raster

Există trei metode pentru stabilirea valorilor unei celule: � clasificarea obiectelor, în care fiecare valoare indică un anumit tip de obiecte cum ar fi drum, zonă urbană, tip de sol; � indicarea valorii culorii (nivelului de gri) înregistrate într-o imagine (fotografie); � indicarea unei măsurători relative cum ar fi altitudinea faŃă de nivelul mării, înălŃimea unei clădiri faŃă de nivelul solului etc. Ca şi în cazul modelul vectorial, modelul raster permitereprezentarea obiectelor GIS punctuale, liniare sau poligonale . Un obiect punctual este reprezentat printr-o valoare într-o singură celulă a grilei. Un obiect liniar apare ca o serie de celule adiacente care redau lungimea si forma obiectului. Un obiect poligonal este reprezentat ca un grup de celule adiacente care redau aria si forma obiectului.Un caz particular de raster sunt imaginile , unde o celula este egală cu un pixel , iar valoarea celulei este data de nuanŃa din spectrul geomagnetic (Ron Briggs, UT Dalas, 2010)


Exemple de utilizare ale modelului raster

Ortofotoplan în zona comunei Baciu (2010).


Exemple de utilizare ale modelului raster (cont)


Formate de fi şiere cu date raster

Pentru datele raster, formatul de bază este .tiff . Dacă indicaŃiile referitoare la sistemul de proiecŃie nu sunt înglobate în acest fişier, se mai utilizează varianta fişierelor .tfw şi .aux , care poziŃionează colŃul stânga sus al imaginii şi indică sistemul de proiecŃie.

Ortofotoplan în zona comunei Baciu (2010).


Comparând modelul vectorial cu modelul raster pentru reprezentarea datelor spaŃiale, se observă că între cele două sisteme există diferenŃe privind modul de stocare, manipulare şi afişare a datelor.Ambele sisteme au avantaje şi dezavantaje :

Modelul vector are ca principal avantaj faŃă de modelul raster faptul că memorarea datelor este mai eficientă (fişiere de dimensiuni mai mici). În acest sistem doar coordonatele care descriu trăsăturile caracteristice ale entităŃilor geospaŃiale trebuiesc codificate. Se foloseşte de regulă în realizarea hărŃilor la scară mare. Modelul vectorial este foarte eficient pentru desenarea hărŃilor dar este mai puŃin eficient pentru analiza suprafeŃelor care necesită calcule complexe pentru determinarea unor caracteristici cum ar fi panta suprafeŃei în orice punct sau direcŃia pantei.

Modelul raster se utilizează în mod normal atunci când este necesar să integrăm hărŃi vectoriale cu date preluate prin teledetecŃie. Modelul raster este foarte eficient pentrureprezentarea imaginilor si pentru implementarea funcŃiilor analitice spaŃiale (suprapunerea obiectelor, identificarea întinderii unui fenomen, operaŃii pe vecinătăŃi). In modelul raster suprafeŃele sunt reprezentate prin indicarea în fiecare celulă a valorii cotei corespunzătoare punctului din centrul celulei . Prin urmare, acest model permite implementarea cu uşurinŃă a operaŃiilor asupra suprafeŃelor (calculul pantei, direcŃiei pantei, interpolarea curbelor de nivel).

Modelul vectorial vs. Modelul raster


Patru proprietăŃi ale datelor spaŃiale sunt necesare pentru a aprecia calitatea acestora :

Proiec Ńia: metoda prin care curbura suprafeŃei terestre este reprezentată în coordonate X,Y pe o suprafaŃă plană. Distorsiunile sunt inevitabile

Scara: raportul dintre distanŃa măsurată pe o hartă şi distanŃa măsurată la sol. Teoretic, GIS este independent de scară, dar în practică există un set de scări prestabilite utilizate

Precizia: cât de bine corespund informaŃiile din baza de date cu cele din lumea reală PoziŃional: cât de precis sunt amplasate obiectele digitale faŃă de poziŃia entităŃilor geospaŃiale pe care le reprezintă ?ConsistenŃa: se potrivesc caracteristicile obiectelor din baza de date cu cele din lumea reală ? Ex: este un drum din baza de date tot un drum şi în lumea reală ?

Exhaustivitate: sunt toate obiectele din lumea reală reprezentate în baza de date? Ex: Sunt toate drumurile incluse ?

Rezolu Ńie: dimensiunea celui mai mic obiect care poate fi identificatPentru date raster prin rezoluŃia celulei se înŃelege dimensiunea suprafeŃei de teren reprezentate de o celulă; cu cât suprafaŃa reprezentată este mai mică, cu atât rezoluŃia este mai bună si deci datele mai precise, în schimb este nevoie de mai multă memorie pentru stocarea datelor si deci de un timp de prelucrare mai îndelungat. Pentru datele raster de tip imagine, cel mai mic obiect identificabil este pixelul.

Proiec Ńia, scara, precizia şi rezolu Ńia


De consultat:

“Introducere în GIS”, părŃile 1,2,3, Universitatea Harvard (MA)http://hcl.harvard.edu/libraries/maps/gis/tutorials.html

Prezentare “fund.ppt” Universitatea din Dallas (TX)http://www.utdallas.edu/~briggs/gisc6381.html

2. Modele Vector Raster.ppt

Documents

Transcript of 2. Modele Vector Raster.ppt