Instrumente de simulare computerizata in industria autovehiculelor
Carto Computerizata
-
Upload
alexandru-vija -
Category
Documents
-
view
18 -
download
2
description
Transcript of Carto Computerizata
-
Ce este Cartografia computerizata?
- Computer Aided Design (CAD)Programe de calculator cu capabilitati in inginerie si
arhitectura
- Computer Aided Mapping (CAM)Sistem automat de generare, actualizare si
vizualizare a hartilor
Un Sistem Informaional Geografic (SIG), este o unealt de cartografiere bazat pe
computer care analizeaz fenomenul geografic, daca exist, mpreun cu evenimentele precedate
de acesta. Tehnologia SIG integreaz operaii comune cu baze de date, interogri i analiz
statistic, cu beneficii unice de vizualizare i analiz geografic oferit de hart.
SIG este acronimul denumirii n limba englez a Sistemelor Informaionale Geografice:
Geographic Information Systems sau SIG (SUA), Geographical Information Systems (Marea
Britanie, Australia Canada) Geographic Information Science (academic).
SIG definitii
Definiia 1: n sensul cel mai strict, un SIG este un sistem informatics capabil sa culeag,
depoziteze, manipuleze i s afieze informaii geografice de referin, adic date identificate n
funcie de locaiile lor.
Definiia 2: SIG este un sistem integrat de hardware, software i personal instruit care
unete date topografice, demografice, utilitare, imagine i alte resurse de date, care au puncte
geografice de referin.
SIG a evoluat dintr-o lung tradiie a omenirii de a realiza hrti. n multe privine un SIG
crete semnificativ cantitatea de informaii care pot fi coninute i manipulate ntr-o hart iar
multe dintre conveniile cartografice se aplic la hrile digitale.
O istorie detaliat a SIG-ului nu poate fi facut, deoarece tehnologia
SIG a evoluat pe multiple domenii paralele, aplicaii separate i numeroase discipline conexe.
Dezvoltarea fiierelor GBF-DIME de ctre US Census Bureau n anii 1960 a marcat
adoptarea pe scar larg a sistemelor de cartografiere digital de ctre guvernul SUA.
Acest sistem a dus la producerea fiierelor Census TIGER, unul dintre
cele mai importante seturi de date socio-economice spaiale n folosin
-
i astzi. Progrese importante n lucru cu date geografice se fac n universiti din ntreaga lume
n anii 1950 i 1960.
Un program de cartografiere bazat pe reea numit SYMAP, dezvoltat la Laboratory for
Computer Graphics and Spatial Analysis la Harvard Graduate School of Design n 1966, a fost
distribuit pe scar larg i folosit ca model pentru sistemele de mai trziu.
Anii 1960: -Canada Geographic Information System (CGIS) dezvolt aplicaii de inventariere a
teritoriului naional cu multe elemente de SIG;
-Harvard Lab for Computer Graphics and Spatial Analysis dezvolt software pentru
manipularea datelor spaiale;
-US Bureau of Census dezvolt formatul de date DIME;
-se nfiineaz ESRI.
Anii 1970:
-Canada Geographic Information System (CGIS) este deplin operaional (i este i n
prezent);
-primul satelit Landsat este lansat;
-USGS ncepe Geographical Information Retrieval and Analysis System (GIRAS) pentru
gestionarea i analiz, cu baza de date de resurse i formate de date DLG (Digital Line Graph);
-se nfiineaz ERDAS;
-este dezvoltat ODYSSEY SIG (primul vector SIG de ctre Harvard Laboratory for
Computer Graphics and Spatial Analysis);
-este dezvoltat Map Overlay and Statistical System (MOSS) un soft bazat pe interograrea
datelor vectoriale, dezvoltat de U.S. Department of Interior.
Anii 1980:
-Richard Stallman lanseaz proiectul GNU (1983);
-ESRI lanseaz ARC/INFO;
-GPS devine operational;
-US Army Corp of Engineers dezvolt GRASS;
-se nfiineaz MapInfo;
-primul satelit SPOT este lansat;
-
-ncepe proiectul IDRISI;
-apare SPANS SIG (SPatial ANalysis System);
-se nfiineaz n SUA National Center for Geographic Information and Analysis
(NCGIA);
-se dezvolt formatul de date TIGER;
-ncepe dezvoltarea librariei PROJ4;
-Richard Stallman lanseaz proiectul GPL (1989);
Anii 1990:
-Eric Raymond propune i se adopt noiunea de open source;
-ESRI produces ArcView i ARCGIS;
-ncepe dezvoltarea GDAL/OGR. Suportul pentru Python a fost adaugat
n 2000;
-GRASS SIG codul surs trecut de la gestionarea manual n CVS;
-proiectul UMN MapServer(1995) i cu suport Python (2000);
Anii 2000:
-Atlantis Scientific lanseaz proiectul OpenEV;
-OSSIM revizuirea iniial n CVS;
-ncepe proiectul PostGIS;
-GeoNetwork opensource ncepe ca GeoNetwork, mai tarziu redenumit
n GeoNetwork opensource;
-Intevation Gmbh. ncepe proiectul Thuban;
-Quantum SIG revizuirea initial n CVS;
-AVPython pentru ArcView 3.x este publicat la FOSS;
-ncepe Community MapBuilder iar sfritul oficial pentru proiectul
MapBuilder este n 2008;
-se lanseaz Mapbender sub licen GNU GPL;
-ncepe proiectul gvSIG;
-ncepe MapGuide Open Source;
-Mapbender se dezvolta n CVS;
-ncepe proiectul OpenLayers;
-GRASS SIG ruleaza nativ i n MS-Windows;
-
-se nfiineaz Open Source Geospatial Foundation (2006)
Componentele unui SIG :
Componenta Hardware
-este reprezentat prin sistemul
de calculator pe care SIG opereaz. Soft-urile SIG ruleaz pe o gama larg de tipuri hardware, de
la servere pn la staii de lucru n mod stand-alone sau configurate n retea .
Componentele centrale sunt staia de lucru i echipamentele auxiliare periferice (GPS,
data logger, senzori, camere web, etc). Utilizarea device-urilor high-tech n teren reprezint o
unealt SIG important de colectare, la fel ca i serverele SIG web-based (Ex: MapServer).
Componenta Software
-conine uneltele i funciile necesare pentru stocarea, analiza i afiarea informaiilor
geografice. Este reprezentat de pachetele de aplicaii SIG (QGIS, GRASS, OpenJunp, Saga,
Ossim, Udig, gvSIG, ArcView, ArcGis, etc.), necesare pentru a creea, edita, i analiza datele
spaiale i cele tip atribut.
Componenta Date
-este cea mai important dintre componentele unui SIG. Datele
geografice, pot fi colectate, compilate dup diverse specificaii i cerinte. Un
SIG poate integra datele spaiale cu alte resurse de date externe stocate la
fel stocate n baze de date. Stocarea datelor, spaiale i datelor tabulate,
ntr-o baza de date este cheia funcinalitii unui SIG. Baza de date
geografic se refereniaz ntr-un anumit mod la locaii de pe
suprafaa Pmntului.
Componenta Personal
-are o valoare dinamic fiind dependent de p r e g a t i r e a personalului n analiza
spaial i n utilizarea de software SIG. Gama de utilizatori SIG pornete de la specialitii care
proiecteaz i menin sistemul, la cei care il folosesc n munca de zi cu zi pn la beneficiarii
(guvern, agenii, consilii locale). Cei din urm iau decizii i elaboreaz politici, beneficiarul real
este n majoritatea cazurilor societatea civil.
Componenta Metode i Proceduri
-
-arat SIG opernd n strns concordan cu reguli i planuri de implementare. Acestea
reprezint modele i proceduri de operare unice. Maniera n care sunt introduse, stocate i
analizate datele n cadrul unui SIG trebuie s reflecte modul n care vor fi utilizate ulterior
informaiile n cadrul unei activiti de cercetare sau n luarea unei decizii.
David Andes pe GISLounge vine cu propunerea adugarii celei de a VI-a component,
cea de GeoVizualizare i regndirea celor 5. Cele 6 sunt gndite sub form de cercuri
concentrice: Nucleul (Core Geographic Ideas) alctuit din componenta uman; Tehnologia -
alcatuit din unirea celor dou componente, hardware i software. Vremurile n care eficiena
const n a tii o aplicaie au disparut; Datele - rmn neschimbate ca i component; Domeniul
de specialitate (ex; militar, geologic, hidrologic, etc); Metode i proceduri; Geovizualizarea -
se refer la prezentarea datelor beneficiarului. Aceast prezentare a spaiului i a timpului ncepe
de la hri, grafice, i ajunge pn la simulri. n funcie de cum este prezentat data poate avea
impact n planificare i n luarea deciziilor.
Subsistemele SIG
Subsistemul de introducere a datelor, permite utilizatorului s captureze, colecteze i s
transforme, datele spaiale i tematice n formate digitale. Datele introduse sunt n general
derivate din combinaii de hri, aerofotograme, imagini de teledetecie, documente, rapoarte.
Procesul de transformare a datelor din hri n date numerice se numete digitizare sau
vectorizare. n prezent exist deja un numr foarte mare de date n formate compatibile SIG. Ele
pot fi obinute de la furnizorii de date i pot fi ncrcate direct, prin intermediul internetului, ntr-
un sistem informatics geografic.
Subsistemul de stocare i recuperare a datelor, organizeaz datele, spaiale i atribut, n forme care permit s fie recuperate repede de utilizator pentru analiz, i permite
actualizari rapide i precise ale bazei de date. Aceasta implica utilizarea unui DBMS (sistem de
gestiune a bazei de date).
-
Subsistemul de manipulare ia n a l i z a d a t e l o r , permite utilizatorului s defineasc i s execute proceduri spaiale i de atribut pentru a genera informaii derivate.
Acesta este considerat "inima" unui SIG. SIG-urile actuale dispun de numeroase instrumente de
analiz foarte puternice, dar dou sunt n special importante
Analiza de vecintate. Dupa ce a fost construit in SIG poate rspunde la ntrebri de tipul: Cte case se afl la o distan sub 100 m de conducta principal de ap? Care este numrul
total al clienilor pe o raz de 10 km n jurul acestui magazin?, tehnologia SIG utilizeaz un
procedeu numit buffering pentru determinarea relaiei de vecintate dintre entiti.
Analiza overlay. Baza de date geografic este organizat n linii mari pe straturi sau layer-e. Integrarea datelor din layere diferite se face prin procedeul numit
overlay. n spatele acestei operaii simple din punct de vedere vizual, de suprapunere a
straturilor, se a f l opera i I algebrice, operaii logice, operaii topologice etc. Ex: Prin aceast
suprapunere sau unificare spaial pot fi integrate date despre sol, pante, vegetaie sau proprieti
funciare cu evaluarea impozitelor.
Subsistemul de output i vizualizare, permite utilizatorului s genereze afiri grafice,
hri, rapoarte tabulare, reprezentnd produse informaionale derivate. n mod tradiional
hrile au fost utilizate pentru explorarea Pmntului i a resurselor sale. Tehnologia SIG, ca o
extindere a cartografiei, a sporit eficiena i puterea analitic a hrilor tradiionale. Prin
intermediul funciei de vizualizare, SIG-ul poate fi folosit pentru a produce imagini - hri,
grafice, animaii i alte produse cartografice ce permit cercettorilor s-i vizualizeze
subiectele activitii lor ntr-un mod n care nu a mai fost posibil vreodat. Aceste imagini sunt n
egal msur de ajutor n transmiterea conceptelor tehnice SIG, unui larg numr de specialiti.
Continutul hartilor
-reprezentarea grafica a obiectului/fenomenului (ex. pantele, evolutia unui oras).
-alte elementele componente ale mediului (rauri, drumuri, lacuri, localitati) impreuna cu
toponimele si hidronimele aferente. In functie de scara de proportie se vor alege metodele de
reprezentare adecvate (punct, linie, poligon)
-elementele de continut ale hartii: titlu, scara, legenda.
-
Discipline care contribuie la fundamentarea SIG
Geografia: Principala preocupare este nelegerea lumii i a locului pe care l ocup
fiina uman n cadrul acesteia.
Cartografiase ocup de reprezentarea informaiilor spaiale, cel mai frecvent sub forma
hrilor.
Teledetecia pentru SIG nseamn informaii colectate de satelii, avioane, balize i vapoare.
Fotogrammetriautilizeaz fotografiile aeriene i tehnici special de obinere a
informatiilor pe baza acestora.
Statistica i cercetarea operaional pune la dispoziie numeroase metode de
construcie a modelelor de calcul sau de analiz a datelor. Statistica este important pentru
nelegerea erorilor i incertitudinilor n SIG.
Informatica aplicat ofer analistului o gam larg de metode i instrumente software
pentru rezolvarea unor probleme specifice.
Aplicabilitatea SIG
Retele stradale
- gasirea adreselor pe strada
- rutarea i programarea vehiculelor
- analiza locatiilor pentru amplasamente
- dezvoltarea de planuri de evacuare
Retele edilitare
- localizare conducte subterane, cabluri - planificarea ntreinerii retelelor
- urmrirea consumului de energie
Management urban
- zonarea activitatilor - achiziia terenurilor
- declaraii de impact asupra mediului
- managementul calitii apei
Gestionarea resurselor naturale
-
- gestionarea de rurilor, resurselor de recreere, inundabile,
- zone umede, terenuri agricole, acvifere, pduri,
- analize de impactului asupra mediului
- amplasarea deseurilor periculoase sau toxice
- modelarea apelor subterane i urmrirea contaminrii
- analiza habitatului faunei slbatice si
- rutele de migraie
Modele de date SIG
Tipuri de date SIG
Sursele primare de date sunt cele colectate direct n format digital (ex. imagini
satelitare)
Sursele secundare sunt seturi de date analogice care au fost iniial capturat
pentru un alt scop care trebuie transformate n format digital (ex. harta topografica).
Date spatiale de referin - este reprezentate de date geografice spatiale
Tabele de atribute - sunt reprezentate n format tabular
Date spatiale de referin
Formatul vectorial
- Modelul de date TIN (Triangulated Irregular Network)
- Formatul de date raster (grid-celul)
- Formatul de date tip imagine (pixel)
Formatul vectorial
Formatul de date vectorial reprezint complexitatea realitatii mediului nconjurtor prin
combinaii de puncte i linii, linii care se pot unii i forma poligoane, simplificnd reprezentarea
de forme complexe sau caracteristici liniare.
-
Majoritatea programelor SIG se bazeaz pe tehnologia vectorial - reprezint cea mai
complex metod de salvare a coordonatelor, atributelor, structurii de date i vizualizrii
informaiilor geografice.
Toate modelele de date sunt concepute s stocheze locaia spaial a trsturii geografice
ntr-o baz de date. Stocarea vectorial implic utilizarea vectorilor (linii direcionale) n
reprezentarea unei trsturi geografice.
Exista dou modele principale de date vectoriale:
Non-topologic (Modelul Spaghetti) 1
Topologic. 2
2: Data vectorial care a fost creat fr topologie este meionat ca Spaghetti pentru
motivul c este alctui dintrun ir de linii neconectate ntre ele.
Modelul de date Spaghetti are cea mai simpl structur de date, astfel c fiecare
entitate de pe o hart devine o nregistrare logic n fiierul digital i este definit ca un ir de
coordonate x,y.
Caracteristici:
punctele sunt codificate ca o singur pereche de coordinate x,y;
liniile sunt codificate ca un ir de perechi de coordonate x,y (verteci);
poligoanele sunt codificate ca o bucl nchis de coordinate x,y care ii definesc limita. Limita
comun ntre poligoanele adiacente trebuie nregistrat de doua ori, odat pentru
fiecare poligon.
1: Datele vectoriale sunt caracterizate de utilizarea punctelor
secveniale sau verteci n definirea unui segment liniar. Fiecare vertex este
alctuit dintr-o coordonat X i o coordonat Y.
Trsturile punctului sunt definite de o pereche de coordonate (x,y),
adic un vertex.
Datele vectoriale sunt caracterizate de utilizarea punctelor secveniale sau verteci n
definirea unui segment liniar.
Fiecare vertex este alctuit dintr-o coordonat X i o coordonat Y.
-
Liniile vectoriale sunt numite arce (linii) i sunt alcatuite din iruri de verteci
terminai printr-un nod. Un nod este definit ca fiind un vertex care ncepe i termin un segment
de arc.
Trstura poligonal este definit de un set nchis de perechi de coordonate.
Punctele reprezint obiecte prea mici pentru a putea fi descries prin linii sau poligoane.
Exemple: stlpi de nalt tensiune, copaci, fntni, locuri unde se petrec diverse evenimente
(accidente rutiere, infraciuni) precum i obiecte care nu au suprafa vrfurile munilor). Tot
prin puncte mai pot fi reprezentate locul de desfurare a unor e v e n i m e n t e ( a c c i d e n t e
, i n f rac i uni ) . Punc t e l e s e reprezint utiliznd diverse simboluri grafice punctuale i pot fi
nsoite de texte explicative.
Liniile(arce) reprezint obiecte liniare prea nguste pentru a putea fi descrise prin
poligoane. Exemple: drumuri, cursuri de ap, curbe de nivel. Liniile se reprezint utiliznd
diverse simboluri grafice liniare i pot fi nsoite de texte explicative.
Poligoanele sunt suprafee nchise reprezentnd forma i poziia
obiectelor omogene. Exemple: lacuri, uniti administrative, parcele, tipuri
de vegetaie. Poligoanele se reprezint utiliznd diverse simboluri grafice
liniare pentru contururi, simboluri grafice de hauri pentru interior sau culori
i p o t f i n s o i t e d e t e x t e explicative.
Topologia GIS reprezint un set de reguli i comportamente prin care
modelul i mparte geometria punctelor, liniilor i poligoanelor.
Identificm n relaiile topologice elemente de:
conectivitate (indic obiectele spaiale conectate unele cu altele),
proximitate (indic obiectele spaiale apropiate unele cu altele),
direcie relativ (indic poziia relativ ntre obiectele spaiale.),
vecintate (indic obiectele spaiale care se nvecineaz cu altele)
i includere (obiectele spaiale coninute de un poligon).
Avantaje
datele pot fi reprezentate la rezoluia i forma original fr
generalizare;
output-ul grafic este estetic (ca n reprezentarea cartografic
tradiional);
-
majoritatea datelor sunt n forma vectorial i nu este necesar nici o
conversie;
este meninut precizia locaiei geografice a datelor;
permite codificarea eficient a topologiei (proximitate, analiz de
reea).
datorit tehnicii de stocare analiza datelor este usor de programat i
de executat.
Dezavantajele:
locaia oricarui vertex necesit o stocare explicit; n analiz efectiv, data vectorial necesit conversie ntr-o structur topologic; topologia este static i orice actualizare sau editare a datei vectoriale necesit
reconstruirea topologiei;
algoritmii, pentru funciile de manipulare i analiz, sunt compleci i necesit procesare intensiv;
manipularea intensiv limiteaz funcionalitatea pentru seturi mari de date (cu numr mare de trsturi);
datele continue, cum ar fi datele de elevaie, nu sunt reprezentate efectiv n forma de vector; sunt necesare date generalizate i interpolate pentru aceste strate de date;
analiza spaial i filtrarea n cadrul poligoanelor este imposibil.
Exemple: SHP strazi
Surse de date vectoriale: harta topografica, curbe de nivel vectorizate, GPS
Formatul raster
Ce este?
Modelul de date raster ncorporeaz utilizarea structurii de date gridcelul,
unde zona geografic este mparit n celule identificate prin rnd i coloan.
Formatul de date raster reprezint realitatea ca o tabl de ah. Fiecare
patrat (celul raster), acoper o suprafa geografic i are un atribut asociat cu el. Celula raster
reprezint cea mai mic unitate geografica care poate fi reprezentat ntr-un raster, i este
cunoscut ca unitatea minim de hart.
Ca i modelul de date vectorial, modelul de date raster poate reprezenta discret trsturi
tip punct, linie i poligon.
-
O trstur tip punct este reprezentat ca o valoare ntr-o singur celul; o trstur
liniar este reprezentat ca o serie de cellule conectate care arat lungimea; o trstur tip
poligon este reprezentat ca un grup de celule conectate nfind o form.
Rezoluia este detaliului cu care o hart reprezint locaia i forma trsturii geografice
(o scar mare a hrtii ofer o rezoluie mare rasterului).
Odat cu micorarea scrii, rezoluia se diminueaza iar limitele trsturilor (ex: conturul
unui obiect) trebuie sa fie simplificate sau chiar pot disparea, multe dintre areale pot fi
reprezentate ca i puncte (ex: orae).
Rezoluia - avantajele i dezavantajele marimii celulelor
Aplicarea valorilor ntr-un raster se poate face n dou moduri: n mijlocul celulei raster
sau pe ntreaga suprafaa a ei. Pentru tipurile de date la care valoarea se aplic n centrul celulei,
aceasta reprezint o valoare masurat n punctul central al celulei (ex: modelul de elevaie).
Utilizarea formatului raster n analiza geografica impune parcurgerea mai multor etape,
plecand de la generarea modelului numeric altitudinal pn la extragerea anumitor indici:
culegerea datelor
generare (construcia modelului) extragerea datelor eseniale n
construcia modelului i crearea unor legturi ntre aceste date (interpolare)
Pentru a caracteriza din punct de vedere geomorfologic o suprafa este nevoie de
identificarea unor componente principale. Pe MNA se pot identifica o serie de entiti
geomorfologice cum sunt suprafeele plane, canale, creste, pasurile (trectorile), vrfuri
sau depresiuni.
Acestor elemente principale se adaug unele componente secundare cum sunt pragurile
n albie, rupturile de pant pe versani sau eile. Din combinarea acestora rezult suprafaa
topografic cu toat complexitatea ei.
-
n contextul analizei geomorfologice, modelul numeric altimetric s-a impus prin cteva
aplicabiliti:
vizualizarea configuraiei suprafeei studiate n vederea identificrii i cartografierii
unor forme de relief (suprafee de nivelare, terase, lunci, glacisuri etc.)
determinarea i reprezentarea cartografic a unor elemente morfometrice i
morfografice specifice (panta, expunerea versanilor, profilul versanilor etc.);
generarea i reprezentarea cartografic a reelei de drenaj;
trasarea de profile geomorfologice;
calcularea i reprezentarea cartografic a unor indici i indicatori.
Formetul raster avantaje
datorit naturii hrilor raster, este ideal pentru modelare matematic i analiz
cantitativ;
sistemele grid-celul sunt compatibile cu dispozitivele rasterembeded (teminale
grafice);
operaiile de suprapunere sunt uor i eficient de implementat;
analiza zonelor i poligoanelor este relativ uor de realizat;
Formetul raster dezavantaje
mrimea celulei, determin rezoluia la care obiectele sunt reprezentate;
hrtile raster, prin definitie, reflect doar un atribut sau o caracteristic pentru o zon;
procesarea datelor atribut asociate poate fi mpovrtor dac exist seturi mari de date;
deoarece majoritatea datelor sunt n format vectorial, datele trebuie trecute prin
conversie vector-raster.
majoritatea hrilor, rezultate din formatul raster grid-celul, nu sunt conforme cu
necesitile de calitate i estetic cartografic;
Formetul raster exemple
DEM (Digital Elevation Model) - Format raster al USGS (US Geological Survey)
pentru salvarea datelor de elevaie. Valoarea
celulei ntr-un DEM este reprezentat prin valoarea elevaiei reale.
-
ECW (Enhanced Compressed Wavelet) - Format de compresie ERMapper, optimizat
pentru imagini aeriene i satelitare.
MrSID (Multi-Resolution Seamless Image Database) Format de compresie utilizat n
reprezentri grafice raster georefereniate (ex:ortofotoplan)
BT (Binary Terrain) - Format pentru stocarea binar a terenului n VTP (Virtual Terrain
Project)
OBTINEREA DATELOR IN FORMAT RESTER
Metode de interpolare implementate n aplicaii open source
Ce este interpolarea?
Interpolarea este procedura de estimare a unei valori ntr-o locaie fr msurtori,
folosind valorile msurate n punctele vecine.
Implic gsirea unei funcii f(x, y) ce reprezint ntreaga suprafa a valorilor z
associate cu puncte (x, y) dispuse neregulat. Aceast funcie face o predicie a valorilor z pentru
alte poziii dispuse regulat. [Niu C., 2005]
Interpolarea poate fi:
Exact (cnd modelul obinut pstreaz valoarile datelor iniiale);
Aproximativ (cnd valoarile datelor iniiale sunt alterate);
Local (sunt luate n considerare doar valorile din punctele vecine);
Global (sunt luate n considerare toate punctele cu valori cunoscute).
Cu alte cuvinte interpolarea const n prezicerea valorilor celulelor unui fiier raster pe
baza unui numr limitat de msurtori punctuale [ESRI].
Metode de interpolare
1. Triangulaia
Metod dezvoltat de Peuker i colaboratorii (1978), ce folosete triangulaia Delaunay.
Rezultatul const ntr-o reea de triunghiuri (structur de tip TIN) perfect
circumscrise unor cercuri, lucru ce face ca distana dintre punctele care formeaz
vrfurile triunghiului s fie ntotdeauna minim .
Pentru fiecare triunghi se memoreaz coordonatele i atributele celor trei vrfuri
topologia precum i panta i direcia de nclinare a suprafeei triunghiului.
-
Triangulaia funcioneaz cel mai bine cnd datele sunt distribuite uniform pe suprafaa ce
urmeaz a fi interpolat.
1. Metod exact ce folosete interpolarea polinomial linear sau cubic.
1. Este indicat a se utiliza pentru seturi mari de date, fiind i destul de rapid.
Aplicaii open source n care aceast metod este implementat:
1. QGIS (Quantum GIS);
2. SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses);
Inverse Distance Weighted (IDW)
Metoda pornete de la prezumia c influena unui punct comparativ cu
altul descrete o dat cu distana.
1.Este un interpolator de medie exact sau aproximativ n funcie de
parametrii stabilii de utilizator.
2. Genereaz aa-numiii ochi de taur, efectul putnd fi redus aplicndu-se
un filtru de netezire.
3. n cazul modelrii terenului, unde exist vi i vrfuri, acurateea este
sczut.
4. Este o metoda rapid de interpolare.
Aplicaii open source n care aceast metod este implementat:
1. GRASS (Geographic Resources Analysis Support System);
2. gvSIG;
3. QGIS (Quantum GIS);
4. SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses);
Natural Neighbor
Introdus de Sibson (1981), se bazeaz pe o reea de poligoane Thiessen (dualul unei
triangulaii Delaunay).
Combin caracteristicile optime ale metodelor Nearest Neighbor i TIN
(Webster i Oliver, 2001).
Algoritmul interpolrii Natural Neighbor folosete o medie a valorilor
observaiilor nvecinate, unde valorile sunt proporionale cu suprafaa
mprumutat [Surfer Help].
Zona asociat cu poligonul Thiessen obint dintr-un poligon existent este
-
denumit zon de imprumut".
Rapid i exact.
Nu extrapoleaz valoarea Z.
Aplicaii open source n care aceast metod este implementat: SAGA (System for
Automated Geoscientific Analyses);
Nearest Neighbor
Atribuie valoarea celui mai apropiat punct neinnd cont de celelalte.
Este util cnd datele sunt deja egal deprtate, dar este nevoie s fie convertite ntr-un
fiier de tip grid.
Alternativ, n cazul n care datele sunt deja ntr-o reea cu doar cteva valori lips,
aceasta metoda este eficient pentru umplerea lipsurilor.
Rapid i exact.
Nu extrapoleaz valoarea z.
Regular spline with tension
Metoda este implementat n aplicaia open source GRASS (Geographic
Resources Analysis Support System), mai exact modulul v.surf.rst.
Simultan cu interpolarea, acest modul calculeaz i o serie de parametric topografici
(pant, aspect, curbur) pe care i salveaz sub form de rastere.
Metoda poate fi att exact ct i aproximativ n funcie de parametrii setai de
utilizator (tension i smoothing).
Utilizatorul este avertizat atunci cnd rezultatul conine anomalii i trebuie modificai
parametrii tension i smoothing.
Are la baz procedeul quad-tree segmentation ce permite procesarea unui numr
mare de puncte.
Kriging
Metod dezvoltat de inginerul D.G. Krige (1951) n ncercarea de a estima ct mai
precis resursele de minereuri.
Metoda se bazeaz pe teoria variabilelor regionalizate, ce presupune c variaia spaial
a fenomenului este omogen din punct de vedere statistic, pe toat suprafaa.
-
Presupune c direcia i distana existent ntre date reflect o corelare spaial ce poate
fi folosit n explicarea variaiei acestora.
Poate fi potrivit unui set de date folosind o variogram.
Estimeaz erorile i extrapoleaz valoarea z.
n funcie de parametrii specificai de utilizator poate fi att o metod exact ct i una
aproximativ.
Topologia spaial
1. Introducere:
n 1736, matematicianul Leonhard Euler a publicatlucrarea The Seven Bridges
Knigsberg despre care se poate spune c st la baza ramurii matematice cunoscute sub
denumirea de topologie.
n anul 1970, pregtindu-se de recensmnt, United States Census Bureau, a folosit toplogia matematic pentru a reduce erorile ce apreau pe hrile rezultate.
Astz i n cadru l Si s temel o r Geogra f i ce Informaionale (GIS) termenul poate fi
definit ca tiina i matematica relaiilor utilizate pentru validarea geometriei entitilor
vectoriale i pentru o serie de operaii cum ar fi analiza de reea i de vecintate [Goodchild,
M.F., i colab., 2005].
n sens mai larg, topologia descrie relaiile spaiale existente ntre obiecte folosind seturi
de reguli pentru a observa cum entitile vectoriale (puncte, linii, poligoane) mprtesc
geometria i spaiul. Totodat topologia face diferena dintre modele GIS i cele non-topologice
(Modelul Spaghetti).
-
2. Structura topologic
2.1 Elemente de baz i termeni specifici topologiei
Sistemul vectorial se bazeaz pe primitive grafice. Primitiva grafic reprezint
cel mai mic element grafic utilizat la crearea i stocarea unei entiti vectoriale.
Sistemul vectorial folosete urmtoarele primitive grafice:
Noduri acestea defines cele dou extremiti ale unui arc. Ele indic
sensul de parcurgere al arcului.
Verteci sunt reprezentai printr-o serie de puncte ce defines forma unui
arc (inflexiuni).
Arce sunt reprezentate de linia frnt dintre dou noduri. Un arc trebuie
s fie mrginit, obligatoriu, de un nod de pornire i unul de destinaie.
Poligoane sunt definite ca suprafee formate din arce nchise. Unui
poligon i este ataat, mereu, un nod izolat numit centroid.
Aadar listele de noduri, arce, poligoane i verteci, precum i relaiile de frontier i
cofrontier puse n eviden prin adrese sau pointeri formeaz structura topologic de
date [Niu, C., i colab., 2002].
2.2 Relaii topologice
Conectivitatea indic ce obiecte spaiale sunt conectate cu altele, sau se intersectez
ntre ele (de exemplu un drum A se conecteaz cu un alt drum B).
Vecintatea indic ce obiecte spaiale sunt vecine cu altele (dou sau mai multe
poligoane au n comun laturi sau granie).
Includerea n acest caz obiectele spaiale (noduri, arce, poligoane mai mici)
sunt coninute de un poligon.
Proximitatea indic ce obiecte spaiale sunt apropiate de altele.
Direcia relativ indic poziia relativ ntre obiectele spaiale.
2.3 Concepte topologice
Topologia de tip arc-nod ine evidena arcelor conectate prin intermediul nodurilor
comune. Aceasta definete lungimea, direcia i conectivitatea arcelor. Arcele sunt
conectate dac au n comun un nod.
-
Topologia de tip poligon-arc Definete relaiile dintre arce i poligonul pe care l
definesc, precum i date privitoare la suprafa i vecintate. Poligoanele sunt vecine dac au n
comun un arc. Pentru evitarea datelor redundante, poligoanele sunt stocate ca o list de arce.
Topologia de tip stnga-dreapta Aceast se refer la vecintate i la modul cum
poligoanele sunt asociate cu poligoanele vecine. n acest caz fiecare arc are o list cu poligoanele
existente n dreapta i stnga sa.
2.4 Reguli topologice generale
Topologia stocheaz o serie de parametric referitori la regulile aplicate, ranguri, tolerane.
De asemenea mai stocheaz i o serie de date legate de erori, excepii, etc.
Regulile definesc relaiile admise ntre obiectele spaiale.
Rangurile (ranks) controleaz ce elemente ar putea fi mutate atunci cnd, regulile
topologice existente n cadrul validrii iniiale i pe parcursul validrilor ulterioare, se reunesc.
Tolerana (Cluster tolerance) definete
distana minim ce poate exista ntre dou puncte, astfel nct acestea s fie considerate identice.
Zonele cu erori (Dirty areas) reprezint entitile vectoriale ce au fost supuse unor editri
ulterioare. Acestea permit limitarea zonei de verificat pentru erori n timpul validrii topologice.
Erorile i excepiile sunt stocate n cadrul topologiei i permit gestionarea situaiilor n
care elementele vectoriale nu se supun regulior specificate.
3. Reguli topologice
3.1 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip polygon
Nu trebuie sa se suprapun Aceast regul presupune ca interiorul poligoanelor din
aceeai clas de obiecte spaiale (feature class) s nu se suprapun. Poligoanele pot avea n
comun noduri i margini, dar nu pot mpri aceeai suprafa. Un exemplu de folosire a acestei
reguli este cazul entitilor vectoriale ce reprezint modul de utilizare a terenului, tipul formelor
de relief, etc.
Nu trebuie s conin spaii goale Aceast regul presupune ca ntre poligoane sau
blocuri de poligoane nvecinate s nu existe spaii goale. Poligoanele pot avea n comun noduri,
margini i suprafee interioare. Este util atunci cnd este vorba de suprafee continue, de
exemplu tipurile de sol dintr-un anumit areal.
-
Nu trebuie s se suprapun peste Aceast regul presupune ca interiorul unui poligon
ce aparine unei clase de obiecte spaiale nu trebuie s se suprapun peste interiorul unui poligon
ce aparine altei clase de obiecte. Poligoanele pot avea n comun noduri i margini, sau pot fi
complet separate. Se utilizeaz atunci cnd se intenioneaz mbinarea a dou sisteme ce se
exclud reciproc, cum ar fi amenajarea teritoriului i arealele acoperite de ap.
Trebuie s fie acoperit de o clas de obiecte spaiale n acest caz se presupune c
poligoanele dintr-o clas de obiecte spaiale trebuie s fie acoperite de poligoanele dintr-o alt
clas de obiecte spaiale. Aceast regul poate fi utilizat atunci cand un areal de un anumit tip,
cum ar fi o ar, trebuie s fie acoperit n totalitate de areale de alt tip, cum ar fi judeele.
Trebuie s se acopere unul pe altul Regula n spe presupune ca un poligon
aparinnd unei clase de obiecte spaiale trebuie s aib n comun ntreaga suprafa cu un
poligon aparinnd altei clase de obiecte spaiale. Aceast regul se folosete atunci cnd dou
poligoane aparinnd a dou clase de obiecte spaiale diferite acoper aceeai suprafa. De
exemplu clasa vegetaie i clasa soluri trebuie s se acopere una pe celalt.
Trebuie s fie acoperit de Aceast regul presupune ca poligoanele ce aparine unei
clase de obiecte spaiale s fie coninute total de poligoanele aparinnd altei clase de obiecte
spaiale. Este util atunci cnd se intenioneaz ca un set de poligoane s fie acoperite de un alt
poligon ce aparine unei alte clase de obiecte spaiale. De exemplu clasa judee trebuie s fie
acoperit de clasa ri.
Laturile trebuie s fie acoperite de Aceast regul prevede ca laturile unui poligon
dintr-o clas de obiecte spaiale trebuie s fie acoperite de liniile dintr-o alt clas de obiecte. De
regul aceasta este util atunci cnd suprafaa unei entiti conine un set de atribute, iar limitele
acesteia alt set de atribute. De exemplu clasa parcele poate fi stocat mpreun cu limitele
acestora intr-o baz de date spaial. Fiecare parcel poate fi definit de una sau mai multe linii,
fiecare dintre ele coninnd diverse informaii, iar parcelele respective trebuie s se potriveasc
perfect cu limitele sale.
Limitarea zonei tebuie s fac obiectul unei alte limite Regula presupune ca laturile unui
poligon dintr-o clas de obiecte spaiale s fie acoperite de marginile altui poligon
dintr-o alt clas de obiecte spaiale. Este util cand un poligon aparinnd unei clase de obiecte
spaiale cum ar fi o subdiviziune, este compus din mai multe poligoane aparinnd altei clase de
obiecte spaiale cum ar fi clasa parcele, dar nu sunt acoperite n totalitate de ultima.
-
Conine punct n cazul acestei reguli, se presupune c un poligon aparinnd unei clase
de obiecte spaiale s conin cel puin un punct aparinnd altei clase de obiecte spaiale. Punctul
trebuie s fie n interiorul poligonului i nu pe marginea acestuia. Este util atunci cand poligonul
trebuie sa aib asociat cel puin o entitate punctual, ca de exemplu parcelele trebuie s aib o
adres.
Conine un punct Impune ca un poligon ntr- o clas caracteristic conine cel puin un
punct din alt clas caracteristic. Punctele trebuie s fie n poligonu, nu pe limita. Acest lucru
este util atunci cnd fiecare poligon ar trebui s aib cel puin un punct asociat, cum ar fi atunci
cnd parcelele trebuie s aib un punct de adres (numar cadastral).
Topologia spaial
3.1 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip polygon
Nu trebuie sa se suprapun Aceast regul presupune ca liniile din cadrul aceleai
clase de obiecte spaiale s nu se suprapun. Este folosit atunci cand liniile nu trebuie sa fie
dublate, de exemplu o reea hidrografic. Liniile se pot intersecta, dar nu pot avea segmente
comune.
Nu trebuie s se intersecteze Regula de fa presupune ca liniile aparinnd aceleai
clase de obiecte spaiale s nu se intersecteze sau s se suprapun, ns pot avea n comun puncte
de capt.
Nu trebuie s aib discontinuiti Regula n spe prevede ca liniile existente n cadrul
aceleiai clase de obiecte spaiale trebuie s fie conectate la capete. Aceast regul este folosit
atunci cnd liniile formeaz o suprafa, de exemplu cnd definesc un poligon, sau cnd sunt
conectate asemnator unei reele stradale. n ultimul caz, regula poate fi nclcat atunci cnd
strzile se nchid brusc.
Nu trebuie s conin pseudo-noduri Aceast regul presupune ca o linie s fie
conectat cu cel puin alte dou la fiecare capt. O linie ce este conectat cu doar o singur alt
line, sau cu ea nsi, se presupune c are pseudo-noduri. Aceast regul este utilizat n cazul n
-
care o linie trebuie s formeze bucle nchise, cum ar fi atunci cnd acestea definesc limite de
poligoane.
Nu trebuie s se intersecteze sau s se ating n interior) Regula presupune ca o linie
aparinnd aceleiai clase de obiecte spaiale s ating o alt linie doar la capete. Orice segment
ce se suprapune sau se intersectaz n alt loc dect la capete, reprezint o eroare. Regula este
util atunci cnd este vorba de linii ce reprezint parcele.
Nu trebuie s se suprapun peste Aceast regul presupune ca o linie ce aparine unei
clase de obiecte spaiale s nu se suprapun peste o linie ce aparine altei clase de obiecte. Regula
este folosit atunci cnd liniile nu trebuie s ocupe acelai spaiu, de exemplu drumurile nu
trebuie s se suprapun cu liniile de cale ferat.
Trebuie s fie acoperit de o clas de obiecte spaiale)
Aceast regul presupune ca liniile ce aparin unei clase de obiecte spaiale s fie acoperite de
liniile ce aparin altei clase de obiecte. Este folosit cnd un grup de linii descrie aceeai enitate
spaial. De exemplu ruta unui autobus trebuie s acopere reeaua stradal.
Trebuie s fie acoperite de laturi n cazul acesta o liniile ce aparine unei anumite clase
de obiecte spaiale trebuie s fie acoperite de laturile unui poligon ce aparin altei clase de
obiecte spaiale. De exemplu liniile ce formeaz o parcel trebuie s corespunde cu marginile
poligonuluirce
Captul trebuie s fie acoperit de Regula presupune ca limitele liniilor dintr-o clas de
obiecte spaiale s fie acoperite de puncte dintr-o alt clas de obiecte spaiale. Este util atunci
cnd se intenioneaz ca intersecia unei strzi s se afle la jonciunea a dou strzi.
Nu trebuie s se suprapun cu ea nsi Regula prevede ca liniile s nu se suprapun
cu ele nsele. Ele se pot intersecta dar nu trebuie s aib segmente comune. Aceast regul este
util n special n analiza transporturilor, de exemplu o strad nu trebuie s se suprapun peste o
autostrad.respectiv
Nu trebuie s se intersecteze cu ea nsi n acest caz liniile nu trebuie s se
intersecteze sau s se suprapun cu ele nsele. Este util n cazul curbelor de nivel.
Trebuie s fie un singur segment) Aceast regul presupune ca linia s fie compus
dintr-un singur segment. Poate fi folosit atunci cnd linia nu trebuie s fie compus din mai
multe segmente, cum ar fi de exemplu o linie ce reprezint o autostrad.
-
Trebuie s fie un singur Segment Aceast regul presupune ca linia s fie compus
dintr-un singur segment. Poate fi folosit atunci cnd linia nu trebuie s fie compus din mai
multe segmente, cum ar fi de exemplu o linie ce reprezint o autostrad.
3.2 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip punct
Trebuie s fie acoperite de laturi Regula presupune ca punctele ce aparin unei clase de
obiectespaiale s intersecteze laturile unui poligon aparinnd unei alte clase de obiecte spaiale.
Se utilizeaz spre exemplupentru markerii de frontier n cazul parcelelor.
Trebuie s fie n interiorul poligoanelor n acest caz punctele trebuie s se gseasc n
interiorul unui poligon. Regula este util atunci cnd caracteristicile punctelor relaioneaz cu
poligoanele. De exemplu reedinele de jude reprezentate punctual trebuie s se gseasc n
interiorul judeelor reprezentate prin poligoane.
Trebuie s fie acoperite de capete Regula prevede ca punctele ce se gsesc ntr-o clas
de obiecte spaiale s fie acoperite de capetele liniilor ce se gsesc ntr-o alt clas de obiecte
spaiale. Regula este similar cu regula aplicat liniilor Endpoint Must Be Covered By. Un
exemplu de aplicabilitate pentru aceast regul este cazul interseciilor de strzi.
Trebuie s fie acoperite de o linie Regula prevede ca punctele ce se gsesc ntr-o clas
de obiecte spaiale s fie acoperite linii ce se gsesc ntr-o alt clas de obiecte spaiale. Poate fi
utilizat pentru staiile de msurare a debitelor ce trebuie s se situeze pe cursurile rurilor.
Trebuie s coincid cu Aceast regul se utilizeaz atunci cnd punctele de la clas sau
un subtip ar trebui s fie aliniate cu puncte de la o alt clas caracteristic sau alt subtip ca in
cazul retelelor electrice unde punctele de distribuitie trebuie sa coincida cu punctele de racordare.
Trebuie s fie disjuncte Aceast regul se utilizeaz atunci cnd punctele dintro clasa
sau subtip nu ar trebui s ocupe acelai spaiu. Este cazul reteleor utilitare (apa, gaze, canalizare
etc.)
3.3 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip linie sau polygon
Must Be larger than cluster tolerance Necesit ca un obiect s nu se distrug n timpul
procesului de validare. Aceast regul este obligatorie pentru o topologie, i se aplic la toate
categoriile de linie i poligon. n cazurile n care aceast regul este nclcat, geometria original
este lsat neschimbat.