Sisteme Inf Geogr

137
UNIVERSITATEA OVIDIUS CONSTANTA FACULTATEA DE STIINTELE NATURII SISTEME INFORMATICE GEOGRAFICE - note de curs – Drd. Sorina DUMITRU 2003

Transcript of Sisteme Inf Geogr

Page 1: Sisteme Inf Geogr

UNIVERSITATEA OVIDIUS CONSTANTA FACULTATEA DE STIINTELE NATURII

SISTEME INFORMATICE GEOGRAFICE

- note de curs –

Drd. Sorina DUMITRU

2003

Page 2: Sisteme Inf Geogr

1

Motto: Gestionarea informaţiei din punct de vedere geografic a apărut odată cu realizarea primelor hărţi. Cu toate acestea, gestionarea unor cantităţi mari de informaţii, rapid şi într-un mod flexibil, a fost posibilă relativ recent, prin dezvoltarea tehnologiei calculatoarelor. Astăzi, aproape orice fenomen care se modifică în spaţiu şi/sau timp, poate fi măsurat şi convertit în informaţie digitală, permiţându-ne organizarea activităţilor şi a mediului la nivele de detaliu şi acurateţe fără precedent. La începutul anilor ’80, numărul utilizatorilor GIS era de ordinul sutelor. Astăzi, aceştia reprezintă cel puţin un sfert de milion şi se apreciază că la începutul secolului următor vor fi câteva zeci de milioane. Jack Dangermond, 1998 Fondator şi preşedinte ESRI

CURS I

Introducere La începutul anilor ‘60, câţiva geografi au conceput un sistem pentru stocarea şi organizarea informaţiilor spaţiale în calculator. În ultimii 30 de ani, acest sistem în continuă dezvoltare este cunoscut ca Sistem Informatic Geografic (SIG). Sistemele Informatice Geografice sunt pe cale să devină una din cele mai extinse aplicaţii existente vreodată, cu arii de interes extrem de largi: cartografie de înaltă calitate, managementul terenurilor şi a resurselor naturale, dezvoltarea şi planificarea mediului, cercetări ecologice, cercetări demografice, cercetări sociologice. Până acum aproape două decenii, Sistemul Informatic Geografic era o raritate iar azi multe organizaţii cheltuiesc mari sume de bani pentru Sistemele Informatice Geografice şi pentru bazele de date geografice. Există două explicaţii: • Mai întâi, costurile implicate în dezvoltarea componentelor hardware ale calculatorului scad

continuu şi spectaculos, fiind însoţite în acelaşi timp de o dezvoltare continuă şi constantă a performanţelor hardware şi software.

• În al doilea rând, datele geografice sunt parte constituentă a lumii reale; aproape toate deciziile luate de oameni sunt condiţionate, influenţate sau dictate într-un anumit fel de geografie. Se pot da mai multe exemple: construcţia unui drum nou prin munţi depinde de curbele de nivel; maşinile de pompieri sunt direcţionate spre locul incendiilor pe cel mai scurt drum; la fel pentru maşinile de poliţie; bolile sunt studiate prin identificarea ariilor şi vitezei de răspândire. SIG oferă un mijloc de a integra informaţiile în scopul de a formula şi a înţelege câteva din cele mai presante probleme ale zilelor noastre – defrişarea pădurii tropicale, ploaia acidă, urbanizarea rapidă, suprapopularea, foametea şi impactul schimbărilor climatice globale. Tehnologia SIG ne ajută să ne organizăm datele legate de fiecare problemă şi să înţelegem relaţiile spaţiale existente între ele. O astfel de înţelegere constituie baza pentru luarea unor decizii manageriale inteligente şi adecvate.

Deci creşterea popularităţii Sistemelor Informatice Geografice se datorează atât necesităţii utilizării acestora, cât şi oportunităţii lor.

Noţiuni generale despre sistemele informatice Deoarece Sistemul Informatic Geografic este un domeniu relativ nou, ar trebui trecute în revistă câteva noţiuni de bază şi prezentate definiţiile principalilor termeni utilizaţi. Mai întâi, trebuie să subliniem faptul că Sistemele Informatice Geografice constituie una din categoriile Sistemelor Informatice Spaţiale, care fac parte din categoria Sistemelor

Page 3: Sisteme Inf Geogr

2

Informatice privite în ansamblu. Deci, vom începe cu conturarea sistemelor informatice în general, un domeniu în plină evoluţie, şi cu descrierea subcategoriilor acestora.

Sisteme informatice Ultimul deceniu al celui de al doilea mileniu a evidenţiat cât se poate de clar faptul că una din condiţiile de bază ale progresului societăţii contemporane este informaţia şi capacitatea de prelucrare şi interpretare a acesteia – “informaţia înseamnă putere”. Luarea unei decizii se bazează din ce în ce mai mult pe analiza informaţiilor asistată de calculator. Acest fapt a dus la apariţia şi dezvoltarea explozivă a unei adevărate pieţe a informaţiilor şi a sistemelor informatice. Din această cauză, preţul informaţiei despre o anumită resursă tinde să reprezinte jumătate din valoarea acestei resurse. Informaţiile diverse se transmit din ce în ce mai rapid, prin cabluri, prin diferite suporturi materiale sau prin intermediul benzilor electromagnetice. Prelucrarea, analiza şi chiar interpretarea lor se realizează cu ajutorul sistemelor de calcul. Sistemele Informatice (SI) sunt alcătuite din aceste sisteme de calcul împreună cu programele, metodele, normele şi personalul specializat. În denumirea lor, prima parte a termenului – infor – sugerează informaţia, iar matica sugerează prelucrarea automatică a acesteia cu ajutorul calculatorului. Societatea actuală a început să înţeleagă în bună parte beneficiile explorării şi exploatării informaţiilor în cele mai diverse domenii de activitate şi a recepţionat asaltul calculatoarelor, sperând în modernizarea, revitalizarea şi perfecţionarea tuturor activităţilor, productive sau ne productive. Cu toate acestea, calculatoarele nu sunt încă eficient utilizate deoarece se înţelege mai greu faptul că au nevoie de programe specifice şi de personal specializat pentru valorificarea programelor respective. Luarea celor mai bune decizii manageriale sau productive nu se mai poate realiza astăzi fără ajutorul calculatorului şi a programului cel mai avansat, fără un Sistem Informatic specializat. Sisteme Informatice Spaţiale (SIS) Sistemele Informatice Spaţiale (SIS) au fost create pentru achiziţionarea, prelucrarea şi analiza informaţiilor care privesc spaţiul. Ele au revoluţionat forma tradiţională de stocare a datelor, prelucrarea şi analiza acestora pe baza planurilor topografice, a fotogramelor şi a hărţilor. Datele din cadrul SIS pot avea orice tip de coordonate spaţiale. În funcţie de modul de prelevare a datelor şi obiectivele principale, există 5 categorii majore în cadrul Sistemelor Informatice Spaţiale: 1. Proiectare asistată pe calculator (Computer Aided Design) – CAD – pentru desenarea şi

proiectarea obiectelor. De exemplu, programul RELEASE din pachetul AutoCAD este specializat în grafica şi proiectarea 3D, utilizând limbajul LISP. Sistemele CAD utilizează relaţii topologice simple şi au capacităţi limitate în domeniul analitic.

2. Sistemele de Cartografie Computerizată – SCC – înlocuiesc procedeele cartografierii clasice cu ajutorul simbolizării, clasificării şi interogării automate. Harta tradiţională este înlocuită cu harta digitală, care alcătuieşte împreună cu elementele explicative o bază de date. Aceasta poate fi legată de un sistem de gestiune a bazei de date SGBD, dar nu pot fi executate decât operaţiile simple de interogare, regăsire, afişare şi restituţie. Un exemplu de SCC este MapInfo, care are are un SGBD specializat pe date de cartografie tematică, o bună calitate a restituţiei cartografice, dar limitări în domeniul analizei spaţiale. Un alt exemplu de SCC performant este Advanced Cartographic Environment (ACE), care este o extensie necesară pentru alte SIS, fiind specializat în editarea hărţilor de înaltă calitate. Este un produs al concernului PCI şi a apărut doar în ediţii specializate pe domenii de aplicare.

Page 4: Sisteme Inf Geogr

3

3. Sistemele Informatice de Teledetecţie – SIT- şi Sistemele Informatice de Fotogrammetrie - SIF. Teledetecţia şi fotogrammetria s-au dezvoltat mult în ultimul timp, ducând la apariţia unor programe specializate de achiziţie, procesare şi export a informaţiilor obţinute în aceste domenii. Cele mai cunoscute SIT sunt pachetele EASI/PACE, ImageWorks, OrthoEngine SE, ERDAS Imagine, ImageStation, iar din domeniul SIF, pachetele OrthoEngine Ae, OrthoMax, Softplotter, Leica AG. Există şi unele sisteme mixte, care permit prelucrări atât ale imaginilor satelitare, cât şi a fotogramelor, ca şi sisteme care permit operaţii spaţiale foarte avansate, cum ar fi deducerea automată a modelelor digitale de elevaţie.

4. Sistemele Informatice Geografice - SIG – se ocupă de cartografierea automată, inventarierea resurselor, analiza spaţială şi managementul activităţilor umane. Exemple de sisteme SIG sunt ARC/INFO, ER Mapper, GRASS, IDRISI, Microstation, SPANS; etc. Trebuie remarcată distincţia calitativă între cartografierea computerizată, vizualizare şi design SIG. Adevăratele produse SIG se disting prin capacitatea lor de a efectua analize spaţiale şi modelare. Ultimele versiuni ale pachetelor SIG sunt capabile să importe şi să prelucreze imagini satelitare şi aerofotograme.

5. Sistemele Informatice de Vizualizare – SIV – numite şi viewere, sunt sisteme SIS care au ca obiectiv doar funcţiile de vizualizare şi interogare a bazei de date spaţiale. Ele sunt rezultatul unor adevărate SIS realizate de firme specializate pentru acele întreprinderi care nu au nevoie de toate funcţiile SIG, ci doar de cele menţionate mai sus.

Un exemplu este SPANS Observer, care este viewer-ul programului SPANS. Nu permite actualizarea datelor ci doar extragerea informaţiilor. Un alt exemplu este FLY!, care lucrează în spaţiu tridimensional, permiţând un “zbor” al punctului de observaţie la înălţimea dorită de vizualizator, cu control în timp real al direcţiei şi vitezei de deplasare. Programul permite simularea condiţiilor atmosferice în timpul deplasării. Toate aceste Sisteme Informatice Spaţiale au între ele multe aspecte comune, dar şi multe caracteristici proprii fiecărei categorii în parte. Principala calitate a Sistemului Informatic Geografic este capacitatea sa de a efectua operaţii analitice cu datele spaţiale, deci calitatea sa de Sistem de Analiză Spaţială (SAS). Fig. 1. Relaţia dintre SIG şi celelalte Sisteme Informatice Spaţiale. Sistemul Informatic Geografic este capabil să preia, să prelucreze şi să analizeze produsele celorlalte sisteme spaţiale.

SCC SIV

CAD

SIG

SIT şi SIF

INFORMATICE

SISTEME

SPAŢIALE

Page 5: Sisteme Inf Geogr

4

Geomatica şi geoinformatica Geomatica este o disciplină nouă care se ocupă cu tehnicile şi metodele de reprezentare şi studiere informatizată a suprafeţei Pământului şi a entităţilor acesteia, deci o disciplină care se referă la toate domeniile care achiziţionează, validează, stochează, prelucrează, analizează şi distribuie date georeferenţiate. Numele său este compus din geo, care sugerează ideea de Pământ şi date georeferenţiate şi matica, care sugerează prelucrarea automată a acestora cu ajutorul calculatorului. Sistemele Informatice Spaţiale sunt studiate în cadrul Geomaticii. Geomatica are la bază disciplinele clasice care se ocupă cu modalităţile de măsurare, reprezentare şi studiere a suprafeţei Pământului: - Geodezia, - Topografia, - Teledetecţia, - Fotogrammetria, - Cartografia, - la care se adaugă metodele de lucru ale Geografiei cantitative şi ale Analizei Spaţiale. Geomatica are raporturi strânse şi cu celelalte discipline din familia ştiinţelor despre Pământ, şi se leagă prin aria de aplicaţii de Ştiinţele Naturii, Ştiinţele Socio-Umane şi Ştiinţele Inginereşti. Geomatica cuprinde de asemenea şi o colecţie de metode geostatistice şi statistice care diversifică posibilităţile de prelucrare şi analiză a datelor. Geoinformatica este o disciplină subordonată geomaticii, căreia îi oferă mediul de lucru – mediul informatic, - este o disciplină informatică specializată pentru abordarea bazelor de date spaţiale (BDS). Ea cuprinde o colecţie de aplicaţii ale tehnologiei informaţionale şi are ca scop studierea informatizată a suprafeţei Pământului şi a entităţilor acesteia (structuri de date raster, vector şi quadtree, tehnici de procesare a imaginilor, metode de interogare a bazelor de date). Geoinformatica se întemeiază şi pe anumite metode computaţionale care deservesc baza de date spaţială (geometrie computaţională, grafică computerizată, proiect cartografic). În concluzie, Geomatica poate fi considerată o Ştiinţă a Pământului dar şi o tehnologie, datorită metodelor şi tehnologiilor automatizate. În faza actuală de dezvoltare a informaticii, diviziunile Geomaticii sunt următoarele: Geoinformatica, Discipline de reprezentare computerizată a suprafeţei Pământului, Analiză Spaţială, SIG.

Analiza Spaţială Scopul principal al unui Sistem Informatic Geografic este practic Analiza Spaţială (AS) a datelor georeferenţiate şi a variabilelor regionalizate. Un SIG este într-un anume sens un mediu informatic pentru analiza spaţială. Pentru a efectua o analiză spaţială, este necesar ca datele să fie georeferenţiate şi să existe alte funcţii SIG conexe: - achiziţie, - editare, - validare, - stocare, - prelucrare primară, - vizualizare, - afişare. Modelarea spaţială este privită în acest caz ca o analiză spaţială specială care are ca rezultat scenariile spaţiale. În cadrul SIG, pentru a efectua analiza spaţială, există proceduri specifice, care combină SGBD cu metode de analiză statistică şi geostatistică, cu tehnici de procesare a imaginilor şi cu

Page 6: Sisteme Inf Geogr

5

procedee de cartografiere computerizată. Procedeele şi metodele de analiză spaţială pot fi grupate în următoarele categorii: - operaţii spaţiale unare, - analize spaţiale unare, - metode de modelare spaţială - şi spaţio-temporale. Dinamica Analizei Spaţiale fiind accentuată, sunt aşteptate noi metode şi procedee ale AS. Analiza spaţială trebuie să îndeplinească simultan câteva deziderate: - să examineze şi să interpreteze datele, - să obţină un plus de informaţie aparent ascunsă, - să evalueze din punct de vedere cantitativ şi calitativ, entităţile, procesele şi fenomenele din

spaţiul analizat, - să ofere un sprijin concret în vederea unei decizii corecte. Realizarea în practică a analizei spaţiale presupune utilizarea unei proceduri analitice combinate cu: - managementul bazei de date, - analiza statistică şi geostatistică a datelor, - procesarea imaginilor, - elemente de cartografie computerizată. Metodele matematice de modelare spaţială şi spaţio-temporală au drept scop prezentarea căilor de realizare a modelelor de spaţiu, a scenariilor şi a predicţiei în scopul sprijinirii analizei de decizie. Pentru utilizarea SIG şi pentru efectuarea analizei spaţiale, sunt foarte importante cunoştinţele privind grafica computerizată şi specificul tehnologiei informaţionale în cadrul SIG.

Page 7: Sisteme Inf Geogr

6

SCURT ISTORIC AL SISTEMULUI INFORMATIC GEOGRAFIC Am putea puncta ca prime semnale, care au precedat cu mult conştientizarea şi apariţia adevăratelor Sisteme Informatice Geografice, tentativele de automatizare a prelucrării datelor geografice ale lui Herman Hollerith, care adaptează tehnica cartelelor perforate în vederea colectării şi trierii datelor obţinute de Institutul Naţional de Statistică al SUA în urma recensământului populaţiei din 1890. La sfârşitul anilor ’50 şi începutul anilor ’60, apare a doua generaţie de calculatoare, cu posibilităţi de prelucrare crescute, care încep să fie utilizate în noi domenii. Acum sunt realizate primele aplicaţii în domeniul meteorologiei, geologiei şi geofizicii, însă tehnologiile de imprimare inadecvate duc la produse grafice rudimentare. În Europa şi în America de Nord, se întreprind studii demografice, de urbanism, transport sau distribuire a resurselor naturale în care se apelează la utilizarea calculatoarelor electronice. Actul de naştere al Sistemului Informatic Geografic este semnat de abia în 1962, pe continentul american, care deţine de altfel de la început supremaţia de necontestat pe piaţa informaticii. Termenul apare în denumirea unui proiect de anvergură, când Roger Tomlinson reuşeşte să convingă guvernul canadian să finanţeze un proiect denumit “Sistemul Informatic Geografic Canadian”. LA Baza acestuia se afla un alt proiect al Ministerului Agriculturii, care dorea la vremea aceea un recensământ al terenurilor agricole, dar şi posibilitatea de utilizare a acestuia pentru a produce diverse hărţi tematice care ar fi ajutat evidenţierea zonelor sensibile, distribuirea subvenţiilor, etc. Ideile noi pe care le aduce Sistemul Informatic Geografic Canadian: • Utilizarea scanării unor suprafeţe cu o mare densitate de obiecte – hărţile sunt retipărite în

acest scop printr-un proces asemănător digitizării; • Vectorizarea imaginilor scanate; • Partiţionarea geografică a datelor pe straturi tematice; • Utilizarea sistemului de coordonate absolut pentru întreg teritoriul, cu o precizie ajustabilă la

rezoluţia datelor; • Precizia numerică poate fi setată de administratorul sistemului şi schimbată de la un strat la

altul; • Separarea datelor în fişiere atribut şi fişiere de locaţii; • Conceptul de tabel de atribute. În aceeaşi perioadă, în SUA, Departamentul Apelor şi Controlului Poluării (care aparţinea de Ministerul Sănătăţii) dezvolta un sistem de achiziţie şi gestionare a datelor privind calitatea apelor. În paralel, Serviciul forestier dezvolta MIADS, un sistem de gestiune a parchetelor capabil de a achiziţiona şi de a analiza date, precum şi de a produce noi hărţi tematice pe baza celor existente. În 1964, în SUA, are loc prima conferinţă referitoare la Sistemul de Informaţii pentru Planificare Urbană, conferinţă aflată la originea Asociaţiei Sistemelor Informaţionale Urbane şi Regionale, a cărei activitate continuă şi în prezent. În 1965, la Harvard University Graduate School of Design se înfiinţează, sub conducerea lui Howard Fisher, un laborator numit “Laboratory for Computer Graphics” (Laborator pentru grafica pe calculator), laborator care este un reper important în scurta istorie a SIG. Activitatea laboratorului se concentrează pe două direcţii principale: - grafica pe calculator şi aplicaţiile sale, pe de o parte, - cercetări privind analiza spaţială în cazul planificării regionale şi urbane, arhitecturii urbane şi a peisajului şi aplicaţiile calculatoarelor în programarea, proiectarea, simularea şi evaluarea acestora, pe de alta.

Page 8: Sisteme Inf Geogr

7

În paralel, William Warntz organizează cercetarea în geografie teoretică şi în domeniul teoriei suprafeţelor, macro-geografiei fenomenelor sociale şi economice şi teoriei locului central. Laboratorul a fost rampa de lansare pentru o serie de persoane care au rămas repere în domeniul SIG. Câţiva studenţi care au lucrat în perioada respectivă în cadrul laboratorului au înfiinţat mai târziu companii cu activitate de pionierat în domeniul SIG, şi care se situează şi în prezent pe primele locuri în acest domeniu: Jack Dangermond, fondatorul companiei ESRI (Environmetal Systems Research Institute), creată în 1969 şi cunoscută pentru pachetul de programe ARC/INFO; David Sinton de la Intergraph; Lawrie Jordan şi Bruce Rado, de la ERDAS. În anii ‘70 sunt elaborate, în cadrul laboratorului, o serie de pachete de programe culminând cu ODYSSEY, descris de autori ca fiind un program pentru “gestionarea, analiza şi afişarea informaţiei geografice”. În paralel, David Sinton lucrează la GRID şi mai târziu IMGRID, programe pentru analiza informaţiilor geografice în format raster, realizări pe care se bazează mai târziu Intergraph. Pornind de la IMGRID, Dana Tomlin elaborează, în teza sa de doctorat, un limbaj pentru specificarea operaţiilor de analiză spaţială (Map Algebra) şi un program (MAP) bazat pe utilizarea acestui limbaj. Primul pachet comercial de programe destinate Sistemelor Informatice Geografice, denumit ARC/INFO, este prezentat publicului în 1981 şi este produs de ESRI. ARC/INFO are două componente: un Sistem de Gestiune a Bazei de Date denumit “Info” (achiziţionat de ESRI de la o altă firmă) şi un modul de grafică vectorială (“Arc”). Programul permite “ataşarea” înregistrărilor alfanumerice gestionate de SGBD la informaţia grafică. Carl Steinitz (1993), propune o împărţire pe etape a dezvoltării Sistemelor Informatice Geografice. Prima etapă, cea a anilor ‘60, este caracterizată prin începerea utilizării calculatoarelor pentru operaţii care se efectuau până atunci manual, mai ales în domeniul cartografiei. Capacităţile de analiză a informaţiei erau primitive şi erau de obicei posibil de executat şi manual. A doua etapă, de la sfârşitul anilor ‘60 până la mijlocul anilor ‘70, se caracterizează prin îmbunătăţirea posibilităţilor de analiză a datelor. Se pot efectua astfel analize în care se combină tehnici statistice şi cartografice, apar metode complexe de analiză spaţială şi se pot afişa informaţii sub alte forme decât cea a hărţilor plane. Cresc aplicaţiile practice ale SIG, în special pentru studiile de impact asupra mediului şi de administraţie publică. Creşte de asemenea, acceptarea noilor tehnologii şi utilizarea lor profesională, în special în domeniul proiectelor de mare amploare. A treia etapă, la mijlocul anilor ‘70, e caracterizată de interacţiunea cu alte discipline şi profesiuni, în special din domeniul ştiinţific şi ingineresc. Acum este identificată necesitatea de a concepe modele mai perfecţionate şi este conştientizat rolul informaţiei (atât ca structură cât şi ca mod de prezentare) în luarea deciziilor. Etapa a patra, de la sfârşitul anilor ‘70 până la mijlocul anilor ‘80, este caracterizată de apariţia calculatoarelor personale accesibile ca preţ şi a programelor cu o interfaţă utilizator din ce în ce mai prietenoasă. Se creează premisele utilizării descentralizate a calculatoare şi a prelucrării distribuite în reţele locale. Apare şi o mai largă acceptare a noilor tehnologii. A cincea etapă se caracterizează prin 2 curente contradictorii: pe de o parte, o creştere a activităţii de cercetare fundamentală în domeniul SIG şi a asistării procesului de luare de decizie, pe de altă parte, a crescut viteza şi capacitatea calculatoarelor, a scăzut preţul lor şi au apărut îmbunătăţiri semnificative în efectuarea algoritmilor de prelucrare a imaginilor, ceea ce a permis creşterea ponderii teledetecţiei ca sursă de date pentru SIG. Flexibilitatea mai ridicată a programelor a permis aplicarea SIG într-un domeniu mai larg, de către utilizatori fără o experienţă îndelungată. În ceea ce priveşte evoluţia pachetelor de programe destinate SIG, vom reveni ulterior asupra acestei probleme.

Page 9: Sisteme Inf Geogr

8

Definiţia Sistemului Informatic Geografic O colecţie organizată de echipamente şi programe de calculator, date geografice şi personal având ca scop culegerea, stocarea, actualizarea, manipularea, analiza şi vizualizarea tuturor formelor de date geografice referite (localizate) spaţial (georeferenţiate). În sens mai restrâns, termenul se referă uneori numai la sistemul informatic capabil de a stoca şi folosi date care descriu locuri de pe suprafaţa pământului. Multe alte programe larg utilizate pot manipula date geografice sau spaţiale, cum ar fi programele bazate pe foi de calcul (Lotus 1-2-3, Excel), baze de date (Access, FoxPro, DBase), pachete statistice (SAS şi Minitab), pachete de desenare (AutoCAD). Deosebirea constă în faptul că un SIG este un SIG doar dacă permite operaţii spaţiale asupra datelor.

Alte definiţii ale Sistemului Informatic Geografic Burrough (1986): GIS este un puternic set de instrumente pentru culegerea, stocarea, transformarea şi vizualizarea datelor spaţiale ale lumii reale. Chorley (1987): Un sistem de achiziţionare, stocare, verificare, integrare, prelucrare, analiză şi afişare a datelor georeferenţiate. Săvulescu (1996): Un GIS este un ansamblu de persoane, echipamente, programe, metode şi norme, având ca scop culegerea, validarea, stocarea, analiza şi vizualizarea datelor geografice. ESRI: SIG este un instrument bazat pe calculator, pentru realizarea hărţilor şi analiza lucrurilor care există şi a evenimentelor care se petrec pe Pământ. Tehnologia SIG combină operaţiile uzuale de baze de date, precum şi interogarea şi analiza statistică, cu avantajele vizualizării unice şi analizei geografice oferite de către hărţi. Aceste calităţi diferenţiază SIG-ul de alte sisteme informatice, punându-l la dispoziţia unui public larg şi variat sau al firmelor particulare, în scopul explicării fenomenelor, predicţiei efectelor şi planificării strategiilor. The Geographer’s Craft Project, Department of Geography, University of Texas: SIG este o bază de date specializată, în care un sistem de coordonate spaţial obişnuit este principalul mijloc de referinţă. De o mare complexitate, SIG-ul necesită următoarele mijloace: • Date de intrare provenind din hărţi, fotografii aeriene, de la sateliţi, relevee sau alte surse; • Stocarea datelor, redarea şi interogarea; • Transformarea datelor, analiza şi modelarea, incluzând statistica spaţială; • Expunerea datelor sub formă de hărţi, rapoarte şi planuri. În legătură cu această definiţie se impun câteva observaţii: • SIG-ul este conectat la alte aplicaţii de baze de date, însă cu diferenţa importantă că toate

informaţiile sunt legate de o referinţă spaţială prin georeferenţiere. • SIG integrează numeroase tehnologii, cum ar fi cele pentru analiza fotografiilor aeriene şi a

imaginilor furnizate de sateliţi, pentru crearea modelelor statistice sau desenarea hărţilor. • SIG-ul, cu tabloul său de funcţii, ar trebui privit mai curând ca un proces decât doar ca un

pachet de programe, altfel s-ar neglija tocmai rolul determinant pe care îl are în cadrul unui proces decizional.

Ce nu este un Sistem Informatic Geografic? SIG nu este un simplu sistem care face hărţi, deşi poate crea hărţi la diferite scări, în diferite proiecţii şi în diferite culori, ci un instrument de analiză, permiţând identificarea relaţiilor spaţiale dintre componentele hărţii. Un SIG nu stochează harta în sens convenţional, nici nu stochează imagini sau vederi ale unui areal geografic, şi nici alt fel de date pur şi simplu. În schimb, un SIG înmagazinează date cu care se poate crea imaginea dorită, desenată ca să servească unui anumit scop.

Page 10: Sisteme Inf Geogr

9

Discipline ce contribuie la fundamentarea SIG Geografia – preocuparea ei este înţelegerea lumii şi a locului pe care îl ocupă fiinţa umană în cadrul acesteia. Cartografia – se ocupă cu reprezentarea informaţiilor spaţiale, cel mai frecvent sub forma hărţilor. Harta este un mod eficient pentru stocarea acestui tip de informaţii şi pentru înţelegerea şi analizarea acestora. Teledetecţia – furnizează informaţii colectate de sateliţi sau avioane. Fotogrammetria – utilizează fotografii aeriene şi tehnici speciale de obţinere a informaţiilor pe baza acestora. Topografia – asigură precizia datelor legate de poziţia terenurilor, clădirilor sau altor entităţi (acum se utilizează GPS – Global Positoning System). Statistica şi cercetarea operaţională – pune la dispoziţie numeroase metode de construcţie a modelelor de calcul sau de analiză a datelor. Statistica este importantă pentru înţelegerea erorilor şi incertitudinilor în SIG. Matematica, în special, topologia, geometria şi teoria grafurilor – care furnizează numeroase metode care pot fi exploatate în SIG. Informatica aplicată – oferă metode şi instrumente soft specifice. Subdomenii: Proiectarea asistată de calculator (Computer Aided Design – CAD) – furnizează programe ce pot fi utilizate de SIG în introducerea datelor, reprezentare, afişare şi vizualizare. Grafica computerizată – asigură componente hardware şi programe pentru afişarea obiectelor grafice ce facilitează vizualizarea în diverse moduri. Sisteme de gestiune a bazelor de date (SGBD) – contribuie prin pachete de programe şi metode la prelucrarea unor seturi foarte mari de date, necesare în cadrul multor aplicaţii SIG (cadastrale, recensământ, etc.). Inteligenţa artificială – furnizează numeroase tehnici, utile în procesul decizional, cum ar fi în construirea sistemelor expert care să îl ajute pe utilizator în formularea unor întrebări care să necesite răspunsuri utile. Analistul SIG trebuie să aibă o idee generală asupra relaţiilor dintre SIG şi fiecare din aceste domenii, dar trebuie să înţeleagă contribuţia propriului său domeniu de specialitate în construirea unui SIG.

Organizarea unui Sistem Informatic Geografic În alcătuirea unui Sistem Informatic Geografic intră: echipamentele informatice, programele, bazele de date (care cuprind abstractizări sau simplificări ale lumii reale), baza de metode şi modele şi, last but not least, utilizatorul (personal specializat).

Utilizator Programe şi echipament

Baza dedate

Lumea reală

abstractizare sau simplificare

SIG

rezultate

Page 11: Sisteme Inf Geogr

10

Componente hardware SIG-urile actuale sunt construite pentru a lucra fie pe calculatoare personale, fie pe staţii grafice. Schema generală a configuraţiei hardware este următoarea (Haidu, 1998): Pentru prima etapă, cea de culegere a datelor, calculatorul este legat la câteva tipuri de dispozitive de colectare a datelor şi de transformare în format digital: - mouse şi tastatură (pentru date nespaţiale în special), - digitizor (pentru operaţia de digitizare), - scaner (pentru operaţia de scanare), - unitate de disc mobil şi modem (pentru preluarea de date digitale de pe alte calculatoare sau

de pe reţea). Pentru prezentarea rezultatelor finale, calculatorul este legat la - un monitor cu ecran mai mare (pentru vizualizarea rapidă a hărţilor finale), - un periferic (imprimantă sau plotter) care să permită desenarea hărţilor pe suport material

(hârtie, folii transparente, hârtie fotografică), - un inscriptor CD (pentru imprimarea rezultatelor pe un suport informatic) - un modem (pentru transmiterea rezultatelor în reţea). Discul dur, numit şi discul hard, înmagazinează programele şi baza de date. Fig. 2 Principalele componente hardware ale SIG. Componentele software Un SIG cuprinde o sumă de programe grupate în module sau subsisteme. Independent de modul de organizare, un SIG complet trebuie să cuprindă următoarele componente software adaptate stocării şi prelucrării datelor localizate geografic (Haidu, 1998): − Sistem de intrare, editare, transformare, verificare, validare a datelor; − Sistem de gestiune a bazei de date; − Sistem de procesare analiză a imaginilor; − Sistem de cartografie computerizată; − Sistem de analiză statistică şi spaţială; − Sistem de afişare şi redare. Există câteva pachete de programe dedicate SIG care sunt utilizate de majoritatea utilizatorilor, precum şi un număr mai mic de programe construite special. Printre cele mai cunoscute, se pot aminti: ARC/INFO, GRASS, IDRISI, SPANS, Intergraph, MapObject.

DIGITIZOR PLOTTER MODEM

SCANER IMPRIMANTA

STAŢIE GRAFICĂ

sau PC

INSCRIPTOR CD

DISC MOBIL (dischetă, CD, Zip)

Page 12: Sisteme Inf Geogr

11

Baza de date O bază de date spaţială este alcătuită de fapt dintr-o - o bază de date grafică - o bază de date atribut. În cadrul unor sisteme, cele două baze se integrează şi formează o singură entitate, harta digitală, care este o colecţie de simboluri grafice, la care se ataşează o colecţie de caracteristici (atribute) pentru fiecare obiect reprezentat pe hartă. Atât simbolurile grafice, cât şi atributele asociate, sunt organizate în format numeric pentru a putea fi prelucrate de către calculator. Baze de metode şi modele Un Sistem Informatic Geografic trebuie să opereze conform unui plan clar şi a unui regulament bine conceput, pentru a reuşi în ceea ce şi-a propus. Fiecare organizaţie trebuie să îşi stabilească obiectivele realizării Sistemului Informatic Geografic respectiv şi, în acest scop, trebuie să-şi stabilească modele şi practici de operare unice. Pentru a proiecta prin SIG un model al lumii reale, trebuie să identificăm şi apoi să conceptualizăm problema ce trebuie rezolvată. Modul de introducere a datelor în baza de date a unui SIG, precum şi modul de stocare şi analizare a acestora, depind de obiectivele propuse ale SIG, de modelele şi metodele care vor fi utilizate pentru prelucrarea datelor. Personalul specializat Pentru ca un colectiv creat pentru a lucra cu un SIG să aibă randament maxim, sunt necesare cel puţin 4 persoane care să acopere următoarele specialităţi: geografie cantitativă, analiză şi programare, inginerie de sistem, proiectare. În plus, în funcţie de sursa datelor, în echipă ar putea să intre un specialist în geodezie – topografie sau teledetecţie – fotogrammetrie. Este necesară de asemenea prezenţa unui specialist cu pregătire superioară din domeniul utilizatorului: urbanism, geologie, protecţia mediului, apărare, etc. O condiţie esenţială este pregătirea membrilor echipei în domeniul analizei spaţiale şi în general, în utilizarea programelor SIG. Necesarul personalului mediu (operatori pentru bază de date sau pentru digitizare) este stabilit în funcţie de amploarea proiectului şi de diversitatea perifericelor.

Obiectivele fundamentale ale SIG În principiu, un Sistem Informatic Geografic trebuie să răspundă la următoarele 8 întrebări de bază: Caracterizarea – Care sunt însuşirile obiectului, terenului? De exemplu panta, expoziţia,

utilizarea terenului. Localizarea – Ce se află la ... (în ...)? Prin această întrebare se caută să se afle ce există într-un

anumit loc. Locul poate fi descris în mai multe moduri: codul poştal, strada şi numărul, coordonate rectangulare sau geografice.

Condiţia – Unde este ...? Acest tip de întrebare este inversul întrebării anterioare şi necesită analiza spaţială pentru a găsi răspunsul. Ca exemplu, se doreşte să se afle unde anume se găseşte un teren sau un obiect care să îndeplinească anumite condiţii: o plantaţie pomicolă de 10 ha cu acces la drum asfaltat.

Structuri – Ce structuri spaţiale există ...? Acest tip de întrebare este mai sofisticat şi cere un răspuns complex. Se poate formula o astfel de întrebare pentru a determina dacă degradarea reţelei de irigaţie este o cauză a recoltelor slabe.

Topologia – Care sunt vecinătăţile (cadrul)? respectiv în ce context spaţial se află obiectul? Pentru a răspunde la această întrebare este necesară analiza spaţială a teritoriului.

Tendinţa – Ce s-a modificat de când ..? Acest tip de întrebare implică întrebări anterioare şi doreşte să determine schimbările apărute într-un interval de timp dat. De exemplu, ce s-a întâmplat cu solurile zonei Sulina după desecarea mlaştinilor?

Page 13: Sisteme Inf Geogr

12

Prognoza – Ce se va întâmpla sau cum va fi peste ... n ani? Această întrebare necesită un program de prognoză. Dacă există de exemplu, eroziune într-o anumită zonă, cum va evolua problema aceasta în viitor?

Modelarea – Ce ar fi dacă ... ? Ce se poate întâmpla dacă se construieşte un stadion sau un aeroport într-un anumit loc.

Page 14: Sisteme Inf Geogr

13

CURS II

Termeni de bază în SIG Un element specific Sistemelor Informatice Geografice este lucrul cu elemente grafice. Pentru a înţelege modul în care un SIG operează cu datele (geo)grafice este necesară definirea principalelor noţiuni ale tehnologiilor SIG: entităţi spaţiale, diferenţa între date şi informaţii, spaţiul în care operează acestea, modul precum şi sistemele de reprezentare a entităţilor spaţiale.

Entităţi spaţiale O entitate spaţială este acel obiect sau fenomen al lumii reale care nu este divizibil în obiecte sau fenomene de acelaşi tip. Este principala purtătoare de informaţie. Caracteristicile unei entităţi spaţiale: - apartenenţa la o anumită clasă de entităţi, - atributele sale - relaţiile spaţiale cu alte entităţi spaţiale.

Date şi informaţii în SIG “Datele sunt fapte reprezentate prin valori, cifre şi litere sau simboluri ce poartă o anumită semnificaţie într-un anumit context” – Everest (1987) sau “data e un semn, un şir de caractere, un număr depus pe un suport în vederea regăsirii lui ulterioare” – Săvulescu (1996). Informaţia este “o dată care a primit semnificaţie” – Săvulescu (1996). Trebuie subliniată distincţia dintre date şi informaţii: datele sunt reprezentări codate ale informaţiei, în timp ce informaţia rezultă din date şi este utilă pentru rezolvarea problemei. Informaţia geografică este “o dată care poate fi corelată cu o anumită poziţie de pe Pământ” – Departamentul de Mediu (1987). Datele geografice (spaţiale) sunt mai complexe decât alte tipuri de date deoarece trebuie să conţină informaţii despre poziţia şi atributele obiectelor, precum şi conexiunile dintre acestea. Pentru aceasta, ele se raportează la un reper sau o referinţă prin care le este descrisă poziţia pe globul pământesc, deci necesită existenţa unor sisteme de referenţiere spaţială.

Componentele datei geografice Aceste componente sunt în număr de patru: - poziţie – exprimă poziţia entităţii faţă de SR al Pământului şi este exprimată de regulă prin

coordonatele geografice şi, uneori, prin codul poştal; - atribute – descriu anumite caracteristici ale entităţilor geografice (cantitative şi calitative); - relaţii spaţiale – conţin informaţii despre poziţia relativă faţă de alte entităţi, deci despre

topologie; - timp – momentul în care a fost culeasă data.

Page 15: Sisteme Inf Geogr

14

Elemente specific geografice Elementele specific geografice care se regăsesc în cadrul tehnologiilor SIG sunt: datele geografice, hărţile, reprezentările spaţiului şi unele procedee de colectare a datelor şi de analiza spaţială.

Conceptul de spaţiu Toate activităţile umane se desfăşoară în cadrul spaţiului geografic, care poate avea 2 sau 3 dimensiuni. Percepţia sa s-a realizat până de curând prin reprezentarea prin hartă. Singura problemă este că hărţile şi planurile au doar 2 dimensiuni, în timp ce obiectele şi fenomenele lumii reale se desfăşoară în spaţiul tridimensional.

Reprezentarea spaţiului Capacitatea unui SIG de a reprezenta spaţiul geografic este principala sa calitate, pe care se bazează construirea aplicaţiilor practice. Reprezentarea spaţiului presupune pe de o parte capacitatea de a reda fidel elementele sistemului de referinţă spaţial: elipsoizi, sisteme de coordonate şi sisteme de proiecţie cartografică, iar pe de alta, capacitatea de a reprezenta caracteristicile spaţiale ale obiectelor şi proceselor lumii reale: poziţii, mărimi, forme, distanţe, unghiuri. Modul în care se realizează aceste obiective depinde de viziunea Sistemului Informatic Geografic asupra spaţiului. Din punct de vedere geometric, principalele viziuni asupra spaţiului sunt: euclidian, cartezian, fractal, peanian, teseral şi topologic. Spaţiul euclidian În acest spaţiu, cu excepţia cercului, toate obiectele din plan sunt delimitate prin segmente de dreaptă (chiar şi liniile curbe) � orice obiect apare sub forma unui poligon. Orice obiect din acest spaţiu este independent, fără să aibă legătură geometrică cu obiecte vecine. În spaţiul euclidian, distanţa cea mai scurtă dintre două puncte este linia dreaptă, numită distanţa euclidiană sau distanţa metrică. În cadrul aşezărilor omeneşti, distanţa care trebuie parcursă între două puncte nu mai poate fi linia dreaptă, ci ea urmează frama stradală. O astfel de distanţă este mai mare decât linia dreaptă care ar uni cele două poziţii şi este denumită “distanţa Manhattan” (cartier din New York cu străzi dispuse rectangulare) sau distanţa şoferului de taxi (fig. II.1). Fig. II.1 - Distanţa dintre punctele A şi B poate fi parcursă fie în linie dreaptă (1), fie prin urmărirea

framei stradale, respectiv prin distanţa Manhattan (2) Distanţa Manhattan are largi aplicaţii în cadrul SIG în ceea ce priveşte domeniul interogărilor, al identificării locurilor optime.

B

2

1

A

Page 16: Sisteme Inf Geogr

15

Spaţiul cartezian Are la bază sistemul cartezian de axe tridimensionale x, y, z, cu ajutorul cărora orice obiect poate fi precis localizat. Conceptul de spaţiu cartezian constituie baza măsurătorilor şi reprezentărilor suprafeţei terestre. În acest scop, s-au fixat anumite puncte de reper – punctele geodezice. În SIG, localizarea obiectelor geografice nepunctuale se face printr-un şir de coordonate care fixează poziţia şi geometria entităţilor spaţiale utilizate. Spaţiul fractal Limitele unui obiect se consideră a fi reprezentate printr-o infinitate de segmente mici, a căror dimensiune tinde către zero, ceea ce îl deosebeşte de spaţiul euclidian. De fapt, această viziune a fost sugerată de scara de reprezentare a liniilor neregulate, a căror lungime – spre deosebire de liniile drepte – depinde de scara hărţii. Dacă scara creşte, va creşte şi lungimea liniei neregulate respective şi invers. Un matematician, Mandelbrot, a propus o metodă de estimare a neregularităţilor unei linii drepte în funcţie de raportul scării (notat cu r) şi numărul de paşi folosiţi pentru măsurarea lungimii, notat cu N, astfel:

D = logN/logr Curba neregulată a fost denumită fractal D – dimensiunea fractală. Dimensiunea fractală pentru o linie aflată în plan variază între 1 şi 2. D = 1 – linia este dreaptă D = 2 – linia se va caracteriza prin neregularităţi extreme. Conceptul se poate aplica şi la spaţiul bi şi tri dimensional. Pentru o suprafaţă perfect plană, dimensiunea fractală este 2, iar pentru un cub, valoarea este 3. Conceptul fractal are la bază curba şi floconul lui Koch. Iniţial, curba lui Koch are la bază un segment care se împarte în 4 părţi egale, cele două segmente din mijloc generând un triunghi echilateral fără bază. Apoi fiecare din aceste 4 segmente se împarte în 4, pe acelaşi principiu, ş. a. m. d, la infinit. D p d v geometric, această curbă este continuă, alcătuită dintr-o inf. de segmente de lungime nulă şi nu admite tangente în nici un punct.

Fig. II.2 – Curba lui Koch – etape de dezvoltare. Floconul lui Koch are la bază un triunghi echilateral ale cărui laturi se divid în 4, după modelul liniei lui Koch. Se poate demonstra că perimetrul tinde la infinit, iar aria formei respective tinde spre o limită finită.

a

b c

d e

Page 17: Sisteme Inf Geogr

16

Utilizarea fractalilor în SIG conduce la o abordare a realităţii spaţiale de tip recursiv şi stochastic: oricât de mic este un segment � poate fi divizat în continuare. Acest lucru poate conduce la evidenţierea unor aspecte care pot fi mascate ca efect al scării de reprezentare. De exemplu: - la o scară foarte mică, o localitate apare sub formă de punct, - odată cu creşterea scării, apare ca un poligon, - dacă scara creşte şi mai mult, se pot distinge frama stradală şi clădirile. Fractalii ajută de asemenea la perceperea corectă a limitelor. Distanţele citite pe hartă cresc logaritmic cu mărimea scării de proporţie, deoarece astfel se pot detalia elemente de conţinut şi pot apărea altele noi. Spaţiul peanian În această concepţie, - punctul este văzut ca un mic pătrat ale cărui laturi tind către zero. - linia dreaptă are şi o doua dimensiune, lăţimea, care tinde spre zero. - linia curbă arată ca o succesiune de trepte a căror înălţime tinde spre 0, - în viziunea tridimensională, linia curbă este o spaghetă cu secţiunea care tinde spre 0. - spaţiul capătă caracteristici extensionale - un punct care este un pătrat cu laturile tinzând spre 0, se poate divide în 4 puncte mai mici. Viziunea peaniană reprezintă un mod de reprezentare discretă a spaţiului exprimată prin entităţi (celule) de suprafaţă (sau pixeli) – spaţiu rasterizat. Spaţiul teseral Acest tip de spaţiu are la bază forme geometrice regulate (pătrat, triunghi echilateral, hexagon, etc.) sau neregulate, care se constituie într-o reţea, repetându-se la infinit. Spaţiul teseral bazat pe hexagonul regulat – avantaj: echidistanţă între punctele centrale ale hexagoanelor. Spaţiul bazat pe o reţea de pătrate – se poate diviza sau agrega în pătrate în mod recursiv, alcătuind baza structurii quadtree. Spaţiul peanian plat – similar spaţiului teseral bazat pe pătrat. Spaţiile teserale neregulate au la bază triunghi oarecare sau poligonul neregulat. Spaţiul teseral bazat pe triunghiuri neregulate este foarte utilizat în SIG – în geodezie şi în reprezentarea reliefului, prin reţeaua de triangulaţie neregulată. Spaţiul topologic Topologia studiază caracteristicile geometrice ale obiectelor independent de sistemul de coordonate în care se află. Conceptul topologic consideră că relaţiile între obiectele din spaţiu sunt mult mai importante decât forma acestora. Coordonatele obiectelor au un rol secundar deoarece intervine un anumit subiectivism în în ceea ce priveşte amplasarea obiectelor în cadrul spaţiului. Spaţiul de tip topologic implică probleme de vecinătate, precum şi identificarea structurilor de tipul grafurilor. Topologia unui spaţiu euclidian îmbină atât aspectele care privesc localizarea precisă a obiectelor geografice prin coordonate, cât şi relaţiile dintre ele. De exemplu – harta reţelei feroviare a unei regiuni – tipic topologică � indică configuraţia în plan a traseului dintre localităţi, şi dacă anumite localităţi sunt sau nu adiacente căii ferate.

Reprezentarea entităţilor spaţiale în cadrul SIG În SIG există în principiu două categorii de date: • unele care descriu entităţile spaţiale (într-un sistem de coordonate spaţiale) – datele grafice; • altele care se referă la atributele entităţii spaţiale respective – datele nongrafice sau atribut.

Page 18: Sisteme Inf Geogr

17

Datele nongrafice sunt gestionate pe principiul sistemelor de gestiune a bazelor de date. Datele grafice sunt însăşi entităţile spaţiale. Sunt gestionate în mod specific de fiecare Sistem Informatic Geografic. Există 3 tipuri principale de entităţi spaţiale: punctul, linia şi aria poligonală. Punctul Punctul reprezintă o localizare discretă care defineşte un obiect din natură ale cărui limite sau formă sunt prea mici pentru a fi redate ca linie sau suprafaţă (de exemplu, un foraj, un profil de sol, un izvor, etc.). De asemenea, poate reprezenta un punct care nu are suprafaţă, de exemplu, o cotă topografică. Un punct este redat printr-o singură pereche de coordonate (x, y) într-un Sistem Cartezian. Linia Linia este trăsătura cartografică reprezentată printr-un şir de puncte (coordonate) conectate între ele. Linia are o singură dimensiune – lungimea. Liniile pot fi contururi de poligoane sau elemente din natură (drumuri, linii electrice) care sunt prea înguste pentru a putea fi reprezentate ca suprafeţe. O linie este redată printr-un şir de coordonate: x1, y1 ... xn, yn. În limbajul ARC/INFO, linia este denumită arc. Aria poligonală Aria poligonală este spaţiul bidimensional din interiorul unor limite care închid un areal omogen. De exemplu: unităţi administrative, parcele agricole, unităţi de sol, lacuri, etc. Poligonul este delimitat de linii (arce) care se închid pe prima pereche de coordonate � redat printr-o succesiune de linii, care sunt redate printr-o succesiune de puncte. Există şi alte entităţi spaţiale derivate: Reţeaua: este un set de linii interconectate care reprezintă un singur obiect sau element spaţial. De-a lungul liniilor componente există un flux de informaţii. De exemplu, reţeaua căilor ferate, reţeaua hidrografică, etc. Suprafaţa tridimensională: entitatea spaţială cu 3 dimensiuni, cea de a treia dimensiune nefiind neapărat geometrică. Este o entitate continuă, având în orice punct o valoare caracteristică, cantitativă sau calitativă, care poate fi imaginată ca o elevaţie faţă de planul original. Prin această suprafaţă tridimensională se pot reprezenta densitatea populaţiei, producţia agricolă, temperatura medie anuală, etc. Solidul: entitate cu 3 dimensiuni, care exprimă volume. Reprezentarea în plan se face fie prin arii poligonale, fie pe suprafeţe. De exemplu, volumul unei mase de aer, volumul unui zăcământ mineral, volumul de apă dintr-un lac de acumulare, etc. Toate aceste entităţi spaţiale: punctul, linia, poligonul (aria poligonală), reţeaua, suprafaţa tridimensională şi solidul constituie în SIG baza de date geometrice. Dar reprezentarea lumii reale doar cu ajutorul acestor entităţi spaţiale întâmpină o serie de dificultăţi, care se referă la: 1) caracterul dinamic al fenomenelor; 2) scara de reprezentare şi 3) identificarea caracteristicilor discrete. 1) Lumea reală fiind în continuă transformare, se pun două probleme pentru definirea entităţilor

unui SIG: - modul în care se selectează tipurile de entităţi spaţiale pentru a furniza cea mai potrivită

reprezentare a componentelor modelului – poţi reprezenta o pădure sub formă de areal sau de puncte izolate (arbori);

- evoluţia în timp a entităţii – copaci izolaţi evoluează spre pădure continuă. 2) Scara de reprezentare e importantă pentru a alege tipul de reprezentare – pentru o schiţă 1:200,

copacii sunt puncte, pentru 1:200 000, aceştia sunt o pădure reprezentată prin poligon. Un oraş e

Page 19: Sisteme Inf Geogr

18

un punct la 1:1 000 000, un poligon la 1:200 000, o colecţie de poligoane, linii, puncte la 1:10 000. În mod ideal, un SIG ar trebui să opereze cu orice scară, astfel încât transformarea entităţilor să se facă automat la schimbarea scării.

3) Alegerea incorectă a entităţilor pentru reprezentare face uneori imposibile operaţiile cu funcţiile necesare aplicaţiei. Dacă alegem o clădire ca un punct, nu se poate calcula suprafaţa şi nu se poate extrapola un poligon la micşorarea scării.

Topologia – structuri topologice Topologia are în vedere caracteristicile geometrice ale obiectelor independent de sistemul de coordonate utilizat, deci este un procedeu matematic utilizat pentru definirea explicită a relaţiilor spaţiale dintre entităţi. Aceste relaţii sunt mai importante decât forma obiectelor. Astfel, ele se referă la poziţia relativă a obiectelor: un apartament e într-un bloc, o şcoală este lângă parc, râul intersectează o şosea, etc. În limbaj topologic, acestea sunt proprietăţi de includere, adiacenţă, conectivitate. SIG va putea înţelege noţiuni ca: stânga, dreapta, inclus în, vecin cu, etc. Proprietăţile topologice sunt principala diferenţă între SIG şi CAD, care prezintă şi ele anumite funcţiuni cartografice, dar care nu permit operaţii de interogări şi modelare de talia celor utilizate în SIG. Utilizând relaţiile topologice între elementele grafice, acestea se leagă în diferite moduri între ele, se raportează unul faţă de altul şi deci modelează mai corect lumea reală. Se pot formula interogări de genul: Care este cel mai scurt drum între ... ? la care se poate răspunde corect dacă a fost realizată topologia hărţii respective. Noţiunile utilizate de topologie sunt clasice. Conectivitatea este proprietatea unor obiecte geografice de a se conecta între ele: intersecţiile şoselelor, a căilor ferate, etc. Incluziunea este proprietatea unui obiect de a se regăsi total în interiorul unui alt obiect: un puţ în curtea unei persoane, un apartament într-un bloc, etc. Adiacenţa (sau vecinătatea) este proprietatea unui obiect de a fi adiacent (vecin) faţă de altul.

Page 20: Sisteme Inf Geogr

19

Sistemele automatice de reprezentare a entităţilor spaţiale în modelele de date Există două posibilităţi de reprezentare grafică a entităţi spaţiale cu ajutorul calculatorului: raster şi vector. Analogii: raster – tablou prin asamblarea unor piese de Lego vector – ansamblu realizat din bare conectate la capete de tip Mecano. Existenţa acestor două moduri de reprezentare se datorează factorilor tehnologici şi economici care au influenţat dezvoltarea graficii pe calculator. În anii ’50, tubul catodic era utilizat ca periferic sau mijloc de comunicare pentru informaţia procesată pe calculator. Această tehnologie era cunoscută ca unitate de reprezentare vizuală – Visual Display Unit (VDU). Orice ecran este alcătuit din pixeli – celule (picture elements). Pentru a forma o imagine, fiecărui pixel i se atribuie o intensitate luminoasă şi o culoare, iar metodele prin care pixelilor li se atribuie aceste caracteristici duc la definirea termenilor de raster şi vector. În cazul graficii vectoriale, calculatorul indică în coordonate poziţia precisă pentru fasciculul de electroni, iar intensitatea se reglează în funcţie de vizibilitatea dorită a punctului respectiv (osciloscopul din manualul de fizică). În grafica raster, fasciculul de electroni baleiază permanent suprafaţa ecranului cunoscând atributele imaginii (intensitate şi culoare) pentru fiecare pixel, pe baza datelor furnizate de calculator (tubul catodic al televizorului). Acum nu mai există această deosebire tehnologică, deoarece toate monitoarele funcţionează în modul raster, care este mai rapid şi mai ieftin. Dar modurile diferite de reprezentare generate de aceste tehnologii s-au păstrat în grafica pe calculator. În sistemul raster, sunt utilizate celule individuale pentru a crearea imagini formate din puncte, linii, suprafeţe, reţele sau S3D. Celulele sunt ataşate unele de altele pentru a forma suprafeţe sau sunt plasate într-un model (pattern) specific pentru a forma linii sau reţele. Informaţia pentru fiecare celulă trebuie reţinută în memoria calculatorului. În sistemul vector, celula e înlocuită cu punctul, punctele sunt legate prin linii pentru a construi suprafeţe sau reţele. Trebuie reţinute doar informaţiile referitoare la puncte � liniile sau suprafeţele fiind create de calculator prin algoritmi specifici. Are avantajul de a utiliza mai puţină memorie pentru stocarea informaţiei.

Strat de date – data layer Dacă informaţia e prea complexă, este organizată în straturi distincte tematic, numite layer-e, referenţiate în mod identic. Legătura lor primară este dată de poziţia lor în spaţiu. Calitatea şi puterea unui GIS constă şi în raportarea tuturor stratelor la o hartă de bază. Stratele conţin informaţii asupra fiecărei entităţi spaţiale conţinute în model:

- specifică poziţia geografică, - relaţiile spaţiale, - atributele - eventualele informaţii temporale.

Primele două sunt informaţii grafice, celelalte non-grafice. Datele non-grafice pot fi de natură cantitativă şi/sau calitativă şi pot conţine erori datorate generalizării. De obicei, datele grafice şi cele non-grafice sunt separate din punct de vedere al sistemului de gestiune. Informaţiile se leagă prin identificatori (chei de identificare).

Page 21: Sisteme Inf Geogr

20

Conceptul Se construiesc straturi individualizate, care conţin fiecare un anumit tip de date, prin folosirea diferitelor tipuri de entităţi: S3D pentru relief, reţeaua pentru hidrologie sau căile ferate, poligoane pentru tipurile de sol, etc. Fiecare strat se stochează în memorie independent, raster sau vectorial. Apoi se pot utiliza separat sau împreună. Modul vector: avantaj - permite utilizarea unui număr nelimitat de straturi care se pot suprapune. dezavantaj – imaginea devine mai neclară. Modul raster: Dezavantaj: numai stratul de deasupra este vizibil. Există şi excepţii: anumite produse GIS permit transformarea unor pixeli individuali în zone transparente pentru a vizualiza stratul anterior.

Structura datelor spaţiale Prin structura datelor se înţelege setul de instrucţiuni şi formate necesare calculatorului pentru a reconstitui modelul de date spaţiale în formă digitală. O problemă majoră a sistemelor o constituie dificultatea schimbului (transfer şi compatibilitate) de date spaţiale. Schimbul de informaţii între două sisteme SIG poate avea loc doar dacă structurile de date utilizate pentru stocarea informaţiilor sunt compatibile. Utilizatorul trebuie să poată decide între mai multe opţiuni. Pentru a putea alege, trebuie să înţeleagă caracteristicile diferitelor tipuri de structuri. Structuri pentru modelul raster În modul raster, informaţia geografică e stocată sub formă de matrice uniformă. Harta e codată pe baza unei reţele de celule (cu mărimi şi forme identice). Pentru un strat dat, cantitatea de informaţii spaţiale creşte dacă creşte numărul de celule (scara hărţii), dar creşte şi spaţiul necesar pentru stocare în memoria calculatorului. Dacă creşte dimensiunea celulei, informaţia devine tot mai generală, dar are un avantaj: este nevoie de mai puţină memorie. Dimensiunea celulei defineşte rezoluţia spaţială a modelului raster.

Page 22: Sisteme Inf Geogr

21

Fig. II. 3 - Reprezentarea aceleiaşi imagini prin grile raster cu diferite densităţi. În timpul procesului de rasterizare, spaţiul e descompus cantitativ prin intermediul reţelei. Harta cu reprezentarea continuă a realităţii se schimbă într-un set de informaţii discrete. Fiecare celulă descrie o arie reală, dar informaţia e generalizată în interiorul ei, având valoare constantă. Celulele pot fi rectangulare (pătrate), triunghiulare (triunghiuri echilaterale) sau hexagonale.

Page 23: Sisteme Inf Geogr

22

Reţeaua hexagonală Avantaj – echidistanţa celulelor adiacente. Dezavantaj – imposibilitatea divizării prin recurenţă sau agregării celulelor în celule mai mari cu aceeaşi formă.

- nu e disponibilă pentru programe comerciale. Dimensiunea celulei se alege în funcţie de următoarele cerinţe empirice: pentru reţeaua rectangulară pentru entităţi liniare, dimensiunea maximă a celulei este ½ MMU (Minimum Mapping Unit – unit cartografică minimă) iar pentru poligoane e ¼ MMU. În general, pentru reprezentarea raster a datelor, se utilizează una din următoarele structuri, prezentate în ordinea creşterii complexităţii. Rasterul simplu Informaţia e stocată pentru fiecare celulă a imaginii. Informaţia transmisă calculatorului e foarte simplă: o entitate este sau nu prezentă într-o anumită celulă. Dacă există entităţi care ocupă doar parţial o celulă, există două posibilităţi: • regula 50% - dacă mai mult de 50% din suprafaţa unei celule este ocupată de o entitate, atunci

această e prezentă în acea celulă şi se consideră că o ocupă în totalitate. • regula prezenţei sau absenţei – dacă o entitate e prezentă în celulă, oricât de puţin, atunci e

prezentă şi ocupă total celula. În reprezentarea pe calculator, se utilizează codul binar: celulele care conţin o entitate sunt codate cu 1, cele goale cu 0. Rezultă o matrice care arată poziţia şi conţinutul celulelor. Inconvenientul acestei structuri de date – cantitatea mare de informaţii ce trebuie înregistrate pentru a reprezenta o hartă. Rasterul complex Structura datelor pentru rasterul complex – reduce volumul informaţiei deoarece atribuie etichete codate celulelor grilei � se comunică calculatorului nu doar absenţa sau prezenţa entităţii în celulă, ci îi identifică şi caracterul. Astfel, pot fi prezentate pe acelaşi strat mai multe tipuri de entităţi spaţiale. Compactarea datelor pentru sistemul raster Există o problemă destul de importantă în modelul raster: cantitatea mare de date stocate iniţial. Este posibil ca o hartă complicată să aibă nevoie de tot atâta spaţiu de stocare cât şi o schiţă mică. Atunci sunt necesare câteva tehnici de reducere a spaţiului necesar pentru stocarea informaţiilor: Codificarea în linie (run length encoding) Reduce informaţia pentru fiecare linie a matricei raster, prin stocarea unei singure valori pentru un număr de celule ce formează un grup de un anumit tip, precedată de cifra care descrie tipul respectiv, în loc să stocheze informaţia din fiecare celulă separat.

Page 24: Sisteme Inf Geogr

23

Pentru un raster simplu:

rând 1 13,04,13 rând 2 13,04,13 rând 3 12,05,13 rând 4 11,05,12,02 rând 5 13,02,12,03 rând 6 13,02,11,04

În prima linie, cifra 1 arată prezenţa entităţii 3 – numărul de celule ocupate de această entitate, parcurgând linia de la stânga la dreapta. 0 – absenţa entităţii 4 – numărul de celule neocupate, în continuare de la stânga la dreapta ş. a. m. d. Virgulele sunt introduse pentru simplificarea citirii Dacă o valoare numerică utilizează 1 byte (8 biţi de memorie), primul rând utilizează 6 byţi în loc de 10 în varianta necodificată. Pentru un raster complex:

13,24,33 13,24,33 12,25,33 11,25,32,42 13,22,32,43 13,22,31,44

Valorile 0 şi 1 au fost înlocuite cu coduri 1 – 4 utilizate pentru identificarea celor 4 entităţi diferite.

1

23

4

1 2 3

4

Page 25: Sisteme Inf Geogr

24

Codificarea în bloc (block encoding) Aceasta extinde codificarea în linie la două dimensiuni, utilizând o serie de blocuri pătrate pentru a stoca informaţia privind suprafaţele reprezentate pe hartă. 6 blocuri de date: 3 pătrate de 1 celulă, 2 de 4 celule şi 1 pătrat de 16 celule. � 19 numere faţă de 64 în raster simplu sau 43 în metoda codif în linie.

Structura datelor: Mărimea celulei Nr blocuri Perechea de coordonate coresp poziţiei blocului 1 3 3,4 4,4 6,2 4 2 5,4 5,6 16 1 1,8

Codificarea în lanţ (chain encoding) E utilizată pentru definirea graniţei unei entităţi. Graniţa este succesiune de celule, pornind şi întorcându-se în acelaşi punct de origine. Tot ceea ce este în interiorul graniţei – face parte din entitate. Direcţia de parcurs este dată de folosirea unui sistem de numerotare 0 – nord, 1 – est, 2 – sud, 3 – vest.

1,4 2,4 3,4 0,4 primul nr din fiecare pereche – direcţia al doilea – nr de celule.

Page 26: Sisteme Inf Geogr

25

Metoda descompunerii în quadranţi (quadtree) Avantajul grilei raster rectangulare – fiecare celulă poate fi subdivizată în celule mici de aceeaşi formă şi orientare � se poate utiliza subdivizarea regulată a entităţii spaţiale. Descompunerea funcţionează pe principiul divizării prin recurenţă a celulelor în quadranţi până se atinge o definiţie suficientă pentru descrierea unei entităţi spaţiale sub forma unei grile-matrice. Procesul de divizare continuă până când fiecare celulă din matrice poate fi caracterizată ca având entitatea total prezentă sau total absentă. Numărul de diviziuni depinde de complexitatea stratului şi de subdiviziunea acceptată ca definiţie suficientă pentru a reprezenta obiectul. Imaginea originală este alcătuită din 4 quadranţi, din care 2 sunt complet goi şi nu vor mai fi subdivizaţi. Ceilalţi doi se divid în câte alţi 4 quadranţi. Rezultă 6 quadranţi ce nu conţin entitatea, 3 ce o conţin şi unul parţial. Acesta se redivide în 4: rezultă 8 quadranţi ce nu conţin entitatea şi 5 care conţin entitatea în întregime. Există quadranţi de 3 dimensiuni: 1 celulă, 4 celule şi 16 celule, şi deci există 3 niveluri ierarhice. Natura ierarhică a reprezentării e dată de fig. următoare – imagine binară ramificată sau arbore binar. Se utilizează o anumită numerotare pentru a găsi şi extrage informaţia în reprezentarea ramificată.

RĂDĂCINĂ

0 1 2 3

00 01 02 03 30 31 32 33

030 031 032 033

Page 27: Sisteme Inf Geogr

26

Nivelul Entitate 1 2 3 0 Prezentă 00 Absentă 01 Absentă 02 Absentă 03 Prezentă 030 Absentă 031 Absentă 032 Absentă 033 Prezentă 1 Absentă 2 Absentă 3 Absentă 30 Prezentă 31 Absentă 32 Prezentă 33 Prezentă

Page 28: Sisteme Inf Geogr

27

Structuri pentru modelul vectorial Modelul vectorial – stochează informaţia grafică sub forma unei secvenţe de puncte şi segmente de legătură între acestea pentru a reprezenta puncte, linii şi graniţe ale poligoanelor. Segmentele sunt direcţionale (vectori) şi între ele există relaţii de conexiune. Entitatea punct poate fi:

- un punct (definit prin set de coordonate); - un nod (început sau sfârşit de segment); - un vertex (un punct intermediar de pe un arc, în care o linie frântă îşi schimbă direcţia).

Entitatea linie cuprinde: - segmente, - arce şi - curbe conectate în noduri, - lanţuri (linii sau arce complexe cu mai multe segmente) - inele (entităţi închise, având cel puţin 3 puncte necoliniare).

Entitatea suprafaţă – defalcată în: - suprafeţe interioare (delimitate de inele, fără conturul lor) - poligoane (cu tot cu contur).

Toate tipurile de entităţi pot fi definite prin coordonatele lor. Mai sunt necesare informaţii suplimentare ce se referă la relaţia geografică între entităţi denumită topologie. Aceasta arată modul în care entităţile spaţiale sunt legate între ele, aşa cum am discutat anterior. Structuri simple, fără topologie Un set de coordonate x şi y. În fişier se adaugă decriptorul pentru a cunoaşte ce reprezintă fiecare set de date. Desene pentru entităţi spaţiale Dacă avem două poligoane vecine, se stochează fiecare. La reconstruirea imaginii se constată că zona de graniţă comună este stocată de două ori, deci informaţia e redundantă. Dacă avem râuri: se stochează fiecare separat. dar nu există informaţii despre conectarea lor. Vizual se observă după desenarea imaginii, dar înainte nu. Aparenţa vizuală a unei structuri fără topologie – spaghetti cartografic sau puncte unite. Structuri de date cu topologie Punctul – cea mai simplă entitate spaţială care poate fi reprezentată vectorial cu topologie completă. Pentru a fi corect topologic, adică pentru a-i stabili corect poziţia în raport cu alte entităţi spaţiale, este necesar reperul sau referinţa geografică, prin atribuirea coordonatelor. Liniile – nu conţin informaţii explicite asupra conectivităţii. Dacă fac parte dintr-o reţea, suprafaţă sau 3D, necesită informaţii topologice suplimentare – utilizarea indicatorilor care semnalează legăturile în structura de date. Un astfel de indicator este nodul (punctul de început sau de sfârşit al unei linii, sau locul în care se întâlnesc cel puţin 2 linii). Tipul de informaţii necesare pentru a identifica conexiunile într-o reţea de linii: Un tabel cu fiecare nod şi atribuirea sa la liniile existente:

Page 29: Sisteme Inf Geogr

28

Nodul Linia A 1 B 1, 2, 3 C 2 D 3, 4, 5 E 4 F 5

Un tabel pentru fiecare nod în parte, în care se prezintă direcţia fiecărei linii din care face parte: Nodul B Linia 1 900 Linia 2 300 Linia 3 2700

Transformarea unui set de linii într-o reţea inteligentă: Prima etapă – identificarea punctelor de pornire, de capăt şi de intersecţie. Nodurile – utilizate pentru înregistrarea informaţia asupra conexiunilor, sensului şi naturii fluxurilor de informaţia în reţea. A doua etapă – identificarea liniilor sau arcelor care se conectează în noduri – informaţia reprezentată în tabelul asociat. Direcţia este o caracteristică importantă a reţelei. Poligoane – topologia se construieşte în mai multe etape, principiile fiind aceleaşi. Generarea unei reţele perimetrale Pas 1 - Identificarea segmentelor care se intersectează. În punctele de intersecţii, se creează automat segmente separat şi se introduc noduri.

C

A

B

E

D

F

21

3

54

Page 30: Sisteme Inf Geogr

29

Pas 2 – Sortarea segmentelor pe baza coordonatelor (x,y) astfel încât segmente apropiate topologic să fie stocate împreună în baza de date � se măreşte viteza de extragere a informaţiei când sunt căutate segmente adiacente. Pas 3 – se trasează o graniţă exterioară a reţelei, în care sunt incluse celelalte poligoane – utilă în construirea topologia pentru reţeaua de segmente. Pentru poligonul perimetral se stochează: • Un identificator unic • Un cod care îl identifică drept poligon perimetral • Un indice al direcţiei de legare a segmentelor pentru formarea graniţei • Lista segmentelor din poligonul perimetral • Limitele x şi y ale poligonului

Construire noduri Identificare arce

ARC2ARC3 ARC6

ARC5ARC4

Poligon perimetral Generare suprafeţe

ARC1

ARC3 ARC2

ARC1

Page 31: Sisteme Inf Geogr

30

Construirea topologiei pentru suprafeţe Conectarea segmentelor în poligon. Se construieşte topologia pentru celelalte poligoane ca şi pentru poligonul perimetral, cu acelaşi sens de parcurs (trigonometric sau orar). La fiecare nod, se parcurge segmentul orientat spre dreapta. Segmentele se parcurg de cel mult 2 ori. Procesul continuă până se construieşte topologia pentru toate poligoanele. Verificarea închiderii poligoanelor. Este esenţial ca poligoanele să fie închise – se consultă tabelul de segmente. Furnizarea unui identificator unic pentru fiecare poligon. Atribuirea unei etichete unice fiecărui poligon – pentru a se permite ataşarea unor atribute nespaţiale sau pentru poziţionarea reciprocă a lor. Tabel noduri

Cod nod Început arc Sfârşit arc N1 A2 (Perimetral şi P2)

A6 (P1) A1 (Perimetral şi P1) A6 (P2)

N2 A6 (P2) A5 (P1) A4 (P3)

A6 (P1) A4 (P2) A5 (P3)

N3 A3 (Perimetral şi P3) A4 (P2 şi P3)

A2 (Perimetral şi P2) A4 (P3)

N4 A1 (Perimetral şi P1) A5 (P3)

A3 (Perimetral şi P3) A5 (P1)

P1

P2P3

N2

N1

N4

N3

A1

A2

A3

A4

A5

A6

Page 32: Sisteme Inf Geogr

31

Tabel poligoane

Cod poligon Arce Noduri P1 A1/A6/A5 N4 N2 N4 P2 A2/A4/A6 N1 N3 N2 P3 A4/A3/A5 N2 N3 N4 Perimetral A1/A2/A3 N1 N3 N4

Tabel arce

Cod arc Nod început Nod sfârşit Poligon stânga Poligon dreapta A1 N4 N1 Perimetral P1 A2 N1 N3 Perimetral P2 A3 N3 N4 Perimetral P3 A4 N2 N3 P3 P2 A5 N4 N2 P1 P3 A6 N1 N2 P1 P2

Avantaje şi dezavantaje ale sistemelor raster şi vector: Nu există avantaje şi nici dezavantaje absolute, ci doar calităţi şi lipsuri relative pentru descrierea condiţiilor din lumea reală. Aceste avantaje şi dezavantaje trebuie apreciate în raport cu următoarele categorii: 1. Volumul de date. Datele în sistem raster ocupă un volum mai mare, dar asta nu este relevant, ci depinde de caracteristicile şi complexitatea datelor ce trebuie stocate. Regulă generală: modelele raster necesită un volum iniţial de stocare mai mare decât modelele vector, dar acestea au nevoie de mai multă memorie pentru procesarea informaţiei. 2. Interogări topologice. Posibilitatea de a răspunde la întrebări de genul: Unde se găseşte? Ce este alături de? ... este de o importanţă vitală pentru utilizatori. Modelele vectoriale sunt mai potrivite pentru a răspunde la interogări topologice referitoare la conţinere, adiacenţă, conectivitate. La modelele raster, prin utilizarea unor structuri raster mai inteligente (descompunere în quadranţi) se pot efectua eficient două interogări spaţiale: se poate identifica cea mai apropiată entitate de un punct dat şi suprafaţa în care e situat un punct. În concluzie, dacă e nevoie de interogări topologice, se alege modelul vector. 3. Gradul de generalitate Uneori e nevoie de modificat scara şi rezoluţia tematică. Deci e nevoie de generalizarea entităţilor spaţiale. De exemplu, dizolvarea a 200 poligoane cu diferite tipuri de teren în numai 10 clase generale. Din punct de vedere grafic – modelul vector modifică scara cu mai multă uşurinţă decât modelul raster, deoarece dacă rezoluţia necesară este sub dimensiunea celulei, schimbarea scării pune probleme în modelul raster. Dar generalizarea formei unei suprafeţe e mai simplă în mod raster, deoarece este necesară doar reclasificarea unor celule şi regenerarea imaginii. În mod vector, sunt necesare multe calcule pentru a stabili intersecţiile şi adiacenţa diferitelor poligoane cu atribute similare. 4. Acurateţe şi precizie

Page 33: Sisteme Inf Geogr

32

Acurateţe – fidelitatea cu care entitatea spaţială este reprezentată în imaginea lumii reale, cuprinzând poziţia (ac spaţială) şi caracteristicile (atributele) sale. Precizia – gradul de exactitate utilizat pentru înregistrarea poziţiei şi caracteristicilor entităţii spaţiale. Un SIG vectorial alocă 8 caractere zecimale preciziei fiecărei coordonate, altele chiar 16 – superior acurateţii unui SIG. Modelul vector – entităţile spaţiale vor fi mai precis reproduse decât în modelul raster în care punctele sunt celule, liniile sunt linii frânte şi suprafeţele au contur neregulat. Dar modelul vector nu are neapărat o acurateţe mai mare în privinţa poziţiei şi caracteristicilor entităţilor. Toate datele spaţiale au o acurateţe limitată – datorită caracterului subiectiv al achiziţiei datelor. De asemenea, mulţi utilizatori SIG cred că e potrivită utilizarea zonei de tranziţie din sistemul raster pentru reprezentarea lumii reale, în care nu există graniţe distincte între entităţi sau fenomene. 5. Capacitatea analitică. Problema va fi analizată ulterior.

Modelarea spaţială Un model este o reprezentare idealizată sau simplificată a realităţii – Haines-Young şi Petch (1986). Un model poate fi reprezentat printr-o ipoteză, o teorie, o relaţie matematică sau o colecţie de informaţii. În cadrul procesului de modelare spaţială, datele geografice şi informaţiile despre relaţiile spaţiale între componentele lumii reale sunt utilizate pentru înţelegerea şi exprimarea problemei specifice. Clasificările modelelor utilizate în modelarea spaţială: 1. După complexitate:

- simple (determinarea celui mai scurt traseu) - complexe (descrierea atmosferei pentru prognozarea timpului probabil).

2. După modul său de a reacţiona la problemele ridicate: - modelul pasiv - automatizarea procesului existent fără a adăuga nimic nou. Îndeplineşte

funcţii de inventariere. - modelul reactiv – entităţile spaţiale şi informaţiile sunt procesate în scopul analizei, al

găsirii soluţiilor sau al identificării căilor de perfecţionare a modelului. O calitate este caracterul dinamic. Prin utilizarea modelelor se acumulează informaţie, iar acestea se adaptează, deci este aplicaţie dinamică, supusă schimbării şi îmbunătăţirii.

Modelarea suprafeţelor tridimensionale Numite fie MDE – Model Digital de Elevaţie, fie MDT – Model Digital de Teren, sunt utilizate pentru seturi de date digitale folosite la modelarea unor suprafeţe topografice tridimensionale. În fiecare punct, conţin informaţii asupra elevaţiei. Prin această metodă, o suprafaţă continuă este modelată utilizând un număr finit de observaţii. Rezoluţia unui MDE este determinat de frecvenţa observaţiilor utilizate. Suportul este o reprezentare raster sau vector a unui set de puncte de observare. Pentru fiecare punct trebuie cunoscute coordonatele planare şi se înregistrează valorile elevaţiei z. Valoarea z - atributul suprafeţei plane � de obicei înălţimea, dar şi orice alt atribut observat care se caracterizează printr-o suprafaţă continuă – nivelul poluării, umiditatea solului, grosimea stratului de zăpadă.

Page 34: Sisteme Inf Geogr

33

Surse de date pentru construirea MDE

Transformarea curbelor de nivel: Pas 1 – înregistrarea digitală a informaţia – prin scanare şi digitizare. Pas 2 – etichetarea reţelei de puncte sau celule cu o valoare potrivită a elevaţiei. Pas 3 – interpolarea cu o reţea regulată de puncte sau celule, pe baza valorilor citite de pe curbele de nivel ale planului iniţial. Utilizarea fotografiilor aeriene Principial, stereoploterul indică elevaţia (cota) unui anumit punct al imaginii stereofotograf, în momentul în care, prin reglare, cele două imagini ce alcătuiesc stereofotografia se suprapun perfect. Cota nu poate fi determinată acolo unde terenul e acoperit cu construcţii sau vegetaţie deasă. Metode automate Scanări ale bornelor aeriene (tehnici radar ce permit determinarea înălţimii unui avion deasupra păm) Utilizarea sateliţilor de poziţionare globală GPS – Global Positioning System (stabilirea locaţiei unui punct de pe suprafaţa terestră faţă de un sistem de referinţă cunoscut). Modele de date spaţiale pentru MDE Se utilizează modele raster şi modele vector. Este importantă densitatea grilei de citire a datelor. Cu cât e mai fină – cu atât caracteristicile terenului sunt mai bine reprezentate, dar necesită prea multă memorie. Modelul raster

Coloană 1 2 3 4 5 6 1 3 4 8 16 20 28 2 4 5 7 15 20 30 3 7 7 10 19 24 27 4 9 9 18 33 22 28 5 11 14 25 23 19 16

Rân

d

6 15 19 14 13 14 14 Modele vector Cel mai utilizat model este reţeaua de triangulaţie neregulată TIN (Traingulated Irregular Network) – model conceput în anii ’70, ca mijloc de a construi o suprafaţă pornind de la un set de puncte cunoscute (utilă în special pentru distribuţii neuniforme în plan). Punctele cunoscute sunt conectate prin linii – o serie de triunghiuri, definite prin trei muchii, fiecare muchie este limitată de 2 intersecţii. Deoarece valoarea în fiecare nod este cunoscută iar distanţa poate fi calculată, se poate utiliza o ecuaţie liniară simplă pentru a interpola o valoare în interiorul limitelor unui model. Construirea reţelei neregulate de triangulaţie O astfel de reţea e cu atât mai corectă cu cât triunghiurile ce o compun sunt mai puţin aplatizate. Ordonarea distanţelor. Se calculează diferenţa de cotă între toate perechile de puncte şi se sortează începând de la cele mai mici. Se conectează perechile cele mai apropiate, apoi perechile cu diferenţă de cotă din ce în ce mai mari, cu condiţia ca liniile rezultante să nu intersecteze linii deja existente. Dezavantaj – uneori triunghiurile sunt aplatizate.

Page 35: Sisteme Inf Geogr

34

Triunghiurile Delaunay. Trei puncte formează colţurile unui triunghi Delaunay numai dacă cercul circumscris nu conţine alte puncte. Inconvenientul este că nu pot fi formate triunghi mai mari şi deci nu se poate crea o reţea ierarhică. Stocarea reţele de triangulaţie Se pot stoca triunghi cu triunghi ca serie de poligoane cu atribute asociate şi se atribuie un număr de referinţă pentru fiecare triunghi + coordonatele (x,y,z) pentru fiecare intersecţie. Sunt reţinute numerele de referinţă ale triunghiurilor adiacente. sau ca o serie de puncte cu vecinătăţile lor – se atribuie un număr de identificare pentru fiecare intersecţie, asociat cu coordonatele (x,y,z). Sunt reţinute împreună cu punctele (intersecţiile) vecine, parcurse în sens trigonometric sau orar. Avantajul constă în eficienţa stocării, un număr minim de puncte pentru reproducerea suprafeţei. Calculele sunt simple, fiind vorba de triunghiuri ale căror coordonatele ale vârfurilor sunt cunoscute. Tendinţe de dezvoltare Deocamdată, modelele sunt bidimensionale, mai rar cele tridimensionale, care sunt cazuri speciale. Dar evoluţia componentelor hardware fiind foarte rapidă, se vor dezvolta produsele soft comerciale care vor cuprinde modelarea, structurarea datelor şi construirea topologia pentru modelele tridimensionale. Un parametru important care lipseşte din modelarea spaţială este timpul. Timpul real necesar pentru construirea şi utilizarea unui model impune restricţii referitoare la: Posibilitatea ca pentru un interval de timp să poată coexista mai multe variante ale bazei de date, datorită accesului simultan a mai multor utilizatori Intervalul de timp pentru care baza de date poate fi considerată corectă. Stadiile modelării spaţiale 3 “dimensiuni” ale realităţii:

- dimensiunea spaţială – poziţia unei anumite entităţi - dimensiunea tematică – caracteristicile poziţiei sau entităţii care ocupă poziţia respectivă - dimensiunea temporală – dacă există o succesiune a informaţiilor în timp.

Achiziţia de date – prin proces îndelungat de observaţii şi măsurători. Datele geografice – mai complexe decât alte tipuri pentru că trebuie să conţină informaţii referitoare la poziţia, atributele şi conexiunile între obiecte înregistrate. Everest (87) – datele sunt fapte reprezentate prin valori, cifre şi litere sau simboluri ce poartă o anumită semnificaţie într-un anumit context

Page 36: Sisteme Inf Geogr

35

CURS III

1. Modele geografice ale lumii reale

1.1 Harta Harta – cea mai veche reprezentare bidimensională (în plan), a informaţiilor spaţiale. Prin hărţi se redau distribuţia spaţială a trăsăturilor suprafeţei Pământului, a topografiei sau a altor componente ale spaţiului. Hărţile clasice sunt obiecte din hârtie sau plastic, dar această noţiune a fost modernizată, realizându-se harta digitală. Pentru a înţelege harta digitală, ne interesează tehnica prin care o hartă prezintă elemente ale lumii reale pe o suprafaţă bidimensională. Cea mai simplă hartă – o schiţă întocmită pentru orientare. Este o abstractizare, o simplificare a realităţii - sunt prezentate doar anumite trăsături ale realităţii şi cu un anumit grad de aproximare. Eficacitatea sa depinde de pregătirea utilizatorului: dacă acesta ştie să citească, cunoaşte câteva simboluri, e suficient de familiarizat cu zona pentru a se orienta. Autorul presupune că schiţa va fi utilizată doar în acest scop. Există deci două cerinţe importante ale aplicaţiilor practice SIG: - presupunerea cunoştinţelor - utilizarea potrivită a modelelor spaţiale. Hărţile pot fi topografice (cu scop general) sau tematice (care conţin informaţiile despre un singur subiect sau o singură temă). O astfel de hartă reprezintă distribuţia spaţială a unui singur obiect sau fenomen geografic sub formă de izolinii sau regiuni cartografice. Izoliniile unesc puncte de valori egale ale fenomenului reprezentat. Aproximează continuitatea fenomenului oferind o imagine în trepte a trăsăturilor sale spaţiale. Pentru a cunoaşte caract fenomenului în porţiunile cuprinse între izolinii, se efectuează interpolări. Modelele Digitale de Elevaţie oferă o reprezentare continuă a obiectului sau fenomenului analizat. Regiunile cartografice sunt un alt mod de reprezentare a trăsăturilor spaţiale ale elementelor sau fenomenului geografic. O regiune este un set de pixeli, suprafeţe sau poligoane descrise printr-un singur simbol. Regiunea: - determinată de câteva ocurenţe areale discrete – regiunea disjunctă, - poate conţine poligoane care aparţin unor regiuni de alt tip – regiunea perforată - poate fi uniformă. În primele două cazuri e vorba de un singur atribut, în ultimul de mai multe atribute.

1.2 Macheta Macheta utilizează a treia dimensiune pentru reprezentarea entităţilor lumii reale. Se apropie mai mult de realitate decât reprezentarea plană, dar lipsa unui nr mare de detalii face ca şi macheta să constituie doar o reprezentare trunchiată a realităţii. Aici se observă a o altă calitate a unui model: abilitatea de a stimula imaginaţia.

1.3 Fotografia aeriană Aceasta formă de prezentare a suprafeţei Pământului este o sursă obişnuită de achiziţionare a datelor pentru GIS, deşi are o vechime mult mai mică decât a modurilor prezentate anterior, deoarece imaginea este mai sugestivă în prezentarea graniţei între entităţi. Limita în fotografie e neclară, prin modificarea treptată a culorii sau a tonurilor.

2. Surse de date Sistemele informatice geografice sunt reprezentări digitale ale structurilor sau proceselor

Page 37: Sisteme Inf Geogr

36

observate în lumea reală. Este esenţial, pentru o reprezentare cât mai corectă şi mai conformă cu realitatea, ca datele iniţiale culese de aceste sisteme să fie cât mai precise, reale şi accesibile. Din acest motiv, este necesar să se evalueze de la bun început sursele de date care fi utilizate în model. Datele geografice sunt baza modelelor realizate de SIG, căci atât dezvoltarea sistemelor de calcul cât şi diversificarea procedurilor de analiză şi management sunt determinate de tipul şi cantitatea datelor. Primul pas înainte de a achiziţiona datele este identificarea surselor de date. Acest lucru se poate realiza prin verificarea metadatelor (date despre date) sau a structurilor naţionale de date.

2.1 Verificarea metadatelor Metadate – date despre conţinutul, calitatea, condiţiile şi alte caracteristici ale datelor. Principiul de funcţionare a metadatelor este căutarea secvenţelor. Există 2 soluţii: - un sistem de codificare riguroasă legat la un dicţionar de termeni; - legarea bazei de date la un dicţionar de sinonime. Crearea şi întreţinerea unei metadate care: - să faciliteze un acces rapid - să ofere posibilităţi de căutare multicriterială - să răspundă necesităţilor tuturor posibililor utilizatori este o problemă complexă. Soluţia este reţeaua de calculatoare. Avantaje – descentralizarea informaţiei şi acces rapid Dezavantaje: - discrepanţe în definirea termenilor; - diferenţe în protocolul de căutare; - formate de stocare diferite; - incompatibilităţi hardware şi software. În proiectarea unei metadate, ideea principală este de a construi sisteme care să permită introducerea sau extragerea datelor cu uşurinţă. Principalele grupe de informaţii conţinute într-o metadată: - informaţii despre deţinătorii datelor (nume, adresă, specific) - informaţii despre sursa de date (titlu şi tip) - descrierea fiecărui element din bazele de date ale deţinătorilor (categorii şi tipuri de date,

calitatea datelor, gradul de completare, forma de stocare, scară şi rezoluţie de reprezentare, sisteme de proiecţie, posibilităţi de transfer, nivel de actualizare, unitate de măsură, etc.).

În ultimul timp, s-au realizat progrese semnificative în tehnici World Wide Web, dezvoltându-se metadatele on-line.

2.2 Verificarea infrastructurilor naţionale de date Aceste infrastructuri sunt mari depozite de date care includ materiale, tehnologii şi personal, în vederea achiziţionării, procesării, stocării şi distribuţiei datelor spaţiale. Această metodă este adaptată în 20 ţări datorită: - creşterii exponenţiale a utilizării SIG - creşterii şi producţiei de date spaţiale, - cerinţelor de utilizare în comun a datelor în proiectele internaţionale - faptului că este o metodă de menţinere sau inducere de competitivitate economică la nivel

regional sau naţional.

3. Sursele de date pentru Sistemul Informatic Geografic După ce au fost localizate sursele potenţiale de date, trebuie stabilită care sursă este mai potrivită pentru aplicaţie, mai accesibilă ca preţ şi disponibilă pentru dumneavoastră. Principalele surse de date geografice pentru un Sistem Informatic Geografic sunt:

Page 38: Sisteme Inf Geogr

37

- hărţile – care sunt o colecţie de date spaţiale; - datele obţinute prin fotogrammetrie sau teledetecţie; - datele din bazele de date deja existente; - datele obţinute din măsurători (mai ales GPS).

3.1 Harta Este instrumentul tradiţional de lucru pentru utilizatorii de date geografice Avantajele hărţilor: - sunt mai uşor de procurat - sunt disponibile la diferite scări - există multe hărţi tematice care prezintă diferite fenomene spaţiale - oferă perspectivă istorică - au standarde de reprezentare bine stabilite - datele sunt prezentate într-un sistem de referinţă geodezic Dezavantajele hărţilor: - au scări diferite (spaţiale sau temporale) – scara influenţează cantitatea şi calitatea datelor - sunt o reprezentare generalizată a realităţii – nu oferă o imagine exactă a lumii reale - sunt o reprezentare simplificată – prezintă doar o selecţie de caracteristici într-un mod

simbolic - conţin erori şi distorsiuni introduse în procesul de cartografiere - au sisteme de proiecţie sau sisteme de coordonate diferite - au conţinut diferit şi simboluri de reprezentare diferite - prezintă o uzură morală rapidă, deoarece procesul de cartografiere este costisitor şi

consumator de timp - sunt asemănătoare unor documente – datele trebuie capturate şi transformate în formă

digitală - sunt supuse restricţionării legii dreptului de autor

3.2 Teledetecţia Teledetecţia este ştiinţa şi arta de obţinere a informaţii despre un obiect, arie sau fenomen, prin analizarea date hărţilor culese cu ajutorul unui instrument ce nu este în contact direct cu obiectul, aria sau fenomenul analizat. Ochii sunt un exemplu potrivit pentru a înţelege mecanismul de teledetecţie, deoarece culeg informaţii din mediul înconjurător despre obiectele care reflectă sau emit energie luminoasă. Există situaţii în care energia luminoasă e insuficient reflectată sau emisă pentru a percepe unele obiecte din mediul înconjurător. Atunci nivelul radiaţiei electromagnetice nu poate fi perceput de ochiul uman. Au fost create aparate ce permit înregistrarea nivelului energetic pentru diverse benzi spectrale. Clasificarea surselor în funcţie de datele captate: - aerofotograme - date satelitare. În plus, mai există şi: - sonar (sound navigation and ranging), - laser (light amplification by stimulated emmission of radiation) - metode astronomice.

3.3 Aerofotograme Fotografiile se realizează la altitudini între 200 şi 15000 m. În funcţie de aparat, aerofotogramele sunt furnizate în format mare (23 cm/23 cm) sau mic (35 mm/35 mm sau 70 mm/70 mm). Pentru a avea o ridicare de calitate a zonei respective, aerofotogramele trebuie să se suprapună în proporţie de 60% longitudinal (pe direcţia de zbor) şi 20% transversal.

Page 39: Sisteme Inf Geogr

38

Caracteristicile aerofotogramelor: - Lungimea de undă – spectrul vizibil şi infraroşu; - Scara (rezoluţia): 1:5 000 – 1:50 000; - Culoarea – alb-negru sau color; - Conţin distorsiuni şi deplasări ce trebuiesc corectate

3.4 Date satelitare Datele respective sunt culese direct în format digital de către sateliţi în diferite benzi spectrale şi apoi sunt trimise la sol la anumite intervale de timp. Practic, satelitul emite radiaţii electromagnetice de o anumită lungime de undă, care sunt reflectate, absorbite sau transmise de către suprafaţa de pe Pământ – suprafaţa solului, învelişul vegetal, suprafaţa clădirilor, etc. Datele reprezintă deci matrici care conţin valori ale nivelului radiaţiilor electromagnetice măsurate prin scanare în zona de studiu. Fiecare valoare reprezintă răspunsul spectral sau semnătura electromagnetică a celulei din caroiajul în care a fost împărţită zona de studiu. În funcţie de acest răspuns, prin procesarea datelor se obţin imagini. În funcţie de lungimea de undă prin care se propagă energia reflectată, fiecare element scanat are o “semnătură” proprie care permite înlocuirea valorilor din matricea iniţială transmisă de satelit cu culori, astfel încât imaginile satelitare să arate ca şi aerofotogramele. Structura acestor date este de tip raster. Două caracteristici diferenţiază acest tip de date: - rezoluţia spaţială – dimensiunea celei mai mici celule din zona scanată - rezoluţia spectrală – dată de numărul şi lăţimea benzilor spectrale utilizate de sateliţi. Exemple de sateliţi utilizaţi în SIG: LANDSAT – operat de compania EOSAT (Earth Observation Satellite Company) – 2 scanere: MSS (Multi-Spectral Scanner) care operează în 4 benzi spectrale, 80 m rezoluţie spaţială şi TM (Thematic Mapper) 7 benzi spectrale cu o rezoluţie spaţială de 30 m. Imagini color şi an. SPOT – Centrul Naţional de Studii Spaţiale, Agenţia Spaţială din Franţa, colectează datele prin 2 senzori de tip HRV (High Resolution Visible) în 3 benzi spectrale cu o rezoluţie spaţială de 20 m pentru imagini fals color şi 10 m pentru imagini alb negru. Resurs-R (Rusia), IRS (India), RADARSAT (Canada) ADEOS (colab americano-niponă), NOOA (sistem intern).

Etape în procesarea imaginilor: - Rectificare şi corectare (eliminarea efectelor de curbură a Pământului, interferenţe

radiometrice, influenţe atmosferice) - Procesare propriu-zisă (mărirea contrastului, filtrarea imaginii) - Clasificarea imaginii, supervizată (set predeterminat de categorii obţinute din analiza

lungimilor de undă selectate pentru construirea suprafeţelor) sau nesupervizată (gruparea automată a claselor de acoperire cu valori digitale similare).

Avantajele şi dezavantajele utilizării datelor satelitare: - conţin un volum mare de date - este o sursă importantă pentru multe aplicaţii SIG - monitorizare facilă a modificărilor - perspectivă istorică

3.5 Baze de date existente Aceste baze de date constituie una din cele mai importante surse de date pentru SIG. E mai ieftin să cumperi date existente decât să le introduci în sistem. Problemele care apar sunt legate de transferul datelor de la sursă la sistemul nostru şi de formatul datelor respective. Transferul poate avea loc prin reţeaua Internet sau prin reţelele intranet sau prin copierea de pe un disc mobil (dischetă, CD-ROM sau alt disc mobil). Problemele legate de posibilul format

Page 40: Sisteme Inf Geogr

39

diferit al datelor sunt rezolvate în principiu de module specializate ale programelor dedicate SIG.

3.6 Date din măsurători În cazul în care nu există date în nici una din aceste forme prezentate mai sus, se recomandă culegerea de date prin măsurători. Există 2 tipuri de măsurători: - Măsurători topografice convenţionale - Măsurători prin GPS 3.6.1 Măsurători topografice convenţionale O sursă de date pentru suprafeţe mici o constituie măsurătorile şi releveele topografice pentru a calcula coordonatele relative ale punctelor necesare pentru proiectarea grafică a obiectelor şi entităţilor spaţiale. În măsurătorile topografice se pleacă de la unghiuri şi distanţe cunoscute pentru a determina poziţia altor puncte. Reperele geodezice cunoscute fac parte din reţeaua de triangulaţie Măsurătorile se realizează în coordonate polare care apoi se transformă în coordonate plane. Sistemele moderne se bazează pe instrumente optico-electronice, care permit introducerea unor date cu acurateţe ±1 cm. Avantaje: - acurateţe mai mare în determinarea unor entităţi de dimensiuni mici - existenţa reţelei de triangulaţie permite determinarea poziţiei entităţii în sisteme de

coordonate autohtone. Dezavantaje: - timpul relativ mare de achiziţie a datelor - dependenţa de condiţiile meteo - scara relativ mare la care se realizează determinările. 3.6.2 GPS În lume există 24 sateliţi (21 operaţionali, 3 rezervă) lansaţi de Departamentul Apărării Statelor Unite, cu ajutorul cărora se determină poziţia unei entităţi pe suprafaţa Pământului. Metoda se bazează pe măsurarea distanţelor dintre sateliţi şi receptor, distanţe ce se calculează automat pe baza vitezei de deplasare a semnalelor emise de sateliţi şi a timpului înregistrat de receptorul GPS. Cu un receptor GPS e posibilă determinarea cu acurateţe a poziţiei entităţii la sol sau aproape de sol (până la 100 m), fără reperele geodezice tradiţionale. Pentru o determinare în timp real, sistemul TRIMBLE e compus dintr-o staţie fixă şi rover, dotate cu antenă GPS, antenă şi modem radio, un receptor GPS şi un colector de date. Trebuie ca în momentul determinării să existe în zonă cel puţin 5 sateliţi � precizie de ±1 cm (orizontală) şi ±2 cm (verticală). Poziţia entităţilor este precizată în coordonate polare cu elipsoidul World Geodetic System WGS 84. Avantaje: - Timpul scurt de determinare - Acurateţe ridicată, - Format digital al datelor de intrare Dezavantaje - Preţul de achiziţie ridicat - Dificultatea de a integra în sistemele de referinţă proprii datele furnizate în sistemul de

referinţă WGS 84.

Page 41: Sisteme Inf Geogr

40

4. Funcţionalitatea datelor Rolurile datelor în cadrul sistemului: - Furnizează material pentru modelări şi analize SIG - Oferă cadrul geografic pentru bază de date - Ajută în procesul de căutare şi extragere a informaţiilor - Furnizează fundalul pentru prezentarea rezultatelor.

4.1 Tipuri de date Aşa cum mai subliniat, în Sistemele Informatice Geografice sunt utilizate 2 tipuri de date: spaţiale şi descriptive. Datele spaţiale: punctul, linia şi poligonul. În funcţie de aplicaţie, prin compunerea acestor elemente, se pot crea elemente de tip nod, vertex, arc, reţea, suprafaţă sau arie. Se pot reprezenta în format vector sau raster. Datele descriptive (de tip atribut) descriu magnitudinea entităţilor sau fenomenelor studiate. Stocarea informaţiilor are loc în fişiere separate. Avantajul SIG – posibilitatea de a interconecta aceste tipuri de date şi de a gestiona relaţiile spaţiale care există între entităţile considerate în studiu.

4.3 Atribute (geo)grafice Componentele spaţiale ale datelor geografice indică în primul rând localizarea acestora şi apoi eventual forma şi extinderea spaţială. Pentru a putea fi procesate şi supuse procedeelor de analiză spaţială au nevoie de asocierea unor atribute, care ţin de natura datelor sau de diverse aspecte cantitative. Atributele pot fi structurate după cum doreşte utilizatorul iar gestiunea lor se realizează prin mecanisme clasice SGBD (sisteme de gestiune a bazelor de date), fiind apoi integrate în SIG destul de simplu, pentru a fi vizualizate. SIG utilizează valorile atributelor în calcule şi poate construi alte atribute sau valori de atribute pe care le include apoi în bazele de date pe care le gestionează. Atributele geografice pot fi: - simple (nume de oraşe, râuri, etc.), - caracteristici descriptive (tip de sol, folosinţa terenului), - valori cantitative (temperatura medie anuală), - valori calitative, etc. Există patru tipuri principale de atribute geografice: 1. Identificatori unici sau etichete asociate cu fiecare entitate spaţială. Aceste atribute permit

referirea simultană la entitate şi la localizarea acesteia. 2. Atribute care exprimă geometria entităţii spaţiale 3. Atribute care exprimă relaţia dintre entităţile spaţiale. Relaţiile posibile sunt: conectivitate,

adiacenţă, incluziune. 4. Atribute asociate cu alte proprietăţi ale entităţilor spaţiale sau ale localizării acestora.

Printre ele se numără diverse caracteristici fizice, conceptuale sau socio-economice. Unele atribute trebuiesc introduse de la început, altele pot fi deduse prin interogarea bazei de date sau a stratelor digitale. Numărul de atribute necesare pentru a descrie o entitate sau localizarea acesteia nu este limitat, ci depinde de obiectivele SIG-ului respectiv, ca şi de discernământul utilizatorului. Pentru măsurătorile de ordin cantitativ, se folosesc scările de măsură cunoscute: - scara ordinală (relativă – mic, mare. larg, etc.); - raţională (numerică cu originea 0); - nominală (pentru cuantificări calitative independent de scara liniară – cod poştal); - scara de interval (oferă informaţii despre magnitudinea diferenţelor dintre intervale–ex 0C).

Page 42: Sisteme Inf Geogr

41

4.4 Selecţionarea datelor necesare Pentru a reduce costurile, în achiziţia datelor utilizate de un Sistem Informatic Geografic, există 2 tendinţe contrare: - Pe de o parte, restrângerea datelor la strictul necesar - Pe de altă parte, utilizarea datelor pentru mai multe aplicaţii

Costul de achiziţionare şi introducere a datelor este cam 70-80% total, de aceea, selecţionarea datelor este un proces important, care are mai multe etape. Calitatea datelor introduse în sistem afectează calitatea rezultatului final. Dar creşterea calităţii duce la creşterea preţului datelor. Pe de altă parte SIG este atât un instrument de lucru pentru rezolvarea unor probleme din domenii specifice, cât şi un mijloc de cercetare. Dar indiferent de scop, datele sunt necesare. Probleme legate de date: timp, cost, calitate. Acestea trebuie tratate cu seriozitate având în vedere efortul consumat pentru achiziţionarea şi introducerea datelor.

Page 43: Sisteme Inf Geogr

42

Cine sunt utilizatorii? Care este obiectivul?

Identificarea datelor necesare

Datele sunt utile?

Datele sunt disponibile şi

pot fi obţinute?

Se încadrează în bugetul alocat achiziţionării?

Colectarea datelor

DA

DA

DA

NU

NU

NU

Page 44: Sisteme Inf Geogr

43

CURS IV

1. Sisteme geodezice de referinţă, sisteme de proiecţie, georeferenţiere

1.1 Sisteme geodezice de referinţă Sistemele geodezice de referinţă definesc forma şi mărimea Pământului, precum şi originea şi orientarea sistemului de coordonate utilizat în realizarea hărţii. Sunt utilizate de cartografi, topografi, astronomi. Ele furnizează suprafaţa de referinţă pe care se fundamentează întocmirea hărţilor şi Sistemele Informatice Geografice. În engleză – geodetic datum Un datum – un set de parametri şi puncte de control utilizat pentru a defini cu acurateţe forma tridimensională a Pământului (de exemplu, ca un elipsoid).

1.2 Geoidul şi elipsoizii de referinţă O primă aproximaţie – Pământul este o sferă cu rază de 6371 km. Valabilă pentru scări mai mici decât 1:5 000 000. În realitate, este un elipsoid de rotaţie obţinut prin rotirea unei elipse meridiane în jurul axei mici. Pământul nu e elipsoid perfect din cauza variaţiei gravitaţionale şi a suprafeţei neregulate. Dacă extindem imaginar suprafaţa liniştită a oceanelor pe sub continente se obţine un geoid – suprafaţă neregulată, echipotenţială, peste tot normală la direcţia gravitaţiei şi care nu se poate exprima din punct de vedere geometric. Linia elipsoidului este sub linia geoidului în partea continentală şi invers. În practica geodezică şi în SIG – geoidul se aproximează prin elipsoizii de rotaţie, care au o simetrie perfectă. Prima estimare a mărimii Pământului a fost făcută de Aristotel. De atunci şi până azi, s-au descris sute de elipsoizi. Elipsoizi de referinţă

Denumirea Anul Semi-axa majoră

Utilizat în:

Airy 1830 6377563,396 Marea Britanie Bessel 1841 6377397,155 Europa centrală, Chile,

Indonezia Clarke 1866 6378206,4 America de Nord, Filipine

Elipsoid

Geoid

Elipsoid

Bazin oceanic

Continent

Zenit

Page 45: Sisteme Inf Geogr

44

Clarke 1880 6378249,145 Franţa, majoritatea Africii Everest 1830 6377276,3452 India, Burma, Ceylon, Malaezia Fischer 1960 6378166 Fischer 1968 6378150 GRS80 1980 6378137 America de Nord Hough 1956 6378270 International 1909 6378388 Krasovsky 1940 6378245 Fosta URSS; România, alte ţări

est europene America de Sud 1969 6378160 WGS66 6378145 WGS72 6378135 Întreaga lume WGS84 1984 6378137 Întreaga lume

Există 2 categorii de sisteme geodezice de referinţă: sisteme locale şi sisteme geocentrice. Sistemele locale aproximează foarte bine o porţiune din suprafaţa terestră. Centrul elipsoidului nu coincide cu centrul de greutate al elipsoidului. Sistemul geocentric aproximează forma şi mărimea întregului glob. Centrul elipsoidului de referinţă este chiar centrul de greutate al Pământului. Cele mai utilizate: WGS72 şi WGS84. World Geodetic System of 1984 – sistemul pe care se bazează măsurătorile GPS (Global Positioning System). Sistemele Informatice Geografice performante permit alegerea elipsoidului adecvat pentru teritoriul studiat şi pentru aplicaţia respectivă.

1.3 Altitudinea Dacă geoidul este suprafaţa de nivel 0, se ia ca suprafaţă de referinţă pentru determinarea cotelor. Cota altimetrică a unui punct este distanţa dintre acel câmp şi suprafaţa de referinţă. Sunt absolute (raportate la suprafaţa de nivel 0) şi relative (raportate la suprafeţe de referinţă locale). Cotele pozitive – altimetrice, cele negative – batimetrice. Altitudinile absolute ale punctelor de pe suprafaţa topografică a unei ţări se raportează la un punct de bază ce aparţine geoidului – punct zero fundamental, aflat în zona litorală, deoarece în aceste puncte suprafeţele elipsoidului şi geoidului se intersectează. Există diferenţe între punctele fundamentale, care îngreunează racordarea hărţilor în sisteme de referinţă diferite. Tehnologia SIG foloseşte în planimetrie suprafaţa elipsoidului de referinţă, iar în altimetrie, punctul 0 fundamental al geoidului.

1.4 Sisteme de coordonate Sistemul de coordonate cartezian are originea în centrul Pământului, axele Ox şi Oy în planul ecuatorului, iar axa Oz este axa de rotaţie. Coordonatele unui punct sunt x, y, z care rezultă prin proiecţia punctului real pe cele trei axe. Sistemul de coordonate polare descrie poziţia punctului prin d – dreapta vectoare care uneşte punctul cu centrul globului, unghiul α - măsurat în planul xOy între proiecţia dreptei d pe plan şi axa Ox şi unghiul β - măsurat între dreapta d şi proiecţia ei în planul xOy. Sistemul de coordonate geografice al unui punct defineşte latitudinea, longitudinea şi altitudinea absolută a acelui punct faţă de nivelul 0 absolut. Programele dedicate SIG sunt algoritmi ce permit transformarea coordonatelor dintr-un sistem în altul, operaţie necesară când se lucrează cu hărţi realizate în momente diferite de timp care nu se corelează. Aceste transformări sunt necesare atunci când trecem de la coordonatele geografice, sau de la cele carteziene la sisteme de coordonate plane: carteziene, polare, o reţea de tip grid sau o anumită proiecţie cartografică. Principalele căi de transformare a coordonatelor sunt:

Page 46: Sisteme Inf Geogr

45

transformările analitice, transformările grid-grid (transformările liniare conforme şi transformările afine) şi transformările numerice.

2. Sisteme de proiecţie O problemă veche a cartografilor a fost întotdeauna reprezentarea suprafeţei curbe a Pământului pe o suprafaţă plană. Prin sistem de proiecţie sau proiecţie cartografică se înţelege procedeul matematic cu ajutorul căruia este reprezentată suprafaţă curbă a Pământului pe o suprafaţă plană. Rezultatul proiecţiei ia forme diferite. Este un procedeu dificil datorită distorsiunilor care afectează forma elementelor reprezentate, distanţele şi unghiurile dintre ele. Elementele unui sistem de proiecţie: • planul de proiecţie – poate fi o suprafaţă plană, cilindrică sau conică, tangentă sau secantă la

elipsoid. Liniile de tangenţă sau de intersecţie conservă elementele geografice nedeformate, dar cu cât ne îndepărtăm de ele – nu se mai conservă. Condiţie: aceste suprafeţe – plane sau desfăşurabile în plan;

• punctul de vedere sau de perspectivă – punctul din care se consideră că pleacă razele proiectante.;

• punctul central al proiecţiei – punctul situat central al suprafeţei de proiectat; • scara reprezentării – raportul dintre elementele de pe elipsoid şi cele de pe proiecţie; • reţeaua geografică – meridianele şi paralelele de pe elipsoidul de referinţă; • reţeaua cartografică sau canavasul – reţeaua rezultată prin proiecţia în plan a reţelei

geografice; • reţeaua kilometrică (caroiaj km) – sistem de drepte echidistante (1 km) trasate paralel cu

axele sistemului de coordonate .

Page 47: Sisteme Inf Geogr

46

2.1Tipuri de proiecţie Clasificarea proiecţiilor se poate face în funcţie de mai multe criterii. Clasificare în funcţie de specificul deformaţiilor produse: - proiecţiile conforme sau ortogonale păstrează nedeformate unghiurile şi forma elemntelor

geografice, dar deformează suprafeţele şi distanţele. De aceea, se utilizează pentru reprezentarea caracteristicilor fizice (forme de releif, bazine hidrografice, etc.). Ex: proiecţia Lambert.

- proiecţiile echivalente păstrează nedeformate suprafeţele. Cercurile se proiectează în elipse, pătratele în dreptunghiuri. Sunt utile când se urmăreşte măsurarea suprafeţelor ocupate cu anumite forme geografice, utilizarea terenurilor, vegetaţie.

- proiecţiile arbitrare deformează şi unghiurile şi distanţele. Proiecţiile echidistante păstrează nedeformate distanţele pe anumite direcţii.

Clasificare în funcţie de poziţia punctului de vedere sau de perspectivă: - proiecţii gnomice – punctul de vedere este amplasat în centrul Pământului - proiecţii stereografice – punctul de vedere e diametral opus punctului central al proiecţiei - proiecţii ortografice – punctul de vedere e la infinit, liniile de proiecţii fiind paralele între

ele. Clasificare în funcţie de suprafaţa geometrică cu ajutorul căreia se face trecerea în plan: - proiecţiile azimutale în care suprafaţa geometrică este un plan. Planul e tangent la elipsoid

într-un punct, dar poate fi şi secant. În funcţie de poziţia planului de proiecţii faţă de elipsoid, proiecţiile azimutale pot fi polare, ecuatoriale sau oblice.

- proiecţiile cilindrice în care suprafaţa desfăşurabilă este un cilindru. Poziţia planului de proiecţii poate fi: 1 – tangentă sau secantă, 2 – normală, transversală, oblică. Cea mai utilizată proiecţie cilindrică este Mercator, cu ecuatorul ca linie de tangenţă. Meridianele sunt

1

1

1

1

1

1

450

0.5

2

250

0.5

0.5

Page 48: Sisteme Inf Geogr

47

egal distanţate, iar distanţa între paralele creşte spre cei doi poli. Altă proiecţie este UTM – Universal Transversal Mercator sau Gauss, în care meridianul zero este utilizat ca linie de tangenţă, păstrează nedeformate unghiuri (proiecţie conformă).

- proiecţiile conice utilizează o suprafaţă desfăşurabilă conică. Ţinând cont de poziţia planului de proiecţii, ele pot fi: 1 – tangente sau secante, 2 – polare, ecuatoriale, oblice. Canevasul este alcătuit din paralele reprezentate prin arce de cerc concentrice faţă de vârful conului şi meridiane convergente în acelaşi vârf. O proiecţie conică este proiecţia Lambert, în care paralelele centrale sunt mai apropiate între ele decât cele de la margini şi anumite forme geografice mici se menţin şi la scări mici şi la scări mari.

Dacă se utilizează o suprafaţă de proiecţie alcătuită din mai multe conuri tangente la paralele foarte apropiate – se obţin proiecţii policonice. Alegerea unui sistem de proiecţie trebuie să ţină cont de distanţe şi de arii.

2.2 Proiecţii cartografice pentru România Proiecţia Gauss-Kruger – pe elipsoidul Krasovski, este o proiecţie cilindrică transversală. Are deformaţii mai mari decât proiecţia stereografică cu plan secant, dar are avantajul că poate reprezenta suprafeţe mari. Este o proiecţia conformă, care păstrează nedeformate unghiurile şi forma figurilor de pe teren. Se foloseşte la scări mari. Proiecţia stereografică – pe elipsoidul Krasovski, este o proiecţie azimutală pe plan secant sau tangent la elipsoid. Este o proiecţie conformă. Deformaţiile distanţelor sunt negative în interiorul cercului secant şi pozitive în exteriorul lui. Proiecţia azimutală perspectivă conformă stereografică 1970 cu plan secant are originea în punctul 460, 250 (la nord de Făgăraş). Se utilizează de obicei la scări 1:1 000 000 şi mai mici.

2.3 Georeferenţierea Datele spaţiale disparate trebuie raportate la un sistem comun, în care să se stabilească cu exactitate poziţiile corespunzătoare din natură – procesul de georeferenţiere. Se identifică elipsoizii şi proiecţiile cartografice ce simulează spaţiul real. O clasificare a sistemelor de georeferenţiere: sisteme de georeferenţiere continui şi discrete. Sisteme de georeferenţiere continui – măsurători continue ale poziţiei fenomenului. Un astfel de sistem implică coordonate geografice, coordonate rectangulare corespunzătoare unui sistem de proiecţii şi coordonate geocentrice ce se bazează pe un sistem de coordonate rectangulare cu originea în centrul Pământului. Sisteme de georeferenţiere discrete – poziţia fenomenului este măsurată relativ la unităţi fixe şi limitate ale suprafaţei Pământului. Precizia înregistrării e determinată de mărimea unităţii. Sunt uşor de utilizat – când nu se cere o acurateţe prea mare. Aceste sisteme se bazează pe un indice de cod fără o utilitate imediată în reprezentarea pe hartă.

Page 49: Sisteme Inf Geogr

48

CURS V

1. Baze de date spaţiale şi sisteme de gestiune a acestora în cadrul SIG

1.1 Elemente de baze de date În ultimii ani, o tendinţă majoră din dezvoltarea tehnologiei SIG este creşterea progresivă a importanţei Sistemului de Gestiune a Bazelor de Date (SGBD) ca parte componentă a unui SIG. Termenul de SGBD semnifică o componentă software utilizată pentru introducerea, stocarea, manipularea şi regăsirea datelor într-o bază de date. Toate datele colectate şi integrate din diverse surse sunt grupate într-un proiect. În proiect – informaţiile geografice legate de zona studiată sunt stocate sub formă de hărţi (informaţia grafică) şi tabele (cea non-grafică) într-o bază de date. Legarea atributelor de entităţile grafice se realizează prin utilizarea identificatorilor unici ai entităţilor de pe hartă ca valori de cheie primară în tabele relaţionale. Calitatea de a lega şi integra cele două tipuri de date – una din funcţiile de bază ale SIG. SIG poate stoca, procesa, combina, analiza date şi informaţii despre entităţi spaţiale într-un context integrat cu baze de date, putând astfel produce noi informaţii, cu valoare adăugată. 2 percepţii asupra tehnologiei SIG: - un punct de vedere tinde să sublinieze capacităţile de analiză geografică, cartografică şi de

producţie de hărţi; accentul este pus pe cuvântul geografic – sistemul e perceput astfel de cartografi şi geografi;

- un alt punct de vedere se referă la facilităţile oferite de SIG pentru managementul informaţiilor într-un mediu de baze de date la care referinţele spaţiale sunt adăugate într-o fereastră separată; se urmăreşte îmbunătăţirea capacităţilor operaţionale şi eficienţa – accent pe managementul informaţiilor.

2. Noţiuni de teoria bazelor de date

2.1. Abordarea orientată spre aplicaţie În acest tip de abordare a unui proiect, aplicaţiile software sunt proiectate pentru a îndeplini anumite funcţii specifice şi a rezolva anumite probleme, limitate. În acest scop, dezvoltarea se concentrează asupra algoritmilor aplicaţiei în sine, iar problemelor de stocare şi structurii datelor le este acordată mai puţină atenţie. Datele sunt stocate în fişiere cu un format care depinde de necesităţile particulare ale aplicaţiei respective. La baza aplicaţiei se găsesc fişierele. Există 3 tipuri de bază pentru fişiere: 1. Structură de listă simplă – comparată cu un bloc notes. Avantaj – adăugarea unei noi

reînregistrări se face plasând-o în spatele celorlalte. Regăsirea unei informaţii este dificilă datorită lipsei unei structurări adecvate. Căutarea se realizează prin examinarea fiecărei înregistrări � pentru a regăsi o înregistrare din n înregistrări e nevoie de (n+1)/2 operaţii de căutare (Burrough, 1983).

2. Structură ordonată secvenţial – se ordonează alfabetic înregistrările. Fiecare înregistrare poate fi comparată cu cea anterioară sau cu cea ulterioară, stabilindu-se ordinea sa în secvenţă. Algoritmul de căutare – duce la log2(n+1) operaţii de căutare – deci, reducere de 14 ori a timpului de căutare (DeMers, 1997)

3. Structură indexată – presupune existenţa unei chei care poate fi căutată în fişier. Algoritmul de căutare – direcţionat către acele locaţii specifice sau numere de înregistrări prin crearea unui index care leagă direct codurile (cheile) căutate de poziţia lor în fişier, iar înregistrările care nu conţin codurile respective sunt ignorate.

Page 50: Sisteme Inf Geogr

49

2.2 Abordarea orientată spre baze de date În aplicaţiile curente SIG, există o combinaţie de mai multe structuri de fişiere organizate într-o colecţie ce permite metode mai complexe de gestiune a datelor. Această colecţie este ceea ce se numeşte o bază de date. Exită o serie de probleme legate de formatul datelor şi de modalitatea de stocare: - redundanţa datelor; - costurile de întreţinere; - lipsa de integritate a datelor; - conflictele sau restricţiile determinate de partajarea datelor; - probleme de securitate. Bazele de date au evoluat pentru a rezolva aceste probleme. Astfel, datele sunt stocate într-o bază de date şi nu în fişiere cu un anumit format depinzând de aplicaţie. Pentru exploatarea bazelor de date, aplicaţiile pot extrage datele necesare printr-un Sistem de Gestiune a Bazelor de Date – SGBD (DBMS – în engleză). SGBD – sisteme software care pun la dispoziţie unelte pentru crearea, accesul şi întreţinerea bazei de date. Funcţiile principale ale unui SGBD: - creează, modifică şi şterge structuri de date; - adaugă, actualizează şi şterge înregistrări; - extrage informaţii din datele existente (regăsire, interogare, generare rapoarte şi informaţii

sintetice); - menţine integritatea datelor şi securitatea lor (acces controlat la date, verificarea consistenţei

datelor); - interfaţa cu aplicaţii externe se realizează prin SQL (Structured Query Language) sau alte

componente de limbaje de programare.

2.3 Proiectarea bazei de date Etape similare cu cele din orice proces de dezvoltare a aplicaţiilor software: - analiza iniţială – se clarifică obiectivele bazei de date - definirea structurii logice şi modelului conceptual – bazate pe prima etapă. Se identifică

elementele de interes, precum relaţiile dintre entităţile grafice şi atributele acestora ce vor fi stocate în bază de date. Modelul conceptual al datelor este dat de diagrame de structuri, note şi tabele având ca obiectiv principal identificarea tipurilor corecte de date, astfel încât să fie asigurată disponibilitatea acestora pentru toate aplicaţiile. Trebuie să fie independent de SGBD;

- realizarea proiectării (design) fizice – se transpune structura logică stabilită în structura de fişiere, înregistrări, câmpuri, index şi algoritmi, care va forma nucleul bazei de date pentru programul de SGBD ales;

- testarea – trebuie să se stabilească dacă baza de date funcţionează şi corespunde cerinţelor pentru care a fost proiectată;

- implementarea – urmează după o testare reuşită. Bază de date este încărcată cu date reale şi sunt puse la punct documentaţia şi instruirea utilizatorilor;

- întreţinerea şi menţinerea la zi a bazei de date – se desfăşoară pe toată durata de viaţă a unei baze de date şi evoluează cu utilizatorul.

Acest proces nu este liniar ci un ciclu cu multiple reveniri (mecanism de tip feed-back).

Page 51: Sisteme Inf Geogr

50

2.4 Arhitectura unui SGBD Un obiectiv al Sistemelor de Gestiune a Bazelor de Date îl constituie independenţa faţă de date, ceea ce implică o organizare pe mai multe nivele a software-ului. La bază – nivelul fizic, care materializează etapa de proiect (design) fizic. Deasupra – nivelul logic – care conţine modelul conceptual al bazei de date, descriind entităţile, atributele, precum şi relaţiile existente între acestea. Modelul logic este vizibil în majoritatea SGBD. Următorul nivel – nivelul de acces al utilizatorilor direct la baza de date – un utilizator poate avea o vedere parţială asupra bazei de date, constând în acele entităţi şi atribute pe care le doreşte sau pe care are dreptul să le acceseze. Deci, utilizatorul poate manipula datele direct în baza de date, în limita drepturilor sale. Ultimul nivel – nivelul de aplicaţie – valabil pentru baze de date mari, când utilizatorul dispune de interfeţe specifice, programe ce permit, înlesnesc şi controlează accesul la baza de date. SGBD – asigură canalul de comunicaţie şi transformările dintre nivelele structurii bazei de date pentru a îndeplini acţiunile cerute de utilizator. Dacă este necesară o interogare, se poate trimite fie prin intermediul unei aplicaţii, fie direct prin clauze SQL sau comenzi specifice SGBD-ului folosit. Programul transmite interogarea de la nivelul de acces direct, la nivelul conceptual, apoi la cel fizic, de unde extrage informaţiile cerute – fluxul de date în linie inversă – răspuns către nivelul de acces al utilizatorului. 3 niveluri de abstractizare a datelor: - lumea reală – în care identificăm entităţi spaţiale, atributele şi relaţiile dintre acestea; - modelul logic al bazei de date – meta-date sau date despre date – stocate într-o componentă

specială a bazei de date – dicţionarul de date; - datele stocate curent în baza de date.

2.5 Tipuri de baze de date Există 4 tipuri de baze de date: - baza de date ierarhică (arborescentă), - baza de date tip reţea, - baza de date relaţională - baza de date orientată obiect. 2.5.1 Baza de date ierarhică (arborescentă) Relaţia ce caracterizează acest model este următoarea: o entitate denumită “părinte” are o asociere directă cu mai multe entităţi numite “copii”, dar fiecare “copil” are un singur “părinte”. Pot fi relaţii one-to-one sau one-to-many. Avantaj: - Părinţii şi copii sunt legaţi direct, ceea ce face accesul la date rapid şi simplu. Cele mai

simple exemple: organizarea sistemului de fişiere Windows sau MS-DOS, ierarhia în lumea plantelor şi animalelor.

Dezavantaj: • Există o rigiditate relativă, căci examinarea unui criteriu valid, dar care nu a fost inclus de la

început, devine imposibilă. De aceea, nu este utilizat în SIG.

Page 52: Sisteme Inf Geogr

51

2.5.2 Baza de date tip reţea A devenit necesară pentru a reduce duplicarea datelor atunci când o entitate “copil” este asociată la mai multe entităţi “părinţi”. Rezolvarea tehnică se realizează printr-un sistem de pointers (adrese de memorie) care leagă împreună înregistrările într-o reţea. Avantaje: - permite relaţii de tip many-to-many. - e mai puţin rigidă – permite legarea oricărei entităţi de orice alt atribut, oriunde în baza de

date. Dezavantaj: toate legăturile trebuie declarate explicit datorită “pânzei de păianjen” create de utilizarea sistemului de pointers. 2.5.3 Baza de date relaţională Acest tip de bază de date se bazează pe teoria informativă a ansamblurilor şi pe conceptul de relaţie. În esenţă, aceasta înseamnă reducerea oricărei structuri de date la un tabel bidimensional (fişier) în care: - liniile corespund înregistrărilor pentru fiecare entitate, - coloanele corespund atributelor asociate. Legăturile dintre tabele sunt date de relaţiile dintre entităţi şi se realizează prin coloane comune mai multor tabele. Principiile matematice pe care se bazează această structură a bazelor de date fac parte din Algebra Relaţională şi nu permit existenţa mai multor linii identice într-un tabel (tuple duplicat). O relaţie de tip tabelar arată astfel

Identificator Număr. topografic

Arie Proprietar

IDENTIF NRTOPO ARIE PROPRIETAR A1 21790 1800 Ionescu M. A2 21794 7000 Popescu I. A3 22381 1450 Botezatu R A4 18732 1700 Lazăr C. A5 25411 2100 Moga V.

Numele fiecărei coloane constituie numele unui domeniu. Mulţimea valorilor asociate unui domeniu poartă denumirea de atribut, deci atributul va reprezenta o coloană a tabelului. În limbaj informatic, o linie din tabel este numită înregistrare sau articol iar coloanele sau domeniile vor fi numite câmpuri. O relaţie (sau tabel) devine un fişier. În cadrul fiecărui tabel, se alege un anumit atribut care să aibă semnificaţia de cheie primară de acces la date. Fiecare înregistrare conţine o anumită valoare corespunzătoare acelui atribut care a fost ales ca fiind cheie primară, cu ajutorul căreia este identificată. Există cazuri, destul de frecvente, în care practica SIG impune definirea mai multor atribute drept chei de identificare, situaţie în care una din ele va fi aleasă drept cheie primară iar celelalte vor fi denumite chei secundare. Regăsirea unei informaţii dorite presupune o sortare în cadrul tabelului, adică o aranjare într-o anumită ordine, după valorile unei chei. Cerinţe necesare pentru a asigura consistenţa, acurateţea, flexibilitatea, integritatea datelor şi robusteţea generală a bazelor de date: - numele coloanelor trebuie să fie distincte; - valorile introduse într-o coloană trebuie să fie de acelaşi tip sau să aparţină aceluiaşi

domeniu;

Page 53: Sisteme Inf Geogr

52

- fiecare linie trebuie să fie total distinctă, pentru a putea identifica în mod unic o înregistrare prin intermediul unei chei unice. Cheia are deci o valoare diferită pentru fiecare linie. Este obligatorie pentru fiecare tabelă;

- ordinea liniilor şi a coloanelor nu este fixă, succesiunea lor neavând importanţă - valorile din tabel se află la intersecţia dintre o înregistrare şi un domeniu şi constituie o celulă

a tabelului care trebuie să conţină o singură valoare (condiţia de atomizare); - conceptul de valoare nulă este utilizat pentru a specifica faptul că pentru intrarea respectivă

nu există valoare din domeniul coloanei sau că valoarea ei nu este cunoscută. Diferă de valoarea zero, de obicei este codată cu valoarea -1.

O relaţie care satisface aceste restricţii se numeşte relaţie normalizată, iar un ansamblu de relaţii normalizate formează Baza de Date Relaţională (BDR). Avantaje: – permite colectarea datelor în tabele relativ simple – dacă este nevoie, datele unui tabel pot fi legate (relaţionate) cu datele altui tabel, pe baza unei

coloane comune – trebuie găsită egalitatea dintre cheia primară a unui tabel cu o coloană a altui tabel numită cheie străină sau cheie importată. Valorile acesteia trebuie să existe ca intrări în cheia primară a unui alt tabel relaţional.

– acest mecanism – relational joint – poate lega mai multe tabele printr-o structură clară ce permite operaţii de căutare extrem de complexe, care necesită însă existenţa unor coloane comune între mai multe tabele.

Dezavantaj: existenţa redundanţei date de aceste chei primare. Principalele obiective ale proiectului şi organizării unei baze de date relaţionale în cadrul SIG sunt: - reducerea complexităţii structurilor de date ierarhice sau în reţea pentru a simplica activitatea

de introducere, actualizare şi exploatare a bazei de date; - asigurarea unei independenţe sporite a structurii logice faţă de struct fizică a datelor; - reducerea timpului de răspuns la interogările adresate bazei de date. Pentru a reduce volumul de date – Codd (1970) a definit un set de reguli (normal forms). Procesul de înlocuire a legăturilor ierarhice, sau a altor tipuri de legături dintre date, prin relaţii reprezentate sub formă de tablouri poartă numele de normalizare. Formele normale pe care le pot lua tabelele: Prima regulă (first normal form) – deoarece coloanele vor fi utilizate ca şi chei de căutare, fiecare locaţie dintr-o linie (rând) a tabelului nu poate avea decât o singură valoare. A doua regulă (second normal form) – cere ca fiecare coloană care nu este cheie primară să fie total dependentă de cheia primară; coloanele vor fi găsite prin cheia sa primară. Această condiţie reduce redundanţa datelor. A treia regulă (third normal form) – legată de a doua. Cheia primară nu trebuie să depindă de nici o cheie străină. Pentru a putea opera asupra datelor este necesară utilizarea aşa numitelor limbaje. Cel mai cunoscut este SQL – Structured Query Language – Limbaj de Interogare Structurat. SQL – limbaj specific SGBD – este o interfaţă aflată la dispoziţia utilizatorilor pentru manipularea algebrei relaţionale în gestiunea şi operarea bazei de date. SQL – conţine declaraţii şi comenzi necesare: - implementării elementelor structurale, - manipulării datelor - verificării integrităţii acestora. - Este un limbaj declarativ, care stabileşte cerinţele. Ca formă generală – comenzile SQL încep cu un verb care specifică acţiunea şi apoi un subiect (obiect) asupra căruia se acţionează.

Page 54: Sisteme Inf Geogr

53

2.5.4 Baze de Date Orientate Obiect E o concepţie nouă a anilor ’90, care s-a impus odată cu succesul avut de limbajul de programare C++. Modelarea conceptuală OO utilizează tehnici specifice ingineriei software: generalizare, clasificare, moştenire şi agregare. Definiţii utilizate: Obiectul – reprezentarea oricărei entităţi din lumea reală despre care SGBDOO trebuie să stocheze date. Obiectul – reprezintă o instanţă a unei clase. Identitatea obiectului – reprezintă un identificator unic, asociat obiectului atunci când acesta este creat şi permite accesul la o entitate via obiect în sine şi nu prin intermediul unui atribut al obiectului. Atributele obiectului – proprietăţile acestuia. Datele de tip abstract – sunt permise – nu există o limitare la tipul clasic de dată ca întreg, real, caracter, logic. Pot fi linie, punct, etc. Clasa – un grup de obiecte care împart proprietăţi comune. Clasele conţin un set de atribute care descriu starea şi caracteristicile obiectului şi un set de metode care operează asupra datelor. Metodele obiectului pot fi moştenite de la o clasă “părinte” sau definite explicit pentru clasa respectivă. Încapsularea – operaţia prin care modelul OO încearcă să grupeze laolaltă toate datele care descriu o entitate din lumea reală precum şi operaţiile care se pot efectua cu entitatea respectivă într-un singur obiect al bazei de date. Există câteva programe SIG dezvoltate în tehnologie OO, dar majoritatea se bazează o combinaţie între modelul relaţional şi abordarea orientată pe obiecte.

Fig. – Comparaţie între a) – abordarea relaţională şi b) – cea obiectuală a lumii reale (Haidu&Haidu, 1998).

Page 55: Sisteme Inf Geogr

54

Abordarea de tip obiect, care este foarte actuală în domeniul informaticii – oferă un cadru mai bun modelării lumii reale, prelucrării şi analizării informaţiilor. În tipul de bază de date relaţională, reprezentarea datelor a fost supusă în primul rând exigenţelor calculatorului şi ale procedeelor de înregistrare. În cazul acestui tip de bază de date, abordarea geoinformatică a datelor sub forma obiect vizează apropierea cât mai mult posibil de obiectele şi fenomenele lumii reale, ceea ce se pretează foarte bine necesităţilor de reprezentarea şi analiză a datelor geografice în cadrul SIG. Dezavantajul BDR – este dat de o oarecare disipare a informaţiilor interconectate semantic. Totalul informaţiilor care caracterizează unicitatea unui obiect sau entităţi este distribuit într-o gamă de mici tabele aplicând paşii de normalizare. Este foarte greu apoi să se treacă la o interogare globală solicitând toate informaţiile despre o anumită entitate spaţială reprezentată în BDR, utilizând limbajul SQL (Standard Query Language – Limbajul Standard de Interogare), deoarece utilizatorul ar trebui să cunoască apriori toate denumirile BDR, ca şi codurile de legătură. Abordarea orientată obiect regrupează toate informaţiile care privesc o anumită dată geografică într-un ansamblu, astfel încât un obiect al lumii reale va fi reprezentat în baza de date de un singur ansamblu informaţional, numit obiect. Acesta este un tot unitar care conţine atât descrierea datei valoarea efectivă, cât şi proprietăţile acesteia. Mai simplu: - abordarea relaţională descompune obiectul, iar atributele acestuia sunt distribuite în tabele, - abordarea obiectuală păstrează unitatea grafică şi non-grafică. În termeni informatici: - abordarea relaţională efectuează o reproducere de forma unu la n (un obiect al lumii reale îl

descompune în n componente din mediul informatice) - în abordarea obiectuală, se efectuează o reproducere de forma unu la unu (un obiect al lumii

reale este reprodus într-un singur obiect). Protecţia informaţiilor Bazei de Date Orientate Obiect este superioară, deoarece accesul la ele se efectuează printr-o singură cale de acces, în timp ce în modelul relaţional, este permis accesul din mai multe direcţii, precum şi modificarea oricărei informaţii.

Page 56: Sisteme Inf Geogr

55

CURS VI

Achiziţionarea datelor Sistemul Informatic Geografic – poate integra uşor diferite tipuri de date. Prin prelucrarea şi analiza datelor provenite de la diverse surse, cu ajutorul SIG, se construiesc noi nivele de informaţii, respectiv se scoate în evidenţă informaţia ascunsă în conţinutul datelor. Prin achiziţia (sau introducerea) datelor, se înţelege procesul de obţinere a datelor de la o sursă externă şi transformarea acestora într-un format compatibil exigenţelor informatice ale SIG (format digital). Achiziţionarea datelor este una din cele mai importante faze ale unui proces SIG, căci de calitatea şi cantitatea lor depinde tipul de analiză care se poate realiza. Este de asemenea şi faza cea mai mare consumatoare de timp (80% din totalul timpului) şi de bani, mai ales dacă se referă la locuri greu accesibile sau la tehnici de observare şi măsurare de la distanţă. Deoarece datele prelucrate cu ajutorul Sistemelor Informatice Geografice includ date grafice şi date tip atribut, este clar că fiecare tip de date va fi preluat în format digital în mod diferit. Pentru datele (geo)grafice, achiziţionarea datelor se poate realiza prin digitizare, baleiere automată (scanare), transfer electronic de date sau prin introducere de la terminale sau de pe medii magnetice. Datele trebuie să fie georeferenţiate. Datele non-grafice (datele atribut) sunt tratate în acelaşi mod în care sunt tratate de orice sistem informatic obişnuit de baze de date, de SGBD-urile clasice. Ele pot fi preluate din baze de date deja existente pe calculator, prin Internet sau cu ajutorul discurilor mobile, sau pot fi introduse direct de la tastatură. În cazul în care sunt preluate din alte proiecte, trebuie transformate într-un format compatibil cu cel al programului SIG utilizat.

1. Metode de achiziţionare a datelor grafice Datele prelucrate în SIG reprezintă observaţii primare sau derivate prin calcule sau analize specifice ale proceselor, fenomenelor şi entităţilor geografice din lumea reală. În funcţie de obiectivele proiectului SIG şi de formatul datelor disponibile, apar următoarele variante posibile în problema datelor: - datele grafice trebuie create prin ridicări topografice clasice, prin utilizarea GPS sau prin

procedee fotogrammetrice sau de teledetecţie - unele date spaţiale şi unele atribute asociate se pot introduce direct de la tastatură - datele existente pe suporturi de hârtie (hărţi, planuri) se transferă în format digital prin

scanare sau prin digitizare - datele înregistrate deja în format numeric se vor achiziţiona prin transfer electronic: prin

reţea electronică sau prin disc mobil. Pentru a defini necesarul de date din realizarea unui proiect SIG, trebuie parcurse mai multe etape: definirea problemei şi conceptualizarea modelului urmărit; specificarea datelor necesare şi a surselor; achiziţionarea fizică printr-o metodă anume; generalizarea; corectarea, validarea şi integrarea datelor în SIG. Definirea problemei şi conceptualizarea modelului urmărit depind de experienţa utilizatorului şi de scopul beneficiarului. Se precizează obiectivul proiectului SIG şi tipurile de rezultate solicitate de către beneficiar. În funcţie de ele, se trece la conceptualizarea modelului şi la definirea factorilor naturali şi umani care intervin în zona de studiu. Conceptualizarea modelului presupune elaborarea unui algoritm care să cuprindă proceduri, tipuri de analize şi fazele care trebuiesc urmărite. Pentru specificarea datelor necesare în realizarea unui proiect, există 2 tendinţe contrare: restrângerea datelor la strictul necesar pentru a economisi timp şi bani şi definirea unui evantai mai larg de date necesare deoarece există posibilitatea de a fi utilizate şi de către alte aplicaţii.

Page 57: Sisteme Inf Geogr

56

Pentru a putea stabili necesarul de date, trebuie date răspunsuri la câteva întrebări: de ce date avem nevoie? Sunt acestea uşor de obţinut? Îşi merită preţul? Formatul lor este compatibil cu cerinţele? Există perspective mai bune pentru alte date? Principalele surse de date pentru SIG sunt: hărţile şi planurile existente, imagini din satelit şi aerofotograme, rapoarte statistice, baze de date existente, relevee şi ridicări de planuri.

1.1 Organizarea informaţiei dintr-o hartă Obiectele geografice dintr-o zonă terestră (foaie de plan) sunt organizate (pe verticală) tematic, pe straturi (coverages în ARC/INFO). Fiecare strat conţine un anumit tip de obiecte geografice, deci este un strat de tip punct, linie sau poligon. În plus, zonele mai largi (care nu pot încăpea pe digitizor sau scaner) pot fi împărţite pentru lucru pe zone mai înguste care, ulterior, vor fi alipite pentru a obţine întreaga arie de studiu. Stratele ARC/INFO. Fiecare strat conţine un anumit tip de obiecte geografice, deci este un strat de tip punct, linie sau poligon, precum şi datele descriptive asociate. În plus, un strat conţine şi un număr de puncte de control de registraţie (tic-uri) şi de puncte de etichete (label point). Ticurile sunt puncte din teren cu coordonate reale precise pe suprafaţa pământului. Acest set de puncte de control se include în orice strat ce reprezintă aceeaşi zonă de teren pentru a asigura registraţia corectă a stratului şi ulterior alipirea corectă cu alte straturi ce reprezintă foi de hartă adiacentă. Punctele de etichete (label points) au două semnificaţii distincte în funcţie de tipul stratului: - Într-un strat de tip punct (point coverage), punctele de etichete vor reprezenta obiecte

punctuale. - Într-un strat de tip poligon (polygon coverage), punctele de etichete vor identifica

poligoanele. Orice poligon conţine un singur punct cu etichetă, prin care se se asociază poligonul cu atributele sale.

Cele două tipuri se exclud reciproc. Procedeele de preluare a datelor geografice în format digital sunt: digitizarea, scanarea, transferul de date digitale din alte formate în formatul cerut de programul SIG utilizat.

1.2. Digitizarea datelor cartografice Digitizarea este un procedeu simplu şi uzual de achiziţionare a datelor geografice, prin convertirea obiectelor geografice spaţiale de pe o hartă în format digital. Toate obiectele geografice de pe hartă (puncte, linii, suprafeţe) sunt convertite în coordonatele x, y � digitizarea este procedeul de capturare a seriilor de puncte şi linii. Prin digitizare se introduce geometria obiectelor, obţinând date grafice (spaţiale), care se vor lega ulterior de atributele non-grafice. Prin digitizare se achiziţionează date de pe hărţi, aerofotograme, schiţe, documente desenate în teren, profile cartografice, grafice. Digitizarea se poate executa pe o planşetă digitizoare sau direct pe ecranul monitorului. Observaţie: Deoarece punctele reprezintă fie obiecte geografice punctuale, fie etichete de identificare ale unui poligon, pentru a evita confuzia, este recomandabil digitizarea acestor tipuri diferite de puncte în strate diferite. Digitizarea se utilizează de regulă atunci când programul SIG al proiectului lucrează cu date grafice în format vector. 1.2.1 Digitizarea cu tableta digitizoare Acest proces se realizează cu ajutorul unei mese de digitizare, care este un grid fin de fire înglobat în suprafaţa unei mese. Pentru a digitiza, harta trebuie aşezată pe masa de digitizat, iar punctele şi liniile se urmăresc cu un cursor, care are un mic lenticul cu două fire subţiri încrucişate. De câte ori se doreşte înregistrarea unui punct, se acţionează asupra unui buton de pe cursor, care asigură înregistrarea poziţiei cursorului în acel moment prin două coordonate: x şi y, raportate la sistemul de coordonate propriu al mesei de digitizare.

Page 58: Sisteme Inf Geogr

57

Observaţie: Aria de sensibilitate electrică a mesei este mai mică decât suprafaţa totală a mesei. De aceea, trebuie ca harta să fie situată în întregime în interiorul zonei active. În exterior, apăsarea butonului nu duce la înregistrarea poziţiei respective. Butoanele au fost programate să realizeze înregistrarea unui punct sau iniţierea unei linii. Atunci când un anumit buton este apăsat, calculatorul înregistrează coordonatele x, y ale punctului respectiv în unităţi digitizor (cm sau inci), care vor deveni ulterior coordonatele obiectului geografic punctual sau ale unuia din punctele care alcătuiesc o linie sau un poligon. De câte ori două sau mai multe linii se întâlnesc în acelaşi punct, se formează o intersecţie. În timpul digitizării, se poate marca fiecare intersecţie cu un nod, sau se pot ignora intersecţiile, digitizând linii lungi, intersecţiile fiind obţinute în urma realizării topologiei stratului respectiv. 1.2.1.1. Cuplarea digitizorului la calculator Digitizorul se cuplează la unul din porturile seriale ale calculatorului sau staţiei grafice şi i se se parametrii configurează pentru o transmisie optimă între el şi sistemul de calcul. Configurarea parametrilor respectivi se face atât la nivelul digitizorului, cât şi la nivelul calculatorului, ei putând fi modificaţi ulterior prin comenzi. Se mai pot programa şi alţi parametri care controlează procesul de digitizare, cum ar fi: - Modul de transmisie: binar sau ASCII. - Unitatea de măsură în care se exprimă coordonatele x, y denumită şi “unitate digitizor”.

Unitatea stabilită implicit este “inch”; recomandabil este “milimetru” sau “centimetru”. - Modul de transmitere a informaţiei între digitizor şi calculator: mod “point” sau mod

“stream”. Digitizarea în modul “point” este o metodă de digitizare în care se plasează cursorul pe punctul a cărui poziţie urmează să fie transmisă calculatorului, iar apoi se declanşează înregistrarea coordonatelor prin apăsarea unei taste a cursorului (digitizare “punctată”). Digitizarea în modul “stream” este o metodă de digitizare în care cursorul este plimbat de-a lungul unui element (geo)grafic liniar, coordonatele punctelor parcurse fiind memorate la intervale fixe de timp sau la distanţe egale (digitizare “continuă”). Pentru digitizarea hărţilor, se recomandă alegerea modului “point”, datorită atât posibilităţii de urmărire cât mai exactă a liniilor, cât şi a optimizării globale a spaţiului de memorare. După setarea parametrilor, se poate testa comunicarea între cele două echipamente, cu ajutorul unui modul special al softului SIG. 1.2.1.2. Stabilirea modului de digitizare Există două moduri de digitizare a unei hărţi: modul “discret” şi modul “spaghetti”. Ele se referă la modul de tratare a intersecţiilor de linii. Digitizarea discretă constă în digitizarea de noduri la fiecare intersecţie de linii, astfel încât nici un arc nu se intersectează cu altul decât într-un nod. Avantaj: este mai precisă. Dezavantaj: este mai lentă. Digitizarea spaghetti constă în tratarea liniilor lungi ca arce, fără a ţine cont de intersecţiile acestora cu alte linii. Avantaj: este mai rapidă. Dezavantaj: este mai aproximativă. Digitizarea discretă este recomandată pentru straturi cu un grad ridicat de acurateţe sau cu linii sinuoase. Acurateţea digitizării poate fi crescută dacă se marchează în prealabil intersecţiile (de exemplu, cu • ). Al doilea tip de digitizare se recomandă atunci când predomină liniile drepte sau puţin sinuase (margini de hartă, drumuri, căi ferate). 1.2.1.3. Stabilirea unităţilor de digitizare: unităţi digitizor, unităţi reale. Pentru cele mai multe prelucrări (calcul de suprafeţe, suprapuneri de straturi, asamblare de straturi, etc.) baza de date digitală trebuie să fie în coordonate reale. Există două posibilităţi de a obţine coordonatele reale ale datelor digitizate: - Digitizarea se realizează în coordonate digitizor, apoi se aplică tuturor datelor o transformare

ai cărei parametri rezultă din valorile tic-urilor în coordonate digitizor şi în coordonate reale.

Page 59: Sisteme Inf Geogr

58

- De la început, se creează un strat gol (vid), la care se ataşează coordonatele reale ale tic-urilor prin introducerea lor de la tastatură, apoi se digitizează direct în coordonate reale.

Avantajele şi dezavantajele celor două metode sunt expuse în tabelul următor: Digitizare în coordonate digitizor Digitizare în coordonate reale Se poate uşor tipări harta digitizată la scara hărţii sursă, pentru a verifica calitatea

Verificarea calităţii hărţii digitizate pe baza hărţii sursă este mai dificilă

Nu se poate aprecia cu câtă acurateţe s-au introdus iniţial punctele de control

Eroarea RMS indică acurateţea digitizării curente a tic-urilor faţă de coordonatele lor reale, introduse de la tastatură, fiind exprimată în unităţi reale, eroarea RMS este foarte sugestivă pentru a evalua eroarea introdusă

Nu se pot vizualiza practic mai multe straturi, deoarece fiecare are altă extindere

Se pot vizualiza unul sau mai multe straturi care acoperă aceeaşi zonă, în fundal şi unul ca strat de editare.

Alegerea unităţii de digitizare depinde de aprecierea aspectelor de mai sus. Dar trebuie ţinut minte că în final trebuie să ajungem oricum la coordonate reale. 1.2.1.4. Pregătirea hărţii pe hârtie Trebuie ţinut seama de faptul că utilizarea unor hărţi de bază de calitate, duce la obţinerea unei mai bune acurateţi a datelor digitale. Hărţile ar trebui să fie în condiţii bune, clare, uşor de citit, fără îndoituri sau împăturiri, care să asigure o acurateţe maximă poziţiei obiectelor geografice. Materialul pe care este desenată harta care se digitizează este una din cauzele erorilor care pot apărea în procesul de digitizare, de aceea este preferat materialul transparent numit mylar. 1.2.1.5. Definirea procedeelor Trebuie stabilit modul în care vor fi digitizate hărţile. Mai întâi se poate încerca digitizarea unei mici porţiuni de pe hartă, pentru a vedea dacă procedeele folosite vor duce la rezultatele dorite. Astfel, se poate stabili o secvenţă standard de procedee: de exemplu, se vor digitiza mai întâi arcele, şi apoi punctele. Cei care digitizează trebuie să se familiarizeze cu procedeele standard, pentru a nu pierde timp şi pentru a şti pe cine trebuie să întrebe când se iveşte o problemă. Se poate realiza şi un dicţionar al proiectului care să listeze procedeele standard şi convenţiile de numire. Apoi, se va stabili o secvenţă pentru digitizarea obiectelor geografice şi a foilor de hartă astfel încât să poată fi urmărită în orice moment porţiunea de hartă care a fost deja digitizată. De asemenea, se vor stabili convenţiile de numire standard. Stratele trec prin mai multe etape până la final, fiecare etapă putând fi identificată prin utilizarea unei abrevieri standard. De exemplu, după faza de digitizare obţinem un strat STRAT_DG01 (strat digitizat varianta 1). Este recomandabil să se stabilească orare şi schimburi de lucru (cam de 2 ore), deoarece digitizarea este un proces obositor. 1.2.1.6. Pregătirea hărţii. O pregătire corectă a hărţii uşurează problemele atât din etapa de digitizare, cât şi pe cele din etapa de editare, minimizând numărul de probleme care ar încetini activitatea personalului de digitizare. Mai întâi, se fixează şi se numerotează ticurile (minim 4, în funcţie de scara hărţii). Ticurile sau punctele de control sunt puncte ale căror poziţie geografică este cunoscută cu o precizie foarte bună. Ele sunt puncte care se regăsesc uşor pe hartă, de obicei puncte de intersecţie între meridiane şi paralele, ale căror coordonate au valori cunoscute în sistemul de coordonate geografic, ca şi în sistemul de coordonate planar al proiecţiei utilizate. Se desenează conturul extins cu 1 mm pentru a se asigura digitizarea completă din zona de studiu. Ulterior, se elimină porţiunea extinsă prin operaţiunea de clipping. Apoi, se verifică manuscrisul şi se marchează cu punct

Page 60: Sisteme Inf Geogr

59

- intersecţia a două linii (dacă nu este clar desenată) ca şi puncte intermediare pe arce mai mari de 10 cm.

- punctul de început şi de sfârşit ale unui poligon închis insular. - poziţia etichetelor (câte una singură pentru fiecare poligon). 1.2.1.7. Digitizarea propriu-zisă a hărţilor La început se identifică poziţia ticurilor şi mărimea stratului. Este important ca ticurile să fie cât mai corect digitizate, deoarece sunt utilizate în sesiunile de digitizare ulterioare, precum şi pentru a orienta stratul casă fie legat ulterior de alte strate. Trebuie digitizate cel puţin 4 ticuri. Observaţie. Utilizarea a mai mult de 4 ticuri duce la creşterea acurateţei datelor. Orice tic suplimentar va trebui poziţionat echilibrat pe hartă. Urmează digitizarea arcelor, prin marcarea nodurilor de început şi de sfârşit şi a vertexurilor (puncte intermediare în care segmentul de dreaptă îşi modifică orientarea. Se digitizează elementele din strat, în ordinea ticuri, arce, etichete. Cum se stochează coordonatele? În primul rând, trebuie alese coordonatele în proiecţia originală a hărţii. Dacă avem coordonatele în proiecţie geografică (latitudine, longitudine) exprimate în grade, minute şi secunde, trebuie aplicată o funcţie de transformare pentru a obţine coordonatele în proiecţia dorită. În fişierul de date grafice, obiectele geografice se reprezintă după cum urmează: Punctul – printr-o succesiune de coordonate x, y, precedate de numărul de identificare al punctului respectiv. Fiecare înregistrare reprezintă un punct. Arcul – printr-o succesiune de perechi de coordonate x, y, începând cu coordonatele punctului de început al arcului şi terminând cu coordonatele ultimului punct, succesiune precedată de numărul de identificare al arcului. Poligonul – printr-o succesiune de perechi de coordonate x, y, începând cu coordonatele punctului de început al poligonului şi terminând cu aceleaşi coordonate, care sunt şi cele ale ultimului punct, succesiune precedată de numărul de identificare al poligonului.

1.2.2 Digitizarea pe ecran Acolo unde nu există tablete digitizoare, sau în cazul în care trebuie făcute doar câteva mici corecturi pe o hartă deja digitizată, se utilizează posibilitatea de digitizare directă pe ecranul (monitorul) calculatorului – digitizarea on screen. În primul caz, harta se scanează iniţial, cu ajutorul unui scaner cartografic de precizie şi se obţine un fişier imagine. Acesta este afişat pe ecran ca fundal (background). În loc de digitizor, se utilizează un program care permite realizarea elementelor vector cu ajutorul mouse-ului urmând imaginea afişată în fundal pe monitor. Un avantaj al acestei metode este posibilitatea de utilizare a funcţiei zoom, care permite mărirea unor elemente greu de distins pe harta în format analog, şi deci o precizie mai mare decât în cazul digitizării cu tableta digitizoare.

1.3. Scanarea sau baleierea automată Baleierea automată este un proces mult mai rapid de achiziţionare a datelor, şi este realizată cu ajutorul unui scaner. Principiul de funcţionare constă în înregistrarea intensităţii de reflexie a unui fascicol luminos care baleiază imaginea linie cu linie. Există 2 tipuri de scanere: fixe şi cu tambur rotativ. 1.3.1. Scanarea şi utilizarea datelor în format raster Procesul de scanare este adeseori mai rapid decât cel de digitizare, mai ales pentru hărţile cu multe arce, dar nu întotdeauna acest lucru este valabil. Scanerul este foarte sensibil şi de aceea pregătirea hărţii este mult mai importantă decât la digitizare – trebuie eliminate orice linie, marcaj sau text care nu doriţi să facă parte din strat, şi acest lucru poate consuma tot atâta timp cât procesul de digitizare. În plus, nodurile nu sunt identificate în mod explicit, intersecţiile

Page 61: Sisteme Inf Geogr

60

rezultate necesită mai mult timp de editare decât versiunea digitizată. În timp ce documentul este baleiat, poziţia sa se înregistrează sub formă de linii şi coloane (raster în limba engleză) şi rezultă un anumit număr de celule/pixeli. Obiectele de dimensiuni mai mici decât un pixel nu sunt sesizate. 1.3.2. Scanarea urmată de vectorizare În cazul în care programul dedicat proiectului lucrează cu date grafice în format vector, operaţia de scanare trebuie urmată fie de o operaţie de digitizare on screen, fie de o operaţie de vectorizare, adică de trecere de la un mod de reprezentare raster a datelor digitale la modul vector. Au fost realizate programe care permit vectorizarea semi-automată, în care procesul de vectorizare poate fi urmărit şi corijat în anumite momente de către operator. Aproape toate programele Sig au un modul care face conversia raster – vector şi invers. Printre cele mai celebre este programul GRASS, un program free, disponibil pe Internet.

1.4. Codificarea manuală Codificarea manuală este utilizată atât pentru datele spaţiale, cât şi pentru cele atribut (mai ales). Este o operaţie simplă, nu necesită aparatură scumpă. Se pot utiliza pentru introducerea datelor programe dedicate bazelor de date (Acces, FoxPro, Oracle), programe tip date tabelare (Excel) sau programe tip text (Word, WordPerfect) pentru date tip text. Datele introduse şi convertite în ASCII pot fi apoi citite şi transformate în date grafice de module specializate ale programelor SIG utilizate.

1.5. Transferul electronic de date Avantaje: Colectarea datelor prin transfer electronic de date este o metodă fezabilă şi atractivă, mai ales în comparaţie cu limitele codificării manuale a datelor sau faţă de costul echipamentelor de digitizare şi scanare. Există deja multe surse de date în instituţii guvernamentale sau comerciale care folosesc ca sursă de date imagini satelitare, furnizate direct în format digital. 1.5.1 Probleme care apar la transferul electronic Problemele care apar se datorează faptului că transferul implică un furnizor (emiţător sursă), un receptor şi un mediu corespunzător de transfer: benzi magnetice, CD-uri sau reţele de telecomunicaţii. Eşecurile la transfer sunt reduse de îmbunătăţirea continuă a performanţelor tehnologice. Dar apar probleme datorită: - coruperii datelor prin deteriorarea suportului lor; - incompatibilităţii care există între hardware, software şi sistemul de codificare (formatul de

transfer). Cauzele de incompatibilitate se datorează diferenţelor care apar între: - caracteristicile diapozitivelor de citire/scriere la nivelul fizic de stocare - sistemele de operare sau SGBD-urilor - sistemele de caractere diferite (binar, ASCII, etc.) - sistemele de codificare diferite (RLE – Run Length Enconding, codificare în lanţ sau în bloc,

etc.) - structura diferită a fişierelor - modelele diferite de date spaţiale (raster sau vector) - sistemele diferite de referinţă geografică (coduri poştale, coordonate rectangulare sau

geografice) - scară, rezoluţie spaţială, nivel de generalizare a datelor diferite - definiţii, clasificări şi valori măsurate pentru entităţile spaţiale diferite.

Page 62: Sisteme Inf Geogr

61

Soluţia este dată de crearea unor sisteme de interfaţă care să permită conversia datelor necesare dintr-un sistem sursă într-un format acceptat de SIG. Dezavantajele acestei soluţii sunt: – consum mare de timp – amplificarea eforturilor unor utilizatori pentru a reproduce interfeţe între sisteme care deja

au fost dezvoltate de alţi utilizatori – pentru fiecare sistem e nevoie de un program de conversie. Avantaje: - răspunde cerinţelor în totalitate - se reduc pierderile de date - efortul pentru dezvoltarea programelor de transfer se amortizează rapid. În ultimul timp au apărut programe destinate achiziţiei de date prin transmitere electronică, mai ales aplicaţii Windows care prezintă o serie de avantaje: accesibilitate, flexibilitate, posibilităţi multitasking, posibilităţi de standardizare care facilitează schimburile de date, etc. Mediile de transfer cele mai utilizate: dischetele, CD-urile, video-discurile, etc. 1.5.2 Funcţii de import-export Uneori un Sistem Informatic Geografic trebuie să aibă funcţii de export-import. Acolo unde transferul direct de date nu este posibil – se realizează prin intermediul unui al treilea sistem cu care cele două sunt compatibile – de exemplu, DXF. Există standarde la nivel naţional şi internaţional: Marea Britanie – National Transfer Format, Europa – European Transfer Format, USA – National Committe for Digital Cartographic Data Standards.

1.6. Decizia modului de capturare a datelor grafice Decizia modului de capturare a datelor grafice aparţine programatorului şi expertului proiectului SIG respectiv şi ţine cont de nevoile speciale ale programului. Când se compară diferitele căi de capturare a datelor, trebuie ţinut cont de următoarele lucruri: - Cât de mult timp necesită pregătirea datelor? - Cât de mult timp necesită introducerea datelor? - În ce mod afectează acurateţea datelor capturate procesele ulterioare de editare şi procesare?

2. Metode de achiziţionare a datelor atribut

2.1. Surse de date atribut Surse importante de date de tip atribut sunt datele statistice, bazele de date existente, alte informaţii auxiliare. Datele statistice provin din observarea sau înregistrarea unor procese şi fenomene, din recensăminte, chestionare, rezultatele proceselor de modelare. La nivelul Uniunii Europene s-a elaborat un sistem unificat şi ierarhizat de date statistice teritoriale numit NUTS (Nationale Unites Territoriale Statistiques). Pentru bazele de date deja existente trebuie verificat dacă sunt racordate la un sistem de referinţă spaţial, dacă sunt actualizate şi dacă satisfac din punct de vedere calitativ. Accesul la ele ar putea fi limitat de confidenţialitate, drepturile de autor sau de costurile ridicate. Informaţiile auxiliare se referă la materiale documentare aflate sub formă de text, film sau bandă magnetică. Informaţii descriptive. Caracteristicile obiectelor geografice sunt reprezentate pe hartă ca simboluri grafice (tipuri de linii, culori, haşuri) sau ca texte cu fonturi, înclinări şi culori diverse.

2.2. Introducerea atributelor Este o operaţie care se execută şi ea în mai multe etape: - Se creează un nou fişier de atribute, definind fiecare atribut ca un parametru, articol sau

item, şi asociindu-i un tip de reprezentare (numeric, alfanumeric) şi o dimensiune asociată;

Page 63: Sisteme Inf Geogr

62

- Se introduc valorile atributelor în fişier, pentru fiecare obiect geografic în parte; - Se reuneşte fişierul de atribute obţinut cu tabela asociată stratului, astfel încât fiecare tip de

obiect geografic să îşi aibă atributele asociate.

2.3. Reprezentarea datelor descriptive în calculator. Atributele descriptive asociate obiectelor geografice dintr-o hartă sunt stocate în mod asemănător cu stocarea coordonatelor. Atributele sunt stocate ca seturi de numere sau caractere. De regulă, informaţiile descriptive ale unui obiect geografic se stochează într-un fişier tabelar în care o înregistrare stochează toate datele despre un anumit obiect iar un item stochează un tip de informaţie (de atribut) pentru toate obiectele din baza de date. De exemplu, atributele pentru drumuri pot include: Tipul drumului: - 1 – drumuri naţionale - 2 – drumuri judeţene - 3 – şosele - 4 – autostrăzi - 5 – străzi rezidenţiale - 6 – drumuri comunale - 7 – uliţe - 8 – fundături Materialul de acoperire: - Asfalt - Pavaj - Pietre Lăţimea: în metri Numărul de benzi: Numele: numele fiecărui drum Fiecare segment de drum este stocat în fişier ca un şir de caractere astfel:

TIP MAT_ACOP LAT NR_B NUME 3 asfalt 5 2 Aluniş

2.4. Conectarea obiectelor geografice cu atributele care le caracterizează. Puterea unui Sistem Informatic Geografic constă în capacitatea sa de a lega datele grafice (spaţiale) de cele tabelare (descriptive). Sunt trei caracteristici notabile ale acestei conexiuni: - O relaţie unul-la-unul între obiecte geografice de pe hartă şi înregistrările din tabelul de

atribute. - Legătura dintre obiect şi înregistrare este menţinută prin identificatorul unic atribuit fiecărui

obiect din hartă. De exemplu, pentru poligon, acesta este numărul de poligon (eticheta sa). - Identificatorul unic este stocat fizic în două locuri: în fişierul conţinând perechile de

coordonate x, y şi în înregistrarea corespunzătoare din fişierul de atribute. 2.4.1. Operatorii de legare şi de unire Informaţiile grafice, ca şi cele descriptive, sunt stocate ca o serie de fişiere în calculator. Puterea unui Sistem Informatic Geografic constă în abilitatea acestuia de a lega aceste două tipuri de date şi de a menţine legăturile spaţiale între obiectele geografice ale hărţii. Această integrare a datelor deschide căi neaşteptate de vizualizare şi analizare a datelor. Se pot accesa informaţii cuprinse în baza de date tabelară pornind de la hartă sau se pot obţine hărţi pe baza datelor din fişierele tabelare care conţin date descriptive. Oricare două tabele pot fi conectate dacă au un atribut comun. O legare utilizează un atribut (item) comun pentru a stabili o conectare temporară între două înregistrări corespunzătoare din două tabele, care au în comun aceeaşi valoare pentru atributul comun. Efectul unei legări este

Page 64: Sisteme Inf Geogr

63

acela de a lărgi temporar tabelul de atribute prin adăugarea unor atribute care nu sunt stocate curent în el. În timp ce o legare conectează temporar două tabele de atribute, o unire relaţională leagă şi uneşte două tabele de atribute utilizând atributul (itemul) comun. Operaţiile de legare şi unire sunt operaţii de bază, foarte simple, utilizate foarte des într-un Sistem Informatic Geografic. Operaţia de suprapunere este o operaţie de unire spaţială, în care înregistrările sunt legate pe baza poziţiei lor geografice şi nu pe baza utilizării unui atribut comun ambelor fişiere. Se creează un tabel nou care conţine atribute din ambele straturi. Un alt tip de legare apare atunci când se desenează o hartă utilizând simboluri care se pot stoca într-un fişier legat diferit de fişierul .aat sau .pat, fişier numit de căutare (lookup table). Aceasta este o legare de tipul “mai multe la un” (înregistrări). Ex. Utilizarea unui identificator pentru a conecta obiectele geografice cu atributele lor şi pentru a lega două tabele.

Page 65: Sisteme Inf Geogr

64

CURS VII

Realizarea unui proiect de Sistem Informatic Geografic Etapele de parcurs în elaborarea unui proiect SIG sunt de regulă următoarele: 1. Determinarea şi definirea obiectivului (obiectivelor) proiectului; 2. Construirea bazei de date şi stabilirea funcţiilor sistemului; 3. Analiza şi prelucrarea datelor; 4. Etapa de elaborare a rapoartelor şi a scenariilor spaţiale; 5. Etapa de interpretare a rezultatelor şi de propunere a deciziilor optime.

1. Determinarea obiectivelor proiectului În această etapă trebuie date răspunsuri la câteva întrebări privind scopul final al respectivului Sistem Informatic Geografic, despre rezultatele aşteptate, ca şi despre utilizatorii săi.

2. Construirea bazei de date Procesul de construire a bazei de date are mai multe subetape:

2.1. Proiectarea bazei de date În acest scop, trebuie stabilită zona de lucru, căreia i se asociază un sistem de coordonate. Apoi trebuie determinate numărul de straturi necesare studiului, precum şi elementele din fiecare strat. Pentru descrierea acestora vor fi stabilite atributele necesare şi un mod de codificare al acestora.

2.2. Automatizarea bazei de date Această etapă implică: - introducerea datelor referite spaţial prin digitizare, scanare sau prin conversia unor date

digitale existente; - editarea datelor referite spaţial şi generarea topologiei; - introducerea atributelor şi corelarea lor cu datele referite spaţial.

2.3. Gestionarea bazei de date În această etapă, se transformă datele referite spaţial în coordonate reale, se actualizează baza de date şi se reunesc straturile adiacente.

3. Analiza şi prelucrarea datelor Se stabilesc procedurile necesare pentru a crea strate tematice şi hărţi finale. Se identifică metodele şi modelele din baza de date de metode şi modele care sunt utilizate pentru prelucrarea datelor şi se analizează datele.

4. Etapa de elaborare a rapoartelor şi a scenariilor spaţiale Această prezentare poate avea o formă grafică (hărţi) sau o formă tabelară (rapoarte).

5. Etapa de interpretare a rezultatelor şi de propunere a deciziilor optime Dacă se presupune că nu există erori tehnice, după parcurgerea celor patru etape anterioare se trece la verificarea rezultatelor. Specialistul din domeniul aplicaţiei va trebui să decidă dacă rezultatele obţinute sunt sau nu acceptabile. Eficienţa deciziilor care trebuie luate vor fi verificate prin rularea unor programe de modelare şi prognoză aplicate modelului spaţial. Pentru a

Page 66: Sisteme Inf Geogr

65

identifica soluţia optimă din mai multe variante, rezultatele vor fi evaluate din punct de vedere al costurilor. În practica obişnuită, aceste etape nu sunt de regulă liniare. Pentru a obţine un rezultat cât mai bun, se poate reveni de mai multe ori asupra unor etape deja parcurse pentru a le revizui. Acest procedeu de feedback este utilizat în general în orice proiect informatic, dar poate conduce la rezultate diferite dacă este efectuat de mai multi utilizatori, de aceea se recomandă ca proiectele SIG să fie efectuate în cadrul unei etape şi nu de către o singură persoană. Echipa respectivă va trebui să cadă de acord în privinţa datelor necesare şi în privinţa nivelului de acceptare a rezultatelor. Să discutăm fiecare pas mai amănunţit.

DEFINIRE

ACHIZIŢIONARE

PRELUCRARE

GENERARE

INTERPRETARE

Page 67: Sisteme Inf Geogr

66

Discutarea etapelor necesare pentru realizarea unui Sistem Informatic Geografic

1. Determinarea obiectivelor proiectului Orice Sistem Informatic Geografic îşi propune să rezolve o problemă sau un grup specific de probleme. Din acest motiv, nu există şi nu se pot proiecta Sisteme Informatice Geografice “universale”. Pentru a defini corect obiectivul proiectului, trebuie urmărite anumite aspecte: - Care e problema? Cum se rezolvă aceasta în prezent? Se poate ea rezolva cu ajutorul unui

Sistem Informatic Geografic? - Care sunt produsele finale dorite: hărţi sau rapoarte? Cu ce frecvenţă se doreşte generarea

lor? - Cui se adresează produsele finale: tehnicienilor, autorităţilor sau publicului larg? - Se pot prevedea alte utilizări ale acestor date? Care sunt cerinţele specifice acestora? În funcţie de răspunsurile la aceste întrebări se stabilesc beneficiarii şi utilizatorii finali ai proiectului, obiectivele proiectului, metodele şi procedeele utilizate ulterior în analiza datelor.

2. Construirea bazei de date Este partea cea mai dificilă şi cea mai mare consumatoare de timp dintr-un proiect, deoarece calitatea analizelor şi produselor finale depind de gradul de completare şi de acurateţea bazei de date. Construirea unei baze de date digitale are trei subetape.

2.1. Proiectarea bazei de date Primul pas în dezvoltarea bazei digitale de date este cel de a determina care va fi conţinutul acesteia. Dacă vă organizaţi acum astfel încât să aveţi suficient timp ca să vă proiectaţi într-un mod adecvat baza de date, la final, când veţi realiza analize şi veţi crea produsele finite, veţi avea la dispoziţie toate obiectele geografice şi atributele lor, în forma optimă. A vă modifica baza de date în timpul realizării unei analize sau a unei hărţi înseamnă pierdere de timp şi bani. Pe de altă parte, o proiectare corectă de la bun început poate oferi garanţia utilizării ulterioare a datelor în alte proiecte. Trebuie reţinut faptul că sursa disponibilă de date (hărţi în manuscris, aerofotograme sau date digitale) joacă un rol important în proiectarea bazei de date şi, de aceea, ar trebui făcute câteva cercetări preliminare pentru a determina ce surse de date sunt accesibile. Etapa de proiectare a bazei de date are şi aceasta la rândul ei 3 subetape: 2.1.1. Identificarea obiectelor geografice şi a atributelor acestora, precum şi organizarea lor pe straturi. Determinarea datelor care vor fi incluse în baza de date este un proces care se desfăşoară în trei paşi: - Identificarea obiectelor geografice necesare proiectului, precum şi a atributelor acestora - Organizarea datelor pe strate - Identificarea stratelor care vor fi automatizate 2.1.1.1. Identificarea obiectelor geografice şi a atributelor acestora În primul rând, se va încerca identificarea obiectelor geografice necesare în proiect, precum şi atributele asociate lor. Alegerea atributelor este influenţată de analizele care vor fi realizate şi de produsele dorite, şi de aceea ar putea fi numeroase pentru fiecare obiect geografic. Un exemplu: să presupunem că vrem să luăm în considerare următoarele criterii: - Identificarea solurilor potrivite unui anumit scop - Utilizarea codurilor de folosinţa terenului pentru a selecta terenurile cu tufărişuri - Estimarea unui preţ de achiziţionare, pe baza suprafeţei şi a claselor de folosinţa terenului.

Page 68: Sisteme Inf Geogr

67

Pentru a îndeplini aceste criterii, vor fi necesare o hartă cu poligoanele de sol ca obiecte geografice, având clasa de pretabilitate ca atribut asociat şi o altă hartă cu poligoanele de folosinţa terenurilor, având ca atribute asociate codul de folosinţă şi costul/ha, ca în tabelul următor:

Obiectul geografic Clasa obiectului Atributele obiectului Soluri Poligoane Pretabilitatea Folosinţa terenurilor Poligoane Codul de folosinţă a terenului Costul/ha

Dacă în plus, se cere ca în harta finală să fie reprezentate - poligoanele de folosinţe având ca etichete tipul de folosinţă, - drumurile existente care să fie desenate cu simboluri diferite în funcţie de tipul lor, - precum şi reţeaua hidrologică, atunci trebuie lărgită lista obiectelor geografice şi a atributelor asociate.

Obiectul geografic Clasa obiectului Atributele obiectului Soluri Poligoane Pretabilitatea Folosinţa terenurilor Poligoane Codul de folosinţă a terenului Costul/ha Tipul de folosinţă Drumuri Arce Codul drumului Râuri Arce Tipul râului

2.1.2.2. Organizarea stratelor de date După ce s-au identificat obiectele geografice necesare, precum şi atributele asociate acestora, se poate trece la organizarea lor pe straturi. Acest proces este influenţat de o mulţime de factori care depind la rândul lor de tipul aplicaţiei. Dar cei mai importanţi factori sunt tipul de obiecte geografice (puncte, arce, poligoane) şi gruparea lor pe teme. În principiu, punctele, arcele şi poligoanele sunt stocate în strate separate. De exemplu, profilele de sol (reprezentate prin puncte) sunt stocate într-un strat, drumurile (reprezentate prin arce) sunt stocate într-un alt strat, iar parcelele cadastrale (reprezentate prin poligoane) sunt stocate în al treilea strat. De asemenea, obiectele geografice se pot organiza pe straturi tematic, în funcţie de ceea ce reprezintă. De exemplu, drumurile se stochează într-un strat, în timp ce râurile (deşi sunt tot arce) se stochează în alt strat referit însă la aceeaşi arie geografică. Acest lucru este util datorită atributelor diferite care caracterizează fiecare din aceste obiecte geografice. 2.1.1.3. Identificarea stratelor care vor fi trecute în format digital Identificarea obiectelor geografice şi a atributele lor, şi apoi organizarea informaţiilor pe straturi, vor determina stratele (coverajele) pe care le va conţine baza dumneavoastră de date digitală, şi vor determina şi tipul de preluare de date din următoarea etapă. Există câteva situaţii: - stratele de date sunt disponibile pe hărţi separate - stratele sunt deja stocate în format digital - uneori trebuie stocate date de pe strate diferite care se găsesc pe aceeaşi hartă tipărită (în

format analog). În cel de al doilea caz, stratele digitale deja existente vor trebui transformate în formatul propriu proiectului respectiv. În ultimul caz, este de preferat să treceţi fiecare strat separat pe altă hartă pentru a putea fi mai uşor digitizate, iar fiecare hartă rezultată va fi copiată pe MYLAR sau alte materiale transparente.

Page 69: Sisteme Inf Geogr

68

Ca un exemplu la ceea ce s-a prezentat în aceste etape, iată o aplicaţie: Identificarea stratelor de date necesare în proiect. Un proiect SIG. O universitate locală plănuieşte să construiască o micuţă clădire cu laboratoare şi birouri pentru cercetări şi proiecte de dezvoltare într-un anumit domeniu. Se caută o amplasare specifică într-o regiune îngustă de pe coastă, lângă câteva oraşe mici, loc care trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: - Să aibă cam 2 000 m2 - Să fie situat pe soluri potrivite pentru construcţia clădirilor - Pentru a reduce costurile defrişării terenului, acesta nu trebuie să fie ocupat cu păduri şi nici

cu teren agricol, ci cu tufărişuri. - Potrivit unei legi existente, clădirile noi trebuie construite la depărtare mai mică de 300 m de

conductele de canalizare. - Conform unei legi naţionale pentru calitatea apei, construcţiile trebuie să fie situate la

distanţă mai mare de 20 m de râuri. Se cere o listă cu posibilele amplasări şi cu preţul estimat de achiziţionare. Va trebui realizată şi o hartă cu localizarea posibilelor amplasamente, drumurile îmbunătăţite şi semi îmbunătăţite şi un raport care să cuprindă pentru fiecare amplasament, suprafaţa sa şi preţul de achiziţionare. Schema criteriilor proiectului: - Alegerea tipurilor de sol potrivite pentru construcţia clădirilor - De preferat terenuri ocupate cu tufărişuri. - Amplasamentul trebuie să fie la maxim 300 m faţă de conductele de canalizare. - Amplasamentul trebuie să fie la minim 20 m faţă de râuri. - Amplasamentul trebuie să aibă o suprafaţă de minim 2 000m2. În plus, harta finală ar trebui să prezinte şi poziţia drumurilor. Fiecare criteriu ar putea fi tradus într-un anumit strat de date cu respectivele atribute (cu excepţia criteriului privitor la arie, care va fi derivat dintr-un strat nou rezultat prin unirea spaţială a celorlalte strate). Completaţi tabelul de mai jos:

Criteriul Stratul Tipul de obiect geografic Clasa ob. geografic

Tipuri de sol potrivite Strat de soluri Folosinţa terenurilor - tufărişuri

Strat de folosinţe

Mai mult de 20 m faţă de râuri

Strat de râuri

Mai puţin de 300 m faţă de conductele de canalizare

Strat de canalizare

Hartă cu drumuri Strat de drumuri 2.1.2. Definirea atributelor După ce au fost determinate atributele necesare pentru fiecare strat din baza de date, se vor stabili parametrii specifici ai fiecărui atribut, precum şi tipurile de valori care vor fi stocate. Dacă acest lucru se va stabili de la bun început, se va uşura construirea fişierelor de date. 2.1.2.1. Codarea Atributele obiectelor geografice sunt stocate în calculator ca numere sau caractere alfanumerice, în funcţie de tipul datelor care caracterizează atributele respective, dar şi de ceea ce decid utilizatorul şi proiectantul sistemului.

Page 70: Sisteme Inf Geogr

69

Există situaţii în care este mai avantajos ca anumite atribute, care sunt alfanumerice, să fie stocate ca un cod numeric. De exemplu, materialul din care este făcută o stradă poate fi stocat ca având valoarea “asfalt” sau poate fi codată ca având valoarea “1”, conform unei convenţii stabilite. Codarea atributelor este avantajoasă pentru selectarea sau desenarea obiectelor geografice dintr-o anumită clasă. Codul poate fi utilizat pentru căutarea unui număr simbol în alt tabel, numit tabel de căutare (look-up table), astfel încât toate obiectele geografice cu acelaşi cod vor fi desenate utilizând acelaşi simbol. De asemenea, în cazul în care anumite atribute au valori care se repetă des, acestea sunt mai bine reprezentate dacă se utilizează valorile de cod pentru a reduce dimensiunea bazei de date. Chiar şi valorile numerice care reprezintă un domeniu pot fi mai bine stocate ca un cod. De exemplu, dacă stocăm date dintr-un strat de poligoane reprezentând clase de pante, valorile de 0 – 10%, 11 – 30%, 31 – 45% pot fi stocate mai uşor cu codurile 1, 2, 3 şi 4.

Panta Codul 0 -10 1 11 – 30 2 31 – 45 3 > 45 4

Observaţie: Atunci când proiectaţi baza de date, reţineţi că ulterior obiectele geografice pot fi grupate în mai puţine clase decât au fost stabilite iniţial, dar procesul invers (separarea unor clase existente în mai multe clase) este mai dificil dacă nu au fost codate ca atare iniţial. 2.1.2.2. Alocarea spaţiului de stocare În afară de numele atributelor care sunt alese pentru stocare, trebuie stabilit de asemenea şi cât spaţiu vor ocupa fiecare în baza de date. Pentru atributele numerice, trebuie determinat numărul de digiţi şi de zecimale necesare. Cu cât utilizaţi mai puţin spaţiu pentru fiecare atribut, cu atât va fi mai puţin spaţiu ocupat pe disc şi cu atât mai rapidă va fi procesarea. Trebuie realizat un echilibru între cât mai puţin spaţiu alocat stocării şi păstrarea unei accesibilităţi a citirii datelor. Astfel, atributele vor fi stocate ca numere sau caractere alfanumerice, în funcţie de ceea ce se stabileşte iniţial. 2.1.2.3. Construirea unui dicţionar de date Dicţionarul de date este o listă care conţine pentru fiecare strat, numele atributelor şi o descriere a valorilor acestora (chiar şi o descriere a fiecărui cod, dacă este necesar). Crearea dicţionarului de date în cadrul proiectului va fi utilă ca un sistem de referinţă în timpul derulării proiectului, precum şi în transferarea infomaţiei către alte procese. Iată dicţionarul de date pentru proiectul anterior, prezentat sub formă de tabel:

Tabelul de atribute ARIA ID COD_FOLOS 4322 10 200 3901 11 300 5200 12 300 1698 13 100 2004 14 200

Tabelul de căutare COD_FOLOS Simbol Etichetă

100 16 Urban 200 45 Agricol 300 24 Tufărişuri

Page 71: Sisteme Inf Geogr

70

Obiectul geografic Clasa Atribute Valoare Descriere Soluri Poligoane COD_SOL Abreviere pentru

tipul de sol

PRETAB 0 Nepretabil 1 Pretabilitate mică 2 Pretabilitate

moderată 3 Pretabilitate mare Folosinţa terenului Poligoane COD_FOL 100 Urban 200 Agricol 300 Tufişuri 400 Pădure 500 Apă 600 Mlaştini 700 Neroditor COST_HA Valoarea actuală Cursuri de apă Arce COD_CURS 1 Curs important 2 Curs secundar Canalizare Arce DIAMETRU Diametrul actual SIMBOL 1 60 cm 77 45 cm Drumuri Arce COD_DRUM 1 Îmbunătăţit 2 Semi-îmbunătăţit 2.1.3. Asigurarea regularităţii coordonatelor între straturi Elementele care apar în mai multe straturi se vor digitiza o singură dată într-un strat aparte, constituind un şablon. Apoi se adaugă elementele specifice pentru fiecare strat. După identificarea tuturor stratelor de care este nevoie în baza de date, trebuie verificată dacă legarea lor se poate realiza. De obicei, stratele conţin obiecte geografice din aceeaşi arie geografică. Atunci când se combină date din două strate (de exemplu, când se suprapun două strate pentru a rezulta unul singur), datele care le leagă trebuie să se potrivească perfect. Dacă înregistrarea coordonatelor este aproximativă, dar nu exactă, apar probleme offset•: - Poligoane aşchie (sliver), atunci când se suprapun strate; - Muchii franjurate când se generează hărţi; - Măsurători imprecise când se compilează date pentru rapoarte. De exemplu, stratele FOLOSINŢE şi SOLURI din figura următoare reprezintă aceeaşi arie geografică dar utilizând un set diferit de ticuri (puncte de control). Astfel că erori oricât de mici în procesul de digitizare al hărţii vor duce la apariţia unor probleme offset.

• offset – în metodele de adresare relativă, număr care arată cât de departe se află un anumit articol faţă de de un punct de plecare.

Page 72: Sisteme Inf Geogr

71

Observaţie: Dacă obiectele geografice apar în mai multe straturi (cum ar fi limita zonei de studiu sau linia ţărmului) se recomandă realizarea unui strat şablon cu aceste obiecte geografice şi apoi crearea noilor straturi pornind de la acest strat şablon, la care se adaugă obiectele geografice specifice fiecăruia. Există 4 reguli: - Se utilizează numai puncte de control (ticuri) pentru care se pot obţine coordonatele reale

precise. - Se utilizează acelaşi set de ticuri pentru toate straturile bazei de date. - Se construieşte un strat cu ticurile în coordonatele reale obţinute în primul pas. - Fiecare strat se transformă din coordonate digitizor în coordonate reale cu ajutorul stratului

de ticuri. 2.1.3.1. Crearea unui fişier master* de ticuri Pentru a se asigura registrarea coordonatelor, primul pas este verificarea validităţii coordonatelor pentru localizarea ticurilor. Deşi nu se folosesc de obicei coordonatele reale ale ticurilor decât în final, când se vor transforma stratele în coordonate reale, este importantă identificarea localizării ticurilor de la bun început, deoarece operaţia ulterioară de a potrivi retroactiv ticurile este mai mare consumatoare de timp şi introduce erori în baza de date. Una din căile de a stabili localizarea ticurilor este cea de a crea un fişier master de ticuri care să conţină eticheta de identificare ID, precum şi coordonatele x şi y ale fiecărui tic. Dată fiind importanţa ticurilor la trecerea ulterioară în coordonate reale a stratelor, este vital să vă asiguraţi că puteţi identifica cu mare precizie localizarea ticurilor. Adesea, ticurile vor fi localizate pe o grilă dreptunghiulară înregistrată pe harta de bază, de exemplu, în grade de longitudine şi latitudine.

* fişier master – fişierul care conţine informaţiile (mai mult sau m ai puţin permanente) care descriu subiectele principale ale bazei de date, datele rezumative şi unul sau mai multe câmpuri cheie critice.

Page 73: Sisteme Inf Geogr

72

Avem următorul exemplu: patru foi de hartă de 10x10. Pentru a crea fişierul master de ticuri, trebuie etichetat fiecare tic cu un număr unic de identificare şi trebuie identificate coordonatele de pe hartă. Apoi va fi creat un fişier care conţine eticheta de identificare ID, coordonata x şi coordonata y a fiecărui tic.

ID Coordonata x Coordonata y 4426 26 44

Dacă pe harta manuscris nu există nici o localizare predefinită a ticurilor, aceasta trebuie creată. Ticurile trebuie plasate în locuri care pot fi identificate cu uşurinţă pe orice hartă manuscris pentru a fi trecute în format digital, (de exemplu în colţul limitelor zonei de studiu, sau la intersecţia unui meridian cu o paralelă ale căror valori sunt bine cunoscute). O condiţie esenţială în stabilirea ticurilor este siguranţa că se pot obţine valori ale coordonatelor reale precise. După ce s-au stabilit coordonatelor ticurilor, se va indica poziţia şi identificatorul ID pe fiecare hartă manuscris pentru a fi trecute în format digital. Apoi se va crea fişierul master de ticuri.

2.2. Trecerea în format digital a bazei de date După ce s-a întocmit un proiect serios al bazei de date, se poate trece la construcţia acesteia colectând toate datele necesare proiectului (stratele şi atributele identificate în etapa de proiectare). Pe de o parte, trebuie colectate stratele care există deja în format digital, fie ca şi strate SIG, fie în formate care pot fi covertite în acest strat, pe de alta, pentru datele care nu sunt în format digital, trebuie obţinute cele mai bune hărţi mansucris. Trebuie discutate mai întâi două aspecte, înainte de a discuta paşii necesari în automatizarea datelor. Organizarea spaţiului de lucru şi convenţiile de numire. Înainte de a începe dezvoltarea bazei de date, este indicată organizarea spaţiului de lucru astfel încât să conţină în final toate stratele, fişierele şi hărţile care vor fi create. Trebuie de asemenea stabilită şi o convenţie în legătură cu modul de denumire al stratelor şi fişierelor, lucru util în administrarea datelor din proiect. O schemă clasică de organizare a spaţiului de lucru: un director de proiect cu spaţiu de lucru pentru fiecare strat. În aceste spaţii de lucru, se găsesc strate şi fişiere de date pentru fiecare strat într-un anumit stadiu al procesului de dezvoltare a bazei de date. Astfel, vor exista stratele nou create, altele cu topologia construită, altele corectate (editate), etc. De exemplu,

260 270 280

460

450

440

4626

Page 74: Sisteme Inf Geogr

73

DIRECTOR_RADACINA DATE DRUMURI TEREN SOLURI TRNDG01 TRNCN02 TRNED03 Convenţia de denumire: eficientă dacă sunt stabilite de la bun început câteva convenţii în legătură cu denumirea stratelor în diverse stadii de lucru:

TRNDG01 – stratul nou digitizat TRNCN02 – stratul cu topologia creată TRNED03 – stratul editat cu erorile reparate

O altă convenţie se referă la tipul fiecărui strat: TRNDG01 – stratul TERENURI nou digitizat SOLDG01 – stratul SOLURI nou digitizat

Salvarea de siguranţă a datelor S-ar putea economisi timp şi evita probleme dacă datele ar fi salvate zilnic pe un mediu de stocare, cum ar fi dischetele (floppy disks) sau alte discuri magnetice. Acest lucru împiedică pierderea datelor datorită proastei funcţionări a calculatorului sau ştergerii accidentale. De asemenea, ar trebui realizate procesările pe copii ale stratelor existente, şi ulterior, dacă procesarea a reuşit, stratul iniţial, duplicat, va fi şters. Acest lucru permite revenirea la pasul anterior. Etapa 2.2 implică transformarea elementelor geografice prezentate într-o hartă în format digital în 3 subetape. • Introducerea datelor • Corectarea erorilor şi crearea topologiei • Introducerea atributelor 2.2.1. Introducerea datelor Introducerea datelor se poate realiza fie direct prin digitizare de pe tableta digitizoare, fie prin scanare urmată sau nu de digitizare on screen sau de vectorizare, fie prin conversia unor date digitale existente anterior în alte formate. 2.2.1.1. Digitizarea Digitizarea este procesul de convertire a obiectelor geografice spaţiale de pe o hartă în format digital şi a fost prezentată anterior, cu paşii pe care îi necesită. 2.2.1.2. Convertirea sau importarea în formatul utilizat de proiect. Dacă datele există deja în format digital (cum ar fi fişiere TIGER, fişiere dxf oferite de AutoCAD, fişiere imagine oferite de ERDAS în format raster, fişiere DLG pentru hărţi topologice), unele din ele pot fi importate în formatul agreat de programul nostru dedicat SIG. 2.2.1.3. Scanarea O altă variantă pentru transformarea datelor în format digital este scanarea urmată sau nu de digitizare sau de vectorizare. Procesul de scanare este adeseori mai rapid decât cel de digitizare, mai ales pentru hărţile cu multe arce. Când comparaţi diferitele căi de capturare a datelor, trebuie să ţineţi cont de următoarele lucruri: - Cât de mult timp necesită pregătirea datelor? - Cât de mult timp necesită introducerea datelor? - În ce mod afectează acurateţea datelor capturate procesele ulterioare de editare şi procesare? 2.2.2 Corectarea erorilor şi crearea topologiei pentru modul vector

Page 75: Sisteme Inf Geogr

74

După ce s-a terminat digitizarea datelor, se verifică dacă: - au fost digitizate toate elementele geografice - nu au fost introduse date suplimentare - fiecare element este corect poziţionat şi are forma curentă - elementele se interconectează corect - poligoanele au câte o singură etichetă - toate elementele sunt în interiorul zonei de studiu. Această etapă are şi ea la rândul ei mai multe subetape • Construirea topologiei cu ajutorul funcţiilor BUILD şi CLEAN • Identificarea erorilor (NODEERRORS, LABELERRORS, EDITPLOT) • Corectarea erorilor (cu ARCEDIT) • Reconstruirea topologiei 2.2.2.1. Construirea topologiei Topologia face explicite relaţiile între elementele geometrice din strat: intersecţia arcelor, modul în care arcele compun un poligon şi atribuirea câte unei etichete fiecărui poligon. În acelaşi timp, în urma topologiei apar erorile: - arcele rămase neconectate - poligoanele rămase deschise - poligoanele fără etichetă sau cu mai multe etichete - numerele de identificare a elementelor geometrice care nu sunt unice Aceasta înseamnă că se înregistrează informaţii ce descriu conectivitatea arcelor sau contiguitatea poligoanelor, în tabele de atribute de tip PAT (pentru strate de puncte sau poligoane) sau AAT (pentru strate de arce). În aceste tabele, fiecare coloană reprezintă un atribut, iar fiecare linie înregistrează informaţii asociate unui element geografic. 2.2.2.2. Identificarea erorilor După ce se realizează topologia unui strat, programul poate afişa erorile rezultate cu diferite simboluri. De exemplu, în ARC/INFO, erorile se reprezintă astfel: Pseudonod – în cazul unui poligon care se intersectează cu el însuşi (poligon insular) - în cazul în care se intersectează doar două arce fie pentru că se schimbă un atribut al

acestora, fie pentru că lipseşte un arc în urma digitizării. - Noduri în vânt (dangling node) – nod neconectat la alt arc fie pentru că un poligon a rămas

deschis, fie pentru că un arc a rămas neterminat (undershoot), fie că respectivul arc a fost depăşit la digitizare.

Unele programe dedicate SIG pot afişa pe display o listă cu erorile marcate şi care se memorează într-un fişier. 2.2.2.3. Corectarea erorilor Pentru a se elimina acele erori care pot fi corectate în acest moment, se execută câtea operaţii: - Se introduc elementele lipsă - Se şterg elementele suplimentare - Se înlocuiesc elementele incorect digitizate: - Se redigitizează - Se extinde porţiunea lipsă până la intersecţia dorită - Se şterge porţiunea ce depăşeşte intersecţia Aceste operaţii se pot executa fie pe tableta digitizoare, fie direct pe ecran, cu un modul de editare al softului dvs. 2.2.2.4. Reconstruirea topologiei

Page 76: Sisteme Inf Geogr

75

Deoarece pot exista elemente grafice proaspăt introduse, este recomandată reconstruirea topologiei. Apoi se reverifică stratul şi eventual se recorectează. 2.2.3. Introducerea atributelor Este o etapă care se realizează în 4 paşi • Se creează un nou fişier de atribute • Se introduc valorile atributeor în fişier • Se reuneşte fişierul de atribute obţinut cu tabela de atribute standard asociată stratului

utilizând drept cheie caracteristica strat_ID 2.2.3.1. Crearea unui nou fişier de atribute Majoritatea programelor dedicate SIG au module specializate în lucrul cu datele non-grafice, tip atribut, şi care se comportă ca SGBD-urile clasice sau pot prelua date din SGBD-uri. Mai întâi se creează structura noului fişier, care trebuie să fie asemănătoare cu cea a fişierului de date grafice. Pentru aceasta se definesc parametrii care descriu proprietăţile entităţilor spaţiale: numele, caracterul şi dimensiunea fiecăruia în parte. Legătura cu partea grafică va fi asigurată de un parametru de identificare a elementului grafic strat_ID, care va fi primul parametru în noul tabel. Tipul de date poate fi:

C – şir de caractere alfanumerice (≤ 320) N – număr întreg sau zecimal (1 – 16 bytes) D – date calendaristice (8 b: LL/ZZ/AA) I – număr întreg (1 – 16) B – număr binar (2 sau 4) F – număr zecimal (4 sau 8)

2.2.3.2. Introducerea valorii atributelor în fişier Pentru a realiza acest pas, există două căi: fie prin introducerea de la tastatură, fie prin preluarea datelor dintr-un fişier existent în format digital. 2.2.3.3. Reunirea fişierului de atribute obţinut cu tabela de atribute standard asociată stratului Se reuneşte noul fişier de atribute cu fişierul de atribute standard al stratului (in_file), rezultând un alt fişier, cu ajutorul unei funcţii existente în programul SIG. Se specifică drept start_item chiar caracteristica comună (strat_ID) pentru a nu fragmenta coloanele standard din tabela iniţială.

2.3. Gestionarea bazei de date Pentru a gestiona datele introduse într-un proiect SIG, există trei subetape:

• Transformarea fiecărui strat din coordonate digitizor în coordonate reale utilizând un sistem unic de proiecţie pentru toate straturile bazei de date.

• Alipirea straturilor provenite din foi de hartă adiacente pentru a obţine straturi pe toată zona (dacă este cazul).

• Întreţinerea bazei de date. 2.3.1. Transformarea fiecărui strat din coordonate digitizor în coordonate reale Deci, în baza de date există straturi în coordonate digitizor şi un fişier cu ticuri în coordonate reale (longitudine, latitudine – în grade, minute, secunde). În acest caz, se recomandă convertirea în grade zecimale cu formula: Grd zecimale = Grade + min/60 + sec/3600 Pentru a transforma stratul din coordonate digitizor în coordonate reale, este nevoie de 4 paşi: 1. Se creează un strat nou (de exemplu, GEOREF) cu ticurile corespunzătoare stratului

digitizat.

Page 77: Sisteme Inf Geogr

76

2. Se modifică coordonatele ticurilor GEOREF în valorile corespunzătoare coordonatelor reale date în grade zecimale.

3. Se proiectează stratul de ticuri obţinut din planul coordonatelor geografice (latitudine, longitudine) în proiecţia utilizată folosind un modul specializat al programului SIG, obţinându-se un alt strat nou GEO_PROIECTIE.

4. Se creează stratul final cu ticuri în coordonatele proiecţiei, apoi se transformă stratul original din coordonate digitizor în coordonate reale proiectate pe baza valorilor coordonatelor ticurilor.

Modulul respectiv calculează în mod obişnuit şi eroarea pătratică medie (RMS error) în unităţi digitizor (cm sau inch) sau în unităţi reale (m). 2.3.2. Alipirea straturilor provenite din foi de hartă adiacente Această operaţie de reunire a stratelor adiacente se execută la rândul ei în 4 paşi: 2.3.2.1. Efectuarea conexiunilor pe latura comună Mai întâi, se execută operaţia de tăiere (clipping) prin care se elimină porţiunile care ies în afara zonei utile şi care au fost digitizate pentru a nu se pierde informaţia dinspre margini. Apoi se utilizează pentru alipire un modul al programului SIG, care oferă următoarele opţiuni: - Vizualizarea detaliată a unei zone (zoom) - Adăugarea de noduri temporare în punctele de contact dacă foile sunt neregulate (split). - Fixarea toleranţelor de potrivire (automatch) - Efectuarea conexiunilor noduri pe latura comună (adjust) La final, se reconstruieşte topologia. 2.3.2.2. Uniformizarea tabelelor de atribute ale straturilor alăturate. Apoi trebuie verificată structura fiecărui fişier şi, în funcţie de problemele care apar, se alege modalitatea de corecţie. Problemele care pot apare sunt: - Lipsa unei caracteristici - Nepotriviri în format - Neconcordanţe în poziţionarea coloanelor. 2.3.2.3. Alipirea propriu-zisă a straturilor adiacente Apoi se trece la alipirea propriu-zisă a straturilor adiacente într-unul singur. Rezultatul va fi un strat nou care va conţine informaţiile grafice preluate din toate stratele şi cu un fişier de atribute care le reuneşte pe toate. Numărul maxim de straturi adiacente care pot fi alipite depinde de programul dedicat SIG cu care se lucrează. 2.3.2.4. Eliminarea contururilor foilor individuale de hartă După alipirea foilor adiacente, se elimină contururile foilor individuale de hartă. Astfel, fiecare element geografic primeşte alt număr de identificare, dar păstrează toate informaţiile despre atribute.

3. Efectuarea analizei datelor Aceasta este etapa care pune în valoare un Sistem Informatic Geografic, deoarece acţiuni care pot durează prea mult sau chiar nu pot fi efectuate manual. Pot fi testate, de asemenea, scenarii alternative la ceea ce s-ar putea întâmpla. Va fi discutată în alt curs.

4. Etapa de elaborare a rapoartelor şi a scenariilor spaţiale Un Sistem Informatic Geografic oferă mai multe opţiuni pentru a crea hărţi şi rapoarte personalizate. Produsele finale se vor lega direct de obiectivele finale ale proiectului şi de posibilii beneficiari, pe care i-aţi determinat la începutul proiectării sistemului.

Page 78: Sisteme Inf Geogr

77

5. Etapa de interpretare a rezultatelor şi de propunere a deciziilor optime Un Sistem Informatic Geografic oferă mai multe opţiuni pentru a crea hărţi şi rapoarte personalizate. Produsele finale se vor lega direct de obiectivele finale ale proiectului şi de posibilii beneficiari, pe care le-aţi determinat la începutul proiectării sistemului. În funcţie de obiectivele stabilite iniţial, au fost stabilite atunci şi formele de prezentare finală a rezultatelor. Posibilităţile generale sunt rapoarte şi hărţi, tipărite la imprimantă sau la plotter. Hărţile sunt dependente de scara iniţială a hărţilor originale (date input), dar şi de posibilităţile de imprimare existente (dimensiunea plotterului). Pentru programele SIG, scara hărţii nu are importanţă în timpul prelucrării (calculatorul lucrând cu harta la scara normală 1:1), dar influenţează datele de intrare şi, indirect, rezultatele prelucrării. Iar rezultatele nu pot fi afişate la scara 1:1 ci la o scară accesibilă pentru plotter. În plus, în final trebuie oferite şi rapoarte care să ofere nu numai rezultate brute, ci şi interpretări, prognoze, orice poate fi folosit de utilizatori pentru luarea deciziilor.

Page 79: Sisteme Inf Geogr

78

CURS VIII

Termeni de bază în domeniul erorilor Prin calitatea datelor utilizate în SIG se înţelege gradul în care acestea redau caracteristicile obiectelor şi fenomenelor din lumea reală, în raport cu scara de reprezentare utilizată. Conceptul de calitate mai include de asemenea aspectele spaţiale (localizare, dimensiuni) şi temporale ale datelor (cât de vechi sunt). Adecvarea produs-utilizator se referă la măsura în care datele rezultate prin prelucrările conform procedurilor SIG sunt adaptate cerinţele utilizatorului. Acurateţea reprezintă fidelitatea cu care este reprezentată entitatea spaţială, deci gradul în care valoarea estimată se apropie de valoarea reală (Aronoff, 1989). Precizia este dată de gradul e exactitate folosit pentru înregistrarea poziţiei şi caracteristicilor entităţii spaţiale. Un porgram SIG tipic vectorial alocă 8 caractere zecimale (unele chiar 16) preciziei fiecărei coordonate, ceea este superior acurateţii datelor utilizate de proiectele SIG. Eroarea este o componentă a calităţii prin care se determină cât de potrivite sunt datele şi/sau procedurile utilizate în SIG. Eroarea este deci diferenţa dintre valoarea utilizată şi valoarea reală. Există în principiu trei categorii de surse de eroare: - eroarea umană – la introducerea datelor de către operator prin digitizare, scanare şi

introducere de la tastatură - eroarea instrumentului de lucru – cu erori sistematice (datorită trunchierii seturilor de

date) şi erori aleatoare - eroarea de tip SIG – erori de tip software (generată prin aplicarea unor interpolări şi/sau

algoritmi) şi erori hardware (generată de grafică sau afişare necorespuzătoare). Figură cu acurateţe şi precizie: O altă clasificare a erorilor apare deoarece baza de date SIG conţine 2 tipuri de date: grafice şi de atribut, erorile care apar putând fi de 2 tipuri. Erori pentru datele atribut: - erori provenite din datele iniţiale, - erori de codificare, - erori introduse de procesul de transfer. Erori pentru datele spaţiale: Pentru datele vector: - lipsa/duplicarea unor elemente - lipsa/duplicarea unor etichete - etichete amplasate greşit

Page 80: Sisteme Inf Geogr

79

- elemente localizate greşit - efecte de digitizare (pseudonoduri, linii false) - fenomenul de zgomot. Pentru datele raster: - fenomenul de zgomot - utilizarea unor date iniţiale de calitate îndoielnică - îngroşarea liniilor. Pot apărea şi erori în procesul de transformare a datelor din modul raster în modul vector sau invers. Deficienţe determinate de acoperirea discontinuă sau uniformă a teritoriului Acest tip de erori de natură spaţială se referă la situaţia când o anumită categorie de date (geologice, geomorfologice, pedologice, topografice, etc.), fie că nu acoperă integral teritoriul respectiv lăsând goluri sau pete albe, fie că nu prezintă omogenitate din punct de vedere al scării şi concepţiei (standardelor) după care au fost elaborate.

Surse posibile de erori în GIS (adaptare după Borough, 1986) A. Erori care fac obiectul datelor de intrare şi sunt independente de proiectul SIG în sine 1. Erori provenite din înregistrările datelor primare datorate inacurateţii instrumentelor. Datele

spaţiale originale sunt culese de pe hărţi, imagini de teledetecţie sau aerofotograme, sau prin măsurători actuale în care poziţionarea obiectelor geografice se realizează cu GPS. Erorile care pot apărea în acest moment se datorează problemelor legate de aparatura utilizată:

- senzori de pe sateliţi; - aparate foto aeriene; - staţii GPS; - instrumente de observare şi măsurare a datelor parametrilor tip atribut. 2. Erori care apar în procesul de preluare şi prelucrare a datelor (hărţi, tabele) cu instrumente şi

echipamente specifice SIG. Aceste erori pot apare în momentul în care se creează harta sau în procesul de editare a datelor. În cazul în care la elaborarea unui proiect SIG se folosesc date preexistente, pot apărea erori din cauza faptului că aceste date au fost colectate de-a lungul unor perioade mari de timp, de autori diferiţi şi frecvent după metodologii diferite.

a) Erori care apar la crearea hărţilor în sistem tradiţional: - erori datorate inexactităţii reţelei geodezice; - erori datorate inacurateţii instrumentelor cu care se execută hărţile. b) Erori care apar în procesul de editare a datelor. - erori datorate conversiei dintr-un format în altul; - erori datorate modificării scării şi a redesenării hărţilor; - erori datorate modificării proiecţiei. B Erori introduse în timpul procesării datelor în SIG 1. Erori în date de intrare: - inacurateţea digitizării (a echipamentului şi a operatorului). În cazul digitizării manuale pot

apărea erori psihologice şi fiziologice. Primele se datorează perceperii greşite a liniei ce urmează a fi digitizată, astfel încât apar deplasări sistematice ale elementelor digitizate faţă de poziţia entităţilor pe hartă. Celelalte se datorează unor ticuri nervoase sau spasme musculare involuntare ale operatorului. Pentru evitarea lor, există 2 posibilităţi de digitizare semi-automată, dar precedată de scanare:

Prima metodă: trasarea automată a vectorului prin mijlocului liniei de format raster. Procesul se poate opri în momentul în care elementul linie de tip raster este întrerupt sau când se intersectează cu o altă linie pe harta din fundal, moment în care operatorul trebuie să ghideze digitizarea pentru următorul tronson.

Page 81: Sisteme Inf Geogr

80

A doua metodă: vectorizarea automată. După scanarea hărţii suport, are loc transformarea în format vector a tuturor elementelor conţinute pe hartă, cu module specializate ale programului SIG utilizat, sau cu programul GRASS (cre este gratuit pe Internet). Necesită memorie mult mai mare pentru stocarea datelor, dar permite realizarea digitizării mai rapide. Presupune intervenţia operatorului, care trebuie să elimine elementele nedorite ce apar datorită vectorizării tuturor entităţilor, apoi să unească elementele întrerupte. - inacurateţea datelor atribut de intrare. Acest lucru provine din limitele aparatelor de măsură a

respectivilor parametri, ca şi din erorile de citire ale tehnicienilor, la care se adaugă problemele operatorului la introducerea datelor.

- erori datorate colectării datelor (insuficienţa datelor de observaţie); - specificarea incorectă a coordonatelor punctelor necesare pentru georeferenţiere. 2. Erori datorate manipulării datelor: - netezirea curbelor (interpolare, ajustare) - alegerea necorespunzătoare a toleranţei în procesul

de editare poate împiedica joncţiunea dorită între noduri (toleranţă prea mică) sau poate realiza joncţiuni nedorite (toleranţă prea mare).

- conversia raster – vector unde apar probleme la alegerea liniei după care se digitizează ţinând cont de mărimea celulei de tip raster.

- conversia vector – raster unde apar probleme la alegerea necorespunzătoare a mărimii celulei care formează harta digitală de tip raster.

- erori datorate colectării datelor la diferite scări şi combinării acestora 3. Erori în stocarea şi prelucrarea datelor - precizia în procesarea datelor, datorate alegerii numărului de cifre semnificative - erori în stocarea datelor intermediare - erori datorate alegerii necorespunzătoare a toleranţelor la suprapunerea stratelor - erori datorate analizei imaginilor satelitare sau aeriene - erori apărute în procesul de generalizare, care presupune atât generalizarea informaţiei de tip

atribut, cât şi a celei de tip poziţional. Reclasificarea elementelor pentru obţinerea hărţii digitale generalizate poate introduce erori majore (cum ar fi înlocuirea unui afluent important cu unul mai puţin important).

4. Erori introduse în afişarea datelor: - inacurateţea echipamentelor de ieşire (plotter, imprimantă) - inacurateţea suportului pe care se tipăresc datele de ieşire 5. Erori de metodă - definirea incorectă a claselor de obiecte - necunoaşterea exactă a contururilor realelor - erori datorate algoritmilor de calcul

Controlul calităţii datelor Calitatea datelor reprezintă una din condiţiile de bază pentru obţinerea de rezultate corespunzătoare scopului (obiectivului) pentru care s-a elaborat un SIG. În SIG, calitatea datelor este un compromis între cerinţe şi costuri (Bernhardsten, 1992). Controlul calităţii datelor oferă posibilitatea de validare a datelor. Beneficiarul doreşte ca acurateţea rezultatului final să fie foarte ridicată, iar aceasta depinde de acurateţea sursei, deci apare o limită impusă de tehnologia furnizorului de date, costul ridicat al unei surse de date, tehnologie superioară de preluare a datelor. Un set de date poate fi evaluat din punct de vedere calitativ, în funcţie de: - acurateţea georeferenţierii şi a datelor descriptive, - consistenţa legăturilor realizate între datele spaţiale şi descriptive, - actualitatea, - completitudinea

Page 82: Sisteme Inf Geogr

81

- şi rezoluţia datelor. Au fost create mai multe instrumente care menţin un nivel ridicat de calitate a datelor: standarde, rapoarte de calitate şi metode de detectare a erorilor.

Standarde şi rapoarte de calitate Standardul de date este definiţia formatului datei care permite transferul către şi din aplicaţii diferite. Avantaje: - posibilitatea transferului între diverşi utilizatori sau aplicaţii; - nivel de calitate ridicat; - garanţie la achiziţionarea setului respectiv de date. Ex: Programul IDRISI din Windows produce fişiere de tip .vec, care nu sunt standard, dar se transformă în .dxf prin funcţiile de import-export. Tipuri de standarde: ISO TC 211 - impus de International Standards Organisation. CEN TC 287 – European Standards Organisation. Ţări ca Australia, Canada, Germania, Franţa au propriile standarde.

Metode de detectare a erorilor Pentru a detecta erorile dintr-un proiect SIG, se utilizează mai multe metode (Săvulescu, 2000): - compararea valorilor codificate cu datele sursă; - căutarea valorilor imposibile; - controlul valorilor extreme; - controlul consistenţei interne (calcul – total, medii); - realizarea unor diagrame de distribuţie a valorilor şi identificarea valorilor cele mai depărtate

de dreapta de regresie; - prin analize comparative se depistează discrepanţele din structura spaţială (hărţi de

reprezentare a datelor culese); - realizarea de programe de modelare şi analiza rezultatelor; - analizarea suprafeţei de tendinţă şi evidenţierea abaterilor de la tendinţa generală. Alegerea metodei depinde de: - tipul datelor - volumul datelor - nivelul de cuprindere şi înţelegere a elementelor reale la care se referă datele; - gradul de efort; - posibilitatea de influenţare a rezultatelor.

Căi de remediere a deficienţelor originale Pentru înlăturarea deficienţelor mai sus menţionate este necesar să se cunoască următoarele: • originea datelor, respectiv sursa care a servit la colectarea lor şi instituţia (autoritatea) care-şi

angajează responsabilitatea datelor; • data validării informaţiei în teren; • precizia datelor • rezultatele testelor controlului de calitate. Există două metode principale de a gestiona acest tip de informaţie neomogen, şi anume: • gestiunea pe strate • gestiunea pe obiecte Gestiunea pe strate. Informaţia existentă este distribuită pe strate independente, suprapuse sau juxtapuse, astfel că ansamblul informaţiei conţinute în fiecare strat să fie omogen pentru criteriile de calitate reţinute

Page 83: Sisteme Inf Geogr

82

(de exemplu, precizia limitelor, natura obiectelor). În acest caz, informaţiile de calitate obţinute prin actualizare pot fi ataşate fiecărui strat. Acesta este cazul datelor preluate plecând de la un singur document (hartă). Acest tip de gestiune interzice intervenţia asupra unui obiect dintr-un strat fără a efectua acelaşi tip de intervenţie pe acelaşi obiect din toate stratele. Gestiunea pe obiecte Această metodă se aplică în cazul în care dorim să utilizăm informaţia rezultată din actualizare pe măsură ce o obţinem, chiar dacă este parţială. Atunci este necesar să ataşăm informaţia respectivă fiecărui obiect, fiecărui tip de legătură, fiecărui element geometric. În acest caz, fiecare informaţie de calitate poate fi considerată ca un atribut obligatoriu, sau că fiecare operaţie de modificare sau de calificare poate fi privită ca un obiect legat prin relaţie de toate obiectele care o privesc. Pentru corectarea erorilor datorate neomogenităţii datelor, care este un proces dificil, există mai multe metode. În cazul datelor lipsă se poate recurge la extrapolare – interpolare sau deducerea lor din alte tipuri de date. În cazuri extreme, este nevoie însă de efectuat activităţi în teren. Pentru datele neuniforme din punct de vedere al scării sau concepţiei se pot face corelări prin proceduri speciale de omogenizare.

Validarea datelor Datele incluse într-un SIG sunt în mod inerent afectate de diferite tipuri de erori. Pentru depistarea eventualelor erori rămase după corectură, se efectuează operaţia de validare, care este de fapt o ultimă verificare a corectitudinii datelor. Metodele de validare pot fi: numerice, statistice, imagistice şi simbolice (Haidu&Haidu, 1998). Metodele numerice constau din compararea valorilor cu valorile din documentele sursă: valori mijlocii, valori extreme, valori singulare. Diferenţele dintre cele două categorii de valori nu trebuie să depăşească pragurile de toleranţă admise în proiect. Prin metode statistice se compară elementele de statistică descriptivă ale datelor sursă cu cele prezentate pentru procesare în cadrul SIG: medii, abaterea standard, etc. cu ajutorul lor se drealizează diagrame de împrăştiere şi coeficienţi de regresie între diferiţi parametri. Rezultatele obţinute trebuie să nu depăşescă anumite limite considerate naturale şi unanim acceptate. Metodele imaginistice se referă la compararea poziţiei geometriei entităţilor spaţiale din documentele sursă cu cele introduse în calculator. Aceste metode se aplică prin vizualizare sau afişare simultană a celor 2 documente şi, dacă programul deciat SIG permite, se calculează abaterile dintre poziţia obiectelor geografice din documentul sursă şi cele din baza de date. Metodele simbolice urmăresc corectitudinea atribuirii de simboluri (etichete) pentru diferitele entităţi spaţiale. Aplicarea lor se face tot prin vizualizarea simultană a celor două documente. Alegerea unei metode de validare depinde de: - metodele de creare, colectare şi achiziţie a datelor; - tipul şi volumul datelor; - natura şi dimensiunea hărţii originale; - modul de reprezentare a structurii datelor; - rezoluţia la care se efectuează analiza; - specificul aplicaţiei.

Page 84: Sisteme Inf Geogr

83

CURS IX

Analiza datelor spaţiale

1. Noţiuni introductive Analiza spaţială (sau analiza geografică) este definită ca o disciplină geomatică, de studiu şi de prelucrare cantitativă şi calitativă a informaţiilor spaţiale reprezentate cartografic şi informatic prin date şi entităţi georeferenţiate (localizate geografic) şi geocodificate, în scopul descifrării distribuţiei acestora în spaţiu şi al identificării de noi informaţii pentru diverse utilităţi practice (Haidu&Haidu, 1998). Într-o altă definiţie, analiza spaţială este văzută ca un set de tehnici proiectate pentru a reda o perspectivă spaţială a datelor şi al căror rezultat este dependent de localizarea obiectelor şi fenomenelor care sunt analizate, şi care necesită accesul atât la poziţionarea, cât şi la atributele acestora (Munteanu, 2001). Analiza spaţială are la bază ideea că explicaţia, înţelegerea şi pătrunderea lumii reale pot fi realizate văzând datele şi contextul lor spaţial. Există cel puţin patru argumente pentru motivarea acestei perspective: - spaţiul poate furniza o schemă utilă şi folositoare pentru indexarea (de exemplu, fixarea prin

coordonate) diferitelor obiecte şi fenomene; - perspectiva spaţială permite un acces mai uşor la informaţia privind localizarea relativă a

obiectelor şi fenomenelor; această proximitate ajută la înţelegerea relaţiilor dintre obiecte şi fenomene;

- perspectiva spaţială permite ca fenomene de diferite tipuri să poată fi conectate; - distanţa dintre fenomene şi obiecte este adesea un factor important care condiţionează

interacţiunea dintre acestea. Legile generale care fundamentează analiza spaţială sunt următoarele: • Două elemente (date) învecinate se corelează între ele mult mai bine decât două elemente

îndepărtate, şi asupra gradului de corelaţie intervine efectul decalajului sau al poziţionării în spaţiu sau timp;

• Fenomenele şi obiectele lumii reale care variază în timp, variază de regulă şi în spaţiu, prin urmare componentele specifice seriei de timp (în primul rând, tendinţa şi sezonalitate) îşi pun amprenta şi asupra variabilităţii în spaţiu a fenomenului sau obiectului, aici incluzându-se ca şi în cazul precedent efectul decalajului.

Aceste două legi determină existenţa unui model (pattern) în ceea ce priveşte distribuţia valorilor în spaţiu. Analiza spaţială (geografică) ne permite să studiem procesele lumii reale prin dezvoltarea şi aplicarea de modele. Astfel de modele scot la iveală tendinţele ascunse din datele geografice şi astfel fac posibilă obţinerea de informaţii noi. Rezultatele analizei spaţiale (geografice) pot fi prezentate prin hartă, prin rapoarte sau prin ambele forme. O hartă redă cel mai bine relaţiile şi entităţile geografice, în timp ce un raport este mult mai util pentru a rezuma datele tabelare şi documentarea privind orice valoare calculată. Hărţile şi rapoartele ne permit să facem legătura cu alte date conţinute în baza de date.

Page 85: Sisteme Inf Geogr

84

Analiza spaţială este raţiunea de a fi a unui Sistem Informatic Geografic, prin care acesta îşi dovedeşte adevărata utilitate. Un program SIG care nu poate efectua analize spaţiale este doar un program de Sistem de Cartografice Computeruzată. Analiza spaţială reprezintă mai mult un concept dcât o componentă program a unui SIG. Majorittea programelor au un modul dezvoltat pentru analiză spaţială, mai mult sau mai puţin evoluat. În linii mari, analiza spaţială trebuie să permită: interogarea spaţială, interogarea atribut şi generarea unui set de date noi din cele existente. De fapt, ultima este cea mai importantă şi totodată cea mai deosebită. În general, analiza spaţială cuprinde o mare varietate de operaţii, care se constituie în grupuri, subgrupuri şi operaţii elementare. O problemă dată se compune dintr-un şir de operaţii elementare, într-o ordine prestabilită, în care sunt implicate date spaţiale, date atribut şi programe care le prelucrează. Fiecare din aceste operaţii elementare are o anumită interpretare, şi deci trebuie să fie în concordanţă cu problema reală. Stabilirea algoritmilor (alegerea operaţiilor şi a succesiunii lor asupra datelor) se face în etapa de proiectare a Sistemului Informatic Geografic şi este lucrul cel mai important pentru a obţine rezultate corecte.

2. Tipuri de analize spaţiale (geografice) Se disting mai multe tipuri principale de analize spaţiale în SIG: - Operaţii şi analize spaţiale unare sau singulare care vizează stratele şi entităţile spaţiale de

bază. Operaţiile constau din proceduri simple care pot fi aplicate unui singur strat (colecţie de date cu o singură temă). Analizele spaţiale unare pot crea categorii noi de informaţii doar pe baza datelor dintr-un singur strat.

- Modelarea spaţială care se referă la prelucrarea datelor a două sau mai multe strate, prin tehnica suprapunerii (overlay).

- Modelarea spaţio-temporală care este tot o modelare spaţială prin suprapunere, dar cu date prelevate la perioade diferite de timp pentru a putea urmări dinamica fenomenului (de exemplu, inundaţii, dezvoltarea culturilor etc.).

Mai departe, tehnicile de analiză pot fi grupate în funcţie de modelul (tipul) de date avut în vedere, astfel: - puncte – se folosesc tehnici pentru analiza unui set nediferenţiat de puncte – de exemplu,

analiza distribuţiei punctelor. - obiecte spaţiale cu atribute – tehnici care vizualizează o matrice de atribute. - reţele de linii şi noduri – un set de tehnici pentru analiza reţelelor în transport şi hidrologie,

bazate pe atributele legăturilor şi nodurilor. - modele de interacţiune spaţiale – modele ale interacţiunii dintre perechi de obiecte, bazate pe o

analiză a caracteristicilor originii obiectelor, destinaţia obiectelor şi distanţa spaţială dintre ele. - tehnici raster – metode de analiză bazate pe reprezentarea stratelor continui ca rastere de celule.

3. Operaţii analitice asupra unui singur strat (singulare, unare) Operaţiile pe un singur strat, numite şi operaţii pe orizontală, constituie instrumentele de bază ale analizei spaţiale. Este important ca fiecare strat să conţină doar un anumite tip de entităţi grafice: punct, linie, poligon. Există mai multe tipuri de operaţii unare.

3.1. Manipulări geometrice Majoritatea programelor SIG posedă o serie de funcţii care permit operaţii precum: - scalare (modificări de scară);

Page 86: Sisteme Inf Geogr

85

- corectarea erorilor şi distrosiunilor; - ajustări ale marginilor hărţilor şi între suprafeţele învecinate; - schimbarea proiecţiei; - modificarea coordonatelor. 3.1.1. Scalare (modificare de scară) Modificările de scară (zoom) sunt foarte utile la generarea unor imagini pe ecran, şi pot fi activate în programele de vizualizare şi în modulul principal. Zoom-ul din programul principal include funcţii inteligente care pot altera textul, grosimile de linii în rapoarte diferite de ale scălării globale. Există o limită de mărire a unei imagini. 3.1.2. Corectarea erorilor şi distorsiunilor Aşa cum s-a prezentat anterior, pot apare următoarele erori: - linii care au intersecţii eronate; - linii cu şerpuiri incorecte - puncte şi chiar linii lipsă. Ultimul tip de erori, omisiunile, sunt digitizate direct, folosind şi funcţia zoom pentru a mări gradul de detaliere în zona de interes. Majoritatea sistemelor SIG au funcţii de editare a hărţilor care permit: - suplimentarea datelor; - copierea unor date; - ştergerea unor date; - mutarea unor puncte sau linii; - rotirea unor linii; - divizarea unor linii; - unirea unor linii; - alterarea de formă a liniilor. 2 exemple: 1. o completare a unor linii acolo unde apar întreruperi de o anumită mărime. Corecţia automată este controlată de un parametru (toleranţa fuzzy) care trebuie ales cu discernământ, deoarece s-ar putea crea intersecţii nedorite. 2. eliminarea unor date şi reţinerea formei corecte.

Page 87: Sisteme Inf Geogr

86

Uneori, procesul de digitizare produce mai multe date decât cele strict necesare descrierii entităţilor geografice. De aceea, ca o măsură de corecţie, majoritatea pachetelor SIG au funcţii care permit eliminarea unor date considerate redundante (thinning). Eliminarea acestor date se realizează prin diferite metode, din care cea mai simplă este ştergerea fiecărui al n-lea punct, urmând ca în final, liniile digitizate iniţial să fie descrise de un număr mai mic de puncte sau să fie înlocuite cu funcţii de tip spline, ceea ce va reduce volumul de date cu până la 60-80% fără a altera calitatea datelor. Dacă liniile par să aibă discontinuităţi, se folosesc metode de “netezire”, “îndulcire” a discontinuităţilor şi obţinerea unor curburi armonioase. Uneori este nevoie de suplimentarea punctelor care definesc o linie – de exemplu, prin utilizarea funcţiilor polinomiale de gradul 3. Observaţie: această “netezire” e folosită doar pentru îmbunătăţirea imaginii care se afişează. 3.1.3. Ajustări ale marginilor hărţilor şi între suprafeţele învecinate. Dacă o suprafaţă analizată se întinde pe mai multe foi de hartă, fiecare trebuie digitizată separat, ceea ce introduce o serie de mici diferenţe şi nepotriviri între foile de hartă adiacentă. Pentru a reconstitui harta, este necesară “lipirea” foilor adiacente după ce fiecare au fost corectate şi editate. Procesul de “lipire” a foilor de hartă şi de potrivire a marginilor este un proces în 3 etape: - rezolvarea nepotrivirilor de pe marginile fiecărei foi de hartă; - recrearea topologiilor (au luat naştere alte poligoane prin corecţiile de mai sus); - ştergerea liniilor de hartă considerate redundante. Unele surse de date pot introduce distorsiuni în hărţile produse, care nu pot fi corectate prin funcţii de transformare. În acest caz, remedierea se realizează prin deformarea elastică a hărţii, ceea ce presupune deformarea hărţii pe diverse direcţii, astfel încât entităţile plasate greşit sau cu forme eronate se deplasează. Entităţile corect reprezentate sunt definite de o serie de puncte de control. Dacă numărul de puncte de control nu este suficient – se obţin rezultate nesatisfăcătoare.

Page 88: Sisteme Inf Geogr

87

3.1.4. Schimbarea proiecţiei Sistemele Informatice Geografice utilizează uneori date provenind din surse diferite raportate la diferite proiecţii cartografice, fiind necesară trecerea într-o singură proiecţie, pentru a se putea efectua operaţii cu 2 sau mai multe strate. Transformările se bazează pe o serie de relaţii matematice care descriu diverse proiecţii cartografice existente sau definite de utilizator. Mărimile afectate de aceste transformări sunt tocmai coordonatele punctelor. 3.1.5. Modificarea coordonatelor Această operaţie este necesară deoarece: - erorile sistematice pot fi compensate dacă datele sunt transformate la o bază eror free (fără

erori) - coordonatele aparţinând punctelor unui strat trebuie să fie transformate pentru a le face

compatibile cu cele ale unor puncte din alte strate. Aceste transformări de coordonate presupun utilizarea unor funcţii matematice care să relaţioneze diferitele coordonate geografice între ele. O funcţie de conversie conţine parametri bazaţi pe cunoaşterea coordonatelor unor puncte comune sistemelor iniţial, respectiv final, în care se doreşte transformarea.

3.2. Măsurători: lungimi, perimetre, arii O măsurătoare reprezintă o aproximare, deci se pot obţine valori diferite ale măsurătorii în funcţie de modelul SIG (raster sau vector) şi de metoda de măsurare utilizată. 3.2.1. Măsurători în modul raster Lungimi

Pentru a măsura distanţa între 2 pcte A şi B, există mai multe variante. a) Distanţa euclidiană – cea mai scurtă distanţă, se obţine prin teorema lui Pitagora. Se mai numeşte distanţa “zbor-de-cioară”. Pentru exemplul nostru AB = 5,7 unităţi b) Distanţa Manhattan – se calculează numărând laturile celulelor prin care se ajunge din A în B pe drumul cel mai scurt. Pentru exemplul nostru AB = 8 unităţi c) Metoda proximităţii – se creează zone concentrice, echidistante, în jurul punctului de plecare. Se pot vizualiza direct pe ecran distanţa cele mai scurte dintre oricare dintre punctele de pe hartă şi punctul de referinţă. Pentru exemplul nostru AB = 5,7 unităţi Perimetre Pentru a calcula perimetrele, numărul pixelilor care formează laturile unui poligon se înmulţeşte cu rezoluţia reţelei raster.

4.0 4.5 5.0 5.7

3.0 3.6 4.2 5.0

2.0 2.8 3.6 4.5

1.0 2.0 3.0 4.0

a) b) c)

Page 89: Sisteme Inf Geogr

88

Arii Pentru a calcula aria, se evaluează numărul de pixeli ocupaţi de poligonul de interes x aria unui pixel. Se observă că rezoluţia influenţează calculul distanţelor, perimetrelor, ariilor, ca şi precizia reprezentării. Acestea pot fi afectate şi de originea şi orientarea reţelei raster. În reprezentarea quadtree – calcularea ariei depinde de nivelul de cuadratură utilizat. 3.2.2. Măsurători în modul vector Distanţa se determină cu teorema lui Pitagora, distanţa euclidienă. Perimetrele se determină prin însumarea lungimilor laturilor componente. Ariile se calculează prin însumarea ariilor unor poligoane mai simple în care se poate împărţi poligonul analizat, de exemplu, prin metoda trapezelor, care sunt fiecare definit de o latură a poligonului, de 2 perpendiculare coborâte din capetele laturii pe o axă orizontală şi de axa orizontală.

3.3. Interogări Interogarea bazei de date este o operaţie importantă în majoritatea aplicaţiilor SIG pentru că duce la “recuperarea” datelor, operaţie utilă în toate etapele elaborării unui proiect SIG. Interogările se pot realiza atât asupra unor date care fac parte din baza de date existentă, cât şi asupra unor date rezultate în urma unor operaţii analitice. Există 2 tipuri de interogări: Aspaţiale – se referă la atributele entităţilor analizate şi se numesc “interogări după atribut”. Se poate efectua de programele de gestiune a bazei de date. Rezultatul acestei interogări este o listă sau un tabel. Spaţiale – presupune analiza componentei spaţiale în cadrul programului SIG. Rezultatul este dat de un raport (listă) sau este reprezentat grafic pe hartă. Există 5 metode de “recuperare” a datelor (Dangermond, 1983): - căutare în bază de date - utilizarea unei ferestre de selectare - utilizarea unei ferestre de generare de interogări - interogarea hărţilor cu foi multiple - recuperarea Booleană a atributelor entităţilor.

C

A

B

Page 90: Sisteme Inf Geogr

89

Primele 3 – nu presupun recuperarea propriu-zisă a atributelor, ci constituie o etapă pregătitoare importantă. Cu operatorii Booleni se pot realiza interogări complexe, care să satisfacă mai multe criterii. Se pot combina interogării spaţiale cu cele nespaţiale. Operatori Booleni:

Există anumite particularităţi ale interogării, dependente de tipul de program SIG la care se aplică: În modelele vector – interogările se pot realiza uşor, în funcţie de relaţiile dintre datele de tip grafic şi cele de atribut. Avantaj – crearea legăturii între cele 2 tipuri de date imediat ce se crează o topologie. Dacă fiecărei entităţi grafice îi este atribuit un identificator unic, acesta poate fi utilizat pentru a referenţia un tabel al unei baze de date conţinând toate atributele asociate datelor grafice. În modelele raster – interogările se referă la un anumit pixel (care este conţinutul său sau poziţia lui). Răspunsul depinde de tipul structurii de date utilizată: raster simplu, codificare pe linii, în lanţ, în bloc, quadtree.

3.4. Funcţii de vecinătate Funcţiile de vecinătate evaluează caracteristica ariei din jurul unei locaţii grafice specificate. Aceste funcţii necesită precizarea a cel puţin 3 parametri: - una sau mai multe “ţinte” (locaţii de interes) - o caracteristică a vecinătăţii din jurul fiecărei “ţinte” - o operaţie care se va efectua asupra elementelor din acea vecinătate. Aplicarea multor operatori de vecinătate necesită folosirea unor diviziuni regulate ale stratului geografic analizat. De aceea, se preferă modelele raster, şi se utilizează trecerile vector-raster-vector. Există programe SSIG care folosesc algoritmi specifici în cazul operaţiilor de vecinătate ale modelelor vectoriale. Cele mai cunoscute funcţii de vecinătate: – bufferingul – funcţia de căutare. 3.4.1. Bufferingul – crearea de zone tampon

A AND B = A ∩ B

A NOT B = A - B

A OR B = A ∪ B

A XOR B = (A OR B) – (A AND B)

Page 91: Sisteme Inf Geogr

90

Operaţie de buffering presupune crearea de zone de interes la anumite distanţe în jurul entităţilor, care acţionează ca nişte zone tampon. Pentru o serie de entităţi se pot genera zone tampon cu lăţime constantă sau variabilă, în funcţie de valorile unor anumite atribute asociate entităţilor geografice. Zonele tampon sunt create ca poligoane pentru că reprezintă arii în jurul, în exteriorul sau în interiorul unei entităţi. Generarea de zone tampon se bazează pe măsurarea distanţa de la entitatea respectivă şi, posibil, pe valoarea unor atribute ale entităţii selectate. În funcţie de aceste atribute, zonele tampon se pot crea la diferite distanţe, cum ar fi zona de influenţă a unei autostrăzi, care este mai marea decât cea a unui drum naţional, care la rândul ei este mai mare decât cea a unui drum judeţean. Bufferingul este un proces izotropic, fiind bazat pe arii circulare. Există însă programe SIG care generează zone anizotrope. În sistemul raster – zonele tampon se calculează cu metoda proximităţii (numărul de celule grafice * mărimea celulei). Rezultă un nou strat raster în care fiecare celulă grafică are ca atribut distanţa calculată. În sistemul vector – zonele tampon se creează printr-o singură comandă sau opţiune, care lansează un calcul geometric, ceea ce se poate dovedi un proces care poate fi consumator de timp. Concluzie - e mai rapid în sistemul raster.

3.4.2. Funcţia de căutare Aceasta atribuie o valoare fiecărei entităţi “ţintă” pe baza unor atribute ale celulelor grafice învecinate. De obicei este predefinită în programele dedicate SIG. Suprafaţa de căutare – circulară, dreptunghiulară sau pătrată cu dimensiuni stabilite de utilizator. Uneori, are o formă neregulată. Există 2 tipuri: 3.4.2.1. Care operează asupra atributelor de tip numeric (valori continue): valoarea totală, media moda, maxima, minima, precum şi măsuri ale variabilităţii (abaterea pătratică medie, dispersia). 3.4.2.2. Care operează asupra atributelor de tip tematic. Aceste funcţii sunt similare cu cele din prima categ, dar au semnificaţii diferite: “majoritatea” – similară cu “moda”, “cea mai ridicată” – maxima, “cea mai scăzută” – minima. În sistem raster mai ales, se aplică funcţii de căutare fiecărei celule grafice, prin aplicarea şi deplasarea în stratul respectiv a unei ferestre cu o anumită dimensiune. Fereastra – filtru permite modificarea valorii atributului unei celule grafice pe baza valorilor atributelor celulelor vecine. Filtrul este un grup de celule grafice care au în centru celula-ţintă. Noua valoare (atribuită celulei-ţintă) se calculează cu ajutorul funcţiilor de căutare descrise anterior. 3.4.3. Reclasificarea Reclasificarea este filtrarea datelor deja clasificate. Există 2 tipuri: 3.4.3.1. Asistată (supervizată)

a b c

Page 92: Sisteme Inf Geogr

91

– în care utilizatorul deţine controlul procesului de reclasificare – stabileşte clasele care se vor folosi, reglementează modificările asupra unei anumite celule grafice (pixel). 3.4.3.2. Neasistată (nesupervizată) – este utilizat un algoritm care compară valoarea celulei grafice selectate pentru modificare (ţintă) cu valorile tuturor celorlalte celule grafice. Reclasificarea este utilizată pentru a izola entităţi cu aceeaşi valoare pentru un atribut. În sistemul vector – poligoanele cu valori A1, A2, A3 au fost reclasificate ca A, prin agregare rezultând un poligon mai mare. 4. Operaţii analitice asupra mai multor strate (analiza spaţială multiplă sau operatori “n”-are) Operaţiile analitice asupra mai multor strate utilizează datele provenind din: - două sau mai multe straturi, - două sau mai multe obiecte într-un SIG bazat pe obiect, - un strat SIG şi o sursă externă de date.

4.1. Probleme în aplicarea operatori cu mai multe strate:

4.1.1. Sursele de date şi calitatea lor. Dacă trebuie integrate mai multe strate şi unul e de calitate slabă, rezultatul poate fi eronat. Dacă se cunosc informaţiile despre erorile unui strat, se pot face corecţii prin compensări şi transformări. Există programe SIG care au operaţii care transformă datele cu scopul compensării distorsiunilor sistematice. Dacă nu există informaţii despre erorile din anumite porţiuni, se utilizează tehnici de tip fuzzy, care operează cu mulţimi nuanţate, cu elemente de incertitudine. 4.1.2. Scara Aceasta ar trebui să fie aceeaşi pentru mai multe strate, pentru a avea acelaşi nivel de detaliu. 4.1.3. Sistemul de proiecţie Toate datele ar trebui să fie date în acelaşi sistem de proiecţie, pentru a avea suprapuneri corecte. Unele prog SIG convertesc datele dintr-un sistem în altul, înainte de a integra stratele. 4.1.4. Structura de date Pentru majoritatea operaţiilor care se efectuează pe mai multe strate, este necesar utilizarea aceluiaşi model de date şi a aceleiaşi structuri de date. Pachetele moderne SIG oferă posibilitatea integrării raster-vector. 4.1.5. Referenţierea spaţială Este necesar un sistem de referenţiere spaţială unic pentru toate stratele care se integrează..

C1

A1

A2

A3

B3

C

A

A

A

B

C

A

B

Page 93: Sisteme Inf Geogr

92

4.2. Integrarea datelor. Suprapunerea hărţilor. Funcţia fundamentală a unui proiect SIG este capacitatea de a integra date provenind din 2 surse diferite prin operaţia de suprapunere (overlay). În modelul vector – overlay – operaţie consumatoare de timp, complexă, scumpă În modelul raster – rapidă, simplă, cu desfăşurare liniară, clară, eficientă. 4.2.1. Overlay în modelul raster. Pentru fiecare pixel al stratelor sursă, se pot aplica diverşi operatori numerici sau logici. Pixelul-output va lua o valoare egală cu rezultatul expresiei numerice sau logice respective. Metodele uzuale de combinare a stratelor de date: - adunarea: Pixelul-output z = x + y - multiplicarea: z = x * y - scăderea z = x – y - împărţirea z = x / y - z ia valoarea maximă z = x dacă x > y z = y dacă x < y - z determinat de verificarea unor cond logice: if y > 50, z = y else z = x - z determinat de valori-output noi pentru fiecare combinaţie unică a valorilor input:

x y z 10 20 1 10 30 2 20 20 3 20 30 4

- z determinat prin ponderare sau alte calcule

Page 94: Sisteme Inf Geogr

93

Pentru modelul qaudtree, operaţia de suprapunere nu e prea simplă. 4.2.1.1. Probleme apărute în operaţiile de overlay: Rezoluţia – stratele trebuie codificate cu aceeaşi rezoluţie. De exemplu, suprapunerea strat cu rezoluţia 10 m cu altul cu 40 m – strat cu rezoluţia 10 m, care conţine informaţii cu erori din stratul de de 40 m. Scările de măsură. Dacă scările sunt diferite, se pot obţine rezultate fără sens. Scări: - nominală – un număr de identificare, care reprezintă categorii distincte. - ordinală – provine din sortarea şi ordonarea datelor, fără a se preciza nimic altceva despre

relaţiile numerice dintre date. - interval – valorile temp în grade. - raport (rată) – rata inflaţiei, a distanţelor, a debitelor. 4.2.2. Overlay în modul vector Pentru a realiza o suprapunere în modul vector, trebuie ca stratele să fie topologic corecte. În acest scop, se verifică dacă liniile se intersectează formând noduri şi dacă toate poligoanele sunt închise. Astfel, harta va fi corectată din punct de vedere topologic. Etapele în overlayul în mod vector: - se calculează punctele de intersecţii dintre linii - se formează noduri şi legături - se stabileşte topologia pentru noul strat - acolo unde este cazul, se elimină poligoanele excesiv de mici şi se unesc poligoanele cu aceleaşi

atribute

1 1 1 2 1 1 1 2

1 1 1 2 1 1 1 2

1 1 1 2 1 1 1 2

2 2 2 2 2 2 2 2

1 1 1 2

1 2 2 4

1 2 2 4

2 4 4 4

1 1 1 2 1 1 1 2

1 2 2 2 1 3 3 4

1 2 2 2 1 3 3 4

2 2 2 2 2 4 4 4

A

B

1 = uscat 2 = umed

1 = abrupt 2 = plat

C

D

E

Adunare C = A + B

Înmulţire D = A * B

Condiţii unice 1 A = 1; B = 1 2 A = 2; B = 1 3 A = 1; B = 2 4 A = 2; B = 2

Page 95: Sisteme Inf Geogr

94

- se compilează atribute noi şi se suplimentează tabelele de atribute din bază de date asociată. Sunt necesare 15 .. 60 min pentru overlay pentru strate de complexitate medie. Există trei tipuri de overlay în modul vector: 4.2.2.1. Punct-în-poligon Această operaţie spaţială este destul de comună, urmărind să afle dacă un anumit punct cade în interiorul unui poligon. Pentru fiecare punct din stratul de puncte se va crea un nou atribut, acesta fiind atributul poligonului în interiorul căruia se va afla punctul respectiv. Astfel, punctul va avea 2 atribute: cel iniţial şi cel al poligonului. Există multe metode de rezolvare a problemei de suprapunere punct-în-poligon, una fiind metoda Jordan, care are câteva etape: - se duc linii orizontale/verticale de la fiecare punct până la marginea stratului - se numără intersecţiile liniilor ajutătoare cu laturile poligonului. Dacă acest număr este impar,

punctul este în interiorul poligonului. Dacă e par, punctul este în exterior. Problema apare dacă e pe latura poligonului. 4.2.2.2. Linie-în-polig Este o operaţie mai complexă, deoarece o linie poate să cadă în mai multe poligoane şi deci nu e suficient adăugarea doar unui singur set de atribute noi stratului care conţine linia. Linia trebuie divizată la fiecare punct de intersecţii cu o latură a unui poligon, fiecare segment “moşteneşte” atributele poligonului în care este conţinut. Rezultatul va fi crearea unui nou strat pentru linia respectivă care conţine mai multe segmente decât ale liniei iniţiale.

uscat

umed

abrupt

plat

3 Arce 2 Poligoane 2 Noduri

3 Arce 2 Poligoane 2 Noduri

OVERLAYuscat/plat

umed/plat

uscat/abrupt

umed/abrupt

umed/abrupt

10 Arce 5 Poligoane 6 Noduri

Page 96: Sisteme Inf Geogr

95

4.2.2.3. Poligon-pe-poligon Pentru utilizarea acestor analize, este necesar ca operatorii să înţeleagă elementele algebrei Boolene şi a teoriei eşantionării. Probleme: Posibila generare de poligoane “sliver” (false, ciudate) – care pot apărea dacă se încearcă suprapunerea a 2 strate cu aceleaşi entităţi spaţiale, de suprafeţe egale, care provin din 2 surse diferite sau sunt digitizate de 2 persoane diferite. Rezultatul aparţine unor poligoane lunguieţe şi înguste aflate pe laturile poligoanelor – poligoanele sliver care apar dat inconsistenţei şi lipsei de acurateţe a datelor digitizate. Uneori rămân neobservate până la efectuarea overlay. Metode de eliminare a poligoanelor sliver: - ştergerea lor în timpul operaţiei de overlay - ştergerea lor după operaţia de overlay. Stratul rezultat va produce un fişier mai mare decât cel iniţial. Explicaţia este că noul strat are mai multe puncte, linii şi poligoane cu mai multe atribute. Pot apărea probleme legate de spaţiul de stocare şi de operare pe calculator. Din această cauză, procesarea poate fi un proces care durează mult. 4.2.3. Overlay combinat raster – vector Suprapunerea entităţilor vectoriale peste cele raster se numeşte overlay virtual sau grafic. Nu presupune integrarea celor 2 strate de hartă, deci nu se produc modificări în baza de date. Această operaţie necesită o ordine bine stabilită. Se poate suprapune doar o imagine vector peste un fundal raster, nu invers. Există pachete SIG capabile să integreze complet raster-vector. Trebuie etichetate entităţile vector cu atributele pixelilor strat-ului raster pe care-l intersectează şi invers.

5. Modelarea cartografică Modelarea cartografică sau algebra cartografică a fost introdusă de Tomlin, în 1983. - aplică relaţii aritmetice de ordin I, operatori relaţionali, operatori logici (Booleni) sau combinaţii

ale acestor operatori asupra valorilor atributelor stratelor raster. - metodologie de procesare a datelor geografice - consideră hărţile şi componentele hărţilor ca părţi ale unor ecuaţii algebrice. Hărţile sunt

transformate sau combinate, rezultând hărţi noi prin utilizarea operaţiilor spaţiale specifice - se poate utiliza pentru a modela relaţii spaţiale complexe, în acelaşi mod în care se combină

operaţiile algebrice convenţionale pentru a forma un sistem de ecuaţii cu comportare complexă

Page 97: Sisteme Inf Geogr

96

Hidrografie

Topografie

Infrastructură

Sol

Folosinţă

Sistem de coordonate

Suprafaţa pământului descrisăde hărţile de mai sus

Page 98: Sisteme Inf Geogr

97

Tomlin recunoaşte rolul limbajului natural în exprimarea logicii analizei spaţiale, de aceea SIG este creat cu o interfaţă în limbaj natural. Operaţia spaţială = verb acţionează asupra Strate de pe hartă = nume_subiect pentru a crea Strate noi = nume_obiect. Avantaj – abordare structurată a proiectării în sistemele SIG - un obiectiv prioritar în SIG. Dezavantaj – lipsa unor standarde în utilizarea unor expresii sau construcţii algebrice şi a terminologiei limbajului natural între dif programe SIG.

6. Interpolarea spaţială - ansamblu de metode pe baza cărora se pot estima valorile proprietăţilor din unele puncte în care

nu există inf pe baza valorilor cunoscute din alte puncte, în care nu există informaţii, din aceeaşi suprafaţă de studiu.

Datele furnizate se încadrează în unul din următoarele cazuri: - alcătuiesc o reţea regulată pentru care există valori, dar nodurile acestei reţele nu acoperă toate

punctele de pe stratul de hartă; - alcătuiesc un strat de “petice”, de grupuri de puncte pentru care există valori observate; - există valori în puncte cu aşezare aleatoare în strat. Interpolarea – umple golurile dintre punctele pentru care există informaţii în stratul analizat.

Cele mai frecvente utilizări potenţiale ale interpolării spaţiale: - construirea de contururi pentru afişarea grafică a datelor;

1 2 2 3 4 5 6 2 . . . . . . . .2 1 3 2 3 5 6 4 . . . . . . . .2 5 6 9 6 4 5 6 . . . . . . . .1 5 8 9 4 2 5 3 . . . . . . . .8 5 4 6 5 4 4 1 . . . . . . . .2 3 6 7 8 5 5 4 . . . . . . . .3 7 8 9 9 5 6 1 . . . . . . . .7 4 8 5 4 4 1 1 . . . . . . . .

Page 99: Sisteme Inf Geogr

98

- calculul unor proprietăţi ale supraf într-un punct dat; - schimbarea unităţii de comparaţie la utilizarea diferitelor modele de date în strate dif; - suport în procesul de decizie spaţială în geografia fizică şi cea umană (asociată repartiţiei

geografice a populaţiei), precum şi în disciplinele asociate, ca de exemplu, prospectarea minerală şi exploatarea resurselor.

6.1. Metode de interpolare:

6.1.1. Metode de interpolare locală sau globală Globală - aplică o singură funcţie matematică pentru toate punctele analizate – rezultatul este obţinerea unei variaţii cu suprafeţe “netede”, “aplatizate”. Locală - aplică o singură funcţie matematică unor mici submulţimi de puncte analizate, în mod repetat – rezultatul este obţinerea unor suprafeţe locale, regionale, care se conectează ulterior pentru a forma o suprafaţă compozită, care să acopere întreaga mulţime de puncte. 6.1.2. Metode de interpolare aproximative sau exacte Cele exacte produc suprafeţe care trec prin toate punctele pentru care există valori. Nu există “neteziri” ale suprafeţei care să altereze valorile din unele puncte. Sunt recomandate când există un grad ridicat de încredere privind valorile din punctele pentru care există informaţii. Cele aproximative produc suprafeţe care nu trec prin toate punctele pentru care există informaţii. Valorile din unele puncte pot fi chiar modificate pentru a se poziţiona pe o suprafaţă generată de metoda de aproximare. Sunt recomandate când există un grad oarecare de incertitudine privind valorile din punctele pentru care există informaţii. 6.1.3. Metode de interpolare graduală sau abruptă. Cele graduale produc suprafeţe cu variaţie continuă, netezită, între punctele pentru care există valori cunoscute. Cele abrupte produc suprafeţe cu variaţie discontinuă, cu variaţie în trepte. 6.1.4. Metode de interpolare deterministe sau stochastice. Cele deterministe pot fi utilizate dacă există suficiente informaţii despre suprafaţa geografică care trebuie modelată, astfel încât va fi posibilă exprimarea variaţiei acesteia printr-o funcţie matematică. Cele stochastice ţin seama şi exprimă variaţiile aleatoare ale suprafeţelor studiate.

6.2. Cele mai cunsocute metode de interpolare exacte.

6.2.1. Metoda manuală de interpolare – Line Threading sau Eye-balling - metodă tradiţională - presupune trasarea unor linii de cotă prin aproximare “la ochi” între puncte cu date cunoscute.

Obiectiv – includerea în aceste linii şi a altor puncte – care moştenesc cotele asociate liniilor respective.

- Se presupune că între 2 linii succesive panta se menţine constantă. Probleme: - ipoteza constanţei pantei între linii de cotă cunoscută – falsă; - erori umane, subiectivism; - dificultatea manevrării unui număr mare de puncte; - proces consumator de timp – interpolare cu nr mare de puncte.

Page 100: Sisteme Inf Geogr

99

6.2.2. Metoda poligoanelor Thiessen sau Voronoi. - metodă exactă de interpolare - presupune că punctele necunoscute sunt egale cu cel mai mai apropiat punct cunsocut - este o metodă de interpolare locală deoarece caracteristicile globale ale datelor nu influenţează

procesul de interpolare - interpolatorul – abrupt – variaţia suprafeţei create este discontinuă între poligoanele învecinate - se formează triunghiuri din segmentele determinate de punctele învecinate. Se construiesc

mediatoarele laturilor triunghiurilor, iar intersecţiile dintre aceste mediatoare vor determina vârfurile unor poligoane. Se asamblează o serie de poligoane, formate de mediatoarele triunghiurilor reţelei şi limitele domeniului analizat. Fiecărui punct din poligon i se atribuie valoarea atributului din punctul central, de val cunoscută.

6.2.3. Metoda reţelei neregulate de triu (TIN – Triangulated Irregular Network) - se construieşte o suprafaţă cu ajutorul unui set de puncte de valori cunoscute ale atributelor,

puncte cu o distribuţie spaţială neregulată - folosită pentru generarea modelelor digitale ale terenului - reţeaua de triunghiuri este generată de puncte adiacente care se conectează între ele prin

segmente de dreaptă. - valorile cunoscute sunt cele ale atributelor din vârfurile triunghiurilor, precum şi coordonatele

acestora, pe baza cărora se pot calcula distanţele dintre punctele - cu ajutorul unor relaţii liniare simple se pot abţine valori ale atribute pentru orice alt punct

aparţinând laturilor triunghiurilor.

PoligonThiessen

38

4935

32

2825

37

30

2921

30

40

Page 101: Sisteme Inf Geogr

100

6.2.4. Metoda mediei dinamice – the Spatial Moving Average. - cea mai cunoscută şi mai răspândită metodă de interpolare - presupune calculul valorii dintr-un punct pe baza valorilor dintr-o serie de puncte vecine, aflate

la o distanţa stabilită de utilizator - se defineşte un filtru de vecinătate – trecut pe întreaga suprafaţă analizată şi calculează valori noi

în punctele din interior - metodă aproximativă – suprafaţa generată nu trece prin toate punctele cunoscute, folosite la

interpolare - o serie de valori sunt recalculate, pe măsură ce filtrul trece prin zona ocupată de acestea - în modelele vectoriale – filtru circular deoarece punctele cu valori cunoscute au aceeaşi

probabilitate, în toate direcţiile, de a se afla în interiorul filtrului - modelele raster – folosesc filtre dreptunghiulare sau pătrate, datorată formei rectangulare a

reţelei de pixeli - mărimea filtrului aplicat – depinde de utilizator care ţine cont de variabilitatea locală a unei

suprafeţe analizate - metodă de interpolare – poate include o funcţie de ponderare, pentru a mări influenţa punctelor

mai apropiate - este bine adaptată cazurilor în care valorile din punctele cunoscute nu sunt sigure, dar ele

reflectă corect variabilitatea spaţială globală a suprafeţei

7. Analiza suprafeţelor Cotele punctelor unei suprafeţe sunt descrise de MDE Relieful acestei suprafeţe este determinat printr-o serie de funcţii topografice

Page 102: Sisteme Inf Geogr

101

7.1. Parametrii cei mai utilizaţi care rezultă din funcţiile topografice: - panta; - expoziţia; - vizibilitatea. 7.1.1. Panta sau gradientul Aceasta reprezintă denivelarea pe verticală raportată la distanţa pe orizontală - exprimată în procente sau în măsurări de unghiuri 7.1.2. Expoziţia Expoziţia este direcţia de expunere a unităţii de teren şi este exprimată prin unghiul format de linia de cea mai mare pantă a terenului cu direcţia nordului geografic. Se pot calcula în diverse moduri – funcţie de codificarea datelor din modelul digital de elevaţie. În modelele raster – calculele se fac cu ajutorul unei ferestre cu dimensiuni 3x3 pixeli care este trecută peste zona selectată pentru a determina planul înclinat care aproximează cel mai bine suprafaţa analizată � se det constantele ecuaţiei: z = a + bx + cy z – cota în punctul de interes x, y – coordonatele centrului ferestrei a, b, c – const Panta şi aspectul se pot calcula cu: panta = b2 + c2 aspectul = tg-1(c/b) În modelele vector – sunt calculează pe baza unor ec liniare ale căror parametri sunt valabili şi pentru reţeaua neregulată de triunghiuri TIN generată.

8. Analiza de vizibilitate - identificarea zonelor din teren care pot fi văzute dintr-un anumit punct al suprafeţei analizate. - se trasează câte o linie din punctul de observaţie spre diverse puncte ţintă ale terenului - se urmăresc aceste linii (raze) în sens invers, căutându-se punctele mai înalte care vor împiedica

vizibilitatea punctelor situate în spatele lor - analizând toate razele posibile – hartă de vizibilitate asociată unui anumit observator - metodă similară pentru modele raster şi vector – hartă de vizibilitate de tip Boolean (cu 2 valori

posibile pentru punctele studiate: vizibil sau invizibil) - prog SIG moderne – analize de vizualizare sofisticate în care să se ţină seama de existenţa unor

obstacole care să afecteze vizibilitatea şi de posibilitatea de a se situa la o anumită înălţime deasupra terenului.

9. Analiza de reţea O reţea este set de linii interconectate care reprezintă o serie de entităţi grafice prin care poate circula un flux de resurse. Caract liniilor care alcătuiesc reţeaua: - lungimea - direcţia - conectivitatea - tiparul. Reţele – bi dar şi tri dimensionale

Page 103: Sisteme Inf Geogr

102

Tipuri de reţele: 1. neorientate 2. orientate 3. neorientate cu bucle 4. orientate cu bucle

8.1. Principiile pe care se bazează operaţiile cu reţele: - reţelele trebuie să fie continue, conectate; - existenţa unor reguli de deplasare în interiorul reţelei; - definirea unităţilor de măsură utilizate; - acumularea valorilor atributelor datorită deplasării prin reţea; - existenţa unor reguli de manipulare a valorilor atributelor.

8.2. Aplicaţiile analizei reţelelor: - problema celui mai scurt drum (optimizarea deplasării resurselor dintr-un punct în altul) - problema comis-voiajorului (cercetare operaţională) - problema alocării resurselor - trasarea rutelor (fluxuri cu circulaţie unidirecţională) - trasarea izocronelor (linii care unesc puncte în care se ajunge în acelaşi timp).

Page 104: Sisteme Inf Geogr

103

CURS X

1. Programe dedicate SIG

1.1 ARC/INFO Este un program software SIG creat de ESRI – Environmetal System Research Institute – SUA. Este primul program dedicat SIG ieşit pe piaţă. În esenţă, - aşa după cum rezultă şi din denumire – baza de date a sistemului ARC/INFO este rezultatul combinării dintre baza grafică ARC cu cea de atribute INFO. Informaţia spaţială este redată în mod vector, iar entităţile geografice sunt reprezentate în plan prin coordonate x, y. El încorporează un Sistem de Gestiune a Bazelor de Date Relaţional (SGBDR) – respectiv un sistem de date atribut. Este scris în limbaj FORTRAN 77 şi C şi este independent de componentele hardware ale sistemului de exploatare. Specific sistemului ARC/INFO este codificarea datelor spaţiale într-o bază de date internă, din care acestea pot fi exportate spre alte baze de date. ARC/INFO este organizat sub forma unor module articulate în jurul modulului de bază, ca majoritatea programelor SIG.

Fig. 1. Organizarea modulară a sistemului PC ARC/INFO (după Haidu&Haidu, 1998) 1.1.1 Scurtă caracterizare a modulelor ARC/INFO 1. Modulul ARC. Reprezintă modului de bază (sau starter). Are capacitate de import-export a

fişierelor compatibile, conţine funcţiile de bază privind digitizarea şi editarea datelor şi este dotat cu funcţii topologice. Modulul ARC gestionează baza de date relaţională (dBASE,

ARC

ARCEDIT

CONVERSION

ADS, TABLES, dBASE, SML

OVERLAY

NETWORK

ARCPLOT

TIN; COGO

− SGBD− digitizare+editare− programare şi editare de meniuri

− editare şi actualizare interactivă a entităţilorspaţiale şablon de proiectare descriptive

− editare şi valorificare hărţi (Arcedit şi Arcplotsunt primele două module care permitvizualizarea datelor spaţiale)

− adaptarea formatului şi transferul datelor

− facilităţi de analiză spaţială

− analiză de reţele

− analiza modelului digital de elevaţie (MDE),aplicaţii geometrice

Page 105: Sisteme Inf Geogr

104

TABLE). Înregistrarea de bază este numită acoperire (coveraj) şi este alcătuită din: arce (sau linii), noduri, puncte de etichete (label points), poligoane, puncte de îmbinare (tics), spaţii de acoperire (coveraje extent). Submodulul ADS (Arc Digitizing System) asigură capacităţile de digitizare şi editare a noilor acoperiri. Funcţiile CLEAN şi BUILD creează tabele de atribute care stochează datele tematice despre caracteristicile coverajelor.

2. ARCEDIT. Editează hărţi în mod conversaţional şi prezintă posibilităţi de modificare a atributelor.

3. ARCPLOT. Reprezintă modulul de realizare, interogare, afişare şi redare a hărţilor. 4. OVERLAY. Este un modul care prezintă posibilităţi de analiză spaţială. 5. CONVERSION. Este modulul care asigură modificarea formatului datelor care diferă de

coverajele ARC/INFO pentru a permite transferul informaţiei în ambele sensuri. 6. NETWORK. Este un modul construit ca un subsistem propus care oferă posibilităţi de

analiză a reţelelor din baza de date proprii derivate din caracteristicile coverajelor ARC/INFO.

7. TIN (Triangular Irregular Network). Conţine funcţii de elaborare şi analizare a Modelelor Digitale de Elevaţie.

8. COGO. Este un subsistem care lucrează în coordonate geometrice având aplicaţii în domeniul construcţiilor şi amenajării teritoriului.

ARC/INFO este un sistem cu un mare număr de comenzi (cca. 2000)., fapt ce îl face dificil de manipulat fără o pregătire corespunzătoare îndelungată. Există însă şi posibilitatea de a crea meniuri şi comenzi macro datorită unui limbaj propriu de programare (SML – Simple Macro Language). ARC/INFO este unul dintre cele mai utilizate softuri SIG din lume. În România, el este larg folosit în domeniul inventarierii şi managementului resurselor naturale, elaborarea de diferite tipuri de hărţi, proiecte de dezvoltare rurală şi urbană, etc.

1.2 IDRISI Este un pachet de programe SIG elaborat de Clark University, Graduate School of Geography – IDRISI Project, 950 Main Street, SUA), lucrează în mod raster şi este dotat cu anumite funcţii de procesare a imaginilor prelevate prin procedee de teledetecţie. Acest pachet de program este scris în Borland Pascal şi Visual Basic şi funcţionează pe diferite sisteme. Conţine anumite proceduri care permit importarea şi vizualizarea datelor cu structură vector. Scopul în care a fost creat este unul didactic, fiind susţinut şi de alte resurse: United Nations Institute for Training and Research (UNITAR), United Nations Environment Programme Global Resource Information Database (UNEP/GRID), United States Agency for International Development (USAID). Caracteristicile tematice din baza de date geografice sunt conţinute de fişiere imagini, fişiere atribut în format pseudorelaţional, compatibil cu SGBD: dBASE, FOXPRO sau Microsoft ACCESS. Deoarece operează în mod raster, spaţiul geografic este discretizat sub formă de celule rectangulare. Fiecare celulă sau pixel este referenţiată printr-o intersecţie de linie şi coloană. Ea conţine o valoare care exprimă o magnitudine numerică sau alfanumerică. Fiecare strat reprezintă varianta spaţială a unui singur fenomen. Cea mai remarcabilă calitate a lui IDRISI este diversitatea analizelor spaţiale pe care le poate realiza, iar limitările sale ţin de domeniul gestiunii datelor atribut şi al restituţiei cartografice a rezultatelor. Are o structură modulară, de tipul următor:

Page 106: Sisteme Inf Geogr

105

Fig. 2. Schema de organizare a IDRISI. Majoritatea acestor module conţin la rândul alte submodule: Modulul Central: cel de Gestiune a sistemului, cel de Introducere a datelor, de Vizualizare, de Gestiune şi Reformatare a fişierelor. Modulul de Analiză Spaţială: Interogarea bazei de date, Algebra cartografică, Operaţii spaţiale. Modulul de procesare a imaginilor: Corecţii radiometrice şi geometrice ale imaginilor, Intensificarea sau filtrarea imaginilor, Clasificarea imaginilor, Transformarea imaginilor. Modulul de Analiză Statistică Cartografică care este specializat în următoarele funcţii: Statistică descriptivă, Analiza de regresie, Elemente de Geostatistică, Elemente de Analiza Seriilor de Timp/Imagini, etc. Modulul perifericelor cu submodule consacrate operaţiilor de import/export de fişiere şi transformărilor diferitelor formate de fişiere.

1.3 GRASS GRASS (sau Geographic Resources Analysis Support System) a fost creat de Laboratorul Armatei de Cercetări în Ingineria Construcţiilor din Illinois, SUA. Este un SIG în mod raster capabil de a gestiona şi analiza date spaţiale, este scris în limbaj C şi funcţionează sub sistemul de operare UNIX. Are posibilitatea de a interfaţa cu alte programe din domeniul public: XGEN – limbaj pentru generarea interfeţelor şi a propriilor comenzi; BMPPlus – limbaj pentru manipularea imaginilor; RIM – sistem de gestiune a bazelor de date de tip pseudo-relaţional. Una din calităţile GRASS este cea de a fi distribuit gratis pe Internet, şi de a putea fi îmbunătăţit şi completat cu ajutorul utilizatorilor. O altă calitate este capacitatea de a opera, vizualiza, şi chiar de a efectua unele mici operaţii, şi cu date de tip vector, deşi este construit pe o structură raster. Modulul vector permite digitizarea şi importul stratelor compatibile. GRASS posedă de

Modulul Perifericelor

Modulul Perifericelor

Modulul Central

Modulul

de Procesare

a Imaginilor

Modulul de Analiză

Statistică Cartografică

Modulul de

Analiza

Spaţială

Page 107: Sisteme Inf Geogr

106

asemenea şi un al treilea mod de reprezentare a datelor, modul poziţional, care constă în înregistrarea unei succesiuni de puncte referenţiate prin coordonate est/nord la care se asociază descrierea. Programul este organizat în meniuri de comenzi, divizate la rândul lor în submeniuri. Litera subliniată apelează meniul din care se selectează comanda potrivită. Principalele comenzi sunt: ManaGement, care cuprinde comenzile de gestiune generală a fişierelor, datelor şi stratelor: deplasarea în interiorul programului, accesul la asistenţă, funcţii clasice (listare, copiere, ştergere, redenumire, etc.). Display care se referă la comenzile de vizualizare, editare, afişare şi imprimare grafică a unei hărţi. Raster se referă la toate comenzile consacrate procesării imaginilor şi imaginilor tridimensionale (analize de proximitate, filtrarea datelor, funcţii booleene, analize de teren, operaţii spaţiale de vecinătate). Programul este completat în continuare cu aplicaţii specifice. Vector grupează toate comenzile care operează cu fişierele de date care au structură vector. Imagery permite accesarea aerofotogramelor şi a imaginilor satelitare: extragerea datelor de pe benzile electromagnetice, introducerea datelor în baza de date, clasificarea pixelilor şi a entităţilor de pe imagini, rectificarea coordonatelor şi a sistemelor de proiecţie, corectarea şi ameliorarea calităţii imaginilor. Paint/Print grupează comenzile care se referă la imprimare. Fig. 3 Schema de organizare a spaţiului de lucru în GRASS GRASS funcţionează cu un sistem de fişiere şi nu are un SGBD propriu, dar poate fi cuplat cu un SGBD de tip pseudo-relaţional, de exemplu, RIM. Baza de date GRASS este organizată ierarhic, similar modului de organizare a directoarelor şi fişierelor sub UNIX. La cel mai înalt nivel se află directorul GISDBASE, care trebuie specificat la intrarea în program. Subdirectorii reprezintă câte o bază de date independentă şi sunt denumiţi locations. Toate hărţile şi stratele care reprezintă acelaşi teritoriu sunt stocate în aceeaşi locaţie, şi fiecare set se numeşte mapset, iar utilizatorul nu poate lucra decât într-o singură locaţie. Mai departe, fiecare mapset este alcătuit din mai mulţi subdirectori: hist – care conţine fişierele care descriu istoricul hărţii raster; cellhd – care conţine fişierele de informaţii care privesc regiunea analizată, cell – care conţine fişiere raster în format binar, cats – care conţine etichete care ajută la identificare, colr – care conţine fişierele cu tabela de culori şi dig – care conţine fişiere în format binar. GRASS permite elaborarea şi a altor fişiere necesare în funcţie de specificul aplicaţiei.

1.4 SPANS SPANS este un sistem de analiză spaţială (SPatial ANalysis System) creat de TYDAC Research Inc., Canada. Este un sistem modular şi flexibil cu o arhitectură care permite proiectarea aplicaţiilor în funcţie de specificul cerinţelor şi a datelor de intrare. Structura sa este constituită

mapset A mapset B

hist cellhd cats colr dig cell

Location

Page 108: Sisteme Inf Geogr

107

din 6 module: EXPLORER, TOPOGRAPHER, PROSPECTOR, PIONEER, AUTHOR, OBSERVER. Fig. 4 Schema de organizare a SPANS Modulul SPANS EXPLORER, care constituie baza pachetului, este un sistem hibrid raster/vector/quadtree şi poate funcţiona independent de celelalte module. El include funcţiile de bază ale analizei spaţiale: crearea arealului de studiu, editarea şi crearea datelor, import/export/transformări de date, funcţii de afişare, procedee de interogare şi cartare avansate, facilitărţi de analiză, modelare şi programare în limbaj EASI+, vizualizare şi afişare. Datele grafice se introduc în mod diferit în funcţie de tipul lor. Cele de tip vector se pot introduce prin digitizare pe tabletă sau direct de pe ecran (de pe o hartă scanată). Datele de tip raster se obţin prin scanarea imaginilor sau prin teledetecţie. Datele de tip quadtree sunt specifice pachetului SPANS şi au avantaje notabile care le fac cele mai potrivite pentru analiza spaţială. Datele de tip atribut pot fi introduse direct de la tastatură în baza de date (DBMS – SPANS sau ACCESS). De asemenea, modulul SPANS EXPLORER importă şi exportă date în format vector (ARC/INFO – ArcExport, AutoCAD - .dxf, MapInfo, GINA, TIGER, DLG3O, ETAK, SIF, DIME, IFF; CCOGIF, NTF, MOEP/DMDF), raster (TIF, PIX, BMP, IMG, ASC) şi date atribut (dBASE, LOTUS, ACCESS, ASCII). Analiza spaţială a datelor se realizează cu ajutorul unui set puternic de operaţii analitice, care permit diverse tipuri de overlay pentru a crea noi strate de date, realizează analize de vecinătate (creând zone tampon – buffers), creează noi straturi din subseturile de date existente (prin selecţie interactivă), creează poligoane Voronoi (Thiessen) pentru interpolare, spaţializarea informaţiei şi definirea arealelor. Modulul EXPLORER este un mediu de modelare excelent: realizează modele multicriteriale cu până la 19 straturi quadtree; creează noi date şi evidenţiază informaţia nouă prin construirea de ecuaţii cu operatori matematici, logici şi relaţionali. TOPOGRAPHER adaugă noi funcţiuni modului EXPLORER pentru a explora şi exploata informaţiile care survin prin utilizarea celei de a treia dimensiuni (z – valoarea). Acest modul

Author

Author

SPANS EXPLORER

Topographer

Prospector

Pioneer

Page 109: Sisteme Inf Geogr

108

conţine analize de vizibilitate, un viewer 3D, algoritmi de interpolare şi spaţializare a informaţiei, filtre de influenţare a variabilităţii datelor. TOPOGRAPHER utilizează date de tip punct sau raster (aerofotograme, imagini satelitare, imagini radar, imagini sau hărţi scanate, hărţi tematice rezultate în urma altor tipuri de analize), date care sunt prelucrate prin intermediul unor funcţii. Contur este utilizat pentru analize de teren tridimensional şi pentru generarea modelelor de elevaţie, MDE, în scopul de a obţine automat harta pantelor, expoziţia versanţilor, unghiul de incidenţă a radiaţiei solare, etc. Filtru de convoluţie (Laplacian sau Gaussian) este folosit pentru a intensifica valori specifice în scopul îmbunătăţirii analizei şi interpretării datelor. Filtru statistic permite accentuarea sau reducerea variabilităţii datelor (eliminarea zgomotului) folosind operatori pentru determinarea Minimului, Maximului, Amplitudinii, Mediei, Medianei, Modei, Varianţei. Filtru de complexitate este utilizat pentru a intensifica informaţia privind textura suprafeţei unei variabile regionalizate. Operaţiile specifice determină Entropia, Diversitatea şi Limitele stratelor. Modulul TOPOGRAPHER realizează, de asemenea, analize de vecinătate, analize de vizibilitate, afişarea şi combinarea în perspectiva tridimensională a imaginilor raster. PROSPECTOR este un modul care adaugă şi el la rândul său noi funcţiuni modului central, pentru a maximiza informaţia oferită de datele de tip punct, care sunt transformate în suprafeţe continue. Acestea sunt straturi analitice care descriu peisaje fizice sau socio-economice. Modulul conţine procedee de agregare punctuală, analize de densitate, modelare gravitaţională, kriging, generarea punctelor aleatoare şi tehnici de trasare a izoliniilor. În continuare se prezintă funcţiile specifice de modelare: Modelarea gravitaţională converteşte strate punctuale într-o succesiune de areale de influenţă ale fenomenului analizat şi construieşte suprafeţe având diverse probabilităţi de atracţie gravitaţională în funcţie de atributele datelor punctuale. Este o funcţie larg utilizată în administrarea publică, protecţia mediului şi în domeniul comercial. Agregarea punctuală transformă strate punctuale în suprafeţe tematice, fiind însoţită de 13 funcţii statistice (medii ponderate, amplitudine, varianţa, abaterea standard, coeficient de variaţie, eroarea standard, etc.). Alte trei funcţii specifice sunt crearea de hărţi potenţiale pentru un anumit indice statistic al datelor punctuale, de hărţi ale densităţii pentru variabilele regionalizate pe baza stratelor punctuale, de hărţi cu izolinii pornind de la strate punctuale, pe baza unor procedee de traingulaţie şi interpolare. Modulul PIONEER este consacrat analizelor spaţiale avansate, fiind specializat pentru analize topologice, agragare de strate pe baza condiţiei unice, detectarea schimbărilor şi pentru utilizarea funcţiilor matematice în modelarea spaţială. Funcţiile sale specifice sunt: identificarea modificărilor survenite în timp în conţinutul unor variabile regionalizate; modelarea topologică; combinarea unică a claselor rezultate prin realizarea de suprapuneri; agregarea datelor de tip atribut şi a straturilor quadtree. Modulul permite editarea de ecuaţii şi funcţii noi care sunt necesare utilizatorului, pentru modelarea şi analiza datelor punctuale, a atributelor şi a stratelor quadtree. Modulul AUTHOR este o intefaţă grafică a utilizatorului care permite perfectarea unor algoritmi şi modele de aplicaţii pentru necesităţi specifice. Algoritmii aplicaţiilor şi noile proceduri se creează cu limbajul EASI+.

Page 110: Sisteme Inf Geogr

109

Modulul OBSERVER este viewer-ul pachetului SPANS, care este utilizat pentru afişarea şi interogarea hărţilor digitale, a imaginilor, a atributelor fiecărui strat care intră în componenţa unei hărţi. Acest modul permite doar extragerea informaţiilor, nu şi actualizarea datelor.

2. Tendinţe actuale în dezvoltarea pachetelor de programe destinate SIG

2.1 Sisteme “fără straturi” În mod tradiţional, SIG stochează datele grafice în straturi georeferenţiate care corespund diverselor hărţi tematice. Unele firme încearcă să promoveze ideea de Sisteme Informatice Geografice “fără straturi”, care ar fi mai avantajoase pentru că lucrează cu o bază de date organizată în mod unitar şi pentru că simplifică procedurile de interogare şi vizualizare a datelor. Problema de principiu care se pune este dacă structura internă selectată a datelor într-un astfel de sistem face sau nu apel la utilizarea straturilor, deoarece un rezultat similar se poate obţine plecând de la un SIG vectorial clasic, modificând modul de interogare a bazei de date astfel încât să “ascundă” aparent structura internă, în straturi, a acesteia.

2.2 Sisteme cu “straturi virtuale” O tendinţă nouă, apărută pentru prima dată într-un sistem de prelucrare a imaginilor de teledetecţie (ER Mapper) care include şi o funcţionalitate restrânsă de tip SIG, este cea a utilizării “straturilor virtuale”. Acestea sunt straturi tematice care nu sunt stocate în mod efectiv de către sistem, ci sunt descrise printr-un algoritm pe baza căruia pot fi obţinute din straturile existente. În momentul utilizării straturilor virtuale, acestea sunt generate pe loc, pe baza algoritmului asociat. Astfel se economiseşte în mod substanţial spaţiul disponibil pe dispozitivul de stocare a datelor. Desigur că o astfel de abordare poate fi utilizată cu succes pe platforme hardware cu viteze de procesare foarte mari.

2.3 Sisteme modulare O altă caracteristică după care pot fi diferenţiate sistemele se referă la organizarea modulelor funcţionale. Din acest punct de vedere se pot distinge 2 categorii: sisteme integrate şi sisteme modulare. Sistemele integrate se caracterizează prin existenţa unui produs complex, unic, care asigură întreaga funcţionalitate a unui SIG, utilizabil în diverse domenii (de exemplu, sistemul TNTmips al firmei MicroImages). Sistemele modulare sunt compuse din pachete de programe, care au funcţionare independentă şi utilizare specifică, dar cu o bază de date comună. În acest caz, utilizatorul îşi poate procura unul sau mai multe module, în funcţie de necesităţi. Această structură a fost adaptată mai mult din considerente comerciale, pentru a oferi fiecărui utilizator un sistem adaptat necesităţilor şi disponibilităţilor sale financiare, cu posibilităţi de extindere şi completare cu noi module, pe măsură ce acestea devin necesare. Acest tip de abordare facilitează şi producerea programelor respective, întrucât proiectarea şi realizarea lor pot fi încredinţate unor echipe distincte care lucrează simultan. Se scurtează astfel timpul de elaborare, ceea ce este foarte important în etapa actuală, etapă caracterizată printr-o concurenţă acerbă între producători şi prin lansarea pe piaţă de noi produse într-un ritm accelerat. Datorită acestui mod specific de realizare a sistemelor, pot apărea şi unele dezavantaje, cum ar fi o interfaţă cu utilizatori diferită de la modul la modul, ce creează dificultăţi în exploatare. Structura modulară este adecvată pentru aplicaţii cu scop restrâns şi bine definit, când e posibilă determinarea modulelor necesare şi suficiente. În cazul unor aplicaţii complexe, cum ar fi cele de cercetare ştiinţifică, sunt greu de precizat iniţial toate tipurile de prelucrare necesare. De aceea, par mai avantajoase, în astfel de cazuri, sistemele integrate care oferă funcţionalitate complexă.

Page 111: Sisteme Inf Geogr

110

Deoarece aplicaţiile SIG au fost mai ales de ordin practic, în domenii restrânse, până în prezent, majoritatea sistemelor de dezvoltare şi comercializare se bazează pe o structură modulară (de exemplu, ARC/INFO, CARIS, etc.). Pe de altă parte, această structură a rezultat din însăşi evoluţia sistemelor SIG care provin din dezvoltări şi integrări ale unor sisteme distincte, cum ar fi SGBD şi sisteme CAD, etc. De asemenea, pe măsura apariţiei necesităţii de încorporare a unor noi funcţionalităţi, unii producători au preferat realizarea unor module complementare în loc de a reconstrui întregul sistem. O altă tendinţă recentă este cea de a oferi, pe lângă pachetul complet de programe care asigură funcţionalitatea completă SIG, a unor module cu funcţionalitate redusă, care permit numai interogarea bazei de date, vizualizarea rezultatelor şi generarea de rapoarte. Această tendinţă este un rezultat al faptului că un pachet complet de programe SIG necesită, pentru a rula în condiţii mulţumitoare, componente hardware deosebit de puternice şi deci costisitoare. În plus, este necesară o perioadă relativ lungă de formare a personalului în vederea utilizării sistemului. Soluţia utilizării terminalelor grafice conectate la un calculator puternic rezolvă problema accesului unui număr mare de utilizatori, însă aceştia sunt puşi în situaţia de a lucra într-un mediu nefamiliar (terminale X-Windows, calculatoare gazdă rulând sub Unix), cu un sisteme sofisticat din care nu au reală nevoie decât de un număr redus de funcţiuni. A apărut astfel necesitatea realizării de module soft complementare, care să ruleze pe o platformă hardware ieftină şi să ofere posibilităţi de a consulta informaţia din SIG prin intermediul unei interfeţe utilizator simple şi intuitive. Un astfel de exemplu este pachetul ArcView, complementar pachetului ARC/INFO. Deşi există şi o versiune ARC/INFO pe calculatoare PC, limitări funcţionale severe îi reduc drastic aria de utilizare. De aceea, cei care cumpără ARC/INFO ca fundament al SIG, îl achiziţionează cu echipamente din categoria staţiilor de lucru grafice cu sisteme de operare de tip Unix. Dar preţurile ridicate ale hardware şi ale licenţei ARC/INFO limitează numărul de posturi de lucru realizabile astfel. Extinderea numărului de utilizatori se poate face prin intermediul pachetului ArcView, care este destinat platformelor PC DOS/Windows, cu cheltuieli extrem de reduse (prima versiune a pachetului este pusă gratuit la dispoziţia utilizatorilor). Un exemplu de utilizare în practică a unei astfel de arhitecturi este FEMIS (Federal Emergency Management Information System) din SUA. FEMIS este destinat asistării procesului decizional în situaţii de urgenţă şi integrează funcţii de planificare, coordonare, acţiune şi similare. Este compus din următoarele: interfaţă cu utilizatorul, SGBD relaţional, sistem de comunicaţii electronice, generator de rapoarte, sistem de gestiune a proiectului, Sistem Informatic Geografic, module speciale de modelare şi analiză a catastrofelor şi evacuare a populaţiei. SGBD-ul şi modulul de planificare a evacuării populaţiei rulează pe staţii de lucru Unix, iar celelalte componente pe calculatoare PC conectate la reţea. Tot pe staţiile de lucru este instalat şi ARC/INFO, care e utilizat pentru introducerea, stocarea şi procesarea informaţie spaţiale. ArcView 2.1 este utilizat pe calculatoare PC în vederea consultării informaţie în cadrul SIG.

2.4 Sisteme “orientate obiect” Acest termen asociat cu SIG şi-a pierdut semnificaţia datorită producătorilor de software care l-au utilizat abuziv pentru a-şi promova produsele. Deoarece este imposibil să definim concret ce înseamnă un SIG “orientat obiect”, vom pune în evidenţă câteva aspecte care ar putea clarifica utilizarea acestui termen. 2.4.1 Sisteme care utilizează “obiecte” pentru reprezentarea datelor (geo)grafice – object-based systems. Majoritatea sistemelor, în special cele provenite din sisteme CAD, organizează baza de date grafică în straturi sau hărţi tematice. Pot exista seturi de astfel de straturi care descriu suprafeţe care nu sunt adiacente. Într-un astfel de sistem, un obiect care s-ar continua dincolo de limitele

Page 112: Sisteme Inf Geogr

111

unui set, ar fi “trunchiat” la porţiunea din interiorul zonei acoperite de setul respectiv, şi ca urmare stocat prin intermediul mai multor obiecte geometrice. Prin contrast, un sistem bazat pe obiecte în reprezentarea informaţiei grafice ar avea ca unitate fundamentală de stocare a datelor un “obiect geografic”. Într-un astfel de sistem, elementele grafice de tip linie sau suprafaţă nu ar mai necesita să fie decupate la întâlnirea unei limite artificial impuse. Sunt prezentate în literatură o serie de avantaje pe care le-ar avea o astfel de abordare: rezolvarea problemelor potenţiale de integritate a datelor, ce ar putea rezulta din actualizarea parţială a unui obiect numai într-unul din seturile de date; simplificarea algoritmilor de interogare, care operează astfel asupra unei baze de date unice şi nu asupra unui mozaic de seturi de date. Pentru a compara cele 2 abordări, vor fi prezentate situaţiile practice în care se recurge la o împărţire a datelor în seturi ce descriu suprafeţe de teren neadiacente: • Seturile de date corespund unor proiecte diferite • Zonele de interes din acelaşi proiect sau sistem sunt situate la distanţe mari, iar stocarea de

informaţii pentru o suprafaţă acoperitoare, care să cuprindă toate aceste zone, este inutilă • Lipsa de date pentru o parte din suprafaţa studiată Este evident că în prima situaţie, nu este nici o deosebire practică între cele două abordări. În ultimele 2 situaţii, rezolvarea în cadrul abordării clasice este utilizarea câte unui set de date distinct pentru fiecare zonă de interes, suprafaţa dintre acestea (pentru care nu există interes sau lipsesc date) nefiind acoperită. Diversele prelucrări de date pot fi efectuate asupra unuia sau mai multor seturi de date, fiind posibilă şi vizualizarea datelor numai dintr-un set sau dintr-o combinaţie a acestora. În situaţia în care apar inconsecvenţe în utilizarea atributelor alfanumerice, s-ar putea creea probleme la prelucrarea simultană a datelor din mai multe seturi. Rezolvarea este însă simplă şi se referă la utilizarea unui set standard de atribute în toate seturile de date. Desigur că în cazul utilizării “obiectelor” ca unitate fundamentală de stocare, această problemă dispare. În această situaţie, orice operaţie nu poate fi executată decât asupra întregului “obiect”, chiar dacă acesta este reprezentat prin elemente grafice disjuncte. Dar poate exista o problemă datorită utilizării, din eroare, a unor “obiecte” diferite pentru elemente grafice ce ar trebui în realitate să compună un singur obiect (de exemplu, un obiect numit Mureş şi un altul R. Mureş obţinute prin digitizarea succesivă a unor porţiuni diferite ale cursului râului). Efectele sunt similare celor rezultate din utilizarea inconsecventă a atributelor în cadrul sisteme clasice. Utilizarea “obiectelor” ca elemente fundamentale de stocare a datelor este adecvată numai în cazul în care se recurge la formatul vectorial pentru reprezentarea informaţiei grafice. În această situaţie este posibil ca, în cadrul unui sistem clasic, să se utilizeze un singur set de date care să descrie o suprafaţă acoperitoare pentru toate zonele de interes, fără o creştere inutilă a volumului de date faţă de situaţia partiţionării acestora după zone geografice. Mai mult, chiar în cazul unui sistem clasic, interfaţa cu utilizatori şi subsistemul de interogare a datelor pot fi astfel proiectate încât să ascundă modul real de lucru. În concluzie, avantajele utilizării “obiectelor” pentru reprezentarea datelor, deşi schimbă dramatic structura acestora, nu prezintă pentru utilizator un avantaj evident dincolo de modul în care acesta percepe conceptele cu care operează sistemul. 2.4.2 Sisteme centrate pe “obiecte” Termenul a fost introdus în 1992 de Richard Newell, împreună cu cel de “sisteme centrate pe geometrie”. După Newell, sistemele centrate pe geometrie (adică cele vectoriale clasice) utilizează o reprezentare a obiectelor din lumea reală prin intermediul unor elemente geometrice de bază (punctul, linia şi suprafaţa poligonală) care ar realiza şi o clasificare primară a lor. Fiecare din aceste elemente sunt subîmpărţite în clase, prin intermediul atributelor alfanumerice, pentru a

Page 113: Sisteme Inf Geogr

112

putea şti ce reprezintă (şosele, râuri, conducte, etc.) şi ce alte caracteristici au (lăţime, debit, diametru, etc.). Sistemele centrate pe obiecte ar utiliza o clasificare primară bazată pe tipul de obiect reale reprezentate (de exemplu, şcoli, şosele). Astfel de obiecte pot avea atribute multiple, care pot fi atât alfanumerice cât şi geometrice. Noutatea acestei abordări constă în faptul că informaţia grafică este privită şi ea, la fel ca şi cea alfanumerică, ca un atribut al unui “obiect” virtual descris de sistem. Menţinerea unui set de reprezentări grafice diferite ale aceluiaşi obiect geografic este posibilă şi în cadrul sistemelor clasice. În exemplul anterior, pot exista straturi diferite, reprezentând aceeaşi şosea, prin linia mediană sau prin conturul său, sau la scări diferite de generalizare. Aşa cum se observă, termenul de “obiect” este utilizat pentru a descrie modelul utilizat pentru asocierea datelor grafice şi alfanumerice în cadrul sistemului. Utilizarea unui astfel de model nu implică şi existenţa unor avantaje clare (viteză sporită de prelucrare, reducerea volumului datelor) ci numai o structurare internă diferită a datelor. 2.4.3 Interfaţă cu utilizatorul orientată obiect Producătorii de programe tind să abuzeze de acest termen, utilizându-l pentru a descrie orice interfaţă cu utilizatori ce utilizează ferestre, pictograme, etc. O interfaţă “orientată obiect” ar trebui să opereze astfel încât să-i creeze utilizatorului senzaţia lucrului cu “obiecte” echivalente ale celor din realitate, pe care le poate crea, modifica, multiplica, înzestra cu proprietăţi, etc. Este posibilă realizarea unui sistem dotat cu o astfel de interfaţă indiferent de modul real de stocare şi prelucrare a datelor. Avantajul unei astfel de interfeţe este evident: scurtarea timpului în care un nou utilizator reuşeşte să stăpânească sistemul. 2.4.4 Utilizarea programării orientate obiect Programarea orientată obiect este sursa care a generat avalanşa de discuţii pe marginea oportunităţii abordării unor tehnici similare şi în alte domenii. Utilizarea sau nu de către realizatorul sistemului a unor tehnici de programe orientate obiect în vederea producerii acestuia nu ar trebui să aibă prea multă importanţă pentru utilizatorul final. Implicaţia majoră este pur financiară – utilizarea OOP reuşeşte să faciliteze munca programatorului, grăbeşte realizarea programelor şi micşorează preţul faţă de tehnicile clasice de inginerie software. Mult mai important este limbajul de programare intern al SIG, destinat a fi folosit pentru automatizarea unor serii de prelucrări de rutină şi pentru implementarea de noi funcţii care nu au fost prevăzute iniţial în sistem. Acest limbaj intern are implicaţiile cele mai mari pentru utilizator, şi la el trebuie făcute referirile atunci când se discută despre o eventuală “orientare obiect” a programării în cadrul SIG. 2.4.5 Baze de date orientate obiect Criteriile după care unei baze de date i se poate ataşa sau nu calificativul de “orientată obiect” nu sunt foarte clare. Se poate spune că o bază de date orientată obiect este un sistem ce asigură stocarea pe termen lung a obiectelor dintr-un mediu de programare orientat obiect, astfel încât acestea continuă să existe şi după oprirea execuţiei programului (pentru a putea fi privit ca SGBD complet, un astfel de sistem ar trebui să asigure şi alte funcţionalităţi, cum ar fi: acces concurent la date; asigurarea integrităţii şi securităţii împotriva accesului neautorizat; salvarea şi refacerea bazei de date, etc.). Din punct de vedere al programării, accesul la obiectul din sistem trebuie să se facă în mod identic, indiferent de durata de viaţă a acestora. Avantajele unei astfel de baze de date ar fi aceleaşi ca cele de la utilizarea OOP, dar nu există un consens în privinţa oportunităţii utilizării ei. În timp ce bazele de date orientate ierarhice sau relaţionale se sprijină pe un fundament teoretic bine dezvoltat şi există o lungă experienţă în utilizarea lor precum şi limbaje adecvate standardizate (SQL), în cazul bazelor de date orientat obiect, încă nu există o teorie formală solidă a lor, şi există încă probleme în ceea ce priveşte

Page 114: Sisteme Inf Geogr

113

dezvoltarea unui limbaj de interogare adecvat care să devină standard. Ca urmare, există un curent de opinie potrivit căruia ar fi mai indicată o dezvoltare a SGBD relaţionale existente astfel încât să devină compatibile cu o abordare OO şi să poată fi astfel accesate şi utilizate prin intermediul unui mediu de programare orientat obiect. Pe de altă parte, există eforturi susţinute pentru dezvoltarea unui cadru comun de dezvoltare a bazelor de date orientate obiect. Ca o concluzie finală, se poate spune că utilizarea diferitelor tehnici “orientate obiect” în cadrul SIG au implicaţii în special pentru personalul implicat în realizarea aplicaţiilor (care de regulă aparţine furnizorului sistemului) şi mai puţin pentru utilizatorul final, cu excepţia limbajului intern al sistemului. Dacă acesta permite programarea orientată obiect, atunci în dezvoltarea aplicaţiilor care îl utilizează se beneficiază de toate avantajele ce decurg din utilizarea OO în ingineria software. Un exemplu concludent este cel dat de firma Smallworld, care a trecut la utilizarea exclusivă a unui limbaj de programe orientat obiect (Smalltalk) în dezvoltare unui sistem de tip SIG. Rezultatul final este un SIG vectorial, din categoria AM/FM, care nu diferă esenţial, din punct de vedere al funcţionalităţii, de sistemele clasice. SGBD-ul utilizat este de tip relaţional (Oracle, DB2, Ingres sau Sybase). Singur diferenţă notabilă este prezenţa unui limbaj intern orientată obiect destinat prelucrării informaţiilor spaţiale. Denumit “Smallword Magik”, permite şi tehnici de programare procedurale. Situaţia poate fi explicată făcând observaţia că o “orientare obiect” a sistemului poate fi realizată în special în cazul recurgerii la reprezentare vectorială a informaţiei grafice. Utilizatorii tradiţionali de sisteme vectoriale au cerinţe specifice foarte bine conturate (de exemplu, integrarea perfectă a SIG cu sistemul informaţional deja existent, bazat pe utilizarea unui SGBD relaţional) care impun producerea de soft de tip SIG recurgerea la modele clasice de reprezentare a datelor, fără a lăsa prea mult loc inovaţiilor în acest domeniu.

2.5 Limbaje pentru prelucrarea informaţiei spaţiale în cadrul SIG Sistemele evoluate includ în mod obişnuit un limbaj intern special elaborat pentru prelucrarea informaţie grafice, dar nu există încă un limbaj standard utilizat de toate sistemele care provin de la producători diferiţi. Singura încercare de a elabora un astfel de limbaj, independent de sistem, se referă la datele stocate în format raster şi este limbajul “Map Algebra” dezvoltat de Dana Tomlin (Yale). Lucrarea sa este distribuită împreună cu un pachet de programe – MapBox Explorer, care este o implementare de tip SIG bazată pe utilizarea limbajului Map Algebra.

2.6 Produse software actuale destinate SIG Datorită volumului foarte mare de date cu care operează, precum şi datorită complexităţii lor, produsele software destinate SIG au fost dezvoltate pentru platformele hardware cele mai performante disponibile la momentul respectiv. La început au fost utilizate sisteme mainframe, apoi s-a trecut la dezvoltarea SIG pentru staţiile de lucru grafice ce utilizează variante ale sistemului de operare Unix, sau pentru calculatoarele personale ce operează în Windows.

Numele Producător SO suportate Tip Observaţii ARC/INFO ESRI Unix, VMS vector AtlasGis Strategic

Mapping Inc. Win 3.1, DOS, Mac

vector

Caris Universal Systems Ltd.

Unix, Win 3.1 vector, raster

EPPL7 Minessota State Planning Agency

DOS raster

GenaMap Genasys Unix vector

Page 115: Sisteme Inf Geogr

114

Geo-Eas Environmetal Protection Agency

Unix, DOS vector în anal. statistice, versiunea DOS e gratuită

GRASS US Army Corps of Engineers

Unix vector, raster Gratuit

IDRISI Clark University

Win 3.1, DOS raster

InfoCad Digital Matrix Services Inc.

Unix, WinNT vector

Intergraph MGE

Intergraph Inc. Unix, Win95, WinNT

vector

Laser-Scan Laser-Scan Inc. Unix, VMS vector MacGIS Universitatea

din Oregon Mac raster bazat pe utiliz.

limbajului “Map Algebra”

MapBox Decision Images Inc.

Unix, DOS raster idem

MapInfo MapInfo Inc. Unix, Win3.2, Mac

vector

MOSS Bureau of Land Management

Unix, DOS vector Gratuit

PAMAP PAMAP Technologies Corp.

DOS vector

pMAP Spatial Information Systems Inc.

DOS raster

PC ARC/INFO ESRI Win3.1 vector SiCAD Siemens

Nixdorf Informaţie Systems

Unix, WinNT vector

Smallword GIS Smallword Systems

Unix, WinNT vector Limbaj intern de programe OO

SPANS Tydac Technologies

Unix, WinNT, Win3.1, OS/2

vector, raster

TntMIPS MicroImages Inc.

Unix, WinNT, Win95, Win3.1

vector, raster

WinGIS PROGIS WHH Corp.

Win3.1, WinNT

vector

Page 116: Sisteme Inf Geogr

115

CURS XI

APLICAŢII ALE SISTEMELOR INFORMATICE GEOGRAFICE

1. Ariile de aplicare ale Sistemelor Informatice Geografice Aria de aplicare a Sistemelor Informatice Geografice este foarte mare: de la gestiunea resurselor naturale la administraţie şi planificare urbană. Totuşi, Sistemele Informatice Geografice nu constituie soluţii universale la toate problemele. În general, eficienţa practică a unui SIG descreşte odată cu creşterea ariei de cuprindere (a volumului de date manevrat) pentru simplul motiv că în acelaşi timp cresc exponenţial şi riscurile de necorelare dintre datele diferitelor strate şi module. Cu alte cuvinte, cu cât un SIG este mai complex, cu atât şansele lui de a fi eficient sunt mai reduse. Exemple privind ariile de aplicare a SIG:

1.1. În cartografie. Componenta grafică de bază a unui Sistem Informatic Geografic – harta digitală (oglinda informatizată a hărţii convenţionale). În cartografie, Sistemul Informatic Geografic îndeplineşte: • funcţii cartometrice, respectiv de măsurare a distanţelor şi ariilor, de stabilire a celei mai scurte

căi de acces între două puncte, • funcţii de modelare a entităţilor geografice, fapt ce permite îmbunătăţirea informaţiilor privind

atât relaţiile dintre acestea, cât şi distribuţia lor spaţială. 1.1.1. Modelarea datelor geografice Modelarea datelor geografice este un proces de discretizare: converteşte realitatea geografică complexă într-un număr finit de înregistrări în baza de date. Tehnologiile SIG permit realizarea a două tipuri de modelări: • modelarea pe strate (layere) • modelarea pe obiecte. 1.1.1.1. Modelarea pe strate (layere) Aceasta are ca obiect reprezentarea variaţiei spaţiale a unei singure variabile folosind o colecţie de entităţi discrete. O bază de date spaţială conţine, de regulă, mai multe strate, fiecare fiind capabil, în principiu, să permită regăsirea valorii unei variabile la orice localizare (x,y) la cerere. Deoarece în modelare o parte din informaţie se pierde, valoarea regăsită (returnată) poate să nu corespundă cu observaţiile sau cu rezultatele testelor de teren. De aceea, acurateţea este un criteriu important pentru alegerea alternativelor de modele de date. Acurateţea unui strat este definită ca

E(z – z’)2 unde z este adevărata valoare a valorilor determinate pe teren şi z’ este valoarea estimată a acesteia, returnată din baza de date. În SIG, sunt folosite 6 tipuri de modelare a datelor geografice (unele amintite de altfel şi în lecţiile precedente): 1. Date punctuale dispuse neregulat - baza de date conţine un set de poziţii (x,y,z), fiecare

reprezentând valorile înregistrate ale variabilei într-un set finit de locaţii cu dispunere spaţială neregulată (de exemplu, reţea de staţii meteorologice).

Page 117: Sisteme Inf Geogr

116

2. Date punctuale dispuse regulat – similare celor de mai sus (1), dar distribuite spaţial în mod regulat; normal, într-o reţea pătrată sau rectangulară (cazul Modelului Digital de Elevaţie).

3. Conturul – Baza de date conţine un set de linii, fiecare constând dintr-un set ordonat de perechi (x,y), fiecare linie având asociată o valoare z. Punctele din fiecare set sunt conectate prin linii drepte (de exemplu, datele contururilor digitizate).

4. Poligoane – suprafaţa este divizată într-un set de poligoane, astfel încât fiecare localizare cade exact într-un poligon. Fiecare poligon are o valoare care se presupune a fi cea a variabilei pentru toate locaţiile din interiorul poligonului; limitele poligoanelor sunt descrise printr-un set ordonat de perechi (x, y). De exemplu, harta de soluri.

5. Reţea (grid) de celule – suprafaţa este împărţită într-o reţea regulată de celule (căsuţe); valoarea ataşată fiecărei celule se presupune a fi valoarea variabilei pentru toate locaţiile din interiorul celulei (de exemplu, imaginile de teledecţie).

6. Reţea triangulară. Suprafaţa este împărţită în triunghiuri neregulate; valoarea variabilei este specificată la fiecare vârf al triunghiurilor şi se presupune că variază liniar în cuprinsul triunghiului (de exemplu, reţeaua triangulară neregulată – Triangulated Irregular Network, sau modelul de elevaţie TIN).

Fiecare din cele 6 tipuri de modele poate fi vizualizat în baza de date prin generarea unui set de puncte, linii sau areale. Modelele 2 şi 5 sunt denumite modele “raster”, iar 1, 3 şi 4 – modele “vector”. Structurile pentru modelul vector trebuie să includă coordonatele, în timp ce în modelele raster, localizările pot fi redate prin secvenţa (succesiunea) obiectelor. Modelele 3 şi 6 sunt valide numai pentru variabile în scări continui. Modelele 4, 5 şi 6 definesc în mod explicit valoarea variabilei la orice locaţie din suprafaţa acoperită. Aceasta nu este valabil pentru modelele 1, 2 şi 3, care trebuie suplimentate cu metode de interpolare spaţială înainte de a putea fi folosite pentru a răspunde la întrebările generale în legătură cu valoarea lui z la o localizare oarecare (arbitrară). Modelul 6 este rezervat pentru date de înălţime, unde suprafeţele liniare şi schimbările de pantă la marginile triunghiurilor se corelează bine cu situaţiile topografice din natură. Modelele 2 şi 4 sunt frecvent confundate în practică, deoarece deosebirea dintre datele punctuale şi mediile pe suprafeţe nu este importantă. Modelele 1 şi 3 sunt întâlnite în mod obişnuit datorită utilizării datelor punctuale şi abundenţa hărţilor cu curbe de nivel, dar ele sunt foarte adesea convertite în modelele 2, 4, 5 sau 6 pentru stocare şi analizare. Cheia funcţionabilităţii SIG constă în abilitatea de conversie între diferite modele folosind diferiţi algoritmi. 1.1.1.2. Modelarea pe obiecte Obiectele sunt modelate ca puncte, linii sau areale şi de aceea, în multe baze de date nu se face deosebirea dintre modelele obiectuale şi cele în strate. Totuşi, un set de linii poate reprezenta contururi (modelul strat) sau drumuri (modelul obiect), ambele constând dintr-un set ordonat de perechi (x,y) şi atributele asociate deşi aplicaţiile intersecţiilor, de exemplu, sunt foarte diferite în cele două cazuri. Modele pe obiecte sunt folosite în mod obişnuit pentru a reprezenta facilităţi umane. De exemplu, o conductă subterană se poate reprezenta mai curând printr-un obiect liniar decât ca o valoare într-un strat. Multe facilităţi (obiecte) umane sunt bine definite încât problemele de confuzie menţionate mai sus nu sunt, probabil, importante. În final, modelele obiectuale pot fi conceptualizate ca rezultat al unei clasificări ştiinţifice simple. Definirea clară a obiectelor reprezentate este importantă îndeosebi pentru interpretări şi judecăţi privind distribuţia lor geografică.

Page 118: Sisteme Inf Geogr

117

1.1.2. Relaţiile dintre datele geografice SIG prezintă posibilitatea de a stabili relaţiile dintre entităţile geografice, relaţii care nu pot fi puse în evidenţă de documentele cartografice clasice. Analiza spaţială în SIG se bazează pe interrelaţiile dintre obiecte în trei forme: • Relaţii dintre obiecte simple folosite pentru a defini obiecte mult mai complexe (de exemplu,

relaţiile dintre punctele care formează o linie). • Relaţiile dintre obiecte definite prin geometria lor (conţinut, adiacenţă, conectivitate, proximitate

etc.) • Alte relaţii folosite în modelare şi analiză. 1.1.3. Generarea de hărţi tematice Sistemele Informatice Geografice permit realizarea de hărţi tematice noi, respectiv hărţi care conţin o singură categorie de fenomene: de exemplu, riscul de eroziune, vulnerabilitatea la poluare; hărţi mixte conţinând două sau trei fenomene: sol/vegetaţie, sol/folosinţe, etc. Toate acestea se pot obţine prin procedeul suprapunerii a mai multe coveraje, folosirea unor algoritmi speciali, uneori cu adăugarea de date noi (de exemplu, inundabilitatea solurilor şi agresivitatea precipitaţiilor în cazul hărţilor de risc erozional) neexistente în baza de date a SIG. SIG poate genera hărţi din date punctuale prin procedeul poligoanelor Thiessen (fig. 1). în procesul de elaborare a hărţii, poligoanele cu caracteristici similare se reunesc formând poligoane mai mari.

Fig. 1 – Paşi în producerea de poligoane Thiessen plecând de la o reţea de puncte: A) coveraj de puncte; B) puncte unite prin linii formând triunghiuri; C) se adaugă bisectoare

perpendiculare pe laturile triunghiurilor; D) liniile originale sunt îndepărtate şi rămân poligoanele Thiessen.

1.2. Prospecţiuni şi inginerie Deoarece conţin date geografice uneori importante privind însuşirile terenurilor (geologie, litologie, hidro-geologie, soluri ş. a.), Sistemele Informatice Geografice sunt utilizate în prospecţiuni de minerale utile, surse de apă, materiale de construcţie etc.

Page 119: Sisteme Inf Geogr

118

O largă utilizare îşi găsesc în lucrări de inginerie, de exemplu, pot ajuta la găsirea celui mai bun traseu al unei şosele sau autostrăzi; optimizarea reţelelor de transport sau electrice urbane; zone de recreere, parcuri. Un sector important de utilizare a Sistemelor Informatice Geografice îl constituie punerea în valoare a datelor de teledetecţie. SIG contribuie la validarea datelor de la sateliţi deoarece operează cu informaţii privind acoperirea terenurilor şi tipurile de peisaj care permit o clasificare corectă a informaţiilor privind suprafaţa Pământului culese din spaţiul extraatmosferic.

1.3. În ştiinţă, cercetare şi educaţie În primele două domenii, SIG îşi aduce contribuţia prin posibilităţile oferite de cunoaşterea mai bună a relaţiilor dintre entităţile geografice, dimensiunile, distribuţia spaţială şi calitatea acestora. În plus, SIG oferă posibilitate de predicţie asupra unor fenomene, de exemplu, riscul de inundaţie, riscul de eroziune, riscul de salinizare a solurilor din sistemele irigate sau îndiguite, desecate şi altele. Un rol foarte important revine Sistemelor Informatice Geografice în educaţie, unde acestea pot contribui la formarea noilor generaţii în spiritul unei concepţii integrate, globale privind fenomenele şi entităţile geografice, inclusiv interrelaţiile dintre acestea şi activităţile umane. Deşi majoritatea Ştiinţelor Pământului – Geografia, Geologia, Hidrologia, Pedologia, Climatologia, inclusiv Antropogeografia, cuprind în metodologie aproape toate elementele unui SIG, inclusiv analiza spaţială, le lipseşte integrarea într-un Sistem Geografic unitar pe baze informatice. SIG vine să completeze această lipsă şi oferă posibilitatea dezvoltării unei gândiri spaţiale informatizate care, fără îndoială, va contribui la o mai bună înţelegere a lumii reale şi a unei chibzuită gospodărire a resurselor naturale.

1.4. În administraţia publică. Un domeniu extrem de larg de aplicare a Sistemelor Informatice Geografice îl constituie optimizarea activităţii publice, centrale şi locale, care prelucrează mari cantităţi de date cu specific geografic, cum sunt: elaborarea planurilor de dezvoltare urbană, modul de activitate a terenurilor, optimizarea reţelei de transport, optimizarea reţelei comerciale, a celei de centre medicale şi spitale, arondarea teritorială a plafoanelor de impozitare pe terenuri şi construcţii etc. Pentru realizarea acestor aplicaţii, este folosită o gamă largă de date atât nespaţiale (date statistice, informaţii referitoare la drumuri şi reţelele de infrastructură, utilizarea terenurilor), cât şi spaţiale (lungimea reţelei de transport şi configuraţia acesteia, distribuţia tipurilor de construcţii, amplasarea zonelor industriale şi rezidenţiale, distribuţia parcurilor etc.). Câteva exemple de activităţi în care SIG îşi pot găsi utilizarea, sunt următoarele (Săvulescu, 1996): • Proiectarea şi realizarea sistemului automat de bază de date pentru cadastru imobiliar; • Sisteme Informatice pentru Consiliile Locale; • Informatizarea activităţii în primarii; • Sistem Informatic pentru cadastru urban. De exemplu, după autorul citat, arhitectura informatică a Departamentului Patrimoniu Imobiliar ar cuprinde: • Editare de hărţi, consultare geografică şi textuală a Bazei de date, rapoarte; • Consultaţii, informaţii din bază de date cadastrale; • Introducere de date geografice prin diverse metode (digitizare, scanare, coordonate etc.); • Construcţii şi afişare; • Administrare sistem (acces, întreţinere etc.).

Page 120: Sisteme Inf Geogr

119

Sistemul Informatic pentru cadastru urban ar putea avea următoarele aplicaţii: • Situaţia parcelelor, clădirilor, proprietăţilor şi deţinătorilor; • Selecţii grafice şi textuale concretizate în rapoarte complexe. Sunt posibile, de asemenea, realizarea de Sisteme Informatice Geografice pentru administrarea spaţiilor de locuit, pentru asistarea activităţilor locale, pentru stabilirea taxelor şi impozitelor pe bunurile fixe sau mobile etc.

1.5. În comerţ Sistemele Informatice Geografice permit pe baza analizei spaţiale să se identifice pieţele de desfacere şi capacitatea de absorbţie a acestora (după structura şi veniturile populaţiei), amplasarea reţelei centrelor comerciale etc.

1.6. În apărare Unul din cele mai importante domenii de aplicare a SIG este cel militar. SIG permite, pe baza analizei terenului elaborarea celor mai adecvate planuri tactice în cadrul scenariilor de apărare. De altfel, cerinţele militare, respectiv, necesitatea de modernizare şi eficientizare a strategiilor de apărare, au constituit un stimulent important pentru dezvoltarea tehnologiilor SIG (de exemplu: Programul Naţional de Apărare Strategică a SUA, ş.a.).

2. Sistem Informatic Geografic necesar pentru optimizarea utilizării teritoriului şi protecţia mediului înconjurător în agricultură (modelul SOTER-SOVEUR) Optimizarea utilizării teritoriului şi protecţia mediului înconjurător constituie o prioritate naţională – influenţează strategia de dezvoltare a României. Sistemele Informatice Geografice au un rol cheie datorită capacităţii acestora de a furniza datele necesare şi posibilităţilor oferite pentru elaborarea de scenarii şi a formula prognoze de dezvoltare. Modelul SOTER1) - SOVEUR2) este - o bază de date a ţărilor din Centrul şi Estul Europei - alcătuit pe principii SIG - scopuri - realizarea unui inventar al resurselor de soluri şi terenuri şi a proceselor de degradare

antropică a acestora - stabilirea vulnerabilităţii la poluare chimică. Vom prezenta structura bazei de date SOL-TEREN (SOTER) şi a bazei de date privind degradarea terenurilor (BDDT).

2.1. Baza de date de soluri şi terenuri (SOTER) SOTER este - un sistem informaţional al resurselor de soluri şi terenuri - bazat pe conceptul că însuşirile unui teritoriu, respectiv cele ale componentelor sale, terenul şi

solul, sunt rezultatul interacţiunii proceselor fizice, chimice, biologice şi sociale care au acţionat asupra scoarţei terestre de-a lungul timpului.

Sistemul SOTER foloseşte modelul vector (metoda ARC/INFO) şi constă din două tipuri de baze de date (fig. 2): • Baza de date geometrice (sau grafice); 1) SOTER – prescurtare de la SOL-TEREN 2) SOVEUR – prescurtare de la denumirea în limba engleză a proiectului “Soil Vulnerability in Central and Eastern Europe”

Page 121: Sisteme Inf Geogr

120

• Baza de date atribut.

Page 122: Sisteme Inf Geogr

121

2.1.1. Baza de date grafice Aceasta este o hartă cu poligoane denumite unităţi SOTER. Se realizează de către pedolog printr-o metodologie specială care permite identificarea de areale de teren cu un model distinctiv şi adesea repetitiv de forme de relief, altitudine absolută, pantă, litologie generală şi soluri. Baza de date grafice cuprinde informaţii privind • localizarea, • extinderea • topologia (vecinătăţile) fiecărei unităţi SOTER. Informaţia spaţială (geometrică) este gestionată prin programul ARC/INFO. Sistemul de coordonate este geografic – longitudine, latitudine. Pentru măsurători de distanţe şi suprafeţe, coordonatele geografice sunt transformate în coordonate reale, în sistemul de proiecţie Lambert. Fiecare unitate SOTER din baza de date geometrice are un identificator unic (număr ID). Această cheie primară permite legătura cu datele atribute privind caracteristicile unităţilor de teren, componentele de teren şi componentele de sol. 2.1.2. Baza de date atribute care cuprinde 5 fişiere: 1. Tabelul unităţilor de teren – listează principalele caracteristici, ale unei unităţi SOTER (7 atrib). 2. Tabelul componentelor de teren – specifică datele pe componente de teren (maxim 3 comp în

fiecare unitate de teren) şi dă participarea relativă (%) în fiecare unitate de teren (11 atrib). 3. Tabelul componentelor de sol – specifică aria relativă a componentelor individuale de sol

(maxim 6 comp în fiecare unitate SOTER). Fiecare sol component este caracterizat printr-un profil de sol reprezentativ regional (9 atrib).

4. Tabelul profilului de sol – listează atributele profilului reprezentativ (12 atrib). 5. Tabelul orizonturilor de sol – conţine datele morfologice, chimice şi fizice pe orizonturile de sol

individuale (35 atribute).

Page 123: Sisteme Inf Geogr

122

Fig. 1 – Unităţi SOTER aşa după cum arată pe hartă şi caracterizate în baza de date de atribute (Batjes&Van Engelen, 1997).

UNITĂŢI SOTER (US)

BAZA DE DATE GEOMETRICE BAZA DE DATE ATRIBUTE

US2

US1

US2

US4

US5

US6

US3

US7

Unitatea deteren

Componenta deteren

Componenta desol

Profil de sol Orizont

Caracteristici alesolului

Relief local, pantă,adâncimea rocii dure

Forma de relief,litologie generală

Criterii principalede diferenţiere

Page 124: Sisteme Inf Geogr

123

Fig. 2 – Structura bazei de date atribute cu date areale şi date punctuale 1:M – una la mai multe relaţii M:1 –mai multe sau o relaţie Tipurile de date care trebuie descrise în fiecare fişier SOTER (varianta prescurtată scara 1: 2 500 000)

Unitatea de teren 1. Nr. de identificare a unităţii de teren (SOTER) 2. Anul colectării datelor 3. Tipul de hartă utilizat 4. Forma majoră de relief 5. Panta regională 6. Hipsometria 7. Litologia generală

Componenta de teren 8. Nr. de identificare a unităţii de teren (SOTER) 9. Nr. componentei de teren 10. % de participare a componentei de teren în unitatea de teren (SOTER) 11. Panta dominantă 12. Forma suprafeţei locale 13. Adâncimea până la roca dură 14. Materialul parental 15. Drenaj de suprafaţă

UNITATEA DE TEREN

COMPONENTA DE TEREN

COMPONENTA DE SOL PROFIL ORIZONT

UNITATE SOTER

DATE AREALE

DATE PUNCTUALE

1:1M

1:1M

1:1M

Page 125: Sisteme Inf Geogr

124

16. Adâncimea apei freatice 17. Frecvenţa inundaţiilor 18. Durata inundaţiilor

Componenta de sol 19. Nr. de identificare a unităţii de teren (SOTER) 20. Nr. componentei de teren 21. Nr. componentei de sol 22. Proporţia componentei de sol în unitatea de teren (SOTER) 23. Nr. de identificare a profilului de sol 24. Poziţia în componenta de teren 25. Stâncărie la suprafaţă 26. Pietre la suprafaţă 27. Adâncimea de înrădăcinare

Profilul de sol 28. Nr. de identificare a profilelor de sol 29. Nr. profilului în baza de date 30. Latitudine 31. Longitudine 32. Altitudine 33. Data recoltării 34. Laboratorul de analize 35. Drenaj 36. Rata infiltraţiei 37. Sol – clasificare FAO 38. Sol – fază FAO 39. Sol – clasificarea românească

Orizont 40. Nr. de identificare al profilului de sol 41. Nr. orizontului 42. Limita superioară 43. Limita inferioară 44. Orizont diagnostic 45. Proprietăţi diagnostice 46. Culoare stare uscată 47. Culoare stare umedă 48. Tip de structură 49. Abundenţa fragmentelor grosiere 50. Nisip total (%) 51. Praf total (%) 52. Argilă (%) 53. Textura 54. pH în apă 55. Capacitatea de schimb a solului

Page 126: Sisteme Inf Geogr

125

56. Carbon organic total Fiecare atribut sau clasă de valori este înregistrat în tabel fie cu un cod literal, fie cu unul numeric. Mai jos sunt câteva exemple de codificare a unor atribute folosite în baza de date SOTER:

Forme de relief: Câmpii LP Dealuri SH Munţi TM Panta generală: <2% F 3 – 5% G 5 – 8% U >60% V Litologia generală Roci magmatice I Roci metamorfice M Roci neconsolidate U Altitudinea absolută <300 m 1 >3000 m 5 Altitudinea relativă <200 m 6 >5000 m 12 Durata inundaţiilor Mai puţin de o zi 1 Continuu 7

Legătura între tabelele cu atribute şi baza de date geometrice şi prelucrarea datelor se face prin intermediul unui sistem de management al Bazei Relaţionale de Date (fig. 4)

Fig. 3 – Relaţiile dintre baza de date de date geometrice SOTER şi datele tabelare. Pentru realizarea bazei de date SOTER se folosesc hărţi topografice, hărţi hipsometrice, hărţi geomorfologice, hărţi geologice, hărţi de soluri, baze de date privind profilele de sol, baze de date climatice, hărţi de folosinţe etc. Prin aplicarea acestei metodologii de Sistem Informatic Geografic s-au realizat hărţi ale României la scara 1:2 500 000 şi 1: 1 000 000 privind formele de relief, panta regională, hipsometria, litologia de suprafaţă.

US2

US3 US4

US1

US5Nr. unitSOTER

Forme derelief

Pantagenerală

Litologie Altitudineabsolută

1 SH R UE1 6

2 LP F UF2 13 TH45

Page 127: Sisteme Inf Geogr

126

2.2. Baza de date privind tipurile de degradare antropică a terenurilor Aceasta este o bază de date atribut care foloseşte ca bază geometrică unităţile (poligoanele) SOTER, şi următoarele categorii de degradare antropică (şi simbolurile asociate): • Poluarea solului (C); • Eroziunea prin apă (W); • Eroziunea prin vânt (E); • Deteriorarea chimică (C); • Deteriorarea fizică (P); • Terenuri fără degradări (S); • Terenuri neproductive (W). Fiecare din categoriile de degradări de mai sus cuprinde subdiviziuni după tipul de degradare, de exemplu: poluare cu pesticide (Cpp); eroziune de suprafaţă (Wt); ravenări şi alunecări de teren (Wd); compactarea solului (Pc) etc. Pentru fiecare tip de degradare sunt prevăzute: • extensia; • gradul; • impactul; • cauza; • rata dezvoltării procesului. Informaţia privind degradarea antropică a terenurilor este prezentată tabelar pentru fiecare unitate spaţială SOTER, respectiv pentru fiecare poligon din harta cu unităţi SOTER. Legătura cu baza de date geometrică se face prin intermediul numărului unic de identificare al polig SOTER (fig. 5)

Fig. 4 – Relaţiile dintre baza de date geometrice SOTER şi tipurile de degradare induse antropic. Sistemul Informatic Geografic de tip SOTER-SOVEUR asigură o bază informaţională superioară, care poate contribui alături de alţi parametrii (sociali şi economici) la o restructurare bine fundamentată a utilizării fondului funciar al ţării, în echilibru cu cerinţele de asigurare a securităţii alimentare a populaţiei, de protecţie a resurselor de sol şi a refacerii şi păstrării calităţii mediului înconjurător. O astfel de propunere de restructurare făcută pe baza datelor SIG de tip SOTER-SOVEUR este redată în tabelul 1.

US2

US3 US4

US1

US5Nr. polig.SOTER

Tip dedegradare

Extensie(%)

Grad Impact Cauza

5 Wt 30 - - -Wd 20 - - -Pc 20 - - -

Cpp 30 - - -4 Wt 50 - - -

Wd 50 - - -

Page 128: Sisteme Inf Geogr

127

Tabelul 1 Situaţia orientativă (scenariu) privind optimizarea utilizării fondului funciar al României pe baza informaţiei de tip SOTER-SOVEUR 1:2 500 000

Suprafaţă Tip de utilizare Mii ha %

Agricol intensiv + semiimtensiv 559,4 23,6 Agricol semiimtensiv 3858,5 16,3 Agricol extensiv 2639,7 11,1 Agro-silvo-pastoral 4805,3 20,3 Silvo-pastoral cu incluziuni agricole 3234,7 13,6 Silvo-pastoral, agroturism 3096,4 13,1 Rezervaţia Biosferei Delta Dunării 408,6 1,7 Lacuri 68,0 0,3

Rezumat Privind avantajele oferite de Sistem Informatic Geografic de tip SOTER-SOVEUR: • Oferă informaţie integrată localizată (referită geografic) privind caracteristicile terenurilor şi

solurilor şi tipurile de degradare induse antropic (de om). • Foloseşte sistemul vector, fapt ce permite spaţializarea cu precizie ridicată a datelor grafice • Baza de date poate fi uşor împrospătată, deoarece este raportată la poligoane fixe, stabilite pe

baza unor elemente practic invariabile în timp (relief, panta generală, litologie de suprafaţă) • Oferă posibilitate de adaptare la orice scară. Pentru scări mai mari (1:50 000 – 1:10 000) apar

însă necesare detalieri ale unor criterii.

3. Proiect de Sistem Informatic Geografic pentru resursele naturale de agricultură şi protecţia mediului în agricultură (SIG-Resagro-Proma)

3.1. Obiective Acest sistem poate fi conceput pentru a furniza factorilor de decizie din domeniul agriculturii şi protecţiei mediului înconjurător, o informaţie corectă şi rapidă, astfel încât resursele agricole să fie adecvat utilizate iar mediului înconjurător ţinut sub control şi evitate astfel dereglările pe termen lung sau mediu. Structura sistemului. Din fig. 6 rezultă că cea mai mare parte a bazei de date a acestui sistem constă din hărţi digitizate (baza de date spaţiale sau geometrice) şi date tabelare sau descriptive (baza de date atribute) privind condiţiile fizico-geografice (relief, litologie, hidrogeologie) şi pedologice, folosinţele, diversele forme de degradare a solurilor şi terenurilor, sursele de poluare etc. O componentă importantă o constituie datele de teledetecţie care permit o actualizare rapidă şi constantă privind dinamica ocupării şi utilizării terenurilor, zonele inundabile, suprafaţa cultivată etc. (fig. 7). În centrul sistemului propus este pachetul de programe ARC/INFO, care reprezintă un instrument puternic pentru automatizarea, managementul, analiza, interogarea şi listarea informaţiei geografice.

3.2. Aplicaţii Cele mai importante aplicaţii ale unui astfel de sistem sunt următoarele: a) Îmbunătăţirea evaluării terenurilor agricole folosind tehnici de evaluare automată care iau în

consideraţie capacitatea solului pentru a suporta pe termen lung o anumită folosinţă (de

Page 129: Sisteme Inf Geogr

128

exemplu, arabil) sau cultură în condiţii de eficienţă economică, conservarea fertilităţii solului şi protecţia mediului.

b) Stabilirea vulnerabilităţii solurilor la poluare cu metale grele (Zn, Cu, Pb, Cd), căderi acide (NOx, SOx) provenind din diferite activităţi industriale sau folosirea deşeurilor industriale, agricole sau menajere.

c) Evaluarea riscului de spălare a nitraţilor şi poluare a apelor freatice. d) Evaluarea (prognoza) riscului de degradare a solurilor şi terenurilor prin eroziune, alunecări,

salinizare, mlăştinare, compactare şi prin crustificare, sărăcire în materie organică etc. e) Îmbunătăţirea planificării utilizării terenurilor la nivel naţional şi local. f) Identificarea arealelor care necesită împăduriri sau reîmpăduriri şi alte măsuri de conservare a

solului. g) Inventarierea tipurilor de biotopi şi habitate naturale. Rezultatele analizelor de mai sus pot fi date nu numai ca rapoarte tabelare, dar mai ales ca hărţi. Pentru factorii de decizie, harta este documentul cel mai complet în informaţie deoarece ea arată localizarea, extinderea şi magnitudinea fenomenelor care ne interesează, precum şi relaţiile lor cu restul regiunilor sau al ţării. O caracteristică importantă a sistemului preconizat este accesul rapid la informaţie şi posibilitatea actualizării constante a bazei de date, în parte prin folosirea informaţiei de teledetecţie.

Page 130: Sisteme Inf Geogr

129

Fig. 5 – Schema generală a unui Sistem Informatic Geografic pentru resursele naturale ale agriculturii şi protecţia mediului în agricultură

Baza de date spaţialegeometriceHărţi privind− topografia, relieful, geologia

hidrologia, clima, solurile,vegetaţia, folosinţele

− Subdiviziuni administrative:comune, judeţe

− Reţeaua hidrografică− Reţeaua de monitoring a calităţii

solului− Sursele de poluare

− altele

Baza de date atribute(tabelare sau descriptive)− caracteristicile fizico-geografice

(relief, geologie, soluri, hidrologie,vegetaţie, climă etc.)

− caracteristici socio-economice(ocuparea terenurilor, folosinţeetc.)

− date statistice privind producţiaagricolă etc.

− date privind starea biodiversităţii

− altele

automatizare şi corelarea datelorspaţiale cu atributele

procesare – interpretare

produse finale

hărţi de diferite tipuri inclusivhărţi interpretative noi Rapoarte

TabeleGrafice

Page 131: Sisteme Inf Geogr

130

Fig. 6 – Fluxul schematic pentru prelucrarea datelor de teledetecţie în combinaţie cu analiza digitală

I - Sistemul deTeledetecţie

II - Sistemul InformaticGeografic

Fluxul de date

Achiziţionarea datelorde teledetecţie

Corectarea datelor

Îmbunătăţirea datelor

Analiza datelor

Informaţie de ladatele de teledetecţie

Fluxul de date

Date tematiceexistente

Digitizare

Editare

Transformaregeometrică

Informaţie de la dateexistente

I N T E G R A R E

Modelare matematică

Cartare tematică Monitoringulmodificărilor

Evaluare Prognoză

Harta tematicăHartatematică

Hartamodificărilor

FavorabilitateaterenurilorPotenţialulirigabil, etc.

ProducţieagricolăPericol desecetă etc.

Page 132: Sisteme Inf Geogr

131

a imaginii şi Sistemul Informatic Geografic (după Kalensky)

4. Aplicaţie SIG privind resursele de sol din Rezervaţia Biosferei Delta Dunării. Acest Sistem Informatic Geografic este constituit dintr-o bază de date geometrice reprezentând poligoanele de sol la scara 1:50 000 şi o bază de date atribut. Baza de date privind profilele de sol este reprezentată atât prin profile individuale, cât şi prin profile (tabele) cu date statistice privind principalele însuşiri morfologice, fizice şi chimice ale solurilor. Suprafaţa totală cuprinsă în SIG Delta Dunării este 409 162 ha.

4.1. Structura generală Structura generală a SIG-sol Delta Dunării este următoarea (fig. 7): Atributele pentru fiecare poligon (unitate cartografică) din baza de date geometrică sunt următoarele: Nr. de identificare a poligonului Constă din două numere: primul în cadrul foii topografice al doilea în cadrul hărţii generale a Deltei Dunării Tipul de sol 12 tipuri de sol 21 caracteristici la nivel de subtip 9 caracteristici la nivel de varietate (fază) 6 clase de maturare a solului

Poligon US Atribute Forma de relief Altitudine Mat. Parental Vegetaţie Folosinţa

P1 P2 P5

US1 US2 US9

Poligon cartografic Foaia topografică 1:50 000 (ex. L35-107A)

Nr. poligonului

Total 3168 poligoane

Unitatea cartografică de sol (US) Soluri componente

Cond. naturale

(1334 unităţi cartografice)

Unitatea tipologică (tipul de sol) –

(TS) Numele solului, textura la suprafaţă

etc.

Poziţia TS în organizarea US

US TS Atribute US1 TS1 Textura US2 TS4 M. organică US3 TS4 Salinitate

Baza de date a profilelor de sol

Legaturi intre poligoane si US

Page 133: Sisteme Inf Geogr

132

Textura orizontului de suprafaţă 7 clase texturale Forme de relief 6 tipuri de forme de relief 32 subdiviziuni Depozitele de suprafaţă 5 tipuri de depozite de suprafaţă bazate pe clasa

texturală şi 24 subdiviziuni în funcţie de origine 3 tipuri de depozite organice bazate pe conţinutul

de materie organică 6 clase de adâncime la care apare substratul

nisipos sub depozite lutoase/argiloase 6 clase de grosime a depozitelor organice 7 caracteristici specifice ale depozitelor de

suprafaţă Drenajul şi inundabilitatea 6 clase în regim natural 4 clase în regim îndiguit Folosinţe 4 categorii Baza de date atribute a SIG pentru soluri şi terenuri a Rezervaţiei Biosferei Delta Dunării cuprinde 1334 de poziţii. Relaţia dintre baza de date geometrice şi datele tabelare atribute este simplă: poligon – tabel (fig. 8). Fig. 8 – Relaţia dintre baza de date geometrice şi baza de date atribute. Sistemul Informatic Geografic al resurselor de sol al Rezervaţiei Biosferei Delta Dunării permite afişarea de hărţi la scara 1:50 000, practic pentru fiecare din atributele conţinute în baza de date, de exemplu: soluri, forme de relief, textura solului în orizontul superior, depozite de suprafaţă, salinitate, inundabilitate – drenaj ş. a. Toate aceste hărţi au fost editate şi tipărite la scări mai mici: 1:100 000 – 1:300 000. Sistemul conţine de asemenea algoritmi de interpretare a datelor privind: regimul de apă, capacitatea de filtrare mecanică, capacitatea portantă, susceptibilitate la salinizare, susceptibilitate la eroziune eoliană, nivel de mineralizare a materiei organice, vulnerabilitate la poluare cu metale grele, valoarea ecologică generală.

5. Aplicaţii SIG privind cadastrul funciar şi organizarea teritoriului Ca orice proiect SIG, proiectele privind cadastrul şi organizarea teritoriului agricol se realizează în patru etape (Săvulescu, 1995): 1. Stabilirea obiectivelor proiectului;

P153

P152 P153

P151

P155 Nr. unit poligon

Forme de relief

Depozite de supraf

Sol Textura

151 152 153

Baza de date atribute Baza de date geometrice

Page 134: Sisteme Inf Geogr

133

2. Construirea bazei de date; 3. Efectuarea analizei datelor; 4. Prezentarea rezultatelor analizelor. Determinarea obiectivelor proiectului rezultă din însăşi formularea temei. În definirea acestor obiective, este important să se ţină seama de următoarele aspecte: a) care este modul de rezolvare şi ce aduce nou tehnologia SIG; b) ce produse finale se vor obţine, calitatea şi forma de prezentare a acestora; c) cine este beneficiarul produselor finale; d) dacă se pot prevedea şi alte utilizări ale datelor pe lângă cele stabilite în proiect. Cadastru funciar În cazul cadastrului funciar, introducerea SIG înseamnă practic trecerea de la cadastrul convenţional la cel digital. Scopul principal constă în: realizarea funcţiilor de gestionare a proprietăţii funciare, planificarea, dezvoltarea pieţei pământului, înlesnirea comasării şi formarea de asociaţii de producători agricoli sau de ferme individuale eficiente economic şi ecologic. Introducerea SIG în cadastrul funciar este înlesnită de faptul că majoritatea informaţiilor necesare (parcele agricole, proprietăţi) sunt geografice, respectiv au o localizare spaţială. Aplicaţiile unui SIG se referă la automatizarea colectării, actualizării, prelucrării şi distribuţiei datelor privind terenurile agricole.

5.1. Construirea bazei de date. Proiectarea propriu-zisă a bazei de date cuprinde următoarele operaţii: • Stabilirea limitelor zonei de studiu şi sistemul de coordonate ce va fi utilizat; de regulă, se preiau

coordonatele cadastrului existent; • Stabilirea stratelor tematice necesare şi caracteristicile fiecărui strat: parcele, forme de relief,

pantă, sol, folosinţe, proprietăţi, amenajări de îmbunătăţiri funciare (CES irigaţii), procese de degradare, drumuri de acces, clase de calitate a terenurilor, capacitatea de producţie, venit net pe culturi, tip de lucrări recomandat, costul evaluat pe ha;

• Determinarea atributelor descriptive necesare fiecărei caracteristici (de exemplu, clase de pantă, clase de calitate);

• Determinarea modului de codificare a atributelor (coduri numerice sau alfa numerice, coduri literale etc.);

• Introducerea datelor spaţiale (limite de parcele, localităţi, construcţii, drumuri) prin digitizare, scanare, prelucrarea datelor de teren şi obţinerea coordonatelor sau utilizarea fişierelor digitale existente;

• Culegerea şi introducerea datelor descriptive (tabelare) şi asocierea lor cu caracteristicile spaţiale (parcelele agricole);

• Gestiunea bazei de date. SIG pentru cadastrul funciar prin natura sa integrează atât cadastrul fizic (partea geometrică, respectiv localizarea, forma şi dimensiunile parcelelor), cât şi cadastrul calitativ (clasele de calitate a terenurilor), ca şi cel economic (capacitatea de producţie, venit şi preţul per ha). Se consideră că pentru întocmirea unui proiect SIG pentru cadastru sunt minimale următoarele elemente: • entităţi±±±±spaţiale (din documente cartografice)

• limitele şi forma parcelelor cu numărul din registrul cadastral, suprafeţe şi categorii de folosinţă

• reţea topografică de sprijin • reţeaua hidrografică

Page 135: Sisteme Inf Geogr

134

• curbe de nivel • reţele edilitare, clădiri • căi de comunicaţie

• date calitative – atribute la nivel de parcelă • nr. (codul) parcelei în registrul cadastral comunal • categoria de folosinţă • proprietar (nume, adresă, numărul actului de proprietate şi cine l-a eliberat) • forma de relief • panta • expoziţia • hidrologia (apa freatică, izvoare etc.) • tipul de sol şi caracteristicile acestuia (textura, materialul parental) • forme de degradare a solului şi terenului (eroziune, alunecări, prăbuşiri, salinizări, mlăştiniri

etc.) • lucrări de îmbunătăţiri funciare (CES, irigaţii, drenaj) • favorabilitatea pentru principalele culturi din zonă (note de bonitare) • clasa de calitate a terenului • clasa de venit • preţul pe ha

În funcţie de cerinţele utilizatorului se mai pot adăuga: • tehnologii de culturi indicate • starea agrochimică (de fertilitate) a solului • tipul de asolament recomandat pentru menţinerea/refacerea fertilităţii solului. Categoriile de date de bază necesare pentru întocmirea unui SIG pentru cadastru funciar sunt rezumate în tabelul alăturat. Tipul de date şi scara hărţii Strate tematice

− Reţeaua topografică de sprijin − Hidrografie − Curbe de nivel

Hărţi – planuri topografice de bază

scara 1:5 000 – 1:10 000

− Reţeaua de căi de comunicaţie

− Limitele unităţilor administrative − Reţeaua de parcele cadastrale − Categoria de folosinţe

Planuri cadastrale

Scara 1:2 000 – 1:10 000

− Situaţia juridică

− Soluri − Substrat geologic

Hărţi privind condiţiile de mediu fizico-geografice (pedologice, geologice şi hidrogeologice)

Scara 1:10 000 – 1:50 000 − Procese de degradare

Din efectuarea analizelor rezultă că Sistemele Informatice Geografice pentru cadastru eficientizează considerabil utilizarea bazei de date cadastrale în sensul punerii rapide la îndemâna utilizatorilor a unei largi game de servicii – începând cu identificarea rapidă a calităţii şi valorii terenurilor din fiecare parcelă până la planificarea măsurilor şi lucrărilor de conservare şi protecţie a solurilor în

Page 136: Sisteme Inf Geogr

135

cazul apariţiei unor procese de degradare. Datele necesare pot fi accesate şi prezentate în multiple moduri: afişare pe display, hărţi, tabele cu date statistice, grafice, diagrame etc. Sisteme Informatice Geografice şi organizarea teritoriului agricol Organizarea teritoriului agricol este o activitate complexă care constă dintr-un ansamblu de măsuri sociale, economice, organizatorice, tehnice şi juridice a căror aplicare vizează asigurarea unei folosiri raţionale a terenurilor şi solurilor în acord cu cerinţele conservării şi protecţiei fertilităţii solului, a protecţiei mediului înconjurător şi asigurării dezvoltării unei agriculturi durabile. Proiectele de organizare a teritoriului se întocmesc pe seama bazelor de date cartografice şi descriptive cadastrale, geomorfologice, pedologice, climatologice, socio-economice etc. Aceste date pot fi folosite ca surse pentru organizarea bazei de date ale unui Sistem Informatic Geografic având drept scop asistarea operaţiilor de sistematizare – organizare a teritoriului agricol. Sistemul Informatic Geografic pentru organizarea teritoriului agricol poate îndeplini următoarele operaţii: • Inventarierea rapidă a resurselor de soluri cu evidenţierea calităţii şi a pretabilităţii acestora

pentru diverse folosinţe agricole; • Elaborarea de scenarii pentru diferite scheme de sistematizare şi organizare a teritoriului

adecvate condiţiilor naturale şi socio-economice existente: relief, soluri, căi de acces, reţea hidrografică, sistemul existent de parcelare a terenurilor şi tradiţia agricolă locală, cerinţele de protecţie a mediului şi a biodiversităţii;

• Scenarii pentru optimizarea dimensiunii economice şi ecologice a exploataţiilor agricole în funcţie de tipul de producţie stabilit: culturi de câmp, legumicultură, horticultură, zootehnie, etc.;

• Analiza relaţiilor cu centrele de desfacere (pieţe) în funcţie de capacitatea de absorbţie, distanţe, tipuri de căi de acces etc.

• Scenarii şi module pentru optimizarea dimensiunilor şi formelor parcelelor corespunzător condiţiilor de teren pentru asigurarea unei eficienţe economice (condiţii pentru efectuarea lucrărilor agricole) şi ecologice (protecţia şi conservarea solului) sporite.

Etapele de elaborare a unui proiect SIG pentru asistarea organizării teritoriului sunt aceleaşi ca şi pentru proiectele SIG, privind activitatea de cadastru, respectiv: construirea bazei de date, introducerea datelor, validarea datelor, analiza rezultatelor. În structura bazei de date sunt obligatorii următoarele componente: • Planuri cadastrale cu delimitarea teritoriului actualizate şi ridicări topografice cu curbe de nivel

(sc. 1:2 000 – 1:10 000); • Harta pantelor şi expoziţiilor (sc. 1:5 000 – 1:10 000); • Structura şi distribuţia geografică a folosinţei actuale (sc. 1:10 000); • Hărţi de soluri (sc. 1:5 000 – 1:10 000); • Hărţi cu riscul de eroziune şi alunecări (prăbuşiri, alunecări, salinizări); • Hărţi de bonitare pentru principalele culturi de câmp, legume, vii, pomi; • Date tabelare şi descriptive de caracterizare morfologică, fizică şi chimică a solului cu

evidenţierea restricţiilor pentru utilizare agricolă; • Date climatice; • Date de producţie la principalele culturi (media pe ultimii 10 ani); • Potenţialul uman (forţa de muncă) din zonă; • Starea biodiversităţii din zonă (tipuri de ecosisteme şi habitate, specii sălbatice existente şi specii

ameninţate cu dispariţia etc.); • Hărţi cu amenajările de îmbunătăţiri funciare existente (irigaţii, desecări, CES).

Page 137: Sisteme Inf Geogr

136

În urma analizei datelor SIG, trebuie să rezulte efectul socio-economic şi ecologic al diferitelor scenarii de organizare a teritoriului, gradul sustenabilitate şi perspectivele reale de practicare a unei agriculturi durabile la un orizont de timp de minim 50 – 100 ani.