UNIVERSITATEA DIN BUCURETIFACULTATEA DE GEOGRAFIEConstantin NIUClin Daniel NIU Corneliu-Eftimie TUDOSEMircea Cristian VIANSISTEME INFORMAIONALE GEOGRAFICEICARTOGRAFIE COMPUTERIZATBUCURETI 20021Refereni tiinifici: Prof.dr. MIHAI IELENICZProf.dr. MIHAI GRIGORE Contribuia autorilor la realizarea lucrrii:Prof. univ. dr. ing. Constantin Niu - coordonarea ntregii lucrri i cap. I (1.1, 1.2, 1.3, 1.4 i 1.5), II, III (3.1, 3.3 i3.4), IV (4.1, 4.2 i 4.3), V (5.1, 5.3 i 5.4) i anexele A - F;Cpt. ing. Clin Daniel Niu - cap. I (1.4 i 1.5), III (3.2, 3.3 i 3.4), IV (4.4), V (5.1 i 5.2.2) i anexele B - E;Asist. univ. geograf Cornel Tudose - cap. I (1.4), III (3.2), cap. V (5.2.2), anexele D i E i standardizarea tuturor figurilor imagini;Prep. univ. geolog Vian Mircea - cap. I (1.5), III (3.2), cap. V (5.2.2) i anexele D i F.Culegere computerizat: prof. univ. dr. ing. Constantin Niu i ing. Clin Daniel NiuProcesare a imaginilor: prof. univ. dr ing. Constantin Niu i asist. univ. Cornel TudoseTehnoredactare computerizat: Prep.univ. geolog Mircea Cristian VIANCoperta: Prep.univ. geolog Mircea Cristian VIANc Editura Universitii din BucuretiSos. Panduri, 90 92, Bucureti 76235; 410.23.84ISBN: 973-575-650-12CuprinsCuvnt nainte............................................................................................................................. 5 Capitolul I :Sisteme informaionale geografice ...................................................................... 14 Capitolul IIDezvoltri n fotogrametrie, teledetecie i cartografie ................................ 66 Capitolul III. Aspecte matematice n realizarea SIG ................................................................ 88 Capitolul IV Culegerea datelor SIG ........................................................................................ 118 Capitolul V Realizarea produselor SIG(cartografie computerizat)......... 159 Bibliografie............................................................................................................................. 266 34CUVNT NAINTEIntegrarea infrastructurii informaionale i a datelor geografice Infrastructura informaional, component a societii moderne, trebuie s conin i datele spaiale. Interfeele structurii informaionale permit accesul i la aceste date, din care fac parte i datele geografice. Toate celelalte date, clasificate pe teme, se ataaz, de regul, datelor de poziie, detaliilor sau arealelor geografice. Trebuie s se asigure accesul la date att pentru experi, ct i pentru orice cetean, potrivit unor criterii de acces. Sistemele informaionale geografice organizeaz i structureaz datele geografice sau geodatele. Aceste date pot fi folosite eficient n alte sisteme, de exemplu n transporturi, comerul prin pota electronic, nvmnt, alocarea resurselor i consumatorilor etc. Apar noi profesii care impliclucrul cudategeograficedigitale. Lumeavirtualimplicfolosireacuprioritatea datelor spaiale. Proiectanii s-aufamiliarizat dejacuaceste tipuri dedate. Vizualizarea spaial cu ajutorul calculatorului devine familiar tuturor, cu accent pe nelegerea hrilor i a altor tipuri de produse. Harta digital, alturi de reprezentrile tridimensionale, fotogramele digitale i nregistrriledeteledetecie, intrdejanproduselemultimedia. Hriledetoatetipurile condiioneaz puternic gndirea uman asupra mediului nconjurtor. Sistemele informaionalegeografice(SIG) permit vizualizareainteractivi combinareamai multor hri cu teme diferite, dar care se refer la aceeai zon. Cteva domenii de aplicare a datelor spaiale sunt dezvoltate mai jos. Folosirea datelor geografice n timpul actual exist o pia a datelor geografice. Societatea cere din ce n ce mai mult procesarea datelor geografice pentru asigurarea multor domenii. Sursele i consumatorii de produse au o anumit distribuie geografic. Integrarea zonal, naional sau globalizarea pieelor cere din ce n ce maimultrezolvarea unor probleme de determinare a drumurilor optime, pentru scurtarea timpului i a costului de transport, de urmrire a vectorilor transportatori etc.Pentru rezolvarea problemelor de mai sus, se consider c multe date ale bazelordedatedintoatedomeniile(70%-85%dindate)trebuiesaibi ocomponent spaial. Piaa datelor geografice este influenat de civafactori tehnologici.Unitile centrale, de nalt performan, constituie o baz capabil s asigure prelucrarea distribuit a datelor geografice, care aproape ntotdeauna au un volum mare. Reelele mari de calculatoare i infrastructura software distribuit (OLE/COM, COBRA, Java etc.), architecturile cu diferite componente (middleware i componentware) sunt importante, deoarece multe aplicaii geograficepermit unacces transparent ladepozitelededatepeserveresituatenlocuri diferite i la funcii de geoprocesare iniiate tot din diferite locuri, integrndu-se astfel toate funciile de prelucrare ntr-o schem tehnologic particular. SIG nu mai trebuie neles ca un sisteminformaticlocal, ci caunul distribuit, deschis, cuarhitecturi detipmiddlewarei 5componentware, asigurnd suportul pentru decizii, pentru conducerile oricror organizaii cu uniti distribuite pe zone ntinse. Tehnologia permite o vitez de geoprocesare de mrime compatibil cu cea a vitezei asigurate de tehnologiile comunicaiilor, deci n general depinznd de interfeele de interoperabilitate. Toate subsistemele viitoare vor asigura o folosire mai larg a geodatelor i telegeoprocesarea de ctre orice om. Sunt de remarcat tehnologiile performante ale bazelor de datespaialeintrodusederealizatorii desistemedegestiuneabazelor dedate(SGBD). Receptoarele ieftine i de mici dimensiuni permit determinarea rapid ntimp real sau cvasireal a poziiilor geografice cu sistemele satelitare de poziionare global(GPS). Produse comerciale sofisticate, actuale i ieftine pentru suprafaa terestr se obin relativ uor din date imagine fotogrammetrice sau de teledetecie. S-au obinut i se vor obine nc mari progrese nortofotogrammetria digital i videopentruimaginile satelitare i aeriene. Are loc o specializare continu i o difereniere a produselor n domeniile SIG, CAD i ale cartografieidigitale. Simularea interactiv, de mare importan n multe domenii ale proiectrii i testrii preliminareamultorsoluii tehnice, economice, informaionaleetc., devinedistribuit. Se dezvoltexplozivtehniciledevizualizareadatelor spaialetridimensionale(inclusivcele interactive i pentru realitatea virtual).Tehnologiile descrise mai sus au i multe variante hibride. De exemplu,imaginile satelitare de nalt rezoluie i ortofotogrammetria digital permit generarea automat precis a vederilor tridimensionale ale suprafeei terestre. Creterea nevoilor de date geografice Unfactor director ndezvoltrileviitoareestei acumulareasimplageodatelor.Exist doar o singur suprafa terestr i mulimea tuturor geodatelor este referit la aceasta,ntr-un anumit sistem de referin, existnd multe hri tematice, pentru fenomene naturale sau artificiale. Cum geodatele accesibile prin reea cresc pn la zeci de miide arhive digitale n toat lumea, ele devin o baz bogat, semnificativ pentru un numr mai mare de activiti locale, naionale i globale.Datele spaiale sau geografice devin unul din fundamentele noii culturi mondiale a erei informaionale. Informaia geospaial bazat pe reea i scopul folosirii acesteia Sedauctevaexempledefolosireageodatelor existentenreelei resurselede geoprocesare. Celemai multepresupunafiareainteractivsimpl, specializat, stilizata hrii. Omulime de teme de cercetare pot deriva prinexaminarea cerinelor interfeei utilizator a tipurilor de aplicaii, precum simplitatea sau modul de generalizare, densitatea de informaie, modurile de interactivitate etc. Oricine poate folosi o interfa pentru a se deplasa, chiar i virtual, de la un punct A alsuprafeei terestrelaunpunct B. Receptoareledesemnaledelasistemeledepoziionare global(GPS)ireceptorul radiotelefonicdispusentr-unvehicol vorfurnizacoordanatele punctului A, iar ecranul pentruhartdelabordextragedinmemoriaintern, depeun CD-ROMsaudinpaginileaurii multimedia, prinintermediul receptorului radiotelefonic, poriunea de hart (traseul spre punctul B). Pot fi solicitate i alte tipuri de geodate. Geoprocesarea middleware i componentware va compara distanele pentru destinaiilemultipleposibile.Paginileaurii multimedia, deexemplu, vor artatimpul de parcurspentruvizitareaunor obiectivealese. Programeletrebuiememoratepermanent n procesoruldelabordulvehicolului. Aiciprinvehicolsenelegeautomobil, vapor, avion, 6elicopter etc. Pehartadepeecranaparecualtculoarei ecoul grafic, uneori animat, respectiv drumul parcurs.Alte aplicaii geografice pot fi folosite de orice cetean n viaa de zi cu zi. Fiecare are cerine specifice pentruinterfa. Dintreacestea sereindomeniile: nvmnt/instruire; nvmnt la distan; colaborare n cercetare; biblioteci electronice; muzee i galerii electronice; informaregeograficoficialonline; analizgeograficspecializat; crearei utilizare de mostre ale realitii virtuale din imagini terestre pentru jocuri interactive; monitorizare a securitii unor zone i rspuns la nclcarea regulilor stabilite; determinare a unor trasee speciale condiionate; optimizare a distribuiei produselor; utilizare a unor sisteme inteligente pentruautostrzi (IVHS) i localizare alocului deparcare; informare asupra traficului, a vremii; planificare i urmrire a itinerariilor de deplasare; servicii de cltorie; resurse specifice locale i recomandri; servicii de informare urban i cadastral; gsire de locuri de munc i clieni pe plan local sau regional etc.Diferiteaplicaii geograficesunt specificenumai anumitor profesii, dintrecarese amintesc: servicii de urgen pe autostrzi (A.C.R.) sau pentru poliie, pompieri etc.; creare i utilizare de mostre ale realitii virtuale din imagini ale suprafeei terestre, pentru pregtire militar, pregtire pentru cazuri de dezastre i salvare, proiectare de construcii i arhitectur; agricultur i silvicultur; cercetare a climei,cercetare biologic,ecologic,geologic etc.; planificareurban, zonalinaional; cartografiereautomatifaciliti demanagement; supraveghere militar; descoperire, exploatare i management pentru resurse naturale; management al resurselor acvatice; monitorizare global i local a mediului; planificare a amplasrii instalaiilor comunicaiilor prin cablu, microunde i telefonie mobil; telemedicin; informaremaritimglobali sistemedesalvare, control al traficului aeriansaufluvial, maritim, terestru; operarea vehiculelor comerciale; alegerea locurilor de amplasare a organizaiilorcomercialesauazonelorrezideniale, marchetingialteaplicaii geografice specifice; determinareacorespondenei geograficeaangajailor poteniali culocurile de muncdisponibilesauafurnizorilor poteniali deservicii cuclienii poteniali; reeleale administraiei publice; sisteme cadastrale etc. Numrul de aplicaii cu geodate crete continuu i va continua s creasc pe msur ce se dezvolt infrastructurile naionale i globale de date spaiale. Hrile ca parte a vechii i noii culturi Hrile constituie o component a multor culturi, deoarece gndirea spaial este o parte esenial a relaiei oamenilor cu mediul fizic i cultural. Chiar n cele mai simpleculturi carenuautrecut latehnicascrisului, indivizii "deseneaz" schietemporare pentrua-i reaminti sau a arta altora cum s gseasc drumul ntr-un teritoriu necunoscut. Oamenii au dezvoltat tehnici spaiale sofisticate i abiliti de comunicare spaial care sunt o baz pentru alte activiti,inclusiv simpla determinare a unui itinerar.Infrastructura naional a datelor spaiale devine o component a infrastructurii informatice naionale.Sunt create colecii de simboluri cartografice i fraze cu aceste simboluri, iar limbajul hrii este foarte important n spaiul cibernetic. Cercetareafundamentalprivindmotivareaspaial, memoriaspaiali comunicarea spaial vaconstitui bazadezvoltrii corespunztoare ainterfeelor (pentru) utilizator care folosesc afiarea i manipularea informaiei spaiale. i realitatea virtual ajutpeutilizatorii degeodate sevalueze sursele dedate. Deoarece vor exista foarte multe geodate disponibile i aceste geodate sunt de cele mai multe ori complexe, de mare importan sunt calitatea, coninutul i fluxul geodatelor. Ar putea fi folosit un sistem de figuri geometrice pentru a reprezenta anumii parametri de coninut, iar 7forma, culoarea i micarea acestora ar putea reda parametrii de calitate. O interfa poate fi o hart sau n general o geoimagine. O dat ce te centrezi pe un spot comandat de un locator, poi apela diferite pictograme disponibile pe ecran, care reprezint obiecte de date. E foarte uor s se gseasc mari volume de date pe reeaua Internet, dar e greu s tii ce s faci cu ele,cucepachetedeprogramesleprelucrezi.Interfaatrebuiesfurnizezechiarifiecrui individ, uor i intuitiv, informaii privind "calitatea" datelor. Un exemplu simplu este cum aflunturist grosimeastratului dezpadpepisteleunei staiuni montane, pentruziua curent, cndconsultunanumit nod(deexempluunsiteromnesc, www.alpinet.ro), s vizualizeze chiar imagini recente, nu imagini din timpul verii.Hrile digitale - parte a multimedia, realitatea virtual i modificri de percepieHrilepesuport dehrtie sunt oform special acomunicrii prinintermediul tiparului i sunt utile exploratorilor,oamenilor de tiin, istoricilor,ageniilor i birourilor municipale i naionale, militarilor, turitilor, oficiilor cadastrale, proiectanilor etc. Utilitatea hrilor este amplificat ndiferite moduri cuajutorul calculatoarelor i al reelelor de calculatoare. SIG pentru o zon are datele organizate pe teme sau straturi, straturile artnd ca i hrile pe film, suprapuse, ale acestei zone, ntr-un acelai sistem de coordonate, avnd i o interfa vizual pentru baza de date spaiale. Este posibil s se consulte SIG pentru a realiza noi hri tematice, de exemplu, toate parcelele cu cote cuprinse ntre 500 i 1000 m, n zone nepoluate chimic, cu panta sub 10%, la dstan de 2000 - 3000 m de o osea asfaltat etc.,utile cuiva pentru amplasarea unei anumite construcii.Tehnologia digital permite: memorareaunei imense cantiti de geodate (inclusiv accesul prin intermediul unei reele); mrirea(zooming), deplasarea nplanul ecranului (panning) i alte tipuri deproceduriinteractivedemanipulareageoimaginii, carenlturlimitrilespaialealehrtiei i ale acuitii vizualeumane;urmrireantimpreal adeplasrii;intrareadatelordirect dela sateliii sistemelor de poziionare global (GPS) i ai celor de observare a Pmntului; afiarea instantaneea datelor nespaiale - text, imagini, grafice etc., asociat cu detaliile i poziiile selectate ale hrii. Prin intermediul hrilor tiprite pe hrtie, fiecare om se familiarizeaz cu abstractizrile grafice ale spaiilor terestre ntinse.Hrile digitale aplic aceast proprietate sau convenie de prezentare a informaiei la domenii informaionale imense ca ntindere i diversificare.Hrile digitale i zborurile virtuale pe deasupra sau printr-un domeniu spaial tridimensional vor constitui o component important a multor interfee grafice pentru utilizator, deoarecefiecareomnelegeintuitivhrilei vederiledinaer saudinspaiulextraatmosferic i multe tipuri de informaii au o component spaial care face utile reprezentrile i vizualizrile spaiale. Vizualizarea informaiei geografice sau vizualizarea geografic a informaiei permite oamenilor s sesizeze schimbrile i chiar prognozarea realitii. Aplicaiile privind realitatea virtual folosesc reprezentrile fenomenelor spaiale reale, dar i ale fenomenelor nonspaiale,pur i simplu deoarece creierul uman este obinuit s rezolve probleme n spaiul tridimensional.Pri importante alecomponentei softwarei ale datelor necesare pentru configurarea i popularea ciberspaiului vor fi preluate de la aplicaiile de geoprocesare, din arhivele de geodate digitale i din fluxurile curente de date. n mod similar i cercetrile din domeniul gndirii spaialevorbeneficiaatt de"spaiul real", ct i deaplicaiileprivind ciberspaiul. 8Noi probleme de cercetare Multe probleme de cercetare fundamental i aplicativ pot fi identificate n cele de mai sus. Cercetarea trebuie s aib n vedere interoperabilitatea geoprocesrii, avnd n vedere marele volum de date i diversitatea acestora, n primul rnd n sensul c datele spaiale vor aveaunroldeosebit ninterfeelespaiale, cnddiversesubsistemepot schimbantreele diferitetipuri dedatei pot accesaalteresursedegeoprocesarealesubsistemelor. Foarte multe aplicaii vor folosi geodate, iar dezvoltatorii de aplicaii se vor axa mai ales pe dezvoltarea de interfee. Acetia trebuie s posede att cunotine cartografice, ct i informatice referitoare la interfee. Interfeele trebuie s apeleze diferite proceduri cartografice, dar i de analiz geografic sau spaial, de simulare, de lucru n spaiul virtual etc.Fiecare om vede lumea diferit i ca atare sunt necesare specificaii riguroase pentru datele spaiale, astfel ca acestea s satisfac toate cerinele, dar s fie de volum optimizat, fr redundan sau cu o redundan minim, necesar doar pentru control i verificare a preciziei. Aceleai datepotaveapentrudiferii utilizatori denumiri diferite, atributediferite, diferii parametri descriptivi, precum i alte tipuri de metadate. Credemc temele de cercetare i proiectele de dezvoltare privind interfeele geografice vor genera multe concepte ce trebuie s aib n vedere, n special n universiti, efectelecognitivei socialealedezvoltrii nsubdomeniul spaial al lumii multimediai analiza modului de introducere n interfee a pictogramelor i procedurilor corespunztoare viziunii viitorului. Instituiile guvernamentale trebuie s aib un rol deosebit n stabilirea i planificarea temelor de cercetare i n finanarea celor care servesc dezvoltarea instituiilor fundamentale ale rii i a legturilor cu alte instituii mondiale. Prin participarea coordonat a multor utilizatori (experi persoane fizice sau organizaii de stat i particulare) n activitile de planificare i de stabilire a specificaiilor SIG, Oficiul Naional de Cadastru, Geodezie i Cartografie (ONCGC) asigur ca furnizorii s livreze echipamente, programe i tehnologii cu caracteristici care s corespund necesitilor stabilite i ca tehnologia SIG s devin parte a economiei i culturii naionale sau globale. Prof.univ.dr. Mihai Ielenicz, Decanul Facultii de Geografie9INTRODUCEREUnsisteminformaional geograficesteunansambludesubsisteme, destinat pentru culegerea, prelucrarea, integrarea, stocarea, extragerea, prezentareai furnizareadatelor i informaiilor geografice.Ca subsisteme pot fi considerate echipamentele (n care rolul principal l au calculatoarele electronice), programele, bazele de date i de cunotine, tehnologiilei personalul deproiectare, realizarei exploatare. Informaiageograficeste prezentat pe teme diferite, dar referite la un cadru geografic sau cartografic unitar. Fiecare tem este concretizat printr-un "strat" de date.Un sistem informaional geografic poate fi utilizat pentru realizarea de combinaii ale relaiilor geografice ale diferitelor straturi de date i prezentarea unei hri ca rezultat al analizei geografice. Temele individuale pot fi prezentate i separat.Sistemele informaionale geografice trebuie s se dezvolte n cadrul larg al infrastructurii informaionale. n conceperea, proiectarea, dezvoltarea, implementarea i ntreinerea unui asemenea sistem se disting urmtoarele faze generale: specificarea datelor i surselor de date (definirea intrrilor); culegerea, transmiterea, memorarea, prelucrarea, structurarea, stocarea i regsirea datelor i informaiilor; folosirea datelor i informaiilor n activitile decizionale i de aciune asupra mediului nconjurtor.Realizarea sistemelor este favorizat de dezvoltarea geotiinelor, a tehnicii de calcul i a produselor program, a informaticii, ciberneticii etc. Lucrarea abordeaz probleme teoretice i practice ale metodelor de proiectare a unui sistem, de alegere i completare a programelor, de structurare, culegere, validare i utilizare a datelor (cu accent pe metodele fotogrammetrice, cartografice i de teledetecie de culegere), de utilizare a datelor pentru realizarea unor produse etc. ncapitolul Isunt definite societatea informaional i sistemul informaional geografic (fazele de realizare, proprietile, avantajele de folosire etc.). Sunt date exemple de asemenea sisteme. Este descris analiza geografic i sunt exemplificate unele rezultate ale analizei. Subcapitolul 1.3trateaz structurile de date geografice, cuaccentuare pe cele topologice i pe cele orientate pe obiecte (concepie, mecanisme i construcii de abstractizare etc.), concluzionndu-se asupra criteriilor de alegere a unei anumite structuri. O tratare aparte este cea a proiectrii unui sisteminformaional geografic (SIG), respectiv comparaia statistic a funcionalitii pachetelor de programe SIG (subcapitolul 1.4, dup o clasificare a programelor pebazacoeficienilor desimilaritatei aanalizei gruprilor) i identificarea nevoilor de date geografice digitale (subcapitolul 1.5), cu indicarea domeniilor de aplicare i utilizare, tipurilor i surselor, a structurii geometrice, a preciziei, a coninutului, modului de distribuie, aciclurilordeactualizare, anivelului dedetaliereetc. Suntoferiteastfel dou metode obiective de proiectare, cu prezentarea grafic i numeric sugestiv a rezultatelor. Capitolul al II-leaanalizeazdezvoltrile n fotogrammetrie, teledetecie i cartografie, pentruajustificautilizareametodelor acestoralarealizareai utilizareaSIG. Subcapitolul 2.1dezvolt concepia de geoimagini, ca o generalizare a tuturor purttorilor de informaii referitoarelaspaiul geografic. Sunt tratatestadiul i tendineledeobinerea imaginilor surs, tehnologiile, algoritmii i proceduriledeprelucrareadatelor, produsele cartografice, fotogrammetrice i de teledetecie ce pot fi realizate cu SIG, harta ca surs i ca 10produs principal al SIG, funciile hrii n noua postur a acesteia, noile produse cartografice multimedia, necesitatea dezvoltrii limbajului cartografic n noua concepie etc. Se exemplific un sistemgeoiconic digital complex, descriindu-se segmentele sistemului, particularitile de realizare, pregtirea personalului etc. Concluziile trase se refer la modul de utilizarea a tehnologiilor fotogrammetrice, cartografice i de teledetecie n proiectarea i realizarea SIG. Capitolul al III-leatrateaz unele aspecte matematice n realizarea SIG, dezvoltate insuficient nliteraturadespecialitate. Subcapitolul3.1trateazutilizareanSIGateoriei informaiei, respectiv determinarea cantitii de informaie a geoimaginilor sau a unei zone terestreicodificareadetaliiloridatelor. Determinareacantitii deinformaiecomport clasificarea elementelor dup diferite sisteme (pe baza coeficienilor de corelaie Pearson, de distan, cosinus-thetaetc.), analizagruprilorrezultate, calculul cantitii deinformaiea clasificrii, calculul cantitii de informaie a geoimaginii (bazei de date) i calculul coeficientului generalizrii SIG. Este exemplificat metoda pentru clasificarea unor localiti dintr-o anumit zon dup numrul locuitorilor, cu determinarea intervalelor de clasificare cu diverse metode (progresiei geometrice,progresiei aritmetice i seriilor).n tabelul 3.3 sunt dai parametrii metodelordeclasificare(numrul deintervale, cantitateadeinformaieH,entropiamaxim, entropiarelativiredundana). Concluziacarerezultestecseaplic metoda caredredundanaminim (pentrucazul dintabel, metoda seriilor, pentrucare redundana este 0,061). Coninutul informaional al unei zone de teren ridicate geodezic i topografic, a imaginii-hart a acesteia sau a bazei de date vectoriale este calculat cu relaia dat de Schlage (1996), inndu-se seama de numrul de detalii individualizate, perioada de existen a detaliului, numrul de clase ale detaliului, coeficientul dimensional al imaginii detaliului, numrul de detalii k-dimensionale, numrul de puncte caracteristice ale unui detaliu (simbol), gradul decomplexitate al detaliului (simbolului), coeficientul deimportan al detaliului (simbolului) i numrul total de fragmente sau caractere din compunerea detaliului (simbolului). S-a fcut calculul doar pentru o parte din suprafeele foilor de hart la scrile 1:25.000, 1:50.000 i 1:100.000, obinndu-se datele din tabelul 3.4.S-a calculat i coeficientulteoreticalgeneralizriii s-aconcluzionatc generalizareacartografic a fost corect. La realizarea unor baze de date, determinarea cantitii totale de informaii a bazei poate fi fcut doar dup popularea acesteia. La codificarea datelor i detaliilor s-au tratat baza matematic a codificrii i soluiile de introducere a cuvintelor de cod, alegndu-se ca soluie optim tehnica meniurilor.Algoritmul decutareadomeniului ortogonal generalizat folosindaproximareape straturi a spaiului multidimensional (3.2) a fost tratat ca oproblem general ce are aplicabilitate la generarea semnelor convenionale areale i la consultarea bazei de date a SIG. Algoritmul afost realizat pentruspaiile2Di nD. Rezultateleconcretealecorectitudinii algoritmului sunt demonstrate n capitolul al IV-lea.Subcapitolul 3.3 trateaz precizia datelor i produselor SIG, cu referiri la tipurile i sursele de erori, precizia poziional, precizia atributelor, precizia conceptual, precizia logic etc. O problem important este aprecierea preciziei de clasificare cu ajutorul coeficientului Kappa (pentru care s-a dat i un exemplu n anexa F(e)) i aprecierea generalizrii, aa cum s-a artat, cu metodele analizei informaionale. O alt problem o constituie studiul erorilor de digitizare, n special pentru transformrile polinomiale aplicate n diferite faze tehnologice, cu aprecierea influienei fiecrui termen al transformrii i a modului de dispunere a punctelor, metod cepoate fi extrapolat tuturor tipurilor detransformri. Reprezentarea grafic a 11erorilor de digitizare permite o nelegere intuitiv a acestora (anexa F(a,b,c,d)). Schema (d) din anexa F arat modul de cumulare a erorilor.Subcapitolul 3.4 trateaz detectarea limitelor n prelucrarea imaginilor, analizndu-se rezultatele aplicrii a cinci filtre (Roberts, Prewitt, Sobel, Kirsch, Log) asupra unor imagini sinteticeiasupraunorimagini fotogrammetrice. Metodologiadeanalizconstituieoalt problem important pentru automatizarea culegerii datelor. n final se concluzioneaz asupra particularitilor de aplicare a fiecrui filtru.Capitolul al IV-leatrateaz metodele, algoritmii i procedurile deculegere i validare a datelor SIG. Subcapitolul 4.2 descrie generalizat metodele de culegere a datelor topogeodezice (folosirea sistemelor de poziionare global NAVSTAR sau GLONASS i a aparatelor topografice moderne).Subcapitolul 4.3 trateaz culegerea datelor vectoriale prin digitizareahrilori ortofotogramelor, respectivprocedurilededigitizareraster-vectorial semiautomat i automat. O contribuie important este recunoaterea automat a obiectelor punctuale (4.3.1.2.1) folosind serii Fourier i teoria mulimilor fuzzy, ambele metode ducnd la aceleai rezultate. Subcapitolul 4.4 trateaz digitizarea vectorial fotogrammetric, respectiv exploatarea fotogrammetric la stereorestitutoarele analogice i la aparatele fotogrammetriceanalitice. Suntprezentateprogrameledeprelucrarentocmitedeautori i experimentatepedatecurentedeproduciei nspecial pedaterezultatedinmsurarea imaginilor obinute n poligonul fotogrammetric naional. Principalele probleme asupra crora s-a insistat sunt aplicarea coreciilor suplimentare dup orientarea interioar numeric pe baza coeficienilor de distan, prin diminuarea discordanelor din indicii de referin, reprezentarea grafic a discordanelor dup orientarea absolut cu ajutorul programelor specifice modelelor digitale ale terenului i proiectarea tehnologiei de msurare, prelucrare i interpretare. Subcapitolul 4.4.3 trateaz prelucrarea imaginilor digitale, n completare la operaiunile de prelucrare descrise n capitolul al III-lea. Sunt tratate problemele i soluiile privind recunoaterea formelor n fotogrammetrie, procedura de recunoatere bazat pe detalii, aplicat fotogramelor la scar mare. O problem aparte este analiza multirezoluie n SIG, pentru care s-au realizat tehnologia,algoritmii i procedurile de detectare a limitelor zonelor multirezoluie pe baza piramidelor imagine i dedetectare a limitelor multirezoluie pe baza focusrii pe frontiera zonei (piramida generalizeaz histograma din plan).nanexaDseprezintrezultateleprelucrrii imaginilorcuprocedurilerealizatede autor sau cu cele ale altor pachete de programe de firm utilizate. Anexa cuprinde localizarea zonei destudiu, imaginileunei subzonereferitoarelafolosinaterenului, tipuriledesol, adecvarea terenului pentru sisteme agroforestiere, terenul pentru culturi bazate pe precipitaii, folosirea optim a terenului i hazardul la eroziune, respectivadecvarea pentrusisteme agroforestiere pentru ntreaga zon. n anex sunt prezentate i rezultatele aplicrii filtrelor de detectarealimitelor, fiinddateimaginilesinteticifotograficiniiale, limiteledetectate pentru imaginea sintetic normal i pentru o subimagine sintetic nclinat, limitele detectate pentru imaginea fotografic i imagini combinate din imaginea fotografic iniial i imaginile limitelor detectate cu diferite filtre. Trebuie s se remarce c i rezultatele prezentate n prima parte a anexei au fost obinute inclusiv prin aplicarea celor cinci filtre de detectare a limitelor, precum i a altor filtre. Capitolul al V-leatrateaz problematica realizrii produselor SIG. Subcapitolul 5.1 trateazconstruciahrilor, sursei nacelai timpproduseprincipalealeSIG, respectiv limbajul de descriere a semnelor convenionale, procedurile de construcie (generare) automat a fragmentelor de simboluri i simbolurilor punctuale,liniare i areale,meniurile pentrusemneconvenionaleiinscripii. Autorii prezintfunciileprogramelorrealizatei 12exemple de proceduri de generare a semnelor convenionale i inscripiilor i de construcie i editare a hrilor. Exemplele practice din capitol i din toate anexele demonstreaz corectitudinea programelor ntocmite. Cele de mai sus sunt contribuii originale ale autorilor i auaplicabilitatedeosebitatt larealizareahrilor complexe(topograficei tematice deosebite) n organizaii de profil cartografic, ct mai ales la realizarea hrilor tematice cu coninut simplificat (la imprimante color), cnd se folosesc numai date extrase din SIG. O aplicabilitate militar deosebit este suprapunerea prin afiare sau tiprire pe hrile topografice sau tematice complexe de noi straturi, de exemplu situaia operativ-tactic dintr-o zon de aciune (responsabilitate). n anexa C se arat modul de rezolvare a unor probleme dificile de cartografie, care pot fi aplicate n principiu la orice reprezentare grafic n SIG, respectivplasarea inscripiilor (C(a)), deplasarea reciproc a obiectelor (C(b)), generalizarea detaliilor punctualeprindetalii areale(C(c)), simbolizareacomplex(C(d))i rezolvarea problemei alinierii i racordrii lagenerareasemnelor convenionaleareale(C(e)). Pentru fiecare caz n parte se arat grafic principiul de rezolvare, se indic procedurile scrise n AML i principalele comenzi Arc/Info utilizate. Subcapitolul 5.2trateazextragereainformaiei hidrologicedintr-unmodel digital altimetric, de importan deosebit att n controlul suprapunerii diferitelor straturi tematice ale SIG, ct i n problemele de cartografiere, de analiz a situaiei bazinelor hidrografice i de proiectare a unor lucrri hidrotehnice (necesitate demonstrat i de catastrofele n urma unor inundaii din ultimii ani). Contribuiile autorilor constau n analiza situaiei existente (5.2.2), conceperea i realizarea a dou metode i proceduri de extragere a traseelor de scurgere i a liniilor de creast, respectiv, metoda bazat pe structura de date Voronoi (5.2.3) i metoda bazat pe structura de date de tip gril (5.2.4), numerotarea punctelor traseelor i construcia arborescenei reelei. Se concluzioneaz asupra cazurilor de folosire a celor dou metode i asupra avantajelor i dezavantajelor. Subcapitolul 5.3 trateaz reprezentarea planprin umbre a variabilelor de tip z=f(x,y), cazul reprezentrii reliefului fiind un caz particular. Dup prezentarea general a problemei, sunt propusesoluiiledevizualizare(bazatepesimularealuminii iumbrelor, modelul de simulare considernd o singur surs aflat la o distan foarte mare i c suprafaa iluminat nu reflect energia luminoas), dezvolt modelul de profile i umbrirea compus color. n anexele Di E(d) este artat reprezentarea grafic a hrii nrelief a rii noastrecu algoritmul propus i descris de autori, folosind ca date iniiale datele de tip gril (DTED),preluate prinreeauaInternet, puseladispoziie deAgenia Naional deCartografie i Imagistic a S.U.A. (NIMA),. Subcapitolul 5.4 prezint exemple de alte modele de produse realizate cu datele SIG, exemple fiind artate i n anexa E. Toate aceste produse se obin cu programe i tehnologii foarte diferite, de aici rezultnd complexitatea SIG.MulumimFacultii deGeografieaUniversitii dinBucureti, nmoddeosebit domnului decan prof.univ.dr. Mihai Ielenicz, pentru tiprirea acestui manual i pentru condiiile create de introducere n programele de nvmnt a cursurilor "Sisteme informaionale geografice" i "Cartografie computerizat", care completeaz cunotinele nsuitelacursulde"Geoinformatic", dndnoidimensiuni pregtirii studenilor, celorce urmeaz cursuri postuniversitare, doctoranzilor i tuturor cadrelor didactice.Autorii13CAPITOLUL I :SISTEME INFORMAIONALE GEOGRAFICE1.1 Societatea informaionalSocietatea postindustrial se bazeaz pe oeconomie a informaiilor i a cunoaterii,cuoinfrastructur definit de comunicaii i de calculatoare (ca expresie hardware i software), care permite globalizarea schimbului de informaii i de cunotine, n cadrul unornoimodelededezvoltare. Expresiadesocietatepostindustrialmoderneste creatdetehnologiaintelectual, avnddrept caracteristici naturalemajoreinformaiai cunoaterea, spre deosebire de societatea industrial, care se bizuie pe o tehnologie a mainii pentru amplificarea sau nlocuirea muncii fizice.Economia informaiilor i a cunoaterii difer de economia de bunuri. Problema principal a noii societi este realizarea unei noi infrastructuri, dar nu prin eliminarea celei vechi, ci prinadaptarea sa. Noile produse, informaiile, exprimate prin mulimi de date, pot fi livrate utilizatorilor, dar, spre deosebire de bunuri, rmn i la cel ce le creaz, bamai mult, pot firevndutedemai multeori, cel celecreazbeneficiindide dreptul de autor. Infrastructurile informaionale trebuie create la nivelele organizaional, zonal (comunal, orenesc, municipal, judeean, naional, regional etc.) i global. nultimii ani, dezvoltareaacestoras-afcut similar cuevoluiacalculatoarelor electronicecareofereau servicii de prelucrare a datelor din deceniile al aptelea i al optulea ale acestui secol. Pentru dezvoltarea infrastructurii informaionale este necesar, pentru orice nivel, luarea unor msuri ca: elaborarea unei strategii de dezvoltare; meninerea i dezvoltarea capacitii de cercetare, dezvoltare i inovare; crearea condiiilor de legare cu infrastructura de nivel superior (municipal, judeean, naional, continental sau global); crearea cadrului legal i al reglementrilor necesare infrastructurii i sistemelor informaionale.Sistemeleinformaionalespaiale(geografice)trebuiessedezvoltenacest cadru larg al dezvoltrii infrastructurii informaionale, fiind, dup unii autori, component a acesteia.Societatea informaional este deci o societate bazat pe cunotiine i informaii. Tehnologiile specifice acestei societi constau n producerea, prelucrarea, structurarea, memorarea, transmiterea, recepionarea i utilizarea informaiei (considerat afi materia prim a cunoaterii). Competitivitatea unei organizaii, a conducerii unei zone sau a unei ri are ca factor de baz accesul uor i rapid la informaii i cunotine n ambele sensuri i de la cei ce conduc la cei condui, ct i invers. Infrastructura informaional global este deja o realitate care va marca evoluia lumii i va marca profund viaa individului i a comunitilor umane, activitatea economic mondial i zonal. Uneori este neglijat chiar tehnologia de producere a informaiei. Reeaua Internet permite i informarea, dar i realizarea unor operaiuni de producie i comerciale. 141.2 Sistemul informaional geografic1.2.1 Sistemul informaional spaialPrintresistemeleinformaionaledezvoltatenultimeledecenii, unrol apartel au sistemeleinformaionalespaiale, sistemeconcisesauelaborate(Niu, C., 1992Longley,1995), care nregistreaz, prelucreaz, memoreaz, furnizeaz i utilizeaz datele despre obiectele, evenimentele i fenomenele caracteristice unui spaiu dat. Informaia referitoare la aceste elemente are caracteristici metrice i semantice.Dintre caracteristicile sau atributele metrice, unrol preponderent l audateledepoziie, respectivcoordonatele. Cndspaiul definit este o zon terestr mic, sistemul informaional spaial (SIS) devine sistem informaional teritorial (SIT). Cndspaiul dedefiniieapoziiei elementelor estespaiul geografic, SIS devine sisteminformaional geografic (SIG). Un SIGpoate rezulta din concatenarea i generalizarea unor sisteme informaionale teritoriale ale unor zone adiacente. nuneleri seacceptdoardenumireadesistemeinformaionaleteritorialepentrutoate aceste genuri de sisteme. n cazul SIG, datele de poziie sunt coordonatele geografice,definite ntr-un datum geodezic acceptat, universal.SIG cuprinde, ntr-o accepiune mai larg, fazele de la specificarea datelor de intrare pnladeciziiledecontrol asupraproceselor naturale, economicesausociale, iar ntr-o accepiune limitat, numai fazele de la specificarea datelor de intrare, pn la afiarea rezultatelor sub form grafic (cartografic) sau alfanumeric. Ieirile sistemului sunt folosite nacestcazdectrealtesistemeinformaionale(deprotecieamediului, demanagement economic, militar etc.). Elementele unui SIGsunt grupate n:hardware(calculatorul electronic, reeaua de calculatoare, perifericele obinuite de intrare ieire i de memorare,perifericele specializate utilizate n special la culegerea datelor, reelele de comunicaii etc.); software(programele de sistem, programele de comunicaii, programele de gestiune a datelor, programele ce asigur prelucrarea i validarea datelor culese, programele de analiz geografic etc.);sursele i coleciile de date i informaii cu produsele ce le conin; tehnologiilede culegere, validare, organizare, stocare, furnizare i utilizare a datelor i informaiilor sub diferite forme;personalulce proiecteaz, realizeaz i utilizeaz sistemul. Fig. 1.1 Componentele unui sistem informaional (dup ESRI) 15Sistemele se pot categorisi n multe moduri. Astfel, dup destinaia produselor (ieirilor), pot exista sisteme informaionale topografice,cadastrale,geologice,hidrologice,oceanografice, glaciologice, meteorologice, silvice, de transport etc.Exemple de asemenea sisteme sunt date mai jos. Dup domeniul de definiie pentru date sistemul poate fi municipal, judeean, regional, naional, continental, intercontinental i global. Nu exist nc un SIG total pentru o zon dat, care s satisfac utilizatorii tuturor domeniilor economice, sociale sau naturale existente. Interconectarea tuturor sistemelor domeniilor face ca sistemele s devin subsisteme distribuite ale unui sistem integrat virtual.1.2.2 Fazele realizrii i proprietile de performan ale SIGnconceperea, proiectarea, dezvoltarea, implementareai ntreinereaunui SIGse disting urmtoarelefaze generale: specificarea datelor (definirea intrrilor); culegerea, transmiterea, memorarea, prelucrarea, structurarea, stocarea i regsirea datelor i informaiilor; folosirea datelor i informaiilor n activitile decizionale i de aciune asupra mediului nconjurtor. Proprietile de performan ale sistemului sunt: calitatea de a culege, stoca i regsi rapid datele necesare; securitatea, sigurana i mentenabilitatea datelor; compatibilitatea sistemului cualte sisteme; timpul de rspuns la cererea dedate i informaii; coerena sistemului (legtura logic a datelor stocate i a tipurilor de proceduri utilizate); flexibilitatea sistemului; capacitateasistemului deaacionacontinuupentrurealizareascopului propus; randamentul sistemului.1.2.3 Avantajele folosirii SIGAvantajele folosirii SIG sunt urmtoarele:-reducereaoperaiunilor derutini automatizarealurii deciziilornproblemecare implic folosirea datelor geografice;-identificarea cuantificat a problemelor organizriii a operaiunilor tehnice cu date geografice;-controlul obiectiv al calitii datelor i al operaiunilor (obiectivizarea controlului);-verificareaautomatandeplinirii restriciilor, regulilorinormativelorndomeniul folosirii datelor geografice;-eliminarea duplicrii funcionale n lucrul cu date i informaii geografice;-reducerea ciclului proiectare realizare evaluare pentru diferite domenii de activitate care folosesc date referite n spaiul geografic;-diversificarea formelor de prezentare a produselor ce conin date spaiale (geografice);-creterea parametrilor de precizie a datelor ce definesc poziia geografic sau a datelor derivate din (referite la) acestea;-posibilitatea de a rspunde n timp real sau cvasireal n cazul unor evenimente neprevzute (cutremure, inundaii, alunecri de teren etc.).1.2.4 Exemple de SIGPeplanmondial s-aurealizat sausunt ncursderealizaresistemeinformaionale geografice cuscopuri multiple saucuscopuri particulare. S-audezvoltat i problemele teoretice i metodologice referitoare la SIG. n cercetrile tiinifice sunt angrenai cartografi, fotogrammetriti, geografi, specialiti n teledetecie, statisticieni, informaticieni etc. Printre cele maivechi sisteme seamintescWDB, GBF/DIME iGIRAS (S.U.A.),RGU(Frana), 16NIMS (Suedia) etc. SIG militare (Bernard, 1990) au un rol deosebit n pregtirea i ducerea operaiilor i luptelor i n asigurarea logistic. La nceput sistemele s-au dezvoltat prin metoda ncercrilor i erorilor, pornindu-se delanecesiti practiceimediate. Unsistemglobal cunoscut esteWWW(WorldWether Watch, anuseconfundacuprescurtarea utilizat nInternet), unSIGmeteorologic ce cuprinde toate instituiile meteorologice ale tuturor rilor, interconectate. n Marea Britanie a fost realizat sistemul ENVIRON pentru rezolvarea unor probleme demografice. Alte sisteme care dein ntietatea ca timp de ncepere a realizrii i nivel de funcionalitatesunt descrisemai jos, specificndu-sedeintorul, suportul dedate, datele tematice cheie, anul de ncepere a realizrii etc. (Longley, 1990; Maguire, 1995):a) Denumire: CAGEASDeintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Datecheie:Agricultur, ferme: numrul defermepedistricteistate, folosireaterenului, sisteme de irigaii,suprafee irigate, recolte pe ani, depozite,valoarea produciei vndute a fermelor, fermele clasificate dup diferite caracteristici, caracteristici de exploatare ale fermelor, tipul de organizare, valoarea de pia a fermelor, vrsta i ocupaia principal a celui ce conduce exploatarea fermeiOrganizarea datelor: Baz de date relaional (BDR)Anul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.b) Denumire: CPH (populaie i cldiri)Deintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Date cheie:Pentru fiecare cetean - codul numeric personal, numele i prenumele,sexul, data i locul naterii, starea civil, rasa, studii, ocupaia, venitul anual, domiciliul, raportul cu locuina etc.; pentru fiecare locuin tipul locuinei, situaia, proprietarul, actul de proprietate, cine locuiete, actul de nchiriere, numrul de camere, suprafaa locuibil etc.Organizarea datelor: BDRAnul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.c)Denumire: CSIGAS (servicii) Deintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Date cheie: Servicii de sntate, servicii pe profesii, hoteluri i moteluri, ateliere de reparaii, servicii depersonal i deafaceri, parcri, teatre, muzee, galerii, alteinstituii decultur, grdini botanice, grdini zoologice, locuri de recreere, notariate, alte birouri legislative etc., cu diferite caracteristiciOrganizarea datelor: BDRAnul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.d)Denumire:US TigerDeintor (realizator): Geological Survey (n colaborare cu US Census Bureau)17Date cheie: Strzile principalelor metropole din S.U.A., pe metropole, cu acces prin Internet, cudenumire, sensdeparcurgere, traficpeorealezilei i peperioadediferite, gradul de poluare, unele limite ale zonelor areale etc. Organizarea datelor: Structur topologic (TIGER)Anul nceperii funcionrii sistemului: 1990Infrastructura: Servere de date pe metropole i centrale, accesate prin InternetZona geografic: Metropolele S.U.A.e) Denumire: SCEDP/SCIP (afaceri i planificare)Deintor (realizator): University ofSouth CarolinaDatecheie:Ocupareaterenului (nvedereaproiectrii denoi ntreprinderi, firme, utiliti etc.); straturi de date cu reeaua de transport, sistemele hidrotehnice, reeaua acvatic, calitatea aerului, acoperirea terenului i folosina terenului, demografia, firmele industriale, comerciale, bancare, de afaceri etc. existente .a.Organizarea datelor: Structuri topologice, structuri raster grosiere n BDR, trecere n anii urmtori la structura de date pe obiecteAnul nceperii funcionrii sistemului: 1996Infrastructura: Server de date i reea de calculatoare n Carolina de Sud, cu acces rezervat beneficiarilor codificaiZona geografic: Carolina de Sudf) Denumire: EuroMOSAICDeintor (realizator): CCN (Marea Britanie i celelalte ri ale CE)Datecheie:clase deconsumatori nComunitatea European, caracteristici demografice, sociale i de locuitOrganizareadatelor:Bazde daterelaional pentruatribute, structurtopologicpentru date spaialeAnul nceperii funcionrii sistemului: neprecizatInfrastructura: : Servere de date, central i n capitalele rilor CE , accesate prin InternetZona geografic: rile Comunitii Europenef) Denumire: National Cadastral (Austria)Deintor (realizator): Austrian Federal Agency for Cadastry (prin Datamed)Date cheie: Cadastru, parcel, proprietar, hart cadastral, folosina terenuluiOrganizarea datelor: Baz de date relaional, structur topologic pentru date spaialeAnul nceperii funcionrii sistemului: n curs de realizareInfrastructura: 68 servere la agenie i oficiile regionale, software de la ESRIZona geografic: Teritoriul AustrieiNumai n anul 2.000 au fost comunicate ca realizate i livrabile imediat importante colecii de date, specificate n presa de specialitate (ntre paranteze sunt date firmele): date despre frontiere, n cod ZIP(Caliper); baza de date hidrografice (CARIS); dou hri numerice pentru Europa - ArcEurope Base Map i ArcEurope Demographics, de fapt dou puternicebazededategeograficesaucartografice(ESRI); ultimul catalogCAE- CAE Directory (lansat pe site-ul TenLinks.com); cea mai mare arhiv online de imagini ale planetei Pmnt(dat n exploatare deGlobeXplorer);"hart multistrat complet" - Versatile MAP (Magellan);bazadedate geograficeCensus2000, careconine totalitateadatelorstatistice pentru SUA, statele, districtele i localitile componente, existnd i date vectoriale pentru frontierele tuturor diviziunilor administrative (Census Bureau, SUA); baz de date geografice 18complex, denumit Virtually Canada - Canada virtual (Geomatics Canada) etc. O colecie interesant de date este Global Data Bundle, care conine datele mai multor baze realizate anterior independent, respectiv ale DCW (harta digital a lumii, obinut din digitizarea foilor hrii de aeronavigaie la scara 1:1.000.000), ale DTED (date digitale altitudinale) i ale bazei de denumiri geografice (World Place Name Database), livrabile mpreun la preuri rezonabile.1.2.5 Analiza geograficAnaliza geografic se bazeaz pe utilizarea datelor spaiale n determinarea unor noi atribute ataate elementelor i fenomenelor geografice, inclusiv arealelor geografice la scar local, regional sau global. Un aspect comun i recursiv al informaiei geografice de toate tipurileestecexistarealeeterogene; aceasteterogenitatespaial, nestaionaritatesau variaie localizat extra-Poisson (sau definit altfel) poate prezenta probleme deosebite pentru modelele statistice convenionale (care presupun relaii globale fr particulariti spaiale), rezolvareafiinddatuneori deosoluiedestul desimpl. Sefolosescuneleproceduri de analiz, dintre care se rein clasificarea spaial, detectarea eantioanelor (clusterelor) spaiale, analiza (spaial) fuzzy, detectarea i modelarea relaiilor spaiale, modelarea prin regularizare, recunoaterea formelor (paternurilor) spaiale, adugareadevalori unor noi atribute spaiale etc.Se accept n mod general c apariia analizei geografice este legat de dezvoltarea geografiei cantitative i statistice, ncepnd din 1950. Kubo (1995) susine c japonezii sunt pionierii analizei geografice din 1930. Anselin (1989),Goodchild et al. (1995) prefer utilizarea expresiei analiza datelor spaiale.1.2.5.1 Proceduri de analiz geograficClasificarea spaial, care se va trata pe larg n capitolul al IV-lea, presupune mprireaspaiului contiguu2Dsau3Dnparcelesauuniti devolum, crorasli se atribuie una sau mai multe caracteristici, prile fiind nedelimitate fizic, frontierele definindu-se ca limite ale domeniului de definiie spaial ale variabilei analizate, de exemplu pentru fenomenul densitate a populaiei. Detectarea eantioanelor (clusterelor) spaiales-a nscut aproape o dat cu calculatorul electronic (n cadrul ciberneticii) i s-a dezvoltat n paralel cu evoluia acestuia (darindependent) (Vancea, R. et al, 1989). Obiectul recunoaterii eantioanelor estedeja controversat. In cadrul recunoaterii formelor, n care eantioanele au rol determinant, au fost introduse la nceput toate tentativele de a oferi modele ale unor fenomene,modele care s imite analiza i descrierea de ctre om, ba mai mult, s obiectivizeze analiza i descrierea. Aici au fost introduse probleme din cadrul inteligenei artificiale i al lucrului interactiv cu calculatorul, ndomenii dintrecelemai diverse, precumproiectareaasistatdecalculator, tehnicile de recunoatere a formelor psihologice, biologice, lingvistice, geografice etc. Filtrele de detecie a eantioanelor ncadrul recunoaterii formelor sunt denumite n geografie detectoare (Longley, 1995).O dezvoltare general a tehnologiei de clasificare ntr-un domeniu complet nou este focusat n special pe forme i eantioane. Un exemplu elocvent din aplicaiile geografice este folosirea metodelor epidemiologice spaiale pentru determinarea arealelor de prezen a anumitor maladii. Contururile acestor zone definesc formele care trebuie recunoscute (gsite),pe baza unor eantioane. In acest caz, localizarea (poziia) poate fi folosit ca un filtru spaial nprocesuldeselecie. Localizareaformelorpoatefi, deasemenea, relevantdacpotfi 19identificate metaforme, folosite apoi n predicie. Sublinierea necesitii analizei spaiale este dat de faptul c doar atributele (caracteristicile) social-economice nsei nu sunt suficiente pentru a descrie sau a face predicia rspunsurilor i c exist interaciune ntre aceste atribute (variabile) i poziia geografic relativ. Interaciunea este de dou feluri legat de efectele devecintatei legatdeefecteledepoziie. Exemplealeefectelor depoziierelativn analiza geografic sunt caracteristici ca: nvecinarea cu linia de centur a capitalei; rural sau urban; n centrul oraului; localizare sezonier; n centrul comercial sau n centrul industrial; nzonaglomeratsauneaglomerat; zonrecent populatetc.Atribuireadevalori ale atributelor de mai sus pentru arealele geografice permite o analiz geografic prin determinarea eantioanelor, apoi a formelor.Analizaspaialfuzzy.Concepiaunui sistemfuzzyndomeniul geograficnueste nou (Openshaw, 1989), dar un asemenea sistem nc nu s-a realizat. Ideea de baz este s se exploateze incertitudinea (neclaritatea) spaial n sistemele geografice. Exist dou domenii de incertitudine: primul este dat de asignarea de valori ale atributelor sau de enumerare pentru unelezone(sate, comune, cartiere, orae, judeeetc.), iaral doileanasignareaadreselor potale (pe principiile geografiei potale) zonelor de mai sus. Cele de mai sus sunt ntlnite mai ales la fenomenele geografice dinamice, incertitudinea fiind dat de precizia de msurare a valorilor unor atribute. n toate clasificrile datelor dup mai multe variabile exist unele zone pentru care nu exist date sau exist date incerte.Un exemplu clar este determinarea suprafeei geoidului pentrusuprafaarii. Artrebui ssecunoascvalori aleacceleraiei gravitaionaleiale cotelor pentru o mare suprafa a zonei vecine rii pentru o interpolare corect, n caz contrar gradul de incertitudine se mrete la frontier. In geografie, se poate considera ca sistem fuzzy cel geodemografic, care ar permite unui utilizator s cear s i se rspund ce adrese nu mai sunt actuale (vezi schimbarea frecvent a toponimelor fr actualizarea tuturor denumirilor n teren sau pe modelele terenului geoimagini sau baze de date) ntr-o anumit grup de date,dar sunt pe aproape ntr-un spaiu de similaritate al clasificrii. ntr-un context spaial cele de mai sus sunt importante, deoarece eterogenitatea intern a sistemului este mare.Ridicareagradului de incertitudine arduceuneorilamrireaexcesiv a bazelorde date, deci i a timpului i costurilor de culegere, validare i prelucrare, precum i la realizarea unor interfee utilizator complexe. Un sistemideal ar trebui s se autocalibreze prin identificarea nivelurilor optime de incertitudine pentru orice aplicaie geografic. Simularea se poate baza ntotdeauna pe sisteme fuzzy.Detectarea i modelarea relaiilor spaiale. Alt form a unei variabile de localizare (relativ) estevecintatea, carenuestedatexplicit, ci trebuiedeterminatdindatelede poziie i din datele tematice, pentru toate tipurile de obiecte punctuale, liniare i areale. Chiar relaiile topologice sunt relaii apaiale i ele pot s nu fie date de la nceput, ci determinate pe bazarelaiilor devecintate. Tipurile frecventederelaii spaiale sunt analizate nacest capitol. Problemele ce apar aici sunt doar metodologice. Anumite tipuri de relaii spaiale pot fi gsite prin metodele regresiei suprafeelor de tendin, n special la scar macrogeografic,pentru modelarea rspunsului spaial. Modelareaprinregularizare. nfotogrammetria clasici digital estecunoscut modelarea curbelor de nivel dup faza de restituie, soluie ce se aplic i n cartografie la generalizareatraseelor detaliilor liniareneregulate(curbedenivel, linii demal etc.) prin trecerea de la o scar mare la o scar mic. Situaia se ntlnete i n SIG. Utilizatorii vor obiecte areale sau relaii spaiale optime, complete ca nivel informaional, evaluabile 20comercial, fr a fi n stare n mod necesar s defineasc dinainte ce caut. Ei tiu ce vor, dar nu tiu cum s caute ntr-o manier optim. i introduc toate datele disponibile, ateapt ca sistemul s fac restul de operaiuni. Pe lng datele iniiale, trebuie introduse i alte variabile geografice. ntimp trebuie construit i o bibliotec de forme care trebuie actualizat permanent. ntotdeauna modelarea cu formele i variabilele existente este denumit modelare prin regularizare. Ovariant a soluiei este aplicarea unui algoritmgenetic AGpentru a crea o subbibliotec specific unui domeniu de utilizare, din biblioteca de forme cu caracter general, extrgndu-sei adaptndu-seanumite forme. Unalt aspect important este necesitatea feedback-ului. Aceast necesitate nu se bazeaz pe nelegerea procesului total, care ar fi prea dificil. Sistemele ideale simt mediul lor i rspund cererilor acestuia fr s explice sau s descriecum o fac. Tehnologia exist, dar nu este folosit nc(Longley, 1995).Adugareadevalori noilor atributepringeoprocesare. Convenimcaprelucrarea datelor geografice s o denumim geoprocesare (Openshaw, 1989). Utilizarea final a analizei spaiale const n mbuntirea bazelor de date prin geoprocesare i adugarea de valori unor noi atribute, derivatedindateleiniiale. Cel mai important cazestecadatelecartografice digitale s se obin de la organizaii specializate n realizarea hrilor topografice clasice i digitale,formnd straturile de baz,urmnd a se crea noi straturi n baza de date digitale, adugndcodurilepotale, datealerecensmintelor, altedateprecumdistaneledelaun detaliu pn la diferite detalii liniare sau areale ca de exemplu linii de rm, ruri, ci ferate, osele etc., folosina terenului, tipurile detaliate de pduri, localizarea n poligoane de interes, adugarea de toponime sau alte valorietc. Detaliile (obiectele) digitale pot fi reclasificate dup alte principiii chiar structura bazei de date poate fi adaptat sau modificat n totalitate. Prin simulare pot fi calculate i adugate noi date de predicie, dup modele alese de utilizator.Proceduri softwareutilizatenanalizageografic.Metodeledeanalizgeografic descrise msi sus sunt realizate cu proceduri ale pachetelor de programe SIG. Existena acestor proceduri determinfuncionalitateaprogramelorutilizatenSIGi aceastfuncionalitate este avut n vedere la procurarea unuia sau altuia dintre pachetele de programe. O procedur deanaliz tiinific a funcionalitii este prezentat nacest capitol. Sefac referiri la problemele de implementare a procedurilor ce pot fi utilizate nanaliza geografic, cu trimitere la unele pachete de programe cunoscute. n cele ce urmeaz vor fi descrise unele probleme ce apar n analiza geografic i procedurile ce le pot rezolva. Dintreproblemelerezolvateprinanalizageograficseamintescproblemaunitii areale modificabile, problema limitelor, interpolarea spaial, eantionarea spaial, autocorelaia spaial etc. n ultimele etape ale modelrii spaiale, n mod normal, analiza trebuie s concluzioneze dac trebuie s foloseasc date agregate sau seturi separate de date i dac se adoptostrategiedemodelaresimplsauunacomplex. Cuajutorul SIG, cuproceduri puternice de memorare i gestiune a datelor, de calcul i afiare, este posibil de a evalua maicorect careestestrategiacorespunztoare, prin compararea rezultatelor obinute cudiferite niveluri de agregare i complexitate. De exemplu, modelele de migraie a populaiei lucreaz frecvent cudateagregatei utilizeazctevaschemetotalentrearealelerecenzate. Alte probleme de modelare folosesc seturi disparate de date, realiznd analiza din etape separate de prelucrare. 211.2.5.2 Pachete de programe utilizate n SIG1.2.5.2.1 Modele de date n SIG Este posibil s se clasifice pachetele de programe SIG n mai multe feluri (vezi 1.4.1). Una din clasificri are n vedere structurarea i modul de gestiune a datelor (Maguire et al, 1995). n esen, datele pot fi structurate i stocate n fiiere simple, sau n formatul propriu sistemelor de gestiune a bazelor de date. De aici rezult i diferenele n aplicarea algoritmilor de analiz geografic unei structuri complexe de date sau succesiv unor structuri mai simple.nproiectareaprocesrii orientatepefiier, toatedatelesunt stocatenfiierecudiferite organizri, aa cum permit limbajele de programare orientate pe lucrul cu fiiere. n timpul procesrii,fiierele de date sunt transformate cu funcii alese de utilizator i se creaz noi fiiere. Exist multe pachete deprograme SIGsimple, mici, centrate pedateraster i implementatepePC, precumIDRISI, ERDASi IMAGINE. Capabilitiledegestiunea datelor la aceste pachete este totui limitat. Utilizatorii unor asemenea pachete nu beneficiaz de avantajele SGBD,cuacces multiutilizator, independentfa de programeledeaplicaii, securitatea datelor i validarea actualizrilor. OproiectarealternativfoloseteSGBDpentrucapabiliti excelentedegestiunea datelor atribute. n asemenea sisteme hibride datele geometrice i topologice folosite pentru a descriegeografiasunt memoratenfiiereseparatededate, pecndatributeleasociate obiectelor spaiale geografice sunt stocate n baze de date i gestionate cu SGBD. O cerin cheie este ca SIG s-i pstreze integritatea referenial ntre datele spaiale (geometrice i topologice) i cele atributive. Datele spaiale (geometrice i topologice) sunt stocate n fiiere simple, separate, datorit limitelor SGBD n ceea ce privete stocarea datelor, timpul de acces i limbajele de interogare geografic. n prezent sunt preferate bazele de date relaionale i SGBDrelaionale, nacest caz folosindu-se denumirea deSIGgeorelaional (Newell, 1993). Se ntrevede o trecere la bazele de date orientate pe obiecte. Soluia bazelor de date relaionale este acceptat i pentru c multe baze de date existente la organizaiile mari au aceast organizare, baze de date ce conin multe date specifice SIG, n special care aparin geografiei statistice. Exempledepachetepentrusistemehibridesunt ARC/INFO, MGE, Autodesk World, GENAMAP i Smalltalk. Al treileatipdeproiect SIGestecel ncaresunt agregatetoatedatelespaialei atributive ntr-osingurbazdedate. Primele douexemple deasemenea pachete sunt SYSTEM9, bazat pe SGBD EMPRESS i GEOVISION, bazat pe SGBD Oracle.Pachetul de programe IMAGINE al firmei ERDAS Inc. este un exemplu comun de pachet bazat pe procesarea fiierelor. Primul pachet denumit ERDAS, bazat pe date raster, a fost realizat nanul 1979.PachetulIMAGINElucreazcudaterasteri ntr-omai mic msur cu date vectoriale i este centrat pe prelucrarea imaginilor.Este implementat pe staii grafice, cu sisteme de operare UNIX. Funcionalitatea de analiz spaial a pachetului poate fi mprit n urmtoarele grupe: interpretarea (clasificarea multivariat transformata Fourier rapid i clasificarea supervizat/nesupervizat; eantionarea imaginii; filtrarea de convoluie; analiza componentelor principale);redresarea;reprezentarea ntr-o anumit proiecie; modelarea spaial (peste 150 de operatori i funcii, precum operaiile aritmetice, booleene, condiionale, de distan, exponeniale, de combinare a culorilor, focale, globale, matriciale, relaionale, statistice, specifice suprafeelor 3D, trigonometrice etc.);analiza terenului (interpolarea suprafeelor 3D i a izoliniilor) etc. Modulul Model Maker este un editor grafic pentru creareaSIGi procesarea imaginilor folosind proceduri bazate pe obiecte pentru a plasapictograme cereprezint operaiuni demodelarepeopagingoal. Odatcreate, modelele pot fi rulate cu datele pentru a crea noi fiiere de date i tabele statistice rezumative. 22Cai ARC/INFO, IMAGINEare unlimbaj demacroprogramare pentrucrearea denoi proceduri utilizator specifice rezolvrii unei anumite probleme. Programele MGE (Modular GIS Environement mediu modular pentru SIG) constituieunansambludeproceduri integratepentrucrearea, gestiuneai utilizareaSIG. Sistemul lucreaz cu date vectoriale, raster i de tip gril. Este implementat pe staii grafice i pe servere, cu sistem de operare UNIX bazat pe RISC. Modulele sistemului permit culegerea,validarea i stocarea datelor topografice, fotogrammetrice, cartografice, de teledetecie, spaialei atributiventr-obazdedaterelaionale, cupstrareai arelaiilortopologice. Sistemul conine i modulele NetworkAnalyst, GridAnalyst, I/RAS, Imager i Terrain Modeller, specifice analizei spaiale. Network Analyst permite introducerea unor date specifice reelelor, precum opririle obligatorii, restricii de drum, costuri, factori temporari de drumcavolumul traficului saugradul depoluarei conineproceduri dedeterminarea drumului minimetc. GridAnalyst permitedeterminareasuprapunerilor straturilor, analiza vecintii, zonareaarealelor, determinareatraseului optim, analizastatisticetc. Modulul Imager conineproceduri deprelucrareaimaginilor, clasificarea coninutului acestorai identificarea detaliilor. Modulul I/RASrealizeaz registraia imaginii, conversia raster vector prin digitizarea vectorial a imaginii afiat pe ecran, registraia datelor vectoriale i raster etc. Terrain Modeller genereaz modelul digital altimetric, reprezentat prin triunghiuri oarecare(TIN)sauprintr-ogrilregulat, determinpantele, curbeledenivel, talvegurile, cotele unor puncte, afiarea modelelor cu zone umbrite etc. Ieirile tuturor aceste module pot fi combinate cu ieirile cartografice ale modulului EPIMAP.Autodesk World este primul sistem de programe pentru SIG al firmei Autodesk, fiind un sistem flexibil i deschis destinat accesului, integrrii i gestiunii datelor spaiale. Ruleaz pe procesoare 486DX sau Pentium, cu sisteme de operare Windows 95. 98,.. sau Windows NT. Pot fi accesate, editate, integratei analizatedatelevectorialei raster (nformate specificeSIGi CAD) i dateleatributivei multimedia. PermiteautomatizareaOLEi dezvoltarea de noi proceduri n Visual Basic. Folosete att fiiere n format propriu, DWG i Geobase, ct i fiierenformatul MDBspecificmodulului Microsoft Acces. ncadrul analizei spaiale sunt combinate proceduri ca filtre grafice, filtre spaiale i SQL etc.Tabelul 1.1 Cteva funcii de analiz ale lui ARC/INFOModulul FunciaCORE Statistici descriptiveCORE Manipularea datelorCORE Vizualizarea datelorCORE Clasificri (reprezentate prin cartograme)TIN Statistici descriptive i interpolareGRID 8 comenzi focaleGRID 12 comenzi zonaleGRID >20 de comenzi globaleGRID Comenzi de determinare a distanelorTIN Mai multe metode de interpolareGRID Regresie i corelaieGRID AutocorelaieGRID Modelare hidrologicGRID Interpolarea suprafeelorNETWORK Modelare de interaciune spaialNETWORK Drumul optimGRID Clasificarea multivariabilGRID Analiza formelorGRID Modelarea dispersionalNETWORK Modelarea de localizare/alocare231.2.5.2.2 Integrarea SIG i a pachetelor (sistemelor) de programe de analiz spaialExist un interes considerabil n integrarea SIGcu alte pachete de programe specializate, pentru satisfacerea cerinelor unor aplicaii moderne. Acest fapt are drept cauz inexistena unor proceduri de analiz n programele SIG. Integrarea SIGcu alte pachete de programe se face n diferite moduri, fiecare mod avnd avantaje i dezavantaje n funcie de aplicaia de rezolvat. Factorii principali caredeterminalegereamodului deintegraresunt: a)gradul de extensibilitate i deschiderea celor dou sisteme pentru intrarea/ieirea datelor; b) dac unul dintre cele dou sisteme este dominant; c) dac sistemul final trebuie s fie un sistem integrat, n caz contrarputndu-se adopta doar transferul datelor; d) modul de schimb al datelor ntre cele dou sisteme dinamic sau pe loturi (batch); e) gradul de efort i pregtirea integratorului de sisteme.Exist mai multe moduri de interfaare a SIG i a pachetelor de programe de analiz spaial. Soluiile cunoscute sunt realizarea translatoarelor specifice de date, citirea i scrierea fiierelorASCII, prinintermediul unei bazededate, printransferul direct dedatentre aplicaii i prin programarea sistemic.Folosirea translatoarelor specifice de datese bazeaz pe faptul c multe pachete de programe SIG sunt livrate cu asemenea translatoare ca standarde, de exemplu peste 30 pentru ARC/INFO i peste 20 pentru IMAGINE. Sistemul MGE (Intergraph) conine translatoarele MGT_US, care permit realizarea bazei de date SIGMGE, folosind ca date de intrare fiierelele de date geografice spaiale ETAK, TIGER, DIMEi DLG, datele atributive ncrcndu-se ntr-o baz de date relaional Unele sunt bidimensionale i transform datele depoziiei uneleatributenformat binar intern. Sistemul AutodeskWorlddispunede proceduri pentru translatarea n format propriu a datelor straturilor ARC/INFO, SHP ArcView, Atlas GIS, Microstation i MapInfo. Translatoarele exist i n pachetele de programe de analiz spaial, lucrnd n mod batch (pe loturi), cu aceleai formate de date. n pachetul deprograme ARC/INFOexist deexemplutranslatoare cetransform automat fiiereleSOCETSETASCIInstraturi intermediareARC/INFOF_CODE. Procesul este monitorizat de utilizator print-o fereastr, trebuind s se indice doar denumirea fiierului. Pe timpul conversiei i se solicit operatorului s precizeze proiecia cartografic. Este verificat i integritatea stratului rezultat, la sfrit creindu-se i un raport descriptiv. Cu alte proceduri se trece de la formatul intermediar la cel obinuit.Citirea i scrierea fiierelor ASCII este folosit de toate pachetele de programe SIG. Pachetele ARC/INFOi IMAGINEconinmacrolimbajele AML, respectivEML, pentru dezvoltarea de noi proceduri care constituie interfaa ntre cele dou clase de programe programele SIG i programele de analiz geografic. Se transfer totui un volum mic de date.Interfaaprinintermediul unei bazededateasigurlegturaprincitireadin(i scrierea n) aceleai baze de date de ctre programele celor dou sisteme. Soluia este aplicabil doar programelor SIG de tip hibrid sau integrat. Pentru ARC/INFO pot fi folosite pentruintegrareSGBDrelaionale, precumOracle, DB2, Ingres, Informix, Sybase.a. O asemenea legtur s-a realizat deja ntre ARC/INFO i pachetul de programe de prelucrare statistic, prinintermediulSGBD Oracle.Soluia demaisusnupoatefiaplicatdectde 24organizaiilemari. Existlegturi bidirecionalentresistemul AutodescWorldi SGBD Oracle, Sybase, Microsoft SQL Server i orice SGBD bazat pe obiecte. Transferul direct de date ntre aplicaii este ncurajat de unele faciliti ale sistemului de operareUNIX,respectivUNIXpipe i RPC (Remote ProcedureCall). Sunttransferate fiiere n ASCII sau n cteva alte formate (CGM, DXF, HPGL/HPGL-2,PIC,PostScript, WMF, BMP,GIF, JPEG, MAC, PCX, TGA, TIFFetc.).Primasoluieasigurtransferul datelor ntre aplicaiile ce folosesc un singur procesor, iar cea de a doua ntre aplicaiile ce folosesc aplicaii diferite. Sistemul ARC/INFOconine procedura IAC(interapplication communication server server de comunicare ntre aplicaii). O soluie interesant este aceea a folosirii unei ferestre comune, n acest caz rezultnd un sistem integrat hibrid.Programareasistemicpresupunefolosireabibliotecii dedezvoltareaprogramelor SIG sau a subprogramelor n cod obiect. Pachetele de programe SIG au fost scrise iniial n limbaje universale precumFORTRAN, C, 3GL, 4GL, Napier88etc. Princompilare au rezultat module obiect, memorate n biblioteci, care pot fi incluse n programe executabile, provenite din programe scrise n limbaje de dezvoltare compatibile COM, pe 32 de bii, ca Visual C++, Borland C++, Delphi etc., n etapa de editare a legturilor. O asemenea soluie a fost folosit la realizarea de ctre NIMA a sistemului digital de producie (capitolul al III-lea),unde ca sistem de programe SIG a fost folosit sistemul MGE al firmei Intergraph.Soluia poate fi folosit i pentru integrarea programelor SIG i a programelor de analiz geografic.Au fost realizate multe ncercri de integrare a unor pachete de programe SIG cu unele pachete de prelucrare statistic. Rezultatul este constituit din sistemele integrate de programe SIGSAS (sisteme informaionale geografice sisteme de analiz spaial). Dintre pachetele deprogramedeanalizspaialavutenvederelaintegrareseamintescS-PLUS, SAS, GRIM, SAM, SAW etc.Pentru integrarea sistemelor de programe S-PLUS i ArcView a fost realizat modulul S-PLUSExtensionlaUniversitateadinMichigan, caointerfantreceledousisteme,realiznd o conversie a datelor.1.2.5.3 Concluzii Mai sus s-a ncercat o trecere n revist a ctorva metode de analiz importante att pentru utilizatorii geografi, dar i de beneficiarii finali ai datelor geografice. Pot fi continuate descrierile i ale altor metode poteniale de analiz i chiar trebuie descoperite noi metode. De regul, noile metode de analiz nu sunt realizate de geografi, dar pot fi adoptate prin transfer tehnologic. Operaii precumclasificarea, interpolarea, determinarea drumului optimetc. trebuie analizate cu atenie i fundamentate tiinific n cadrul unui proiect de SIG. Cele de mai sus trebuie combinate cu operaiile de cartografiere computerizat, deoarece forma final uzual de prezentare a rezultatelor SIG este tot harta, spaioharta, fotoharta sau cartograma. Din analiza funcionalitii programelor SIG rezult c n noile versiuni ale acestora sunt adugate permanent noi funcii de analiz spaial. Pachetele ce conin doar proceduri de gestiune, descrierei vizualizareadatelor sunt sracenproceduri complexedeanaliz geografic. Este necesar gsirea unei metode riguroase de determinare a funcionalitii, ceea ce a ncercat i autorul (1.4.1).1.2.6 Probleme noi n dezvoltarea SIGnultimul deceniua aprut onecesitate stringent dedate spaiale (geografice). Dezvoltarea SIG este cauzat mai ales de problemele de optimizare spaial. Pentru orice SIG se impuneau funcionalitatea i flexibilitatea, n vederea utilizrii datelor i informaiilor de 25ct mai muli utilizatori.Auaprut i apar noi metodedeanalizgeograficasistatde calculator.Sistemele audevenit oresurs strategic ce poate avea impact chiar asupra organizaiilor sau zonelor nsei. Printre problemele noi aprute la realizarea SIG, importante sunt i locul de dispunere a infrastructurii sistemului, respectiv a componentelor sale principale, aserverelor, modul deachiziionarei deorganizareadatelori informaiilor, codificarea entitilor geografice cu ajutorul geografiei potale, analiza geografic performant etc. Dezvoltarea SIGdup 1990 s-a bazat pe trei elemente principale dezvoltarea tehnologiei, nevoile utilizatorilor i ideile creative de dezvoltare de noi instrumemte de analiz.Factorii care au influenat dezvoltarea procedurilor i programelor SIG ce le nglobeaz sunt:-preferina industriei de software pentru soluii de gestiune a bazelor de date relaionale i n ultimii trei ani i pe gestiunea bazelor de date bazate pe obiecte;-extinderea SGBD relaionalei mainou iacelorbazatepe obiecte,astfelnct s includ tipuri de date netradiionale (temporale, multimedia i spaiale);-tehnologia care integreaz date spaiale (date CAD, date cartografice vectoriale, date raster, date imagine, date de tip gril etc.);-dezvoltarea deosebit a reelelor locale, teritoriale i globale, a legturilor ntre reele, utilizarea bazelor de date distribuite etc.;-realizareaprelucrrilorimportantealeSIGfiepeserveredemarecapacitate, fiepe staii grafice de nalt performan;-popularitateacrescutasoluiilor bazatepePCodatcucretereaperformanelor acestuia, staia grafic bazat pe PC fiind un nod al unei reele;-popularitatea crescutasistemelor deoperare Microsoft i amediului OLE2de dezvoltare software i a software-ului de prelucrare de tip client - server;-prelucrarea optim de tip client - server i utilizarea cu predilecie a reelei Internet sau a altei reele de tip intranet;-dezvoltareacunotinelor despreSIGnerainformaional, cretereacomplexitii, varietii i funciilor aplicaiilor SIG;-creterea interesului dezvoltrilor de software de a include ieiri de hri n aplicaiile realizate.Larealizriledesoftware, detehnologii i aplicaii SIGurmeazaseaduganoi module. Un rol important n structurarea, organizarea i culegerea datelor tematice l au datele de poziie, tehnicile de poziionare, metodele de msurare n teren sau pe fotograme, hri i nregistrri digitalei metodeledemsurarei deprelucrareadatelor depoziie. Multe colecii mari de date sunt livrabile la preuri rezonabile sau sunt puse la dispoziie pe reeaua Internet. Oextinderedeosebit ocaptrealizarea navigaiei ntimpreal saucvasireal,folosind reele ce integreaz poziionarea pe glob i afiarea hrii zonei de teren n care se afl orice mobil de deplasare.Ca atare, o atenie deosebit trebuie acordat:-utilizrii cu predilecie a reelelor de tip intranet i mai ales a reelei Internet;-cerinelor proiectelor i produselor finale;-sistemelor de coordonate i sistemelor de poziionare global;-utilizrii metodelor fotogrammetrice pentru asigurarea unui timp scurt i a unui randament ridicat de culegere, validare i prelucrare a datelor;-tehnicilor de conversie a geoimaginilor analogice;-tehnicilor de asamblare a bazelor de date, avnd n vedere relaionarea n primul rnd a datelor de poziie i apoi a datelor tematice etc;26-utilizarea bazelor de date distribuite i partajarea optim a prelucrriide tip client- server;-dezvoltrii tehnologiilor de poziionare global i a telenavigaiei;-diversificrii produselor finale ale SIG.1.3 Structuri de date geografice1.3.1 Modelarea geograficn reprezentarea n SIG a obiectelor i fenomenelor naturale, sociale, economice etc., se pot releva trei aspecte:poziie; coninut i structur. Obiectele i fenomenele geosferei sunt definite (referite) poziional ntr-un spaiu tridimensional S31 i n mai multe spaii relative care compun un spaiu n-dimensional SnS31S2S3.=Sn(1.1)Totalitatea datelor care dau poziia i descrierea coninutului i structurii n spaiul Sn formeaz modelul digital (numeric) al acestui spaiu, care este un model conceptual. Pentru a exprima datele ntr-un limbaj neles de calculator, se accept i modelul logic ce se refer numai lastructuradatelor, respectiv i modelul fizic cearatreprezentareadatelor nmemoria calculatorului.Dac se consider mulimea de elemente (obiecte sau fenomene) A= {a1, a2, a3,, an} i mulimea R= {riji=1,n;j=1,n} de dependene (relaii) ale elementelor ajde elementele aI, mulimea S={A,R} formeaz un sistem. Problema clasificrii elementelor i relaiilor aparine diverselor discipline i ramuri tiinifice, dar n primul rnd taxonomiei. 1.3.2 Modelul de sistem informaional geograficSistemul informaional geografic (SIG) poate fi privit ca un model al sistemului real SGsaucaunpurttor deinformaieal acestuia, model artificial bazat peosimilitudine indirect ntre elementele geosferei SG i elementele SM ale SIG.Deci SIG face parte din clasa modelelor speciale, avndcaracter informaional i gnoseologic, procesul dereprezentare exprimndu-se formal ca o funcie F la momentul de timp tSMt=F(SGt)(1.2)unde SMteste mulimea elementelor SIG,SGteste mulimea elementelor geosferei, la momentul t, iar F este o relaie binar similar cu notaia funcional care implic o aplicaie. Dintre proprietile aplicaieiFseamintesc omomorfismul, reflexivitatea, tranzitivitatea, asimetria i antisimetria. Generalizarea datelor SIG se bazeaz pe omomorfism (reinerea doar a acelor elemente eseniale pentru modelarea cerut). Reprezentarea unui element al mulimii SGtpresupune: (a) reprezentarea poziiei punctelor spaiului geosferei n spaiul SIG; (b) reprezentareanaturii i structurii elementelor punctuale, liniare, arealei volumetrice definite prin punctele reprezentate. Modelul datelor SIG se bazeaz pe conceptul de model digital al terenului, format din totalitateadatelor (datedepoziiecoordonate, identificatori, valori aleatributelor, date referitoare la precizia determinrilor, datele tematice, totalitatea relaiilor dintre date, precum i totalitatea procedurilor de realizare, gestionare i utilizare a acestui model). 271.3.3 Date geograficeDatele geografice sunt de mai multe tipuri. Datele pot fi metrice (date geometrice de poziie, date metrice derivate, date metrice corespunztoare spaiilor tematice etc.) sau semantice (coduri, identificatori, adrese de date etc). Datele de poziiedefinesc, de regul, poziia unui punct n spaiul geografic natural, ntr-unsistemde referin adoptat. Poziia punctului poate fi definit ca:P(B,L,H) sau P(,,H), unde BiL, respectiv i reprezint latitudinea i longitudinea n sistemul de referin acceptat, respectiv, cu elipsoidul de parametri metrici, fizici i de orientare alei, iar H este cota sau altitudinea fa de suprafaa geoidului (o variant este i cu indicarea nlimii referite la suprafaa elipsoidului); P(,,H), unde i sunt latitudinea i longitudinea pe sfer;P(X,Y,H), undeXiYsunt coordonatelepeosuprafa, deexempluunplan. ntre mrimile de mai susexist relaii funcionale care nu se trateaz aici (Munteanu, 1977).Datele tematice se refer, de regul, la celelalte n-3 dimensiuni ale spaiului Sn i sunt referite ntotdeauna la datele de poziie. Uneori i cota poate fi considerat o dat tematic. De asemenea, se poate considera de baz i spaiul tetradimensional (S4), adugnd timpul la cele trei dimensiuni liniare. Date tematice sunt considerate i valorile reflectanei spectrale,densitii optice etc. fiecare dat n parte poate fi considerat separat n funcie de primele dou date poziionale X i Y.De exemplu, pentru subsistemul ecologic urban, datele tematice sunt cele din schema de mai jos.Cele de mai sus constituie doar un exemplu i n cazuri concrete, datele sunt dezvoltate n mod corespunztor.Relaiile dintre elemente sau dintre date se exprim tot prin date numerice (Niu, C., 1992). Relaiile dintre elementele geosferei sunt naturale, economice, sociale etc. Dup numrul elementelor participante relaiile pot fi binare, unul la mai muli, mai muli la unul i mai muli la mai muli. Sunt i relaii de baz, implicite, geometrice, topologice, ierarhice etc.Datele geografice referitoare la un teritoriu dat sunt n volum foarte mare i accesul la odatsingularsaulaungrupdedatepuneproblemedeosebitedeorganizare. Datele geograficenureprezintconglomerateamorfedevalori numericesaunenumericeDeaici rezult necesitatea adoptrii diferitelor structuri de date. Fig. 1.2Date tematice pentru aprecierea subsistemului ecologic urban281.3.4 Tipuri de dateCea de a treia dimensiune se poate referi la un punct definit pe suprafaa de referin sau la o zon de form regulat sau neregulat a acestei suprafee.Datele vectoriale presupun exprimarea obiectelor punctuale, liniare i de volum prin coordonate(Xi,Yi), i=1,n, cun=1ncazul obiectelor punctuale, n2ncazul obiectelor liniare, n3 n cazul obiectelor areale (n cazul cnd n=3 punctele s nu fie colineare), n4 n cazul celor de volum, dar n acest caz limitele sunt arii ce trebuie altfel definite etc. Referiri concrete la acest tip de date se gsesc n literatura de specialitate (McGuire et al, 1990; Niu, C., 1992; Niu, C., Niu, C.D. 1995).Dateleteseraleconsidercaelement areal placaceacoperosuprafadat(n particular pixelul), de forme i dimensiuni distincte. n spaiul bidimensional al suprafeei de referin, din motive de simplificare a calculelor, dimensiunile pixelului sunt egale cu unitatea de suprafa. O structur teseral neregulat este artat n fig. 1.4.La mprirea n figuri regulate, spaiul 2D se mparte izoedric, astfel ca fiecare celul (plac, pixel) s poat fi suprapus peste o celul adiacent. Exist 81 de moduri de mprire izoedricaunei suprafee2D(deexempluunplan, deoareceoricesuprafa2Dpoatefi reprezentat ntr-un plan), dintre care 11 sunt cele mai semnificative. Se analizeaz cazul cel mai general, nudoarcel particularcndpixelul areformelededreptunghi sauptrat. Cu convenia scrierii[mknl], unde m i n reprezint numrul de laturi ale celulei (plcii), iar k,l reprezint numrul de figuri elementare de descompunere a geoimaginii, de exemplu, structura de hexagoane se scrie [36]i semnific 6 triunghiuri, iar structura de dreptunghi se scrie [44] i semnific mprirea n 4 dreptunghiuri. Accesul uor la molecula structurii i la grupul de molecule se face prin codificarea numeric a (poziiei) moleculelor(pixelilor) sau grupurilor contigui ale acestora. Accesul se poate face printr-o adresare ierarhic. Exist maimulte ierarhii izoedrice folosite pentru generarea unei varietide sisteme de adresare pentru mprirea planului. Fiecare pixel are o adres a, care poate fi o secven de cifre akak-1ak-2 a2a1, unde ai poate lua valorile 0,1,..,n-1. Pentru fiecare k=0, 1, 2, 3,, exist o funcie adresdenivelk, delacelulele(moleculele)k(T)la(0, 1, 2, .. ,n-1), deciak(t)este imaginea lui k a moleculelor de nivel k, (dar) creia i aparine t. Cele de mai sus constituie doarunexemplui ncazuri concretetratrilepot diferi. Mai precis, dactkestefuncia (operaia) de la t lak(t), care reprezint (cartografiaz) fiecare pixel ce l conine, atunciak=k (1.3)Fig. 1.3 Principiul datelor vectoriale i raster (dup ESRI)29Funciile adres de nivel k pot fi referite (relatate) una la cealalt prin operaiunile de combinare :k=0-k (1.4)astfel nct ridic fiecare funcie adres la rangul sau nivelul urmtor, deci:a(t)={,k-kk(t),,1-11(t),0} (1.5)mprirea este finit, celula elementar constituind-o pixelul. Adresarea se poate face la un pixel sau la zona (zonele) din care face parte pixelul (structura raster grosier, denumit astfel de Niu, C. (1992)).Prelucrarea adreselor teserale aparine aritmeticii teserale. Adresele sunt ntregi teserali. Aritmeticii teserale i corespund adunarea teseral (corespondena geometric fiind translaia) i nmulirea (corespondena geometric rotirea i omotetia sau transformarea de scar).Esteconvenabil asestocadateleteseralefiecaomatrice(reprezentatdefapt n memorie ca o succesiune de vectori sau ca un singur vector), fie ca un ir de adrese (cnd nu se memoreaz toat matricea i repetat zonele cu aceeai valoare a pixelului).n cazul datelor teserale (raster), sunt de remarcat cteva tipuri de rezoluii care au mare importan n prelucrarea datelor SIG. Datele raster (fig.1.5) constau din valori ale celei de a treia dimensiuni (de exemplu treptele de gri) pentru fiecare pixel (elementul de imagine, pentrucazul simplificat deformptrat). Unuipixel ipotcorespundemai multevalori, potrivit numrului de benzi spectrale. Poziia unui pixel este exprimat prin coordonate plane. ntr-un sistem de coordonate 2D, poziiile sunt organizate pe linii i pe coloane (matricial). Se cunosc n teledetecie patru feluri de rezoluii, care sunt proprii i SIG - spectral, spaial,radiometric i temporal. Rezoluia spectralse refer la domeniile lungimii de und a energiei electromagneticedinspectrul su. Deexemplu, pentrubanda1anregistrrilor Landsat Thematic Mapper, domeniul spectrului este 0,45 0,52.Se va folosi i termenul de multirezoluie la exploatare fotogrammetric, n sensul c se utilizeaz mai multe nregistrri ale aceleiai zone corespunztoare mai multor benzi spectrale i cu rezoluie spaial diferit.Fig. 1.4 Structura teseral de date30Rezoluia spaialeste dat de suprafaa de teren a pixelului (de exemplu 10X10 m pentru nregistrrile pancromatice SPOT) sau la scara geoimaginii, n cazul scanrii hrilor sau fotogramelor. n acest caz mai este exprimat uneori n numrul de puncte pe unitatea de lungime(punctele avnd formade cerc). Pentru ecranele grafice rezoluia seexprim prin numrul de pixeli pe orizontal i pe vertical, de exemplu 1024X732. De multe ori referirile la rezoluia spaial se fac i prin intermediul scrii geoimagini la scar mare sau geoimagini la scar mic. n teledetecie de exemplu, nregistrrile SPOT se consider a fi la scar mare, iar nregistrrile AVHRR la scar mic. Nu este totui echivalen ntre rezoluie i scar. O geoimagine are mereu aceeai rezoluie spaial, dar poate fi afiat la orice scar.nfotogrammetriesefolosetepentrurezoluiaspaialdistanaminimntredou obiecte distincte aprute pe fotogram, funcia de transfer sau numrul de perechi de linii pe mm. Aceast caracteristic este proprie ansamblului film fotogrammetric camer aerofotogrammetric. Rezoluia n metri pe perechea de linii d distana minim n metri ntre dou obiecte vecine distincte de pe fotogram.ntre rezoluia n metri pe perechea de linii (m/per. linii) i rezoluia n perechi de linii pe milimetru (per. linii/mm) exist relaia:Rm/per.linii=(N/1000)/Rper.linii/mm(1.6)undeNeste numitorul scrii fotogramei. Pentru camera Wild RC-20, pentru scara de aerofotografiere 1:10 000 (N=10 000) Rm/per. linii este 0,250 fr corectarea influenei deplasrii filmului i0,071 cu corectarea influenei deformrii filmului.Rezoluia n metri pe perechea de linii poate fi transformat n metri pe pixel cu formula:Rm/per.linii=23/2Rm/pixel (1.7)Exploatarea nacelai sistema tipurilor diferite de geoimagini este facilitat de cunoatereatuturor acestor moduri deexprimarearezoluiei spaiale. Pentruasestudia Fig. 1.5 Exemplu de date rasterFig. 1.6 Spectrul electromagnetic 31posibilitile de (foto)interpretare, se dau n tabelul 1.2 valorile rezoluiilor pentru nregistrrile Landsat i SPOT.SenzorRezoluia Rm/pixelRm/per. liniiLandsat MSS 57 150LandsatTM 30 84SPOTXS 20 56SPOTP 10 28Tabelul 1.2 Rezoluia imaginilor de teledetecieRezoluia radiometric exprim numrul de trepte ale valorii z sau logaritmul acestui numr (respectiv numrul de bii pe care se poate nregistra valoarea treptei teoretice maxime -vezi folosireacodificrii nSIG).Deexemplu, pentrunregistrrilepancromaticeSPOT exist 256 de trepte de strlucire sau trepte de gri (fig. 1.6), ce pot fi nregistrate pe 8 bii.Valoarea 0 este pentru negru i 255 pentru alb.Rezoluiatemporalexprim, deexemplu, intervalul detimpdupcareseobine nregistrarea datelor pentru aceeai zon (pentru Landsat este de 16 zile).La SIG tridimensionale (aplicate n geologie, n studiul polurii mediului, n meteorologie etc.) obiectele volumetrice se reprezint prin tablouri 3D, geometria de construcie a solidului bazat pe arbori octali i reeaua de tetraedre. n SIG 2D, obiectele tridimensionale se reprezint prin descriptorii suprafeelor care delimiteaz aceste obiecte. O metod uzual pentru a reprezenta o suprafa de form oarecare esteexprimareacoordonatelor cartezieneX,YiZcafuncii dedoi parametriuiv, o suprafa fiind descris de funcia F(u,v). un punct P are coordonatele:P(u,v)=[X(u,v),Y(u,v),Z(u,v),0 Yrtop) if (XDP < Xrtop and Xrtop > Xrtop + 1), ca pentru DP3 din figura 3.5 b. Pentru ramuru_din_stanga, se atribuie valoarea la (1) (YDP= Yltop- 1) if (XDP> Xrtop and Xltop > Xltop + 1); unde ltop este vrful de capt al laturii curente din stnga dat n ramura_din_stanga_var. Acest caz este ilustrat de punctul DP2n figura 3.5 a. (2) Variabila ramura_din_stanga_var ia valoarea (YDP == Ytop) if (XDP > Xrtop and Xltop < Xltop + 1), exemplificat prin punctul DP4n figura 3.5 a, sau if (XDP< Xrtopand Xltop> Xltop + 1) exemplificat prinDP2 n figura 3.5 b.(3) Actualizarea variabilei ramura_din_stanga_var e fcut cu (YDP > Yltop) if (XDP < Xrtop and Xltop < Xltop + 1), exemplificat prin punctul DP4 n figura 3.5 b.Pentru cel de al doilea caz al formei ferestrei de cutare (figura 3.1 b), trebuie fcute cteva modificri algoritmului de mai sus pentru calcularea punctului dinainte urmtor.Pe cnd nc meninem variabileleramura_din_dreapta,ramura_din_dreapta_var, ramura_din_stangairamura_din_stanga_var, laturile nu mai sunt verticale i P1(punctul inferior) i P5 (punctul superior) sunt acum comune ambelor ramuri (figura 3.6).Cnds-agsit unpunctnafar, precumDP1sauDP2, estedeterminat urmtorul punct LE ca intersecia dintre latura activ din stnga i linia urmtoare de scanare i RE ca intersecie a laturii active din dreapta i aceeai linie de scanare (cazul lui DP2). Pe msur ce este gsitunpunct nafar, urmtorul LE estedeterminatcaointerseciealinieicurente active din stnga, recte RE a liniei active curente din dreapta cu linia de scanare. Informaia Fig. 3.4Determinarea punctului FP poziiile lui Dpout100referitoare la laturi este actualizat pentru ambele ramuri, din stnga i din dreapta, pe msur ce este gsit un punct exterior (OUT) care este n afara laturilor din stnga i din dreapta (vezi DP3 sau DP4).Pentruaintegraprimeledoucazuri descrisemai sus ntr-osingurfereastrde cutare ca cea din cazul c, trebuie introduse condiiile ce folosesc valorile absciselor x ale vrfurilor capete ale fiecrei laturi, pentruramura_din_dreapta,i respectiv ramura_din_stnga, pentruapstraurma undeolatur estenclinat saurectilinie. De exemplu(figura3.7), daclaturadindreapta(saudinstnga)areaceeai abscispentru puncteledecapt, atunci laturaeverticali calculul esimplupentruRE(sauLE)cnd cutarea se face n domeniul acestei laturi (vezi ntre P3 i P4 sau ntre P12 i P11). Pe de alt parte, dac latura are abscise diferite pentru capete, se folosete intersecia liniei de scanare cu linia nclinat.Fig. 3.5 Actualizarea informaiei referitoare la laturi F