 | |
 | |
  |
| Politica de confidentialitate |
|
|
 | |
| • domnisoara hus • legume • istoria unui galban • metanol • recapitulare • profitul • caract • comentariu liric • radiolocatia • praslea cel voinic si merele da aur | |
| |
Mult timp spatiul geografic a fost considerat a fi o multime dezorganizata de obiecte (piese) carora li se poate atasa o descriere individuala. Acest grup de obiecte a fost studiat ca si cand analiza comparativa sau statistica a pieselor ar include intelegerea in totalitate a acestui mozaic neregulat.
Progresele recente ale informaticii au permis utilizarea anumitor structuri formale in domeniul informatiei geografice, fiind posibila integrarea datelor in structuri omogene si, concomitent, organizarea spatiului (explicitarea si etalarea acestor informatii facilitand procesarea si interpretarea simultana a datelor). Din punct de vedere practic acesta este cel mai important salt conceptual privind analiza si gestiunea spatiului geografic.
Realizand ca diferitele forme si fenomene ale suprafetei terestre nu exista si nu evolueaza independent, specialistii au constatat ca acestea trebuie evaluate intr-o maniera integrata prin analiza multidisciplinara. Cea mai simpla cale de a realiza acest lucru a fost suprapunerea de copii transparente ale hartilor pe mese de lumina si identificarea locatiilor unde atributele hartilor coincideau, aceasta tehnica simpla de lucru a fost adaptata mai tarziu aplicarii prin tehnici computerizate (fig.1)
Dupa 1970 tehnologia cartografierii automatizate a progresat extrem de rapid ca necesitate de a tine pasul cu dezvoltarea unor domenii de cercetare care includ stiintele pamantului alaturi de tehnici de masurare-investigare (topografie, fotogrammetrie, teledetectie si in ultimii ani GPS). In fiecare din aceste domenii s-a incercat sa se profite de dezvoltarea tehnologiilor informatice pentru a realiza sisteme proprii de gestiune si analiza a informatiilor, ceea ce a condus la o multiplicare paralela a eforturilor. Acest fapt a determinat in anii '80 o noua orientare a tehnicilor de procesare catre standardizarea metodelor si a conceptiei programelor de calcul, asa incat informatiile constituite in baze de date sa fie accesibile, indiferent de specialitatea utilizatorului. Practic, in acest fel s-a consolidat noua tehnologie SIG, capabila sa gestioneze, combine si sa analizeze simultan informatii spatiale si atributele acestora stocate in baze de date specializate.
Figura . Suprapunerea planurilor de informatii (functia overlay)
Doua definitii mai cunoscute acceptate pentru Sistemele Informationale Geografice sintetizeaza obiectul acestor tehnici moderne :
Ansamblu performant de mijloace informatice structurate cu scopul de a reuni, stoca, extrage si vizualiza dupa dorinta date spatiale ale lumii reale pentru un ansamblu particular de obiecte
Un sistem informatic care permite, utilizand diverse surse, reunirea, organizarea, analiza, combinarea, elaborarea si prezentarea informatiilor localizate geografic.
Sistemele Informationale Geografice beneficiaza de mai multe instrumente (pur tehnice), care permit integrarea informatiei in entitati cu referinte spatiale variate. Acest lucru implica o integrare formala a diverselor tipuri de informatii (asa cum apar in studiile spatiale) si a diferitelor forme si procese de instruire utilizand conceptul folosirii caracteristicilor originare ale datelor in cadrul sistemelor specializate de management a bancilor de date. Se deschid, astfel, noi orizonturi de studiu si cercetare care conduc la testarea unor forme de organizare a spatiilor si a elementelor care le compun, de care vor beneficia din ce in ce mai multe discipline aplicative.
Dupa software-ul de tip CAD (care doar reproduce liniile desenate de un artist sau de un tehnician), dupa conceperea unor software-uri cu finalitate mai mult sau mai putin cartografica care permiteau doar executarea unor comenzi de editare numai pentru o parte a informatiilor cartografice disponibile, Sistemele Informationale Geografice au deschis noi orizonturi de aplicabilitate care permit utilizarea combinata a surselor de date geografice de tipuri si structuri diverse. In prezent este posibil ca o infinitate de puncte, informatii asupra retelelor si a fluxurilor, informatii structurate sub forma de blocuri regulate (imagini de teledetectie) sau blocuri neregulate (dar cu structuri cunoscute), sa poata fi procesate impreuna utilizand unul si acelasi instrument (foarte complex), in aceeasi structura formala.
Sistemele Informationale Geografice au ca scop gasirea corespondentei intre descrieri diferite ale aceleiasi parti a spatiului, cu ajutorul unor unitati spatiale definite (puncte, contururi, zone) carora li s-a generat o descriere formala. Aceasta metoda de abordare a implicat legarea/conexiunea informatiilor si codarea grafica a spatiului geografic. Unitatile spatiale au ca prima caracteristica faptul ca sunt obiecte avand o forma si localizare in doua sau trei dimensiuni si, cateodata prin utilizarea elementului timp, chiar patru dimensiuni. Trei tipuri fundamentale de forme au doua dimensiuni: punctele, liniile si poligoanele. In realitate se face o distinctie fundamentala care contrapune unitati spatiale de tip areal (avand arie) si non-unitati spatiale de arie (puncte si linii).
O a doua notiune fundamentala este aceea a grupurilor: obiectele pot fi considerate ca fiind izolate, cu proprietati si operatori izolati, sau ca o colectie de obiecte care pot fi luate impreuna. Daca punctele si liniile pot fi reprezentate doar intr-un sistem vectorial (cu coordonatele lor), unitatile spatiale de arie pot fi reprezentate sau stocate in doua moduri : ca lista de coordonate (se descrie forma exterioara) sau ca o lista de puncte incluse in aceasta forma (raster).
Pe langa cele doua definitii enuntate mai sus, o definitie mai simpla pentru Sistemele Informationale Geografice, ar putea fi urmatoarea : un sistem de achizitie, accesare, captare, analiza si afisare/restitutie a informatiilor geografice. Folosirea unui astfel de instrument din ce in ce mai puternic, mai combinativ, mai 'inteligent', pentru managementul datelor spatiale, ofera facilitati performante pentru analiza.
Asociat cu tehnicile de cartografie automata si avand posibilitatea de a reuni informatii de tipuri si provenienta diferite (date din teledetectie, harti, date descriptive in format numeric, etc.), un Sistem Informational Geografic face posibila gestionarea cu o mai mare usurinta si precizie a spatiului si a elementelor din structura acestuia. In acest fel una dintre piedicile care limitau dezvoltarea analizei informatiilor este la ora actuala indepartata [17].
Un SIG este compus in mod obisnuit din patru module :
Modulul de achizitie a datelor
Modulul de gestiune a datelor
Modulul de manipulare si analiza a datelor
Modulul de restitutie a datelor
Toate obiectele spatiale pot fi descrise prin trei clase de proprietati : pozitia lor fata de suprafata pamantului, relatiile spatiale pe care le au cu alte obiecte si caracterele descriptive non-grafice (atribute). Din acest motiv, oricare ar fi structura de date adoptata pentru realizarea unui Sistem Informational Geografic, aceasta trebuie sa tina seama cu corectitudine de aceste proprietati. Din moment ce atributele unui obiect se pot schimba in timp, fara a-si schimba pozitia si forma, este necesara separarea codificarii datelor grafice si a datelor non-grafice (descriptive). In plus, se intalnesc si situatii in care limitele unor unitati spatiale pot fi modificate fara ca atributele acestor unitati sa fie alterate. In practica se lucreaza cu doua moduri de reprezentare a datelor spatiale (fig.2):
modul raster care corespunde unei divizari regulate a spatiului sub forma de celule rectangulare sau patrate. Acest mod de reprezentare este legat in special de notiunea de imagine. Imaginile cosmice si imaginile realizate prin scanare sunt exemplele cele mai intalnite in practica;
modul vector permite reprezentarea obiectelor intr-un spatiu continuu nediscret. Obiectele si limitele lor sunt localizate cu precizie intr-un referential geografic sau cartezian. Acest mod de reprezentare este strans legat de notiunea de harta.
Figura . Moduri de reprezentare vector (stanga) si raster (dreapta) [33]
Fiecare celula (denumita in limbaj informatic pixel) este identificata cu usurinta printr-o referinta imagine unica (linie/coloana). Pe langa coordonatele imagine, reprezentarea tip raster contine si o valoare numerica ce poate fi dupa caz : valoarea radiometrica (pentru imaginile de teledetectie), nivelul de gri pentru imaginile scanate, sau, in cazul imaginilor clasificate, un cod numeric corespunzator unui atribut descriptiv. Suprafata de teren care este acoperita de un pixel din imagine, aferenta marimii celor mai mici obiecte identificabile cu mijloacele tehnice respective, caracterizeaza imagimea din punct de vedere al rezolutiei [36].
Nu inseamna, insa, ca fiecarui pixel ii corespunde un singur obiect deoarece distributia areala implica cumularea la nivelul detectorului a mai multor semnale cu proprietati diferite : cai de comunicatii, paduri, sol descoperit, vegetatie de talie mica, etc. (fig.3). Aceasta inseamna ca datele de teledetectie trebuie folosite numai pana la nivelul de precizie proiectat, adica rezolutia imaginii sa corespunda preciziei impuse la scara planului sau hartii.
Figura . Corespondenta teren-imagine
Imaginile provenite de la satelitii de teledetectie pun la dispozitie o cantitate mare de informatie, de obicei suficienta, pentru a putea produce un document cartografic complet. Relatiile spatiale dintre obiectele din imagine sunt implicite, conectivitatea fiind o proprietate inerenta a acestui mod de reprezentare. Datorita volumului mare de date care trebuie stocate si procesate, costurile echipamentelor specializate cresc, fiind necesara o analiza prealabila detaliata a aspectului financiar (care poate deveni un inconvenient major, chiar daca avantajele stiintifice sunt de necontestat). Aceste mari cantitati de date au determinat dezvoltarea unor metode de compactare adecvate pentru reducerea considerabila a taliei fisierelor.
Eficacitatea metodelor de compactare a datelor raster depinde in mare masura de structura si talia medie a obiectelor continute de imagine, ameliorarea fiind legata de volumul de celule contigue existente [55]:
codificarea tip lant (en. chain code) : frontierele regiunilor (multime contigua de pixeli) sunt codate sub forma unei liste de valori indicand orientarea limitelor (nord, sud, est, vest),
codificare pe linie (en. run-length code) : fiecare linie este codata sub forma unei liste de dubluri (valoare, numar de celule contigue avand aceasta valoare),
codificarea tip bloc : extensie in spatiul tridimensional a codurilor run-length, zona reprezentata fiind divizata in blocuri patrate de talii diferite.
arborescenta patratica (en. quad-tree) : regiunea este decupata in mod regulat in patrate, fiecare patrat fiind divizat la randul sau, in mod succesiv, pana cand toti pixelii unui patrat au aceiasi valoare (fig.4). Arborescenta patratica constituie un mijloc eficace pentru stocarea datelor foarte omogene facilitand incrucisarea si combinarea datelor cu rezolutie spatiala variabila (in special harti).
Structura arborescenta
Figura . Structura unui arbore patratic (dupa Ripple &Wang, 1989)
Avantajele pe care le ofera aceste mijloace de stocare au convins producatori de soft-ware sa structureze produse de firma pe baza acestor metode de compactare a datelor. Cel mai cunoscut exemplu este SPANS, unul dintre cele mai raspandite sisteme de procesare a informatiilor, care permite o buna sinteza a datelor raster si vector utilizand mijloace hard modeste in comparatie cu alte soft-uri.
Din pacate utilizarea acestor structuri pentru codarea datelor eterogene, a imaginilor clasificate sau a modelelor numerice ale terenului, nu este recomandata atunci cand se doreste elaborarea unor analize evoluate, specifice recunoasterii formelor sau aplicatiilor de vecinatate folosite in mod frecvent in procesarea imaginilor de teledetectie.
Integrarea informatiilor cosmice in sistemele informationale este tentanta si necesara dar realizarea acestui deziderat nu se face fara probleme. Intr-adevar, software-ul pentru procesare de imagini si Sistemele Informationale Geografice s-au dezvoltat in directii diferite, dar, in ultimii ani, datorita progresului industriei hard marii producatori au fost capabili sa depaseasca bariere care pareau insurmontabile.
Modul vector raspunde necesitatii de a reprezenta un obiect intr-o maniera exacta cat mai aproape de realitate. Obiectele spatiale pot sa fie reprezentate pe o harta prin puncte, linii sau poligoane, aceste elemente fiind descrise prin pozitie, relatii spatiale inter-obiecte si de caracteristici nonspatiale (atribute).
Spatiul coordonatelor este presupus a fi continuu. in mod obisnuit obiectele pot fi localizate intr-un sistem de coordonate geografice (latitudine, longitudine) sau carteziene (in functie de sistemul de proiectie considerat optim pentru zona de lucru). In plan un punct este desemnat prin coordonatele sale geografice (j l) sau rectangulare (x,y).O linie continua este codificata prin aproximari succesive de segmente caracterizate prin coordonatele punctelor de capat ale acestor segmente [41].
Un alt mod de reprezentare a liniilor este cel parametric printr-un numar limitat de puncte si o functie asociata (cerc, patrat, functie polinomiala spline). In cazul unui poligon suprafata este descrisa printr-o linie poligonala inchisa (fig. 5).
Figura . Codificarea pozitiei (dupa Marble, Calkins si Peuquet, 1984)
Am constatat ca modul de reprezentare raster ofera avantajul de a fi foarte simplu pentru ca datele sunt stocate sub forma tabelara, deci usor de manipulat cu ajutorul computerelor. O mare parte dintre documentele de tip raster sunt elaborate direct in acest mod de reprezentare fara sa fie nevoie de o conversie de format. Atunci cand toate straturile de informatie sunt constituite cu unitati de baza de aceeasi dimensiune (pixeli) incrucisarea si analiza datelor sunt foarte usor de realizat. De asemenea, este posibila procesarea de date imagine: filtrari, convolutii, clasificari, analize de contiguitate si conectivitate, analiza in componente principale.
Capacitatea de memorie a sistemelor este un inconvenient major al utilizarii fisierelor raster cu talie mare, chiar daca, asa cum s-a aratat mai sus, prin mijloace hard si/sau soft pot fi realizate compactari considerabile ale volumului de date. Se pot aminti si alte dezavantaje importante legate de utilizarea formatelor raster : precizia redusa a pozitionarii punctelor si a masuratorilor de distante (eroarea fiind dependenta de talia pixelului), dependenta calitatii documentelor finale restituite de calitatea perifericelor utilizate (de obicei foarte scumpe), imposibilitatea efectuarii de operatiuni topologice. Modul vector permite reprezentarea obiectelor mai conforma lumii reale. Spatiul definit de coordonate este continuu (si nu discret), localizarea obiectelor, dimensiunile, distantele sunt calculate cu precizie.
In ceea ce priveste marimea bazelor de date, aceasta este determinata de complexitatea arcelor (dependenta in special de densitatea punctelor care servesc la reprezentarea lor) si a poligoanelor. Memoria necesara pentru stocarea informatiilor este, de fapt, legata de modul mai simplu de definire a coordonatelor punctelor.
Analiza datelor si combinarea straturilor de informatii se bazeaza pe algoritmi sofisticati si implica o topologie perfecta care impune eliminarea preliminara a erorilor de tipul poligoanelor neinchise, a arcelor duplicat, nodurilor in vant , etc.. Niciuna din aceste doua structuri de date nu poate fi adaptata intregii game de aplicatii caracteristice Sistemelor Informationale Geografice. De aceea, modul de reprezentare se alege in functie de tipul de procesare pe care il impune proiectul respectiv [32]. Totusi alegerea este simplificata prin utilizarea algoritmilor de conversie reciproca a datelor vector-raster si raster vector (fig.6).
Figura .Conversia vector-raster (sus) si raster-vector (jos)
Datorita simplitatii algoritmilor de conversie, trecerea de la modul vector la modul raster este, de asemenea, simpla, cu o remarca importanta referitoare la faptul ca, in practica, contururile poligoanelor sunt alterate (echivalent cu o pierdere de informatie).
Conversia de la modul raster la modul vector este mult mai delicata, complexa si consumatoare de resurse (in special timp de calcul), dar prin utilizarea unor functii-program adecvate contururile crenelate pot fi optimizate.
O baza de date date poate fi definita drept un ansamblu de date cantitative si calitative repartizate in fisiere organizate pe baza unor modele general acceptate (o colectie de inregistrari alcatuite din mai multe campuri structurate). Bazele de date pot fi clasate in trei modele principale:
modelul ierarhic, bazat pe stabilirea de legaturi pur ierarhice de tip tata-fiu intre fisiere,
modelul retea, bazat pe stabilirea de catre utilizator a legaturilor multiple dintre fisiere,
modelul relational, bazat pe manipularea fisierelor independente (numite tabele sau relatii) construite de asa maniera incat legaturile dintre fisiere sa fie implicite. De asemenea aceste legaturi pot fi multiple, pot asocia ansambluri de obiecte de cardinalitate oarecare fara a fi declarate de utilizator. Avand ca avantaj marea sa flexibilitate si usurinta utilizarii, acest model este cel mai raspandit in practica.
Pentru marea majoritate a soft-urilor SIG, lumea reala este modelata sub forma straturilor de informatii separate, relative la diferite teme (retele hidrografice, soluri, vegetatie, s.a.). Aceste straturi de informatii pot fi combinate in vederea analizei, sau suprapuse pentru vizualizare. Ele sunt denumite foarte frecvent si cuverturi (en. coverage, fr. couverture). Acest concept, acceptat mai ales de cartografi, este strans legat de structurile de baze de date relationale, fiind adoptat si de principalii producatori de soft, cel mai raspandit exemplu fiind ARC/INFO.
Se utilizeaza frecvent si procesarea orientata obiect (cazul programului francez APIC utilizat in cadastrul bazat pe Cartea Funciara), care, din punct de vedere al modului de analiza, raspunde unor necesitati practice bine definite. Lumea reala este modelata sub forma de ansambluri de obiecte grupate in clase si care intretin relatii de diverse naturi. Organizarea bazelor de date mixeaza principiile modelarii ierarhice si de retea. In acest fel bazele de date sunt continue, neexitand partitionari de spatiu sau divizari tematice.
Toate obiectele unei aceleiasi clase partajeaza un ansamblu de proprietati si de metode. Notiunea de proprietate acopera o notiune mai larga decat atributul (calitativ sau cantitativ) pentru ca inglobeaza si texte, grafice, imagini, sunete. In cazul bancilor de date geodezice (topografice) este definit un sistem spatial de coordonate in care se pot pozitiona puncte, linii sau poligoane care alcatuiesc sau definesc obiecte cartografice omogene.
Transferul datelor de pe un document de tip clasic, in general o harta, este una dintre etapele esentiale, consumatoare de timp si foarte costisitoare, pentru constituirea unui Sistem Informational Geografic. Oricare ar fi metoda utilizata, manuala, semiautomata sau automata, este foarte greu sa nu apara erori care sa nu impuna o verificare foarte atenta in vederea corectarii acestora. Atunci cand se doreste utilizarea datelor cu referinta spatiala trebuie tinut seama de pregatirea (preprocesarea) acestora.
In practica, ca intrare in sistem a datelor spatiale, pentru a realiza conversia digitala, se utilizeaza cateva metode uzuale :
modul manual, bazat pe introducerea de la tastatura a coordonatelor punctelor (date de tip vector) sau a valorilor celulelor (date de tip raster);
recuperarea fisierelor de tip vector (in diferite formate de transfer), cu sau fara topologie;
recuperarea datelor de tip raster (imagini de teledetectie brute sau clasificate), modelul numeric al terenului, date de esantionaj;
digitizarea (numerizarea) este operatiunea de culegere de date de pe hartile analogice si se realizeaza cu ajutorul tabletelor specializate de catre operatori prin identificarea punctelor izolate sau legate in serie, definind astfel linii (validare punct cu punct sau continua la intervale de timp predefinite). Se obtin astfel date geografice in format vector. Digitizarea este o operatie lunga si obositoare care poate fi separata complet de sistemul care gestioneaza bazele de date prin utilizarea unor resurse informatice mai putin costisitoare;
scanarea este o tehnica de identificare a informatiilor de pe un suport de tip harta in vederea transformarii in format numeric tip raster (fisiere). Scannerele sunt periferice care functioneaza pe principiul definirii unui punct de pe suprafata documentului ca fiind de un anumit nivel de gri sau culoare (receptionat drept cod binar in fisierul de date).
Operatiunea de vectorizare consta in culegere de date geografice de pe hartile in format raster, prin preluare cu ajutorul unui cursor a punctelor caracteristice din imagine si se realizeaza in mod curent :
automat, prin interpretarea nivelelor de gri (orice frontiera intre 2 nivele de gri este transformata in vector). Se utilizeaza in mod curent software specializat pentru vectorizare care permite identificarea liniilor si contururilor;
semiautomat, printr-o interpretare a frontierelor controlata in mod interactiv de utilizator ; si acest mod de lucru se realizeaza prin folosirea unor programe dedicate.
Introducerea datelor descriptive poate fi efectuata in functie de structura de organizare a datelor. In practica se intalnesc trei tipuri de procesare :
prin introducere manuala de la tastatura direct in structura tabelara a bazei de date. Bazele de date traditionale sunt mult mai bine adaptate pentru aceasta operatiune ;
prin recuperarea fisierelor create anterior si asigurarea automata a atributelor conform unei codificari prestabilite;
interactiv (utilizatorul selectioneaza o entitate spatiala careia ii aloca atribute descriptive)
Nu este posibila stabilirea unei legaturi intre informatia descriptiva si cea spatiala daca topologia nu a fost construita si entitatile spatiale nu au fost identificate printr-un cod numeric (eticheta). Identificatorii pot fi atasati in momentul digitizarii (cu exceptia cazurilor cand se utilizeaza scanarea). Din momentul stabilirii unei corespondente clare intre identificatori si o entitate spatiala pot fi atasate date atributare practic in numar nelimitat.
Oricare ar fi metoda de conversie folosita, toate datele spatiale si descriptive sunt afectate de erori, eliminarea acestora realizandu-se, in practica, prin operatiunea de stabilire a legaturilor dintre datele spatiale si cele descriptive, fiind astfel posibila verificarea existentei erorilor utilizand, in general, cateva criterii de control :
entitatile spatiale pot fi pozitionate defectuos sau pot avea o forma care nu corespunde realitatii,
un arc care lipseste sau un poligon care nu a fost bine inchis implica stocarea unui poligon cu doua etichete,
un mare numar de poligoane de forma alungita indica posibila existenta a unor arce duplicat,
etichetele lipsa corespund unor date descriptive incomplete sau cu erori de codificare
Sistemele Informationale Geografice actuale contin module de editare performante care faciliteaza rezolvarea acestor probleme fiind posibila diminuarea timpului de corectare-actualizare. Prin utilizarea curenta a unor functii topologice erorile de conversie pot fi depistate si corectate automat.
Inainte de stocarea definitiva si utilizarea lor pentru analiza datele spatiale trec prin mai multe faze de preprocesare, de multe ori in mod iterativ, unele dintre acestea deja mentionate in paragrafele precedente :
crearea topologiei si asigurarea de etichete centroizilor poligoanelor (operatiune obligatorie);
verificarea si filtrarea (curatarea) datelor scanate;
conversia structurii datelor vector/raster sau raster/vector, dupa caz;
conversia de format prin trecerea de la un format de schimb (transfer) la formatul specific soft-ului utilizat;
operatii geometrice : translatii, rotatii, schimbari de scara, schimbarea sistemului de proiectie;
eliminarea distorsiunilor, in particular pentru a ajusta documente provenite din fotointerpretare. Aceasta operatiune este cunoscuta sub numele de ajustare elastica (en. Rubber sheeting ; fr. Etirement elastique);
asamblarea zonelor adiacente si ajustarea frontierelor.
Functiile de gestiune a datelor intr-un Sistem Informational Geografic sunt, de fapt, cele specifice unui sistem de baze de date adica : stocare, editare actualizare si consultare/extragere a datelor. In lucrarea sa 'Baze de date. Sistemele si limbajul lor' Gardarin [24] a rezumat principalele obiective pe care le urmarim atunci cand constituim o baza de date :
independenta fizica : maniera sub care datele sunt stocate, structurate si accesate de sistem trebuie sa fie independenta de modul lor de organizare in lumea reala,
independenta logica : fiecare clasa de utilizatori sau grup de lucru trebuie sa aiba propria imagine asupra bazei, independent de structura globala a bazei,
manipularea bazei de catre non-informaticieni : utilizatorul trebuie sa poata descrie cu usurinta datele si sa aiba acces la limbajul de comanda in mod natural prin intermediul interfetelor utilizator simple (meniuri dedicate),
eficacitate de acces la date : algoritmii de cautare (consultare) a fisierelor trebuie sa fie elaborati in asa fel incat sa fie limitat timpul de acces,
administrarea centralizata a datelor : functiile de administrare a bazelor de date trebuie sa fie rezervate unui grup limitat de persoane calificate,
limitarea redundantei datelor : duplicarea inutila a datelor, care ingreuneaza sarcinile de actualizare si inmultesc riscurile de eroare si incoerentele,
coerenta datelor : sistemul trebuie sa fie apt sa vegheze ca datele pe care le manipuleaza sa respecte reguli de coerenta predefinite de utilizator,
accesul partajat la date : sistemul trebuie sa permita accesul simultan al mai multor utilizatori la date si sa fie in masura sa gestioneze accesul concurential, fara ca aceasta sa ingreuneze munca utilizatorilor,
securitatea datelor : drepturile de acces la date (accesul in scriere si in lectura, dreptul de executie a unei comenzi) trebuie sa fie controlat si repartizat intre diferitele categorii de utilizatori.
Specific Sistemelor Informationale Geografice, bazele de date care le deservesc trebuie sa raspunda si unor caracteristici fara de care o parte din avantajele utilizarii lor sunt diminuate :
posibilitatea accesului la baze de date constituite in alte scopuri, independent de bazele de date geografice, prin intermediul interfetelor cele mai raspandite pe piata (Oracle, Ingres, SQL/DS, dBase, Informix, Sysbase, ., fara ca enumerarea sa fie epuizata).
sa permita o actualizare rapida si facila a datelor spatiale si, simultan, a celor descriptive,
sa permita accesul eficient la datele spatiale importante prin intermediul unor partitii consultabile cu ajutorul unor chei de acces,
sa permita interogarea si accesarea simultana a datelor de localizare a entitatilor cat si a atributelor lor descriptive.
Pana nu de mult stocarea datelor era una din problemele care limitau volumul informatiilor din bazele de date. Era greu sa fie pastrate toate datele pe discuri magnetice, extrem de scumpe si, de asemenea, vulnerabile. Odata cu aparitia tehnologiilor CD-ROM si a cresterii considerabile a vitezei de acces datorita unor procesoare din ce in ce mai performante, ne gasim in situatia de a putea filtra datele, asa incat sa nu mai fie permisa pastrarea pe suportul magnetic de stocare a informatiilor redundante sau inutile, fiind cunoscut faptul ca utilizatorii nu mai tin seama de una din constrangerile nu cu mult timp in urma esentiale: limitarea taliei fisierelor la maxim, chiar renuntand la o parte din informatii.
Aceasta operatie interactiva, in general manuala, este o mare consumatoare de timp. Fisierele de date, afectate de obicei de erori, trebuie corectate prin mijloace care se doresc a fi cat mai eficiente si conviviale. In practica sunt intalnite mai des o serie de operatiuni foarte importante pentru economia unui Sistem Informational Geografic :
adaugarea unor entitati;
stergerea (distrugerea) unor entitati;
deplasarea unor entitati;
schimbarea scarii (partiala sau totala);
inchiderea poligoanelor;
schimbarea formei unui arc (prin redigitizare partiala);
interpolarea arcelor prin functii speciale de tip spline, polinomiale, etc.;
generalizarea ansamblului unui arc prin suprimarea punctelor intermediare cu scopul vizualizarii la scari mult mai mici;
ajustarea unei entitati avand ca referinta alta entitate;
modificarea (actualizarea) din punct de vedere structural a unui atribut;
modificarea valorii unui atribut, s.a..
In functie de frecventa cu care datele spatiale sufera schimbari, tinand cont si de importanta modificarilor, actualizarea poate fi efectuata ca o simpla editare sau poate fi totala, incluzand reluarea completa a lucrarilor de teren (in cazul bazelor de date cu referinta geografica), urmata, total sau partial, dupa necesitati, de tot procesul de prelucrare SIG care a fost expus mai sus.
Extragerea informatiilor se poate face fie prin consultare exhaustiva a fisierelor, fie prin interogare pe baza unor criterii predefinite. Aceste interogari pot fi realizate in doua moduri :
Interogarile complexe impun in mod obisnuit ca mai intai sa fie efectuata o operatie de analiza specifica (limbajul de interogare poate sa fie propriu programului utilizat). Marea majoritate a utilizatorilor se orienteaza catre utilizarea unor limbaje de interogare standardizate ale caror functii sunt capabile sa incorporeze intr-o formula cereri care fac apel la criterii spatiale si nespatiale.
Eficacitatea operatiunilor de interogare depinde in cea mai mare masura de volumul bazei de date, de metoda utilizata pentru codarea datelor spatiale si de conceptia structurii de fisiere.
In cazul fisierelor de date nelocalizate procedurile de interogare/cautare sunt performante ; in cazul entitatilor spatiale este insa necesara folosirea la nivelul utilizatorului a unor proceduri complexe (un index spatial poate fi elaborat divizand succesiv regiunea in patrate, similar cu procedura quad-tree).
In raport cu sistemele CAO/DAO si SGBD traditionale, principala caracteristica a unui Sistem Informational Geografic este aria vasta de posibilitati de manipulare si analiza a datelor spatiale.
Cateva exemple de masuratori spatiale care pot fi realizate cu ajutorul procedurilor SIG demonstreaza marea capacitate de prelucrare pe care o ofera aceasta tehnologie de varf :
distanta intre doua puncte;
distanta in lungul unui arc;
perimetrul unui poligon;
suprafata unui poligon;
directia sau orientarea unei drepte;
unghiul intre doua drepte;
calculul volumelor de terasament (rambleu/debleu);
numar de puncte sau de alte entitati spatiale continute intr-un poligon sau la o anumita distanta de alte entitati, s.a.
Reclasificarea este afectarea unei valori unui atribut descriptiv al unui poligon in functie de valorile pe care le iau alte atribute (fig.7). Aceasta operatiune poate fi urmata de agregare (fuziunea poligoanelor vecine care au o proprietate comuna).
Figura . Reclasificarea si uniunea (agregarea)
Combinarea informatiilor provenind de la mai multe harti se realizeaza in functie de modul de stocare a datelor : raster sau vector. In practica s-au realizat pasarele de la un mod de reprezentare la altul, mijloacele informatice permitand analize performante in ambele moduri de reprezentare, care usureaza activitatea utilizatorului.
Modul raster se preteaza in particular intersectarilor, dupa ce documentele sunt aduse la aceeasi rezolutie, in special combinatiilor de tip boolean (si, sau, nu, excludere) si operatiilor numerice de baza (valoare maxima, valoare minima, medie si alte operatiuni matematice).
Atunci cand se doreste realizarea de analize pe baza informatiilor de tip vector utilizatorul este confruntat cu situatia combinarii a doua sau mai multe retele topologice, similara operatiunilor de reuniune din algebra relationala. Practic, atunci cand se realizeaza intersectia a doua cuverturi, rezulta un al treilea strat in care fiecare poligon mosteneste informatia provenind de la cele doua straturi suprapuse. O astfel de combinare este posibila numai dupa elaborarea topologiei. Cu toate ca din punct de vedere logic aceste operatii sunt firesti, realizarea lor implica algoritmi foarte sofisticati si impune mijloace hard foarte importante.
Intersectarea datelor creeaza probleme fundamentale cu influente asupra interpretarii si, in consecinta, asupra calitatii rezultatului :
datele spatiale de intersectat trebuie reprezentate in acelasi sistem de referinta;
calitatea datelor spatiale din entitatile de combinat (precizie, fiabilitate) poate fi diferita;
din intersectia cuverturilor de poligoane poate rezulta o multime de mici poligoane, care aparent nu au semnificatii majore. De aceea utilizatorul trebuie sa separe poligoanele purtatoare de informatie tematica utila de cele care genereaza un efect 'zgomot de fond'.
Este recomandat ca pregatirea incrucisarilor sa fie facuta cu prudenta, iar interpretarea rezultatelor sa fie facuta cu circumspectie. In cazul unor aplicatii specifice geografiei aceste cazuri sunt frecvente. Un exemplu semnificativ este confruntarea unei realitati fizice (soluri, vegetatie) cu date statistice relative mediului uman (demografie, activitati umane).
Un sistem de calitate trebuie sa fie apt sa efectueze analize statistice de baza asupra datelor descriptive (medieri, ecart-tip, minim, maxim, mediane, histograme). Specific prelucrarii datelor de tip raster se pot face analize mult mai sofisticate, indispensabile in procesarea de imagini (regresiuni, clasificari, analize in componente principale, analize multivariate). De obicei aceasta categorie de analize nu este o componenta a Sistemelor Informationale Geografice, ca solutie mai accesibila fiind preferata interfatarea cu programele de procesare de imagine ca instrument perfect adaptat cerintelor uzuale.
Cateva tipuri de analiza confera sistemelor posibilitatea de a realiza procesari din categoria vecinatatilor cu ajutorul carora sunt puse in evidenta relatii spatiale existente intre obiecte mai mult sau mai putin departate. Din aceasta categorie pot fi evidentiate analizele de tip proximitate, contiguitate, conectivitate, drum optim, interpolare si conturare. Analiza de proximitate consta in determinarea ansamblului punctelor situate la o distanta maximala fata de o entitate spatiala specificata (fig.8). Aceste puncte definesc o zona circulara in jurul unui punct izolat, un coridor (culoar) in jurul unui arc, o zona tampon in jurul unui poligon.
Figura . Analize de proximitate
Analiza contiguitatii este specifica modului de reprezentare raster si consista in afectarea unei valori care depinde de valoarea pixelilor vecini, unui pixel dat. In procesarea de imagini aceasta operatiune este cunoscuta si sub numele de filtrare sau de convolutie. Pot fi citate diferite tipuri de filtrari : suma, medie, median, indice de diversitate, gradient, Laplacian. Calculul pantelor si al expozitiei pornind de la modelul numeric al terenului este una dintre cele mai intalnite aplicatii de acest tip. Analiza de conectivitate consta in determinarea limitelor unei regiuni pornind de la un punct, in toate directiile spatiului (radial) primul punct verificand o proprietate particulara (fig.9).
Figura . Principiul analizelor de contiguitate (stanga) si conectivitate (dreapta)
Cele mai cunoscute aplicatii care utilizeaza acesti algoritmi sunt deosebit de utile in geografie :
determina
Numeric al Terenului ;
determinare a vizibilitatii, intre doua puncte date;
determinarea zonelor de accesibilitate intr-o anumita regiune.
Analiza drumului (traseului) optim inseamna calculul celui mai scurt drum intre doua puncte rezultand distanta, timpul si costurile aferente (fig.10).
Figura Analiza drumului optim
Reteaua poate sa contina puncte (intersectii fara conexiune), tronsoane de sens impus obligatoriu, bariere. Ponderea acordata fiecarui tronson cercetat poate varia, utilizatorul avand posibilitatea de decizie.
Interpolarea si conturarea sunt doua aplicatii care se intalnesc in practica. Faptul ca numeroase proprietati naturale variaza continuu in spatiu, iar utilizatorul dispune in mod obisnuit de informatii fragmentate asupra acestor proprietati datorita numarului limitat de date (puncte) de esantionaj, modul de evaluare a valorii probabile a proprietatilor a generat intotdeauna controverse. Tehnicile de interpolare ofera posibilitatea estimarii valorii unei marimi intr-un punct unde aceasta nu este cunoscuta, in interiorul unei regiuni acoperite de o retea de puncte de observatie. Numeroasele metode de interpolare cunoscute permit astazi alegerea aceleia care este adaptata optim marimilor de interpolat.
Interpolarea prin delimitarea de frontiere consta in trasarea de poligoane ale caror limite sunt dreptele de egala distanta intre doua puncte de esantionaj. Reprezentarea peisajului este aproximata in clase sau in paliere (in cazul curbelor de nivel) printr-un model discret. Metoda 'poligoanelor Thiessen-Vornoi' (fig.11) se bazeaza pe ipoteza ca cea mai buna informatie asupra unui punct nevizitat este data de valoarea proprietatii de interes in punctul de esantionaj cel mai apropiat.
Figura . Poligoanele Thiessen-Vornoi
Aceasta metoda este foarte bine adaptata unor date calitative, atunci cand o alta metoda de interpolare nu poate fi folosita. Interpolatorii locali au comportamentul unor functii de rotunjire (retrasare) a liniilor (fr.lissage), prin eliminarea de pe traseu a ecarturilor fata de linia ideala apropiata de valorile medii. Programele de calcul au module care realizeaza acest gen de operatiuni prin utilizarea functiilor spline (polinomiale care ajusteaza local o curba sau o suprafata neregulata dupa un ansamblu de puncte). Frecvent se mai utilizeaza si medieri mobile ponderate prin care este posibil calculul unei valori medii intr-un punct in functie de departarea si valoarea punctelor retinute intr-o fereastra limitrofa sau in toata vecinatatea (atunci cand este nevoie).
Metodele globale de interpolare permit modelarea distributiei spatiale a datelor cantitative sub forma de functii z = f (x,y) :
suprafetele de tendinta sunt calculate prin regresii polinomiale (metoda celor mai mici patrate). Utilizarea acestei metode conduce la un rezultat rotunjit (aplatizat) satisfacator, dar punctele de plecare nu mai coincid decat foarte rar cu punctele de origine,
descompunerea in serii Fourrier cu doua dimensiuni poate fi utilizata in vederea obtinerii unei aproximatii a variatiei spatiale a marimilor continue. Din pacate aceasta metoda este foarte rar utilizata datorita faptului ca cea mai mare parte a entitatilor care definesc suprafata Terrei sunt mult prea complexe pentru a prezenta variatii periodice predictibile.
Ca metoda stokastica optimala de interpolare se utilizeaza din ce in ce mai frecvent kriging-ul (fr.krigéage) care se bazeaza pe ipoteza ca doua puncte situate in vecinatate au mai multe sanse de a avea valori similare pentru o proprietate, decat puncte departate [31]. Se tine cont de faptul ca spatiul nu este in mod necesar izotrop. Un exemplu semnificativ pentru a ilustra aceasta afirmatie este legat de proprietatile solurilor care au mai multe sanse sa varieze perpendicular pe axa vaii decat in lungul raului.
Aceasta tehnica, foarte elaborata, care se bazeaza pe teoria statistica este recunoscuta ca interpolator ideal. Trebuie remarcat faptul ca aplicarea acestei metodologii permite estimarea erorilor asociate interpolarii cat si minimizarea acestor erori. Este evident, insa, ca principalul inconvenient in utilizare este necesarul de mijloace de calcul, obligatoriu de cea mai buna calitate.
Figura Reprezentarea prin izolinii
Stocarea si vizualizarea datelor interpolate depind de structura de reprezentare aleasa de utilizatori. Cel mai frecvent se apeleaza la urmatoarele tipuri de reprezentare : curbe de valoare egala, cunoscute si sub denumirile de izolinii sau izocontururi (fig.12), retele triangulare neregulate-regulate de tip TIN (en.Triangulated Irregular Network) si reprezentari in caroiaj (grila).
Reprezentarea TIN este utilizata pentru redarea terenului pe baza unui model axat pe topologia specifica datelor de tip vector. Suprafata terenului este aproximata printr-o serie de fatete triunghiulare neregulate (fig.13). Pentru fiecare dintre cele trei laturi ale triunghiului sunt codate coordonatele XY (pentru localizarea geografica) si Z (pentru cote). Reprezentarea TIN prezinta cele mai mari avantaje prin faptul ca un triunghi spatial determina in mod unic o suprafata si orice izolinie intrata pe o latura a triunghiului cu o singura iesire pe una din celelalte laturi ale sale. Aceasta proprietate importanta permite ca modelul TIN sa fie cel mai utilizat in generarea de reprezentari prin izolinii [1].
O aplicatie care beneficiaza de avantajele reprezentarii TIN este studiul alunecarilor de teren. Deoarece marimea fiecarei fatete poate fi variabila este posibila si reprezentarea detaliilor prin marirea numarului de puncte (tradusa prin reducerea considerabila a suprafetei fatetelor in zona de interes). Din aceasta categorie de aplicatii se pot aminti anumite reprezentari ale rupturilor naturale de teren, fundului vailor sau ale culmilor alungite, s.a..
Figura . Reprezentarea TIN (Triangulated Irregular Network)
Grila regulata de valori este produsa prin procedee fotogrammetrice stereoscopice utilizand cupluri de fotograme aeriene sau perechi de imagini satelitare de aceeasi rezolutie sau prin culegere directa de puncte cu ajutorul aparaturii topografice de teren. Datele de teren in forma digitala sunt furnizate, in mod obisnuit, ca seturi de date raster. De asemenea, prin digitizarea elementelor de altimetrie de pe harti existente, pot fi generate fisiere de acest tip. Asa cum s-a constatat, inconvenientul major al reprezentarii raster este obligativitatea utilizarii unor celule de talie unica. Astfel, atunci cand se doreste reprezentarea unor detalii ale terenului, talia pixelului trebuie sa fie diminuata, determinand, implicit, cresterea exponentiala a marimii fisierelor.
Practic, acest mod de reprezentare poate fi folosit cu succes pentru zone plane cu variabilitate mica a formelor de relief. Este adevarat ca s-au elaborat formate de fisiere raster cu grile cu dimensiuni variabile, dar acestea nu rezolva in totalitate problema reprezentarii si vizualizarii omogene. Modelul grila este obtinut, cel mai frecvent, in reprezentarile de perspectiva ale MNT, tocmai datorita proprietatii avansate de regularitate care permite procesarea MNT pe felii succesive de o anumita orientare, dar aceeasi in intreaga sa structura
|
|
