3.8. Растровий спосіб цифрового представлення просторових даних
Растрова модель географічних даних (Raster Geographic Data Model) - це спосіб представлення географічних даних у базі даних ГІС у вигляді рівномірної комірчастої структури, що формує прямокутну матрицю, в якій кожен елемент приймає певне значення, властиве реальному просторовому об'єкту [8].
Растрова модель характерна тим, що розбиває всю територію на елементи регулярної сітки, або комірки, при цьому кожна комірка містить лише одне значення. Ця величина може, наприклад, виражати яскравість земної поверхні (для знімків дистанційного зондування) або бути ознакою належності того чи іншого типу об'єктів (для растрових карт).
У геоінофрмаційних системах реалізуються растрові моделі у вигляді файлу зображення, в заголовку якого вказуються дані про географічні координати та проекцію зображення. Прикладами геоінформаційного растрового формату можуть бути файли типу .img компаній ERDAS або GeoTIFF. У растрових форматах є аерокосмічні знімки земної поверхні, тематичні карти, що описують безперервні властивості явищ, моделі рельєфу. При виконанні деяких складних аналітичних функцій векторні дані можуть переводитися в растрову форму як зручнішу для виконання завдання, а результати потім знову перетворюються на "вектор". Таким чином, можна сказати, що растр і вектор - це дві взаємодоповнюючі одна одну моделі даних, вибір між якими залежить від задачі, що розв'язується [12], рис.7.
Рис.7. Растрова та векторна моделі просторових даних, що використовуються в ГІС
Враховуючи, що в даний час ГІС все частіше використовуються як серйозний аналіз і моделювання - інтерес до растрової моделі даних ГІС зростає [26]. Наприклад, растрові моделі вГІС є основним способом подання безперервно розподілених ознак (поля забруднень, кліматичні характеристики, ґрунтово-рослинний покрив, геоморфологічні особливості місцевості тощо) для виконання аналізу та моделювання
3.9. Гриди як спосіб цифрового представлення просторових даних
Одним із способів представлення просторових даних у ГІС ArcView та ARC/INFO є грід [10]. Назва грід означає структуру географічних даних, засновану на осередках. Грід описує просторові зміни поверхні. Якщо векторне покриття (тема) зберігає моделі географічних об'єктів, як серії точок з координатами x, y та топологічні відносини між об'єктами, то грід зберігає їх як матрицю осередків з рядків і стовпців. Осередок є первинним будівельним матеріалом гриду, рис.8.
Рис.8. Грід моделі даних у ГІС ArcView
Таким чином, грід належить до так званих регулярних моделей даних ГІС (регулярна мережа, Regular Grid). За стандартизованим визначенням регулярна мережа - це спосіб організації географічних даних у базі даних ГІС у вигляді безлічі рівних за розмірами та територіально сполучених елементів осередків, упорядкованих у вигляді рядків та стовпців. Географічне розташування кожного елемента (x, y) визначається порядковими номерами відповідних рядків та стовпця [8].
Кожна комірка грида представлена квадратом, розмір якого мають усі комірки грида, і кожній з них приписано числове значення, що визначає деяку величину поверхні у цій точці. Значення осередків можуть бути 32-розрядними цілими величинами або дійсними (з плаваючою комою) числами. Рядки та стовпці відповідно паралельні осям Х і У, так як розмір осередків однаковий, положення та формаоб'єкта легко визначається за номерами осередків у рядках та стовпцях. Кожен осередок гриду оточений вісьмома сусідніми осередками. Осередки ідентифікуються за їхніми позиціями у гриді. Як точка прив'язки зазвичай використовується верхній або нижній лівий кут гриду. Знаючи місце розташування цієї точки і розмір осередку гріда, завжди можна визначити область географічного простору, що потрапляє в будь-який осередок.
Побудова гриду відбувається швидко. Осередки мають квадратну форму і розташовуються чаркою один над одним, що зручно для оверлейних операцій. Оверлейні операції (операції накладання) для векторних покриттів, коли відбувається пошук дуг декількох покриттів, що перетинаються, є набагато складнішим завданням, рис.9.
Рис.9. Приклад оверлейних операцій (операцій накладання) для гридів та векторних моделей у ГІС ArcView [10]
Гриду може бути приписана додаткова інформація, наприклад реальна координатна система. Координатна система гриду та сама, що й інших наборів географічних даних. Власна координатна система гриду визначається розміром комірки, кількістю рядків і стовпців та координатами Х, Y верхнього лівого кута гриду.
Для гридів немає обмежень, які притаманні багатьом структурам даних, заснованих на осередках - навіть дуже великих гридів. Число рядків і стовпців гриду не обмежене. Дуже великі гриди автоматично розбиваються менші прямокутні блоки (так звані тайли), рис.10.
Рис.10. Тайлова система гридів [10]
Структура грида, представлена тайлами, оптимізує як довільний, і послідовний доступом до його осередків. Для кожного блоку програмне забезпечення проводить операцію стиснення, яка залежить від типу значень осередків гриду. Схеми стиснення однаково добрепрацюють з однорідними дискретними та з неоднорідними безперервними даними. Стиснення даних зменшує вимоги до їх зберігання і істотно збільшує швидкість доступу до них в операціях відображення та аналізу для великих файлів гриду.
Оскільки структура даних гриду ґрунтується на осередках, операції з такими географічними об'єктами, як точки, лінії та полігони, є неефективними при використанні грід даних. Наприклад, неможливо провести аналіз лінійної мережі засобами гриду чи організувати управління інформацією про земельні ділянки, оскільки дані про них суворо прив'язані до областей із чіткими кордонами. Часто викликають проблеми вирішення гриду. Векторні покриття мають максимальну роздільну здатність та точність, необхідні для прийнятного представлення географічних об'єктів. Наприклад, межі доріг, річок, лісових масивів та інших мають чіткі контури в покриттях. Ці межі у поданні грида зазвичай генералізовані. Одного разу створений грід має заданий на етапі його побудови дозвіл і він не може бути більше збільшений, а ще більш генералізований. Щоб створити новий грід, що має менший розмір осередків, необхідно побудувати його знову з вихідних даних, як зазвичай виступає покриття.
Гриди є геореляційними моделями – тобто. вони здійснюють зв'язок просторових та атрибутивних даних, що є базисом для представлення об'єктів та їх моделювання. Атрибути об'єкта пов'язані з його географічною формою та положенням за допомогою унікального ідентифікатора (ID). Гриди можуть мати асоційовану з ними атрибутивну інформацію, що зберігається у вигляді таблиць. Атрибути гриду зберігаються в атрибутивній таблиці значень (VAT), рис.11.
Рис.11. Атрибутивна таблиця гриду (VAT)
VАТ завжди щонайменшемістить два поля: VALUE та COUNT - перше для значень осередків гриду, друге - для кількості осередків, що мають однакові значення. Кожному унікальному значенню осередків відповідає один запис таблиці. До таблиці можна додавати додаткові поля. Так само, як і з атрибутивною таблицею покриття, з VАТ можна пов'язувати додаткові таблиці даних. Таблиця VАТ відрізняється від атрибутивної таблиці покриття, оскільки містить дані про значення осередків, а не географічні об'єкти. Один запис у таблиці VАТ відноситься до всіх осередків, що мають однакове значення, в той час, як один запис в атрибутивній таблиці покриття відноситься до конкретного об'єкта з таким самим ідентифікатором.