25226 skanuj0021 (27)

3.5. Określenie typów baz danych przestrzennych, systemów zarządzania, opracowanie koncepcji systemu baz danych przestrzennych

Jest to zadanie o kluczowym znaczeniu dla całości projektu. Wynika to z faktu, że wyznacznikiem możliwości korzystania z systemów informacji przestrzennej jest dostęp do danych. Bazy danych przestrzennych stanowią więc jedną z najważniejszych i najkosztowniejszą część systemu informacji przestrzennej. Stworzenie baz danych może pochłonąć 60-85 % całości kosztów tworzenia systemu. Utrzymanie systemu w aktualności oznacza głównie aktualizację danych w bazach danych systemu.

Dostęp do danych i możliwości korzystania z danych zależą od wielu czynników. Najważniejsze z nich to: jakie dane i w jaki sposób zapisano w bazach danych, jak można korzystać z pojedynczych danych, zespołu danych, jak można łączyć dane z różnych baz danych, wizualizować dane, wykorzystywać je do analiz przestrzennych i modelowania.

Teoria i praktyka tworzenia baz danych zanotowały już wiele osiągnięć. Są dziesiątki podręczników opisujących podstawy teoretyczne i metody projektowania baz danych. W Polce można znaleźć ponad 20 podręczników, w większości tłumaczonych z języka angielskiego. Jest dużo mniej pozycji poświęconych wyłącznie bazom danych przestrzennych. Najczęściej są to rozdziały w podręcznikach GIS.

Mimo (i na skutek) takiego bogactwa literatury postanowiono rozpocząć to zadanie badawcze od przeglądu i uporządkowania pojęć. Było to konieczne z wielu powodów:

1.    Istnieją niejednoznaczności pojęciowe na styku „normalnych", nieprzestrzennych baz danych i przestrzennych baz danych, oraz na skutek różnej interpretacji pojęć w informatyce i w systemach informacji przestrzennej.

2.    Zbyt dosłowne tłumaczenia niektórych terminów z języka angielskiego nie oddają dobrze istot)' danych przestrzennych, są niekomunikatywne i niejednoznaczne.

Zacznijmy od pojęć „model'' oraz. „modelowanie" .

3.5.1. Model - modelowanie

Pojęcie „model" występuje w systemach informacji przestrzennej co najmniej w trz.cch znaczeniach:

•    jako obraz rzeczywistości, sposób przedstawiania realnego świata;

■ jako model danych (mówi się o wektorowym i rastrowym modelu danych -ostatnio częściej używa się wyrażenia „postać danych": wektorowa, rastrowa, hybrydowa - oraz o modelu danych w bazie danych);

•    jako model i modelowanie procesów oraz zjawisk przy pomocy funkcji matematycznych lub poprz.cz inaczej wyrażone zależności.

Model jako obraz rzeczywistości ma podstawowe znaczenie dla tworzenia i inter-pretaqi baz danych.

W systemach informacji przestrzennej rzeczywistością jest teren wraz z wszystkimi jego obiektami, roślinnością, ludnością, zjawiskami gospodarczymi, społecznymi, klimatycznymi itp. Stworzenie wiernego obrazu tak złożonej rzeczywistości jest niezwykle trudne i praktycznie niemożliwe. Tworzy się więc obrazy odzwierciedlające wybrane (tematyczne) fragmenty tej rzeczywistości.

Przedstawiają one rzeczywistość w postaci zmniejszonych, trójwymiarowych obrazów, obrazów dwuwymiarowych sprawiających wrażenie obrazów trójwymiarowych (NMT) lub obrazów dwuwymiarowych (mapa, zdjęcie lotnicze). Innym typem modelu może być opis słowny. Odwołuje się on do wyobraźni inspirowanej pamięcią i porównaniami.

Rozpatrując związki między rzeczywistością (np. terenem, budynkiem, miastem) a obrazem tej rzeczywistości, trzeba oddzielnie potraktować zależności geometryczne oraz oddzielnie oddanie właściwości i charakteru rzeczywistości.

Zależności geometryczne wyrażają się skalą w trzech wymiarach x, y, z. Rzadko się spotyka model w skali 1:1:1, np. model samochodu przed uruchomieniem produkcji, model pomnika, manekin. W większości przypadków spotykamy zależności l:n, przy czym skala może być różna na każdej z trzech osi. Oddanie (z pewnym uogólnieniem) wymiarów rzeczywistości poprzez skalę modelu jest sprawą stosunkowo prostą i łatwą technicznie do zrealizowania.

Trudniejszo jest przedstawienie właściwości i charakteru rzeczywistości. Z ogromnej (nieskończonej) liczby właściwości, jakimi się charakteryzuje rzeczywistość, dostępnymi obecnie metodami można w obrazie zawrzeć tylko ich ograniczona liczbę. Obraz rzeczywistości będzie więc zmniejszeniem z selekcję cech lub zmniejszeniem z podaniem tylko wybranych cech.

W tym miejscu należy postawić pytanie. Jaki obraz rzeczywistości można nazwać modelem rzeczywistości, a jaki obraz rzeczywistości nie spełnia kryteriów modelu i możemy go rozpatrywać w kategoriach zarysu, niepełnego obrazu, czegoś luźno nawiązującego do rzeczywistości?

Obraz, który można nazwać modelem, powinien zachowywać jednoznaczne zależności geometryczne z rzeczywistością (obiektem realnym) i zawierać minimalną liczbę cech (charakterystyk) rzeczywistości, które umożliwiają odtworzenie podstawowych właściwości obiektu realnego, potrzebnych do poprawnego wnioskowania.

Uznaje się, że modelem terenu wraz z większością jego obiektów fizycznych może być zdjęcie lotnicze lub zdjęcie satelitarne. Modelem ze znaczną selekcją obiektów jest mapa topograficzna. Łatwiejsze do zbudowania są modele przedstawiające wybrane elementy krajobrazu, np. drogi, roślinność, gleby, rzeźbe terenu.

W każdym z przypadków należy starannie dobrać sposób przedstawiania rzeczywistości, tak aby uzyskany wynik miał charakter modelu. Od tego zależy wierność przedstawiania rzeczywistości oraz wiarygodność wniosków wyciąganych na podstawie interpretacji modelu.

Wszystkie obiekty świata realnego (rzeczywistości), niezależnie od wielkości, są obiektami przestrzennymi trójwymiarowymi. Ale zależnie od skali tworzonego modelu są one przedstawiane na obrazie rzeczywistości jako obiekty punktowe, liniowe, powierzchniowe, rzadziej jako obiekty trójwymiarowe. Np. miasto w skali małej jest przedstawione jako punkt, a w skalach większych jako powierzchnia. Rzeka w skali małej jest obiektem liniowym, a w skalach większych obiektem powierzchniowym.

Niezależnie od skali i od sposobu przedstawienia, miejsce występowania i zasięg przestrzenny każdego obiektu są podawane jako sekwencja punktów mających współrzędne w przyjętym układzie odniesienia.

Obiekty punktowe mają jedną parę współrzędnych płaskich lub trzy współrzędne w systemie trójwymiarowym.

Obiekty liniowe zapisywane są jako ciąg współrzędnych punktów załamania linii lub początku i końca linii prostej. Jednostką do dalszych operacji jest odcinek między dwoma punktami (prosty odcinek krzywej, sektor między skrzyżowaniami dróg).

Obiekty powierzchniowe są zapisywane jako ciąg współrzędnych punktów załamania ich granic. W terminologii SIPu są wielokątem zamkniętym (poligonem). Poligon jest podstawową jednostką dla opisu obiektów powierzchniowych.

Obiekty trójwymiarowe są zapisywane jako ciąg trzech współrzędnych punktów (X, Y, Z) załamania zewnętrznej powierzchni opisującej bryłę.

Jest to tzw. wektorowy sposób zapisywania geometrii obiektów (wektorowa postać, wektorowy model danych).

Ten zapis informuje o położeniu obiektów, ich kształcie, wielkości i powiązaniach (relacjach) z innymi obiektami. Wprowadzone do zapisu danych elementy topologii, takie jak zwrot wektora i sąsiedztwo poligonów ułatwiają przyszłe operowanie danymi-, a szczególnie wykonywanie analiz przestrzennych.

Zapis wektorowy stosuje się do przedstawiania obiektów dyskretnych (zwymiaro-wanych). Taki obraz rzeczywistości jest też nazywany modelem obiektowym. Jest to zbiór obiektów z dobrze zdefiniowanymi granicami. Wokół obiektów występuje pusta (niezdefiniowana) przestrzeń.

Inny sposób przedstawiania rzeczywistości (model powierzchniowy) stosuje ciągłe powierzchnie jako obiekty przestrzenne o charakterze pola. Opisuje on rzeczywistość poprzez skończoną liczbę zmiennych, przy czym wartość każdej ze zmiennych można zdefiniować w dowolnie wybranym punkcie powierzchni. Przykładem może być możliwość obliczania w dowolnym punkcie temperatury gruntu lub wysokości terenu na podstawie DTM.

W tym modelu stosuje się rastrowy zapis danych. W zapisie rastrowym lokalizację cechy charakteryzującej teren wyznacza

49