2. přednáška z předmětu GIS1 Data a datové modely Vyučující: Ing. Jan Pacina, Ph.D. e-mail: jan.pacina@ujep.cz Pro přednášku byly použity texty a obrázky z www.gis.zcu.cz Předmět KMA/UGI, autor Ing. K. Jedlička
Datové modelování V geoinformatice se nezaobíráme reálnými objekty, ale z důvodu zjednodušené reprezentace modelem reality. Modelování - abstrahování týkající se všech součástí geografické informace - geometrické, topologické, tématické i dynamické.
Základní pojmy Data - údaje získané měřením, pozorováním nebo jen pouhým zaznamenáním z reálné skutečnosti analogová data mapa alfanumerická data - tabulka číselná data - číselná matice digitální data - počítačový soubor Informace - význam přisuzovaný datům a vztahům mezi nimi Prostorová data - polohově lokalizovaná data většinou grafická Atributová data - popisují kvalitativní a kvantitativní charakteristiky prostorových dat negrafická data Metadata - data, popisující obsah, reprezentaci, rozsah, prostorový referenční systém, kvalitativní aspekty využití digitálních dat
Základní pojmy Entita (objekt, o kterém je v databázi uložena informace (osoba, zvíře, věc, jev reálného světa), musí být rozlišitelná od ostatních entit a existovat nezávisle na nich) Typ entity (množina objektů stejného typu charakterizovaná názvem typu a popsaná pomocí jejich vlastností (atributů) Atribut charakteristika, vlastnost entity, údaj o objektu atribut přiřadí každé entitě hodnotu z určité neprázdné množiny hodnot domény atributu (obor hodnot atributu) je zadán identifikátorem (svým názvem) datovým typem Geoprvek = prostorový objekt modelový obraz objektu reálného světa, který je dále nedělitelný a který je lokalizován
Vzájemné vztahy
Přednosti digitálních dat Obecně Společný základní formát nul a jedniček Snadno se kopírují Rychlý přenos Malá náročnost na skladovací prostor Odolnost fyzickému zastarávání V GIS prostředí Přesné a rychlé měření Překrývání vrstev Změna měřítka Přiblížení a výřez Doplňování údajů Data v digitální formě se snadněji zobrazují, přetvářejí a analyzují.
Aspekty prostorových dat Prostorový aspekt projevuje se se změnou vlastností jevu z místa na místo Topologický aspekt popisuje vzájemné prostorové vztahy mezi prvky Atributový (tematický) aspekt charakterizuje změnu jevu v jeho vlastnostech (od jedné vrstvy k jiné) Časový aspekt odráží změnu jevu v čase (od jednoho záznamu ke druhému) Popisujeme-li reálný jev, považujeme jeden aspekt za pevný, jeden aspekt za kontrolovaný a třetí za sledovaný (sčítání lidu v roce 1991 po kat. územích)
Reprezentace dat (datový model) vektorový datový model X rastrový datový model
Vektorová vs. rastrová data
Základní geometrické objekty Bod nemá délku, hloubku ani šířku - bezrozměrný (0D) geoprvek je jednotlivý pár souřadnic X, Y, reprezentující geografický prvek je příliš malý na to, aby byl zobrazen jako linie či plocha Linie má délku, ale nemá šířku ani hloubku - jednorozměrný (1D) geoprvek sled orientovaných úseček (hran) definovaných souřadnicemi vrcholů (vertex) mezi dvěma uzly (nodes) tvar reprezentovaného geografického prvku je příliš úzký na to, aby mohl být zobrazen jako plocha Polygon má délku a šířku, ale nemá hloubku - dvojrozměrný (2D) geoprvek uzavřený obrazec, jehož hranicí je uzavřená linie
Základní geometrické objekty
Vrstvový přístup: Možné přístupy k vektorovým datům Jednotlivá data jsou obvykle organizována v tématických vrstvách (layer, theme, coverage). Tento jednoduchý princip vychází z používaného způsobu při vytváření map v kartografii, kde je obsah mapu dělen do vrstev podle barev. V GIS se ale, a to je velice důležité si uvědomit, data dělí skutečně podle tématiky. Například zatímco v kartografii je v jedné vrstvě třeba polohopis a antropogenní (lidskou rukou vytvořené či upravené) prvky výškopisu, protože v mapě je obojí výsledně stejnou barvou, pak v GIS je nutno takovouto kartografickou vrstvu rozdělit na minimálně dvě tématické vrstvy, které se využívají v GIS. I v GIS se však vrstvový model ukázal jako velice univerzální a mocný. Reprezentace komplexního světa pomocí jednoduchých tématických vrstev nám snadněji umožňuje zorganizovat a pochopit vztahy mezi jednotlivými jevy.
Objektový přístup: Možné přístupy k vektorovým datům Dalším způsobem, jak mohou být data organizována je tzv. objektový přístup. Ten je založen na principech objektově orientovaného programování a získává na oblibě hlavně v posledních letech. Jeho hlavními znaky jsou: každý objekt obsahuje geometrii, topologii, tématiku (atributy) a dále i chování (metody), objekty je možné sdružovat do tříd objektů, objekt je pak instancí (prvkem) takovéto třídy, je možné vytvářet hierarchické vztahy mezi objekty (rodič - potomek), atributy a metody je možně dědit.
Datové modely Špagetový model přímý přepis klasické mapy do digitální podoby (neefektivní pro prostorové analýzy) Topologický model zákl. prvkem je hrana. Každá hrana má označení, souřadnice koncových uzlů a jméno levého a pravého polygonu Hierarchický vektorový model ukládá zvlášť info o bodech, liniích a plochách v hierarchické struktuře. topologický model špagetový model
Atributy popisuje negeometrickou vlastnost entity každý atribut je obecně tvořen dvojicí: Název jakou vlastnost popisuje (nap. barva) Hodnota konkrétní případ (nap. zelená) pro každou vlastnost nejvýše jedna hodnota pokud hodnota neexistuje, nebyla vložena, je potřeba to ošetřit (nap. 99,-1,0,99, nechat prázdný atribut)
Atributy
Typy atributových dat číslo výčet - např. pro typ silnice to může být (dálnice, rychlostní silnice, silnice 1.třídy, silnice 2.třídy, ostatní silnice) text logická hodnota datum čas obrazová informace