4.4. Основные понятия, использующиеся в географической информационной системе

Рассмотрим понятия пространственных данных, их реализацию с использованием компьютера, методы представления описательной информации и сравним разные модели представления данных. Затем рассмотрим, как ключевые понятия пространственных данных реализованы в ГИС ARC/INFO.

Понятия пространственных данных

Использование карт для представления географических особенностей

Географические особенности – это объекты, расположенные на или около поверхности Земли. Географические особенности могут быть естественными (реки, растительность), могут быть конструкциями (дороги, трубопроводы, здания) и могут быть подразделениями земли (округи, участки земли, политические разделения).

Как карты передают географическую информацию

Карты моделируют реальный мир с помощью точек, линий и областей. Символы и подписи (текстовые) описывают эти объекты.

Точки определяют дискретные расположения тех географических особенностей, которые слишком малы для изображения их в виде линий и областей, таких как колодцы, телефонные столбы и здания. Точки также могут представлять объекты, которые не имеют площади, такие как вершина горы.

Линии  изображают формы таких географических объектов, которые слишком узки для изображения областью, такие как улицы и реки, или линейные особенности которые имеют длину, но не имеют площади, такие как контуры подъема.

Области это закрытые фигуры, которые представляют форму и расположение однородных объектов, таких как штаты, округа, земельные наделы, типы почвы или зоны использования земли.

Поверхность описывает что-то, что имеет значение для каждой точки на Земле. Взять, к примеру, подъем: каждая точка на Земле имеет подъем. Трудность представления поверхностей состоит в том, что нельзя определить четкие границы. Поверхности обычно представлены на картах как серии изолиний.

Контур подъема – это тип изолинии, который определяет  линию с равными значениями. Изолинии также могут быть использованы для представления других типов поверхностей, таких как дождевой сток, концентрация загрязнений и уровень воды.

Как карты передают описательную информацию

Карты представляют описательную информацию о географических объектах, используя символы и подписи. Вот несколько общих способов, которыми карты представляют описательную информацию о географических объектах:

Дороги рисуются с помощью линий различных толщины, структуры и цветов для представления различных классов дорог (например, межобластные автомагистрали нарисованы как широкие сплошные линии красного цвета).

Потоки и участки воды обычно нарисованы голубым цветом для обозначения воды.

Специальные символы обозначают специфические объекты, такие как железные дороги (Рис.1),  и аэропорты (Рис.2).

Рис.1 - Обозначение железной дороги

Рис.2 - Обозначение аэропорта

Городские улицы помечены их названиями и часто диапазонами адресов.

Специальные здания помечены их названиями или функциями.

Как карты передают пространственные взаимосвязи

Взаимосвязи важны для нас, они помогают нам понимать ситуации и принимать решения. Взаимосвязь между географическими объектами, основанная на их расположении, называется пространственной взаимосвязью.

Пространственные взаимосвязи подразумеваются на картах, и как их интерпретировать, зависит от вас. Например, вы можете определить:

- какие географические объекты соединяются с другими;

- какие географические объекты соседствуют с другими (например, железная дорога проходит вдоль автомобильной);

- какие географические объекты содержатся в области;

- какие географические объекты пересекаются (например, железная дорога пересекает автомобильную);

- какие географические объекты расположены близко к другим;

- различие в подъеме географических объектов;

- относительное расположение между географическими объектами.

Из этих взаимосвязей можно получить полезную информацию. Например, можно:

- найти маршрут к зданию от выезда с трассы;

- определить эффективный маршрут для доставки почтовых посылок;

- определить области, непригодные для строительства новой школы, которая не может быть расположена рядом с железными или крупными автомобильными дорогами.

Такая информация не представлена полностью на карте. Вместо этого, вы интерпретируете взаимосвязи и получаете информацию из позиций объектов на карте, таких как дороги, контуры, здания, озера, железные дороги и другие объекты.

Дополнительные понятия

Масштаб карты.

Отдаленность – важная часть отношений между географическими объектами. Часто необходимо знать, как далеко друг от друга расположены объекты, например, расстояние до аэропорта, или расстояние от библиотеки до почты. Для перевода расстояний на карте в реальные расстояния, необходимо знать отношение расстояний на карте к расстояниям на Земле. Это отношение называется масштабом  карты.

Масштаб карты обозначается разными способами: как дробь (1:1000), словесное указание (в одном сантиметре один километр), или как полоска (Рис.3).

Рис.3 Полоска масштаба

Чем больше масштаб, тем больше объект на карте. Масштаб 1:1000 больше чем 1:100000.

Необходимо обратить внимание на влияние масштаба на разрешение и  точность. Например, на 1:1000000 разрешение грубое, так что вы не сможете нарисовать очертания зданий так, как при более высоком разрешении 1:1000. Также, значение ширины дороги на 1:60000 карте будет менее точным, чем то же значение на 1:1000 карте.

Декартова система координат.

Карты устанавливают расположение географических объектов на поверхности Земли. Точная идентификация требует структуру для определения по карте реального расположения объектов. Плоскость, или декартова система координат, является такой структурой.

Декартова система координат использует две оси: горизонтальную (x), представляющую восток-запад,  и вертикальную (y), представляющую север-юг. Точка, в которой они пересекаются, называется точкой отсчета. Расположение географических объектов определяется относительно точки отсчета, используя запись (x,y), где x обозначает расстояние вдоль горизонтальной оси, а y – вдоль вертикальной оси. Точка отсчета определяется как (0,0).

Поскольку Земля круглая, картографы сталкиваются с проблемой: как представить реальный мир на чем-то плоском. Процесс «уплощения» Земли называется проекцией, отсюда термин картографическая проекция. Все картографические проекции представляют всю или часть поверхности Земли в виде плоской карты, создавая искажения в расстоянии, площади, форме или направлении.

Широта и долгота

Расположение географического объекта на поверхности Земли описывается широтой и долготой. Это мера угла (в градусах) от центра Земли до точки на ее поверхности. Широта - это угол, измеренный к северу или к югу от экватора, а долгота измеряется  к западу или к востоку от нулевого меридиана (воображаемая линия, проходящая от Северного полюса к Южному через Гринвич в Англии).

Люди часто рассматривают меры широты-долготы как x,y координаты; но это не так. Широта-долгота это единица измерения меры для сферической (трехмерной) системы координат. Картографическая проекция преобразует расположение, выраженное в широте и долготе, в декартовы координаты (двухмерные) на карте.

Картографические проекции

Существует много различных картографических проекций. Они различаются по их пригодности для представления различных местоположений и количеству охватываемой земли, а также по их способности сохранять расстояние, площадь, форму и направление. Подбор картографической проекции для ваших нужд – важное решение.