Графо-аналитические операции

Графо-аналитические операции. Как уже упоминалось, цифровые карты, имеющие топологическую структуру представляют собой пространственный граф. т.е. набор точек на местности (узлов),  соединенных ломаными линиями - дугами. Многие объекты окружающей среды можно представить в виде графа, например дорожную сеть, речную сеть, сеть трубопроводов и т.д. Такое представление объектов дает возможность применить для различных расчетов мощный математический аппарат, предназначенный для решения различных задач на графах: для дорожной сети это задачи выбора оптимальной схемы перевозок, задача определения наикратчайшего маршрута и т.д. 

Рассмотрим общую схему решения задач на графах при помощи ГИС. Поскольку каждая дуга графа представляет собой определенный пространственный объект, следовательно, каждой дуге графа может быть поставлено в соответствие некоторое число - одна из характеристик объекта, например его длина, расход воды, качество дорожного покрытия и т.д. Операция присваивания таких чисел дугам графа называется операцией взвешивания графа, а ее результаты можно условно назвать "таблицей взвешивания графа". Возможно, для решения некоторых задач потребуется построение нескольких таких таблиц, содержащих значения различных характеристик. Далее для решения задач на графах необходимо определить аналитическое представление графа. Одним из способов такого представления является упоминаемая выше топологическая таблица цифровой карты, которая содержит все сведения о дугах и узлах.

После передачи указанных входных данных на вход вычислительной процедуры и производства вычислений мы можем получить выходные данные в двух видах, в зависимости от вида решаемой задачи : в виде таблицы взвешивания графа, содержащей значения производных характеристик, являющихся решением задачи либо в виде списка дуг графа.

Например, при решении задачи о нахождении кратчайшего маршрута мы передаем на вход процедуры таблицу взвешивания графа содержащую длины каждой из дуг, а на выходе получаем список дуг графа в определенной последовательности, определяющей наикратчайший маршрут.

В большинстве общераспространенных программных продуктов ГИС модули, выполняющие графо-аналитические операции отсутствуют т.к. как правило эти задачи специфичны для различных областей применения. Поэтому в большинстве случаев, при проектировании и создании ГИС приходится программировать эти задачи самостоятельно на основе имеющихся в ГИС-программных средствах разработки дополнительных модулей.

Средства визуализации.

Как известно, обычные карты являются не только хранилищем исходной информации для различных расчетов, но их также используют и для представления результатов обработки пространственно-распределенной информации в наглядном виде. Известно, что данные, представленные в наглядной форме, значительно легче воспринимаются и интерпретируются. Этот принцип сохраняется и при использовании ГИС.

Средствами визуализации называется группа функций ГИС обеспечивающая оформление входных и выходных данных, результатов анализа и вычислений, цифровых карт. Кроме того, в ряде случаев внешнее оформление выполняет функции языка, служащего для передачи какой-либо информации (например система условных знаков топографических карт).  Средства визуализации призваны дать возможность сформировать и оформить выходной документ (отчет, диаграмму, график и т.д.), содержащий результаты обработки информации в том виде, какой необходим пользователю ГИС. Средства визуализации данных можно условно разделить на две группы

1. Средства генерации и оформления отчетов. Средства генерации отчетов являются в некотором роде "механизмом" по обратному преобразованию данных из ГИС на традиционные носители (бумагу, пленку и т.д.) и предназначены в основном для создания и выдачи некоторого завершенного документа, оформленного согласно определенным стандартам и представляющего результаты обработки информации. В качестве таких документов могут выступать тематические карты, графики, таблицы с данными, комбинированные отчеты, содержащие как карты, так и таблицы и т.д.

2. Средства построения тематических карт. Тематической картой назовем карту, на которой посредством языка условных знаков, присущих объектам карты, отображается значение некоторой характеристики, которое имеет тот или иной объект. Например, мы можем построить карту износа труб, составляющих сеть трубопроводов. Для этого определим, что трубы с максимальной степенью износа будут изображены на карте линией имеющей красный цвет, а минимальную - линией имеющей синий цвет. Все реальные трубы будут иметь цвета, располагающиеся между этими в порядке цветов в спектре. Таким образом, мы получаем наглядную карту, отражающую степени износа различных частей трубопровода. При этом объекты, имеющие различное значение характеристики "износ" будут иметь на карте различный цвет.

Таким образом, мы можем сказать, что цвет в данном случае выступает в роли тематического параметра отображения. В качестве такого параметра могут быть взяты толщина линии, тип линии (для линейных объектов), характер и цвет штриховки (для площадных объектов), и т.д. Определенное "значение" тематического параметра может присваиваться не только уникальным значениям той или иной характеристики, но также группе значений или диапазону значений этой характеристики.

Построение тематических карт является мощным инструментом анализа данных, поскольку позволяет наглядно отобразить различные скрытые зависимости в распределении значений характеристик объектов на исследуемой территории, которые традиционными способами обработки данных было получить затруднительно, либо вообще невозможно.

Сделаем одно важное замечание относительно т.н. физических структур цифровых карт. Цифровые карты являются программно-зависимыми, это значит, что конкретная "физическая" структура (в отличие от логической структуры, виды которых мы рассматривали) созданная при помощи одного программного средства ГИС не сможет функционировать под управлением другого программного средства без совершения специальной операции над данными, которая называется конвертированием. Процесс конвертирования означает преобразование одной физической структуры (файла), поддерживаемой одним программным средством в физическую структуру (файл) поддерживаемый другим программным средством. В процессе конвертирования, как правило, происходит потеря или искажение данных, поэтому он является крайне нежелательным.

Мы рассмотрели две основные векторные модели, предназначенные для хранения метрической информации об объектах местности. Выбор вида модели цифровой карты, разработка структуры баз семантических данных, и их заполнение информацией являются наиболее наукоемким и трудоемким процессом при создании ГИС. Время и средства, затраченные на создание банка данных цифровой картографической информации составляют от 70% до 90% от времени и средств затраченных на создание всей ГИС. Процесс заполнения банка картографических данных информацией называют процессом цифрования. Ввиду его важности мы рассматриваем его более подробно в отдельной главе.

Лекция 5