Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Лекция 2-3. Зарождение и развитие геотопологических основ ландшафтно-экологических исследований.
|
|
Термин топология использовался с начала XX века в ботанической и военной географии во Франции при обозначении им мелких форм земной поверхности, не находящих своего места на топографической карте.
Геотопология («гео» - Земля; «topos» - место)
― общегеографическое учение о местоположениях или геотопах;
― раздел учения о геосистемах. Термин ввел В. В. Сочава (1963).
Геотопологический подход впервые был использован в отечественной геоботанике при создании карт типов местопроизрастаний.
Суть геотопологического подхода заключается в привязке географических явлений к неким географическим местностям, которые обособляются через посредство своего местоположения, в особенности через посредство связей этого положения с соседними местностями.
Все способы организации векторных данных относятся к одному из двух основных типов векторных моделей данных: топологические векторные модели данных и нетопологические векторные модели данных.
Простые векторные модели, как правило, не используют топологию и хорошо подходят для систем компьютерной картографии. Более продвинутые векторные модели, как правило, основаны на топологии и предназначены для выполнения аналитических операций
Топология, устанавливает пространственные отношения между географическими объектами, является основополагающим свойством для гарантии качества данных. Топология делает возможным проведение расширенного пространственного анализа и играет фундаментальную роль в обеспечении качества базы данных ГИС.
Топологические отношения являются одним из наиболее полезных видов отношений, поддерживаемых пространственными базами данных. Топологическая структура данных определяет, где и как точки и линии соединяются в узлах на карте, порядок соединения, определяет форму дуги или полигона.
Чтобы разобраться с топологией в ГИС, нужно различать топологию пространства и топологию фигуры, которая находится в этом пространстве.
Картография занимается отображением (моделированием) метрических пространств, причём выполняется это на плоскости - также метрическом пространстве. В картографии принципиально работают с топологическими пространствами и обойти это нет не только необходимости, но и возможности. Другим словами, изображение на карте - принципиально топологично, поскольку изображение лежит на плоскости - в топологическом пространстве. Действительно, если нарисовать карту на плоской резине, а потом растянуть её в разных направлениях, то фигуры (картографические изображения) деформируются, но отношения (связи) между их элементами останутся без изменений; смежные линии разных фигур, как бы связанные своими концами с другими элементами, так и остались в этом " виде". Изменятся лишь формы линий.
Изображение на карте принципиально топологично, поскольку изображение лежит на плоскости – в топологическом пространстве
Можно выделить следующие типы топологических отношений [В.Г.Горбачев, 1997г.]:
· Необъектные топологические отношения: Линейно-узловые топологические отношения;
· Объектные топологические отношения:
· Внутриобъектные топологические отношения
· Межобъектные топологические отношения:
§ Узловые топологические отношения
§ Межобъектные топологические отношения в пределах одного слоя
§ Межслойные топологические отношения между объектами;
§ Топологические межобъектные ресурсные связи;
· Концептуальные топологические отношения (отношения между классами объектов, или, логические связи).
· Внутриобъектные топологические отношения
· Главным понятием здесь является ОБЪЕКТ. Объекты могут быть:
· 1. точками (символы);
· 2. линиями (отрезок) либо полилиния (связанная последовательность отрезков прямой). Здесь реализуется связность частей, на чём базируется внутриобъектная топология. Её сразу закладывают в понятие объекта и в его создаваемую структуру.
· 3. полигональными объектами (замкнутая полилиния). Реализуются операции создания и редактирования полигонального объекта таким образом, что последний всегда остаётся замкнутым.
· Таким образом, в ГИС первичен объект, который по определению сам по себе является целостным и топологичным. Объект всегда целостный, поскольку каждый тип объекта создаётся своей специфической операцией.
· Таким образом, в ГИС, объект - это автономная топологическая конструкция, над которой можно выполнить следующие операции:
· а) создать объект;
· б) уничтожить объект;
· в) переместить объект в другое место;
· г) скопировать объект в другое место.
Нетопологическая модель векторных данных: спагетти-модель.
Простейшей векторной структурой данных является спагетти-модель [Dangermond, 1982], которая, по сути, переводит " один в один" графическое изображение бумажной карты. Возможно, она представляется большинством из нас как наиболее естественная или наиболее логичная, в основном потому, что карта реализуется как умозрительная модель. Хотя название звучит несколько странно, оно на самом деле весьма точно, по сути. Если представить себе каждый графический объект нашей бумажной карты кусочком (одним или несколькими) макарон, то вы получите достаточно точное изображение того, как эта модель работает. Каждый кусочек действует как один примитив: очень короткие - для точек, более длинные - для отрезков прямых, наборы отрезков, соединенных концами, - для границ областей. Каждый примитив — одна логическая запись в компьютере, записанная как строки переменной длины пар координат (X, Y).
В этой модели соседние области должны иметь разные цепочки спагетти для общих сторон. То есть, не существует областей, для которых какая-либо цепочка спагетти была бы общей. Каждая сторона каждой области имеет свой уникальный набор линий и пар координат. Хотя, конечно, общие стороны областей, даже будучи записанными, отдельно в компьютере, должны иметь одинаковые наборы координат.
Поскольку спагетти-модель выглядит как перевод " один к одному" аналоговой карты, пространственные отношения между объектами (топология), например, такие, как положение смежных областей, - подразумеваются, а не записываются в компьютер в явном виде. И все отношения между всеми объектами должны вычисляться независимо. Результатом отсутствия такого явного описания отношений между объектами является огромная дополнительная вычислительная нагрузка, которая затрудняет измерения и анализ. Но так как спагетти-модель очень сильно напоминает бумажную карту, она является эффективным методом картографического отображения и все еще часто используется в компьютеризованной картографии, где анализ не является главной целью. Кроме того, это представление оказывается весьма близким к языку управления многих плоттеров, что упрощает процесс вывода карт на печать. Отрисовка на плоттере данных спагетти-модели обычно довольно быстрая по сравнению с отрисовкой других моделей.
В отличие от спагетти-модели, топологические модели [Dangermond, 1982], как это следует из названия, содержат топологическую информацию в явном виде.
Рассмотрим топологическую модель данных на примере модели данных покрытия ARC/INFO – одного из форматов данных, который многие годы считался одной из наиболее удачных разработок компании ERSI.
Топологическая информация описывается набором узлов и дуг. Узел (node) — больше, чем просто точка, обычно это пересечение двух или более дуг, и его номер используется для ссылки на любую дугу, которой он принадлежит. Каждая дуга (аrс) начинается и заканчивается либо в точке пересечения с другой дугой, либо в узле, не принадлежащем другим дугам.
Топология представляет математическую процедуру, которая определяет пространственные свойства и взаимосвязи, включающие: связность и длины дуг, направление дуг, смежность и площади полигонов.
|
|