Геометричні об’єкти високого рівня.

 

Під час розгляду попереднього питання встановлено, що існують об’єкти трьох типів: точки, лінії, площинні об’єкти. Усі вони мають власні атрибути, або їх атрибути обчислюються. Крім того, ряд об’єктів утворюється під час введення даних (інших об’єктів), наприклад вузли, які кодуються у процесі цифрування. Інші – обчислюються на основі введених раніше об’єктів. Такі об’єкти називаються “об’єктами високого рівня” і внаслідок цього вони дуже важливі для здійснення завдань аналізу. Так як і об’єкти, вони розподіляються на: точкові, лінійні та площинні об’єкти високого рівня.

Точкові об’єкти високого рівня. До основних типів точкових об’єктів високого рівня відносяться: вузли і центроїди. Центроїд звичайно визначається як точка, що знаходиться у точному географічному центрі області або полігону (рис.4.1.-А). Визначення знаходження такої точки – нескладний процес для випадку простого многокутника (прямокутник). У тому випадку, коли многокутники більш складні, то і обсяг обчислень – зростає.

Прості, або географічні центроїди обчислюються (для векторного випадку) за правилом чотирьохкутників. Для цього чотирьохкутник розподіляється на деяку кількість чотирикутників, що перекриваються. Потім обчислюються центроїди (центральні координати) для кожного чотирикутника, а потім їх середнє з урахуванням ваги. Центроїд буде необхідним у випадку, коли ми створюємо карту поверхні по значенням, які визначені у різних її областях. Так для кожної області, що має кілька різних значень, обчислюють центроїди, а потім, шляхом інтерполяції значень підрахованих точок можуть бути побудовані ізолінії або поверхи. Центроїд виконує функцію точкового об’єкту, до якого за певних обставин можливо віднести дані полігону. В тому випадку, коли потрібно урахувати всі точки, що потрапляють у чотирикутник, то обчислюють точку, що називають центром тяжіння (центром мас) (рис.4.1-Б). Її значення обчислюється, як середнє значення координат Х і У по всіх точках покриття (чотирикутника). Кінцевим результатом буде пара координат, яка показує центральну точку цього розподілу точок.

 

Крім того, коли ці точки мають власні ваги, то можливо визначити центр цього розподілу з урахуванням додаткового вагового фактору (рис.4.1-В). Обчислення центру тяжіння з урахуванням ваги потребує перемноження кожної координати на ваговий коефіцієнт, складання відповідних координат і ділення добутку (суми) на суму вагових коефіцієнтів.

Більшість растрових геоінформаційних систем не мають такої можливості обчислення, але більшість векторних ГІС здатні знаходити центроїди та центри тяжіння.

Другий тип точкових об’єктів високого рівня – вузол. Ці точки важливі не самі по собі, а як деякі відмітки на лінійних та площинних об’єктах. Вузли не існують як встановлені об’єкти у растрових геоінформаційних системах. Оскільки атрибутивні вузли вводяться для вказування на зміни атрибутів, то можливість їх ідентифікації дуже важлива для роботи з атрибутами. У загальному випадку вузли кодуються явним чином у процесі вводу і повинні легко ідентифікуватися за допомогою процедур пошуку в геоінформаційних системах.

Інша характеристика розподілу точкових об’єктів, така як рівномірність або випадковість, також може використовуватися для визначення областей, як специфічних типів співдружностей, або областей, що мають загальні рисунки розподілу.

Лінійні об’єкти високого рівня. Лінійні об’єкти високого рівня розподіляються на три типи: кордони, мережі, сукупності. Розглянемо їх окремо більш докладно.

Кордони – перший тип ліній на перехрещенні яких розуміється значна зміна одного чи кількох атрибутів місцевості. Іншими словами, важливість кордонів обумовлена їх функцією по відношенню до прилеглих полігонів (державні кордони тощо).

Лінії можуть також ставати об’єктами високого рівня, коли вони пов’язані друг з другом деякими відношеннями. В таких випадках, це не просто зображення лінійних об’єктів або границь між полігонами, а особливі структури, які разом з вузлами утворюють мережі. Мережі є другим типом ліній. Мережі можуть бути трьох типів: прямолінійні (а), древовидні (б), контури (в) (рис. 4.2).

 

 

Мережі можуть бути визначені як набір з’єднаних лінійних об’єктів, вздовж яких можливий рух від одного вузла до другого. Мережі дозволяють моделювати множину видів потоку: рух автомобілів та поїздів, транспортування вантажів, тощо. В усіх цих випадках нам потрібна можливість виконувати операції аналізу на мережі, тому лінії повинні мати спеціальні атрибути (обмеження швидкості, опір, напрям руху, тощо). В наслідок цього, кожний з трьох розглянутих типів мереж може бути: спрямованим або не спрямованим.

В спрямованій мережі потік може мати тільки один напрям. У випадку перетину одного відрізка мережі іншим, може мати місце зміна напрямку потоку, або деякі обмеження на виконання маневрів під час руху.

В неспрямованих мережах потік може рухатися в будь-якому напрямку.

Підводячи підсумки розглянутої класифікації мереж потрібно відмітити наступне. Оскільки мережі можуть моделювати потоки як спрямованим так і не- спрямованим чином, і оскільки одні відрізки мережі поєднуються з іншими (другими), але не з третіми, то всі ці характеристики повинні бути закодовані у явному виді. Майже всі векторні геоінформаційні системи мають можливість зберігання таких атрибутів та моделювання потоків за їх допомогою. У випадку ж відсутності атрибутивних даних для мереж – суттєво обмежується використання лінійних об’єктів, як мережних об’єктів високого рівня. Лінії, з’єднані друг з другом без атрибутів, які показують, що вони забезпечують шляхи для потоків, не створюють основи для мережного аналізу та моделювання.

Подібно точковим, лінійні об’єкти високого рівня можуть створювати співдружності. Можливі області з високою щільністю дорожньої мережі, або навпаки - області з малою її щільністю. Ми можемо визначити ці області, як співдружності завдяки високій або низькій просторовій щільності лінійних об’єктів. І, як для об’єктів інших типів, можливі додаткові характеристики розподілу такі, як регулярність або випадковість, і які можуть використовуватися для ідентифікації співдружності лінійних об’єктів. Нажаль, більшість геоінформаційних систем не містить алгоритмів спеціально для цього завдання. Вирішення таких завдань можливо з використанням додаткових програм, які користувач ГІС буде розробляти за допомогою вбудованої макромови або засобів розширення.

Площинні об’єкти високого рівня. Як і точки та лінії, області також можуть бути об’єктами високого рівня. Самі полігони можуть використовуватися для визначення регіонів, які мають подібні географічні характеристики. Ця операція аналізу є однією з найбільш важливіших аспектів географічних досліджень за допомогою геоінформаційної системи.

Виділення таких регіонів здійснюється геоінформаційною системою на основі атрибутів, що визначають кожний полігон або набір полігонів. Наприклад, можливо визначити регіон, відібрав всі полігони, у яких головним компонентом є “ліс”. Це дасть нам “лісовий” регіон. Іншими словами, ми повинні заздалегідь знати, які регіони ми будемо шукати і, як вони повинні визначатися (за якими атрибутами).

На практиці регіони розрізняються не тільки за власними атрибутами, але і за своєю конфігурацією у просторі. Виходячи з конфігурації існує три основних види регіонів: суцільні (однозв’язні) (а), фрагментовані (не однозв’язні) (б), перфоровані (в) (рис. 4.3).

 

Суцільний регіон утворює одну суцільну область, при цьому атрибути полігонів, які в нього входять, можуть бути однаковими (гомогенний регіон) або різними (гетерогенний регіон).

Фрагментований регіон (гомогенний або гетерогенний) складається з двох або більше полігональних фігур, що розподілені простором, і які не відноситься до цього регіону. Для фрагментованих регіонів немає обмежень на відстань між полігонами, що його утворюють, поки зберігається схожість атрибутів.

Перфорований регіон на відміну від фрагментованого, не складається з окремих полігонів, а виключає їх. Такий регіон являє собою зв’язану область, з якої виключені деякі внутрішні полігони, що називаються отворами або островами. В той же час, між перфорованими і фрагментованими регіонами може існувати певний зв’язок. Якщо полігони, що містяться всередині перфорованого полігону мають спільний між собою атрибут (або атрибути), то вони можуть утворювати регіон, але вже фрагментований.

Усі розглянуті нами об’єкти, як прості так і більш високого порядку, повинні розпізнаватися геоінформаційною системою, таким чином, щоб з ними можливо було виконувати операції для подальшого аналізу. Для кожного типу з розглянутих об’єктів повинна бути можливість: бути виділеними, окремо визначити їх характеристики та відобразити ці об’єкти. У векторних та растрових геоінформаційних системах, які мають систему управління базами даних, такі об’єкти частіше всього вибираються у результаті пошуку в таблицях атрибутів. У простих растрових системах виділення таких об’єктів може виконуватися за допомогою перекласифікації.