Δομές δεδομένων και ψηφιακή αναπαράσταση χωρικών φαινομένων

Transcript

1 Ενότητα 4 η Δομές δεδομένων και ψηφιακή αναπαράσταση χωρικών φαινομένων Βύρωνας Νάκος Καθηγητής Ε.Μ.Π. - bnakos@central.ntua.gr Bασίλης Κρασανάκης Υποψήφιος διδάκτορας Ε.Μ.Π. - krasvas@mail.ntua.gr

2 Β. Νάκος & Β. Κρασανάκης (Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος) Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρουσίασης, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα.

3 Περιεχόμενα Επίπεδα αφαιρετικότητας δεδομένων Γιατί & πώς τοπολογία; Κατηγορίες μοντέλων χωρικών δεδομένων Δομές χωρικών δεδομένων Διανυσματική δομή δεομένων Γεω-σχεσιακό μοντέλο Αντικειμενοστραφές-σχεσιακό μοντέλο

4 321 Επίπεδα αφαιρετικότητας δεδομένων Polygons 4 Name Pointer Lines Lines 1 List Name Points Length from to left right Points 2 Nodes x y strings 1 Names X Y xy, xy, x τέλος y αρχείου Δομή δεδομένων Πραγματικός κόσμος μοντέλο δεδομένων 4 x y τελευταία εγγραφή Δομή αρχείων (Peuquet 1984)

5 Γιατί τοπολογία; Αξιόπιστη αναπαράσταση του πραγματικού κόσμου Αποτελεσματική συλλογή & αποθήκευση δεδομένων Αποτελεσματική ανάκτηση δεδομένων & υποβολή ερωτήσεων (queries) Δημιουργία σύνθετων αντικειμένων δεδομένων Ανίχνευση σφαλμάτων δεδομένων Διατήρηση της ακεραιότητας των δεδομένων

6 Πώς τοπολογία; Η τοπολογία υλοποιείται με τη βοήθεια κανόνων που ορίζουν τις χωρικές σχέσεις των γεωγραφικών οντοτήτων. Οι κανόνες με τους οποίους υλοποιείται η τοπολογία, όταν εφαρμόζονται σε γεωγραφικές οντότητες επιτρέπουν τους χρήστες να μοντελοποιήσουν τις χωρικές σχέσεις. Για παράδειγμα: Περιέχω (τα γεωτεμάχια επικαλύπτονται;) Συνδέω (όλοι οι δρόμοι συνδέονται;) Γειτνίαση (με ποιά γεωτεμάχια γειτνιάζει το γεωτεμάχιο Α;)

7 Κατηγορίες μοντέλων χωρικών δεδομένων Μοντέλο πεδίου Αναπαράσταση της συνεχούς μεταβολής ενός χωρικού φαινομένου στο χώρο (το υψόμετρο του ανάγλυφου) Διακριτό μοντέλο Διακριτές οντότητες- σημεία, γραμμές ή πολύγωνα που δημιουργούν την αναπαράσταση του χώρου (γεωτεμάχια, δρόμοι, στάσεις λεωφορείου) Μοντέλο δικτύου Τοπολογική αναπαράσταση συνδεδεμένων γραμμικών οντοτήτων (δρόμοι, σιδηρόδρομοι, ή αεροπορικές συνδέσεις) (Goodchild 1992)

8 Δομές χωρικών δεδομένων Διανυσματική (vector) Η διανυσματική δομή δεδομένων χρησιμοποιεί σημεία, γραμμές ή πολύγωνα για να περιγράψει το γεωγραφικό χώρο Κανονικοποιημένη (raster) Η κανονικοποιημένη δομή δεδομένων χρησιμοποιεί σύνολα κανονικών ψηφιδωτών μοναδιαίων ενοτήτων για να περιγράψει το γεωγραφικό χώρο

9 Δομές χωρικών δεδομένων κανονικοποιημένη διανυσματική

10 Διανυσματική δομή δεδομένων Σημείο Τα σημεία ορίζονται από τις x & y συντεταγμένες Γραμμή (τόξο) Οι γραμμές ορίζονται από σύνολα σημείων που συνδέονται μεταξύ τους με ευθύγραμμα τμήματα Πολύγωνο Τα πολύγωνα ορίζονται από κλειστές γραμμές που τα περιβάλλουν (Είναι πιθανό να δημιουργούνται σύνθετα πολύγωνα με διαφορετικές παραλλαγές, π.χ. οπές)

11 Γεω-σχεσιακό μοντέλο Polygon Table Name Area Perimeter Line Table Name From To Left Poly Right poly Point 0 Table Name 0 x 3 y

12 Γεω-σχεσιακό μοντέλο Σχεδιάστηκε με σκοπό να συσχετίζει χωρικά και μη-χωρικά δεδομένα Τα χωρικά και τα μη-χωρικά δεδομένα αποθηκεύονται σε σχεσιακούς πίνακες Τα σημεία, οι γραμμές και τα πολύγωνα αποθηκεύονται στους πίνακες των ιδιοτήτων των γεωμετρικών οντοτήτων Σε κάθε οντότητα καταχωρείται μοναδικός κωδικός Η τοπολογική πληροφορία αποθηκεύεται με ρητό τρόπο Οι μη-χωρικά ιδιότητες αποθηκεύονται στους σχεσιακούς πίνακες Οι οντότητες στους χωρικούς και μη-χωρικούς σχεσιακούς πίνακες συνδέονται με τη βοήθεια των μοναδικών κωδικών

13 Αντικειμενοστραφές-σχεσιακό μοντέλο Το αντικειμενοστραφές σχεσιακό μοντέλο συνδυάζει τις έννοιες του αντικείμενου και της μεθόδου (αντικειμενοστραφές μοντέλο) με την έννοια της σχέσης (σχεσιακό μοντέλο) Ολοκληρώνει το παραδοσιακό σχεσιακό μοντέλο δεδομένων με το αντικειμενοστραφές Η φιλοσοφία του αντικειμενοστραφούς μοντέλου βασίζεται στην ιδέα της αναπαράστασης της πραγματικότητας με αντικείμενα γεγονός που ο άνθρωπος αναγνωρίζει ευκολότερα Μειώνει την απόσταση μεταξύ φυσικού μοντέλου και λογικού μοντέλου Ο χρήστης εργάζεται με αντικείμενα που αναπαριστούν άμεσα χωρικές οντότητες, όπως είναι τα κτήρια, οι δρόμοι ή οι λίμνες

14 Βιβλιογραφία Bernhardsen T., 2002, Geographic Information Systems. An Introduction (3rd ed.), New York: John Wiley & Sons. Burrough P.A. & McDonnell R., 1998, Principles of Geographical Information Systems, Oxford: Oxford University Press. Goodchild, M.F., 1992, Geographical data modeling, Computers and Geosciences, 18(4): Peuquet D.J., 1984, Conceptual framework and comparison of spatial data models, Cartographica, 24(1):