Baze de Date Spațiale

1. Reprezentarea datelor în GIS (Geographic Information System)

1.1 Tipuri de date spaţiale

Data spaţială este un termen utilizat pentru a descrie datele care aparţin spaţiului ocupat de obiectele unei baze de date. In sens larg, datele spaţiale pot fi: puncte, linii, poligoane, suprafeţe, volume (date avînd mai multe dimensiuni), numite generic, vectori.

Punctul este caracterizat prin locaţia sa, nu ocupă spaţiu şi nu are asociată o arie sau un volum. Intr-o bază de date punctul se stochează printr-o măsură directă a lui sau printr-o măsură indirectă (transformare). Data de tip raster este un exemplu de folosire a măsurii directe a unui punct şi include harta de pixeli (imaginea bitmap). De exemplu, o imagine preluată din satelit realizează o corespondenţă directă între un pixel de imagine şi suprafaţa acoperită de el pe suprafaţa terestră.

Linia se caracterizează prin existenţa a două puncte (cel de început şi cel de sfîrşit) urmînd ca punctele intermediare să fie generate prin ecuaţia dreptei. Un obiect spaţial este descris, de obicei, printr-o colecţie de segmente ca de exemplu cursul unui rîu sau un drum.

O dată spaţială de tip poligon se caracterizează printr-o locaţie şi un contur. Locaţia este dată de un punct fix pentru a ancora poligonul în spaţiu (de obicei este punctul din centrul regiunii). In spaţiul bidimensional, conturul se vizualizează ca o linie iar în spaţiul tridimensional ca o suprafaţă. Data de tip regiune stocată într-o bază de date este o aproximare geometrică a unui obiect spaţial (de exemplu, judeţele unei ţări, lacurile etc).

Coordonatele unui punct se precizează printr-o pereche de valori (x,y) sau prin tripleta (x,y,z), unde z exprimă altitudinea punctului. Coordonatele punctelor furnizează datelor spaţiale două perspective: una geografică care depinde de sistemul de coordonate folosit şi referă poziţia şi eventual dimensiunea elementului în spaţiul real precum şi una ecran ce ţine de afişarea datelor spaţiale pe monitorul calculatorului.

Un sistem de coordonate este un sistem pentru referirea locaţiilor caracteristicilor spaţiale pe suprafaţa pamântului. Deoarece sistemele informatice geografice lucrează cu date geografice, sistemul de coordonate joacă un rol cheie într-un proiect GIS. Sunt două tipuri de sisteme de coordonate: geografice şi proiecţii.

Un sistem de coordonate geografice este format din longitudine şi latitudine. Prin longitudine se înțelege unghiul format între primul meridian și poziția pe glob, în timp ce prin latitudine se înțelege unghiul format între ecuator și poziția pe glob (figura 1).

Figura 1 Latitudine - Longitudine

Un sistem de coordonate de proiecţie este un sistem de coordonate în plan, bazat pe o proiecţie a hărţii. Hărţile sunt reprezentate în plan dar ele reprezintă suprafeţe curbe. Transformarea spaţiului tridimensional într-un spaţiu bidimensional se numeşte proiecţie (figura 2). De exemplu, sistemul de coordonate UTM (Universal Transverse Mercator) se bazează pe proiecţia Mercator.

Un sistem de coordonate, fie geografic fie proiecţie, este definit de un set de parametri. Parametrul de bază al unui sistem de coordonate geografic este datum-ul. Datum-ul este o reprezentare matematică a formelor pe suprafaţa pământului. Un datum este definit printr-un sferoid care aproximează forma pamântului şi prin poziţia relativă la centrul pamântului. Există mai multe astfel de reprezentări. Datum-ul orizontal furnizează un cadru de referinţă pentru măsurarea locaţiilor de pe suprafaţa pământului. Un datum local aliniază sferoidul astfel încât acesta să cuprindă cât mai exact o anumită suprafaţă din suprafaţa pământului; punctul de origine este localizat pe suprafaţa pământului şi nu în centrul lui. De exemplu, datumul European din 1950 şi NAD27 sunt datum-uri locale. Spre deosebire de un datum local, un datum centrat pe întregul pământ nu are un punct iniţial de origine; în acest caz, centrul pamântului este considerat a fi originea. Cel mai recent datum definit şi utilizat având ca sferă de cuprindere întregul pământ este WGS84 (World Geodetic System din 1984).

Parametrii unui sistem de coordonate de tip proiecţie defineşte nu numai proiecţia ci şi sistemul de coordonate geografic care este astfel proiectat. Spre exemplu, pentru România sistemul geografic de coordonate este Stereo70, proiecţia stereografica, datum Pulkovo 1942, elipsoid Krasovsky 1940.

Figura 3 Vizualizarea spaţială a tabelei judeţe

Datele spaţiale sunt frecvent puse în corelaţie cu atribute convenţionale (date nonspaţiale). De exemplu, un judeţ se descrie spaţial printr-un poligon (regiune) dar şi nonspaţial prin nume, suprafaţă, număr de localităţi, populaţie etc. In funcție de modul de organizare a datelor și al realizării legăturii dintre atributele nonspațiale și cel spațial s-au definit două modele:

Suprafața pamântului

Proiecția

Harta în plan

Figura 2 Proiecția hărților

Modelul de date georelațional implică stocarea datelor în formate independente care se bazează pe divizarea atributelor în două entități și stocarea lor separată. Astfel, o dată spațială este alcătuită din atributul spațial, care se stochează separat de atributele nonspațiale, legătura fiind făcută prin intermediul unui câmp de identificare (ID), ce are rolul de combina, în mod coerent, cele două tipuri de atribute. Legătura dintre entități se poate face bidirecțional adică fie de la cele spațiale către cele nonspațiale sau invers, ca în figura 5.

Stocarea datelor spațiale prin modelul geobază de date presupune stocarea atât a atributelor spațiale cât și a celor nonspațiale, împreună, într-o tabelă de atribute. Câmpul care conține atributul spațial este de tip vector (geometric). Atributele spaţiale ca şi cele nespaţiale apar şi la nivelul conceptual. Astfel, valoarea unui atribut spaţial este comună tuturor atributelor nespaţiale dintr-un tuplu. Tuplurile unei tabele care conţine un atribut spaţial pot fi vizualizate atît geometric (spaţial) cît şi în mod clasic, relaţional (tabelar).

Pentru exemplificare, să presupunem că tabela judeţe stochează judeţele României descrise printr-un atribut spaţial de tip poligon (suprafaţă) şi prin atribute nonspaţiale: simbolul judeţului, numele şi reşedinţa lui. In figura 3 se vizualizează tuplurile în formă geometrică în timp ce, în figura 4, aceeaşi tabelă se vizualizează tabelar.