Основные топологические характеристики в моделях данных ГИС

Топологические модели в ГИС задаются совокупностью следующих характеристик.

1. Связанность векторов - это характеристика, когда полигоны, линии, (полилинии) и прочие векторные объекты хранятся не как независимые наборы точек, а как взаимосвязанные друг с другом объекты хотя бы через одну точку.

2. Связанность и примыкание полигонов - характеристика о взаимном расположении полигонов и об узлах пересечения их контуров, вносимая в БД.

3. Пересечение - информация о типах пересечений, которая позволяет воспроизводить мосты и просто дорожные пересечения (рис. 3.9а). Так Т-образное пересечение (3 линии) является трехвалентным, а Х-образное (4 линии сходятся в точке пересечения) называют четырехвалентным.

4. Близость - показатель пространственной близости линейных или полигональных объектов (рис. 3.9б), оценивается числовым параметром, в данном случае символом δ.

Топологические характеристики линейных объектов могут быть представлены визуально с помощью связанных графов. Граф сохраняет структуру модели со всеми узлами и пересечениями. Он напоминает карту с искаженным масштабом. Примером такого графа может служить схема метрополитена. Разница между картой метро и схемой метро показывает разницу между картой и графом.

Узлы графа, описывающего картографическую модель, соответствуют пересечениям дорог, местам смыкания дорог с мостами и т.п. Ребра такого графа описывают участки дорог. В отличие от классической сетевой модели в данной модели длина ребер может не нести информационной нагрузки.

Топологические характеристики полигональных объектов могут быть представлены с помощью графов покрытия и смежности.

Трехвалентное	Четырехвалентное
а	б

Рис. 3.9. Примеры пересечений (а) и оценки близости (б)

Ребра графа покрытия описывают границы между полигонами, а его узлы (вершины) представляют точки смыкания этих полигонов. Степень вершины такого графа показывает число полигонов, которые в ней смыкаются. Граф смежности это как бы вывернутый наизнанку граф покрытия. В нем полигоны отображаются узлами (вершинами), а пара смыкающихся полигонов - ребрами. На основе такого графа ГИС может выдать ответ на запрос является ли проходимой рассматриваемая территория, разделенная на проходимые и непроходимые участки.

Топологические характеристики сопровождаются позиционной (координатной) и атрибутивной информацией. Вершина графа покрытия может быть дополнена координатными точками, в которых смыкаются соответствующие полигоны, а ребрам приписывают левосторонние и правосторонние идентификаторы.

Практически, создавая электронную карту, после введения точечных объектов при построении линейных и полигональных объектов необходимо «создать» топологию. Эти процессы включают вычисление и кодирование связей между точками, линиями и полигонами.

Топологические характеристики заносятся при кодировании данных в БД в виде дополнительных атрибутов. В большей степени процесс создания топологии осуществляется автоматически во многих топологических ГИС в ходе детализации данных.

Объекты связаны множеством отношений между собой. Это определяет эффективность применения реляционной модели баз данных, в основе которой лежит понятие отношения. Простейшие примеры таких связей: «ближайший к ...», «пересекает», «соединен с ...». Подробнее об этом написано в п. 5.2.

Каждому объекту можно присвоить признак, который представляет собой идентификатор ближайшего к нему объекта того же класса. Именно таким образом кодируются связи между парами объектов. В ГИС часто кодируются два особых типа связей: связи в сетях и связи между полигонами. Топологические сети состоят из объектов двух типов: линии (грани, ребра, дуги) и узлы (вершины, пересечения, соединения).

Простейший способ кодирования связей между ребрами и узлами заключается в присвоении каждому узлу дополнительных атрибутов - идентификаторов узлов на каждом конце ребра (входной узел и выходной узел).

В этом случае при кодировании геометрических данных будут иметь место два типа записей:

· координаты;

· атрибуты ребер: входной узел, выходной узел, длина, описательные характеристики.

Такая структура данных позволяет, перемещаясь от ребра к ребру, определять те из них, у которых перекрываются номера узлов.