Определение площадных объектов на основе их атрибутов

Как и точечные и линейные объекты, площадные, или полигональные, объекты могут быть определены, обособлены и выбраны на основе категории или размера. Каждая из этих характеристик должна храниться в явном виде в БД, либо как атрибуты ячеек растра, либо как атрибуты векторных полигонов. Выделение и выборка осуществляются точно также, как и с точками и линиями. Но в отличие от них, площадные объекты имеют дополнительное измерение, которое позволяет присваивать им больше атрибутов на основе их геометрии.

Среди полезных атрибутов полигональных объектов находится мера их формы. Форма может быть строго евклидовой в том смысле, что она может представляться как некоторая вариация известной геометрической фигуры, такой как круг или квадрат. Известны меры формы, которые используют фрактальную геометрию, использующие нерегулярность внешней границы полигона. Связанной с формой является мера вытянутости (elongation) полигона, или отношение длин его длинной оси к короткой. Хотя такая функция обычно не встроена в векторные ГИС, измерение осей и получение отношения - сравнительно простое дело. Координаты, вершин полигона могут использоваться для нахождения наиболее удаленных в определенном направлении точек. Но это требует использования объекта более высокого уровня, центроида, относительно которого оценивается положение других точек полигона (о центроидах — см. далее в этой главе). Конечно, вытянутость подразумевает, что может возникнуть потребность определять ориентацию вытянутых полигонов по отношению к главным направлениям горизонта. Хотя измерения формы применяются не часто в геоинформационном сообществе, существует растущий интерес к взаимосвязям между антропогенными и природными площадными объектами и их функционированию [Forman and Godron, 1987]. По меньшей мере, некоторые простые меры формы могут быть полезны для обособления, отбора, сведения в таблицы и отображения полигонов заданных класса форм и ориентации. Мы рассмотрим измерения формы и ориентации более подробно в Главе 8. А пока их следует представлять как атрибуты, которые могут использоваться для определения положения и подсчета полигонов определенного диапазона размеров.

Другим, более широко используемым атрибутом полигонов, является их площадь. В растре площадь определяется как количество ячеек заданной категории, образующих полигон. Эти ячейки могут относятся к более чем одному полигону, то есть просто показывать общее число ячеек растра с заданным значением. Для изоляции полигонов часто требуется процесс перекодировки значений ячеек, т.е. пере классификации (см. Главу 9), после чего их площадь может быть найдена уже простым подсчетом числа ячеек растра, образующих полигон. Конечно, измерения формы не будут особенно точными из-за дискретной природы растра. Периметр векторного полигона легко подсчитывается сложением длин отрезков, образующих границу; площадь же определяется так же, как и вручную, - разбиением полигона на прямоугольные треугольники и суммированием их площадей, каждая из которых является половиной произведения длин катетов. Чем сложнее полигон, тем больше вычислений должно быть произведено. Но в общем, любая коммерческая ГИС должна давать быстрый ответ на запрос о вычислении площади, тем более, что однажды рассчитанные площади и периметры полигонов (также как и длины линий) часто заносятся в таблицы атрибутов объектов. Для отбора полигонов на основе их периметра или площади требуется только определить интервалы значений, образующие категории; распределить по ним полигоны, после чего можно выполнить простую операцию выборки среди этих категорий. Размер полигонов, как и длина линий, чаще всего (но не обязательно) определяется для каждого полигона и затем усредняется по каждой категории для занесения в таблицу. Это позволяет определить процент площади полигонов заданной категории по отношению к площади всего полигонального покрытия.

Здесь должны быть также упомянуты две другие характеристики полигонов, хотя они будут рассмотрены более подробно в Главе 8. Первая называетсяцелостностью (contiguity), она является мерой перфорированности полигона [Berry and Tomlin, 1984]. Полигон, который содержит множество отверстий (меньших полигонов, целиком содержащихся в нем), имеет меньшую величину целостности, чем такой, в котором всего лишь несколько отверстий или их нет вовсе. Величина целостности может потребоваться при анализе мест распространения животных или угрозы пожара для лесных территорий. Большинство растровых ГИС имеют некоторые средства определения целостности, но векторные ГИС, за исключением векторно-топологических, меньше приспособлены к такому анализу. Определяя значения целостности и классифицируя результаты по группам, аналитик сможет легко выбирать и отображать эти группы или использовать их в дальнейшем анализе.

Вторым дополнительным атрибутом, который может быть полезен для площадных объектов, являетсяоднородность области, не обязательно являющейся одиночным полигоном [Berry and Tomlin, 1984]. Однородность является мерой того, сколько площади данной части карты находится в Прямом контакте с площадными объектами, имеющими те же атрибуты. Например, два полигона, имеющих идентичные атрибуты, могут касаться друг друга только вдоль небольшого участка. В этом отношении однородность очень похожа на простую величину размера. Однако, однородность может быть также определена так, чтобы включать величину внутреннейнеоднородности области. Можно, например, сгруппировать некоторое число полигонов не на основе сходства их атрибутов, а на основе некоторой разнородной смеси атрибутов. Например, у нас могла бы быть область леса, в которой растут деревья двенадцати различных видов. Мы могли бы отобрать все области, которые имеют внутри себя двенадцать или более видов деревьев как меру разнообразия (называемого в данном случае видовым разнообразием). Таким образом мы могли бы нанести на карту все области с высоким разнообразием видов деревьев. Или мы могли бы интересоваться областями, которые, например, имеют высокую степень этнического сходства (противоположность разнообразия) в жилых зонах, Затем мы могли бы выбрать все области, которые имеют менее трех этнических групп, чтобы показать величину этнического разделения в городе.

И растровые и векторные ГИС, как правило, имеют некоторые возможности для выполнения подобного анализа, хотя в некоторых системах непосредственно такие функции отсутствуют. Тогда может быть использована некоторая последовательность команд для достижения того же результата. Как всегда, эти вычислимые атрибуты должны позволять нам обособлять, выбирать и выводить результаты индивидуально по категориям. Когда мы начнем рассмотрение классификации в ГИС, мы вернемся ко всем этим методам как средствам пере классификации имеющихся атрибутов.