Ce este Cartografia computerizata?

- Computer Aided Design (CAD)Programe de calculator cu capabilitati in inginerie si

arhitectura

- Computer Aided Mapping (CAM)Sistem automat de generare, actualizare si

vizualizare a hartilor

Un Sistem Informaional Geografic (SIG), este o unealt de cartografiere bazat pe

computer care analizeaz fenomenul geografic, daca exist, mpreun cu evenimentele precedate

de acesta. Tehnologia SIG integreaz operaii comune cu baze de date, interogri i analiz

statistic, cu beneficii unice de vizualizare i analiz geografic oferit de hart.

SIG este acronimul denumirii n limba englez a Sistemelor Informaionale Geografice:

Geographic Information Systems sau SIG (SUA), Geographical Information Systems (Marea

Britanie, Australia Canada) Geographic Information Science (academic).

SIG definitii

Definiia 1: n sensul cel mai strict, un SIG este un sistem informatics capabil sa culeag,

depoziteze, manipuleze i s afieze informaii geografice de referin, adic date identificate n

funcie de locaiile lor.

Definiia 2: SIG este un sistem integrat de hardware, software i personal instruit care

unete date topografice, demografice, utilitare, imagine i alte resurse de date, care au puncte

geografice de referin.

SIG a evoluat dintr-o lung tradiie a omenirii de a realiza hrti. n multe privine un SIG

crete semnificativ cantitatea de informaii care pot fi coninute i manipulate ntr-o hart iar

multe dintre conveniile cartografice se aplic la hrile digitale.

O istorie detaliat a SIG-ului nu poate fi facut, deoarece tehnologia

SIG a evoluat pe multiple domenii paralele, aplicaii separate i numeroase discipline conexe.

Dezvoltarea fiierelor GBF-DIME de ctre US Census Bureau n anii 1960 a marcat

adoptarea pe scar larg a sistemelor de cartografiere digital de ctre guvernul SUA.

Acest sistem a dus la producerea fiierelor Census TIGER, unul dintre

cele mai importante seturi de date socio-economice spaiale n folosin

i astzi. Progrese importante n lucru cu date geografice se fac n universiti din ntreaga lume

n anii 1950 i 1960.

Un program de cartografiere bazat pe reea numit SYMAP, dezvoltat la Laboratory for

Computer Graphics and Spatial Analysis la Harvard Graduate School of Design n 1966, a fost

distribuit pe scar larg i folosit ca model pentru sistemele de mai trziu.

Anii 1960: -Canada Geographic Information System (CGIS) dezvolt aplicaii de inventariere a

teritoriului naional cu multe elemente de SIG;

-Harvard Lab for Computer Graphics and Spatial Analysis dezvolt software pentru

manipularea datelor spaiale;

-US Bureau of Census dezvolt formatul de date DIME;

-se nfiineaz ESRI.

Anii 1970:

-Canada Geographic Information System (CGIS) este deplin operaional (i este i n

prezent);

-primul satelit Landsat este lansat;

-USGS ncepe Geographical Information Retrieval and Analysis System (GIRAS) pentru

gestionarea i analiz, cu baza de date de resurse i formate de date DLG (Digital Line Graph);

-se nfiineaz ERDAS;

-este dezvoltat ODYSSEY SIG (primul vector SIG de ctre Harvard Laboratory for

Computer Graphics and Spatial Analysis);

-este dezvoltat Map Overlay and Statistical System (MOSS) un soft bazat pe interograrea

datelor vectoriale, dezvoltat de U.S. Department of Interior.

Anii 1980:

-Richard Stallman lanseaz proiectul GNU (1983);

-ESRI lanseaz ARC/INFO;

-GPS devine operational;

-US Army Corp of Engineers dezvolt GRASS;

-se nfiineaz MapInfo;

-primul satelit SPOT este lansat;

-ncepe proiectul IDRISI;

-apare SPANS SIG (SPatial ANalysis System);

-se nfiineaz n SUA National Center for Geographic Information and Analysis

(NCGIA);

-se dezvolt formatul de date TIGER;

-ncepe dezvoltarea librariei PROJ4;

-Richard Stallman lanseaz proiectul GPL (1989);

Anii 1990:

-Eric Raymond propune i se adopt noiunea de open source;

-ESRI produces ArcView i ARCGIS;

-ncepe dezvoltarea GDAL/OGR. Suportul pentru Python a fost adaugat

n 2000;

-GRASS SIG codul surs trecut de la gestionarea manual n CVS;

-proiectul UMN MapServer(1995) i cu suport Python (2000);

Anii 2000:

-Atlantis Scientific lanseaz proiectul OpenEV;

-OSSIM revizuirea iniial n CVS;

-ncepe proiectul PostGIS;

-GeoNetwork opensource ncepe ca GeoNetwork, mai tarziu redenumit

n GeoNetwork opensource;

-Intevation Gmbh. ncepe proiectul Thuban;

-Quantum SIG revizuirea initial n CVS;

-AVPython pentru ArcView 3.x este publicat la FOSS;

-ncepe Community MapBuilder iar sfritul oficial pentru proiectul

MapBuilder este n 2008;

-se lanseaz Mapbender sub licen GNU GPL;

-ncepe proiectul gvSIG;

-ncepe MapGuide Open Source;

-Mapbender se dezvolta n CVS;

-ncepe proiectul OpenLayers;

-GRASS SIG ruleaza nativ i n MS-Windows;

-se nfiineaz Open Source Geospatial Foundation (2006)

Componentele unui SIG :

Componenta Hardware

-este reprezentat prin sistemul

de calculator pe care SIG opereaz. Soft-urile SIG ruleaz pe o gama larg de tipuri hardware, de

la servere pn la staii de lucru n mod stand-alone sau configurate n retea .

Componentele centrale sunt staia de lucru i echipamentele auxiliare periferice (GPS,

data logger, senzori, camere web, etc). Utilizarea device-urilor high-tech n teren reprezint o

unealt SIG important de colectare, la fel ca i serverele SIG web-based (Ex: MapServer).

Componenta Software

-conine uneltele i funciile necesare pentru stocarea, analiza i afiarea informaiilor

geografice. Este reprezentat de pachetele de aplicaii SIG (QGIS, GRASS, OpenJunp, Saga,

Ossim, Udig, gvSIG, ArcView, ArcGis, etc.), necesare pentru a creea, edita, i analiza datele

spaiale i cele tip atribut.

Componenta Date

-este cea mai important dintre componentele unui SIG. Datele

geografice, pot fi colectate, compilate dup diverse specificaii i cerinte. Un

SIG poate integra datele spaiale cu alte resurse de date externe stocate la

fel stocate n baze de date. Stocarea datelor, spaiale i datelor tabulate,

ntr-o baza de date este cheia funcinalitii unui SIG. Baza de date

geografic se refereniaz ntr-un anumit mod la locaii de pe

suprafaa Pmntului.

Componenta Personal

-are o valoare dinamic fiind dependent de p r e g a t i r e a personalului n analiza

spaial i n utilizarea de software SIG. Gama de utilizatori SIG pornete de la specialitii care

proiecteaz i menin sistemul, la cei care il folosesc n munca de zi cu zi pn la beneficiarii

(guvern, agenii, consilii locale). Cei din urm iau decizii i elaboreaz politici, beneficiarul real

este n majoritatea cazurilor societatea civil.

Componenta Metode i Proceduri

-arat SIG opernd n strns concordan cu reguli i planuri de implementare. Acestea

reprezint modele i proceduri de operare unice. Maniera n care sunt introduse, stocate i

analizate datele n cadrul unui SIG trebuie s reflecte modul n care vor fi utilizate ulterior

informaiile n cadrul unei activiti de cercetare sau n luarea unei decizii.

David Andes pe GISLounge vine cu propunerea adugarii celei de a VI-a component,

cea de GeoVizualizare i regndirea celor 5. Cele 6 sunt gndite sub form de cercuri

concentrice: Nucleul (Core Geographic Ideas) alctuit din componenta uman; Tehnologia -

alcatuit din unirea celor dou componente, hardware i software. Vremurile n care eficiena

const n a tii o aplicaie au disparut; Datele - rmn neschimbate ca i component; Domeniul

de specialitate (ex; militar, geologic, hidrologic, etc); Metode i proceduri; Geovizualizarea -

se refer la prezentarea datelor beneficiarului. Aceast prezentare a spaiului i a timpului ncepe

de la hri, grafice, i ajunge pn la simulri. n funcie de cum este prezentat data poate avea

impact n planificare i n luarea deciziilor.

Subsistemele SIG

Subsistemul de introducere a datelor, permite utilizatorului s captureze, colecteze i s

transforme, datele spaiale i tematice n formate digitale. Datele introduse sunt n general

derivate din combinaii de hri, aerofotograme, imagini de teledetecie, documente, rapoarte.

Procesul de transformare a datelor din hri n date numerice se numete digitizare sau

vectorizare. n prezent exist deja un numr foarte mare de date n formate compatibile SIG. Ele

pot fi obinute de la furnizorii de date i pot fi ncrcate direct, prin intermediul internetului, ntr-

un sistem informatics geografic.

Subsistemul de stocare i recuperare a datelor, organizeaz datele, spaiale i atribut, n forme care permit s fie recuperate repede de utilizator pentru analiz, i permite

actualizari rapide i precise ale bazei de date. Aceasta implica utilizarea unui DBMS (sistem de

gestiune a bazei de date).

Subsistemul de manipulare ia n a l i z a d a t e l o r , permite utilizatorului s defineasc i s execute proceduri spaiale i de atribut pentru a genera informaii derivate.

Acesta este considerat "inima" unui SIG. SIG-urile actuale dispun de numeroase instrumente de

analiz foarte puternice, dar dou sunt n special importante

Analiza de vecintate. Dupa ce a fost construit in SIG poate rspunde la ntrebri de tipul: Cte case se afl la o distan sub 100 m de conducta principal de ap? Care este numrul

total al clienilor pe o raz de 10 km n jurul acestui magazin?, tehnologia SIG utilizeaz un

procedeu numit buffering pentru determinarea relaiei de vecintate dintre entiti.

Analiza overlay. Baza de date geografic este organizat n linii mari pe straturi sau layer-e. Integrarea datelor din layere diferite se face prin procedeul numit

overlay. n spatele acestei operaii simple din punct de vedere vizual, de suprapunere a

straturilor, se a f l opera i I algebrice, operaii logice, operaii topologice etc. Ex: Prin aceast

suprapunere sau unificare spaial pot fi integrate date despre sol, pante, vegetaie sau proprieti

funciare cu evaluarea impozitelor.

Subsistemul de output i vizualizare, permite utilizatorului s genereze afiri grafice,

hri, rapoarte tabulare, reprezentnd produse informaionale derivate. n mod tradiional

hrile au fost utilizate pentru explorarea Pmntului i a resurselor sale. Tehnologia SIG, ca o

extindere a cartografiei, a sporit eficiena i puterea analitic a hrilor tradiionale. Prin

intermediul funciei de vizualizare, SIG-ul poate fi folosit pentru a produce imagini - hri,

grafice, animaii i alte produse cartografice ce permit cercettorilor s-i vizualizeze

subiectele activitii lor ntr-un mod n care nu a mai fost posibil vreodat. Aceste imagini sunt n

egal msur de ajutor n transmiterea conceptelor tehnice SIG, unui larg numr de specialiti.

Continutul hartilor

-reprezentarea grafica a obiectului/fenomenului (ex. pantele, evolutia unui oras).

-alte elementele componente ale mediului (rauri, drumuri, lacuri, localitati) impreuna cu

toponimele si hidronimele aferente. In functie de scara de proportie se vor alege metodele de

reprezentare adecvate (punct, linie, poligon)

-elementele de continut ale hartii: titlu, scara, legenda.

Discipline care contribuie la fundamentarea SIG

Geografia: Principala preocupare este nelegerea lumii i a locului pe care l ocup

fiina uman n cadrul acesteia.

Cartografiase ocup de reprezentarea informaiilor spaiale, cel mai frecvent sub forma

hrilor.

Teledetecia pentru SIG nseamn informaii colectate de satelii, avioane, balize i vapoare.

Fotogrammetriautilizeaz fotografiile aeriene i tehnici special de obinere a

informatiilor pe baza acestora.

Statistica i cercetarea operaional pune la dispoziie numeroase metode de

construcie a modelelor de calcul sau de analiz a datelor. Statistica este important pentru

nelegerea erorilor i incertitudinilor n SIG.

Informatica aplicat ofer analistului o gam larg de metode i instrumente software

pentru rezolvarea unor probleme specifice.

Aplicabilitatea SIG

Retele stradale

- gasirea adreselor pe strada

- rutarea i programarea vehiculelor

- analiza locatiilor pentru amplasamente

- dezvoltarea de planuri de evacuare

Retele edilitare

- localizare conducte subterane, cabluri - planificarea ntreinerii retelelor

- urmrirea consumului de energie

Management urban

- zonarea activitatilor - achiziia terenurilor

- declaraii de impact asupra mediului

- managementul calitii apei

Gestionarea resurselor naturale

- gestionarea de rurilor, resurselor de recreere, inundabile,

- zone umede, terenuri agricole, acvifere, pduri,

- analize de impactului asupra mediului

- amplasarea deseurilor periculoase sau toxice

- modelarea apelor subterane i urmrirea contaminrii

- analiza habitatului faunei slbatice si

- rutele de migraie

Modele de date SIG

Tipuri de date SIG

Sursele primare de date sunt cele colectate direct n format digital (ex. imagini

satelitare)

Sursele secundare sunt seturi de date analogice care au fost iniial capturat

pentru un alt scop care trebuie transformate n format digital (ex. harta topografica).

Date spatiale de referin - este reprezentate de date geografice spatiale

Tabele de atribute - sunt reprezentate n format tabular

Date spatiale de referin

Formatul vectorial

- Modelul de date TIN (Triangulated Irregular Network)

- Formatul de date raster (grid-celul)

- Formatul de date tip imagine (pixel)

Formatul vectorial

Formatul de date vectorial reprezint complexitatea realitatii mediului nconjurtor prin

combinaii de puncte i linii, linii care se pot unii i forma poligoane, simplificnd reprezentarea

de forme complexe sau caracteristici liniare.

Majoritatea programelor SIG se bazeaz pe tehnologia vectorial - reprezint cea mai

complex metod de salvare a coordonatelor, atributelor, structurii de date i vizualizrii

informaiilor geografice.

Toate modelele de date sunt concepute s stocheze locaia spaial a trsturii geografice

ntr-o baz de date. Stocarea vectorial implic utilizarea vectorilor (linii direcionale) n

reprezentarea unei trsturi geografice.

Exista dou modele principale de date vectoriale:

Non-topologic (Modelul Spaghetti) 1

Topologic. 2

2: Data vectorial care a fost creat fr topologie este meionat ca Spaghetti pentru

motivul c este alctui dintrun ir de linii neconectate ntre ele.

Modelul de date Spaghetti are cea mai simpl structur de date, astfel c fiecare

entitate de pe o hart devine o nregistrare logic n fiierul digital i este definit ca un ir de

coordonate x,y.

Caracteristici:

punctele sunt codificate ca o singur pereche de coordinate x,y;

liniile sunt codificate ca un ir de perechi de coordonate x,y (verteci);

poligoanele sunt codificate ca o bucl nchis de coordinate x,y care ii definesc limita. Limita

comun ntre poligoanele adiacente trebuie nregistrat de doua ori, odat pentru

fiecare poligon.

1: Datele vectoriale sunt caracterizate de utilizarea punctelor

secveniale sau verteci n definirea unui segment liniar. Fiecare vertex este

alctuit dintr-o coordonat X i o coordonat Y.

Trsturile punctului sunt definite de o pereche de coordonate (x,y),

adic un vertex.

Datele vectoriale sunt caracterizate de utilizarea punctelor secveniale sau verteci n

definirea unui segment liniar.

Fiecare vertex este alctuit dintr-o coordonat X i o coordonat Y.

Liniile vectoriale sunt numite arce (linii) i sunt alcatuite din iruri de verteci

terminai printr-un nod. Un nod este definit ca fiind un vertex care ncepe i termin un segment

de arc.

Trstura poligonal este definit de un set nchis de perechi de coordonate.

Punctele reprezint obiecte prea mici pentru a putea fi descries prin linii sau poligoane.

Exemple: stlpi de nalt tensiune, copaci, fntni, locuri unde se petrec diverse evenimente

(accidente rutiere, infraciuni) precum i obiecte care nu au suprafa vrfurile munilor). Tot

prin puncte mai pot fi reprezentate locul de desfurare a unor e v e n i m e n t e ( a c c i d e n t e

, i n f rac i uni ) . Punc t e l e s e reprezint utiliznd diverse simboluri grafice punctuale i pot fi

nsoite de texte explicative.

Liniile(arce) reprezint obiecte liniare prea nguste pentru a putea fi descrise prin

poligoane. Exemple: drumuri, cursuri de ap, curbe de nivel. Liniile se reprezint utiliznd

diverse simboluri grafice liniare i pot fi nsoite de texte explicative.

Poligoanele sunt suprafee nchise reprezentnd forma i poziia

obiectelor omogene. Exemple: lacuri, uniti administrative, parcele, tipuri

de vegetaie. Poligoanele se reprezint utiliznd diverse simboluri grafice

liniare pentru contururi, simboluri grafice de hauri pentru interior sau culori

i p o t f i n s o i t e d e t e x t e explicative.

Topologia GIS reprezint un set de reguli i comportamente prin care

modelul i mparte geometria punctelor, liniilor i poligoanelor.

Identificm n relaiile topologice elemente de:

conectivitate (indic obiectele spaiale conectate unele cu altele),

proximitate (indic obiectele spaiale apropiate unele cu altele),

direcie relativ (indic poziia relativ ntre obiectele spaiale.),

vecintate (indic obiectele spaiale care se nvecineaz cu altele)

i includere (obiectele spaiale coninute de un poligon).

Avantaje

datele pot fi reprezentate la rezoluia i forma original fr

generalizare;

output-ul grafic este estetic (ca n reprezentarea cartografic

tradiional);

majoritatea datelor sunt n forma vectorial i nu este necesar nici o

conversie;

este meninut precizia locaiei geografice a datelor;

permite codificarea eficient a topologiei (proximitate, analiz de

reea).

datorit tehnicii de stocare analiza datelor este usor de programat i

de executat.

Dezavantajele:

locaia oricarui vertex necesit o stocare explicit; n analiz efectiv, data vectorial necesit conversie ntr-o structur topologic; topologia este static i orice actualizare sau editare a datei vectoriale necesit

reconstruirea topologiei;

algoritmii, pentru funciile de manipulare i analiz, sunt compleci i necesit procesare intensiv;

manipularea intensiv limiteaz funcionalitatea pentru seturi mari de date (cu numr mare de trsturi);

datele continue, cum ar fi datele de elevaie, nu sunt reprezentate efectiv n forma de vector; sunt necesare date generalizate i interpolate pentru aceste strate de date;

analiza spaial i filtrarea n cadrul poligoanelor este imposibil.

Exemple: SHP strazi

Surse de date vectoriale: harta topografica, curbe de nivel vectorizate, GPS

Formatul raster

Ce este?

Modelul de date raster ncorporeaz utilizarea structurii de date gridcelul,

unde zona geografic este mparit n celule identificate prin rnd i coloan.

Formatul de date raster reprezint realitatea ca o tabl de ah. Fiecare

patrat (celul raster), acoper o suprafa geografic i are un atribut asociat cu el. Celula raster

reprezint cea mai mic unitate geografica care poate fi reprezentat ntr-un raster, i este

cunoscut ca unitatea minim de hart.

Ca i modelul de date vectorial, modelul de date raster poate reprezenta discret trsturi

tip punct, linie i poligon.

O trstur tip punct este reprezentat ca o valoare ntr-o singur celul; o trstur

liniar este reprezentat ca o serie de cellule conectate care arat lungimea; o trstur tip

poligon este reprezentat ca un grup de celule conectate nfind o form.

Rezoluia este detaliului cu care o hart reprezint locaia i forma trsturii geografice

(o scar mare a hrtii ofer o rezoluie mare rasterului).

Odat cu micorarea scrii, rezoluia se diminueaza iar limitele trsturilor (ex: conturul

unui obiect) trebuie sa fie simplificate sau chiar pot disparea, multe dintre areale pot fi

reprezentate ca i puncte (ex: orae).

Rezoluia - avantajele i dezavantajele marimii celulelor

Aplicarea valorilor ntr-un raster se poate face n dou moduri: n mijlocul celulei raster

sau pe ntreaga suprafaa a ei. Pentru tipurile de date la care valoarea se aplic n centrul celulei,

aceasta reprezint o valoare masurat n punctul central al celulei (ex: modelul de elevaie).

Utilizarea formatului raster n analiza geografica impune parcurgerea mai multor etape,

plecand de la generarea modelului numeric altitudinal pn la extragerea anumitor indici:

culegerea datelor

generare (construcia modelului) extragerea datelor eseniale n

construcia modelului i crearea unor legturi ntre aceste date (interpolare)

Pentru a caracteriza din punct de vedere geomorfologic o suprafa este nevoie de

identificarea unor componente principale. Pe MNA se pot identifica o serie de entiti

geomorfologice cum sunt suprafeele plane, canale, creste, pasurile (trectorile), vrfuri

sau depresiuni.

Acestor elemente principale se adaug unele componente secundare cum sunt pragurile

n albie, rupturile de pant pe versani sau eile. Din combinarea acestora rezult suprafaa

topografic cu toat complexitatea ei.

n contextul analizei geomorfologice, modelul numeric altimetric s-a impus prin cteva

aplicabiliti:

vizualizarea configuraiei suprafeei studiate n vederea identificrii i cartografierii

unor forme de relief (suprafee de nivelare, terase, lunci, glacisuri etc.)

determinarea i reprezentarea cartografic a unor elemente morfometrice i

morfografice specifice (panta, expunerea versanilor, profilul versanilor etc.);

generarea i reprezentarea cartografic a reelei de drenaj;

trasarea de profile geomorfologice;

calcularea i reprezentarea cartografic a unor indici i indicatori.

Formetul raster avantaje

datorit naturii hrilor raster, este ideal pentru modelare matematic i analiz

cantitativ;

sistemele grid-celul sunt compatibile cu dispozitivele rasterembeded (teminale

grafice);

operaiile de suprapunere sunt uor i eficient de implementat;

analiza zonelor i poligoanelor este relativ uor de realizat;

Formetul raster dezavantaje

mrimea celulei, determin rezoluia la care obiectele sunt reprezentate;

hrtile raster, prin definitie, reflect doar un atribut sau o caracteristic pentru o zon;

procesarea datelor atribut asociate poate fi mpovrtor dac exist seturi mari de date;

deoarece majoritatea datelor sunt n format vectorial, datele trebuie trecute prin

conversie vector-raster.

majoritatea hrilor, rezultate din formatul raster grid-celul, nu sunt conforme cu

necesitile de calitate i estetic cartografic;

Formetul raster exemple

DEM (Digital Elevation Model) - Format raster al USGS (US Geological Survey)

pentru salvarea datelor de elevaie. Valoarea

celulei ntr-un DEM este reprezentat prin valoarea elevaiei reale.

ECW (Enhanced Compressed Wavelet) - Format de compresie ERMapper, optimizat

pentru imagini aeriene i satelitare.

MrSID (Multi-Resolution Seamless Image Database) Format de compresie utilizat n

reprezentri grafice raster georefereniate (ex:ortofotoplan)

BT (Binary Terrain) - Format pentru stocarea binar a terenului n VTP (Virtual Terrain

Project)

OBTINEREA DATELOR IN FORMAT RESTER

Metode de interpolare implementate n aplicaii open source

Ce este interpolarea?

Interpolarea este procedura de estimare a unei valori ntr-o locaie fr msurtori,

folosind valorile msurate n punctele vecine.

Implic gsirea unei funcii f(x, y) ce reprezint ntreaga suprafa a valorilor z

associate cu puncte (x, y) dispuse neregulat. Aceast funcie face o predicie a valorilor z pentru

alte poziii dispuse regulat. [Niu C., 2005]

Interpolarea poate fi:

Exact (cnd modelul obinut pstreaz valoarile datelor iniiale);

Aproximativ (cnd valoarile datelor iniiale sunt alterate);

Local (sunt luate n considerare doar valorile din punctele vecine);

Global (sunt luate n considerare toate punctele cu valori cunoscute).

Cu alte cuvinte interpolarea const n prezicerea valorilor celulelor unui fiier raster pe

baza unui numr limitat de msurtori punctuale [ESRI].

Metode de interpolare

1. Triangulaia

Metod dezvoltat de Peuker i colaboratorii (1978), ce folosete triangulaia Delaunay.

Rezultatul const ntr-o reea de triunghiuri (structur de tip TIN) perfect

circumscrise unor cercuri, lucru ce face ca distana dintre punctele care formeaz

vrfurile triunghiului s fie ntotdeauna minim .

Pentru fiecare triunghi se memoreaz coordonatele i atributele celor trei vrfuri

topologia precum i panta i direcia de nclinare a suprafeei triunghiului.

Triangulaia funcioneaz cel mai bine cnd datele sunt distribuite uniform pe suprafaa ce

urmeaz a fi interpolat.

1. Metod exact ce folosete interpolarea polinomial linear sau cubic.

1. Este indicat a se utiliza pentru seturi mari de date, fiind i destul de rapid.

Aplicaii open source n care aceast metod este implementat:

1. QGIS (Quantum GIS);

2. SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses);

Inverse Distance Weighted (IDW)

Metoda pornete de la prezumia c influena unui punct comparativ cu

altul descrete o dat cu distana.

1.Este un interpolator de medie exact sau aproximativ n funcie de

parametrii stabilii de utilizator.

2. Genereaz aa-numiii ochi de taur, efectul putnd fi redus aplicndu-se

un filtru de netezire.

3. n cazul modelrii terenului, unde exist vi i vrfuri, acurateea este

sczut.

4. Este o metoda rapid de interpolare.

Aplicaii open source n care aceast metod este implementat:

1. GRASS (Geographic Resources Analysis Support System);

2. gvSIG;

3. QGIS (Quantum GIS);

4. SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses);

Natural Neighbor

Introdus de Sibson (1981), se bazeaz pe o reea de poligoane Thiessen (dualul unei

triangulaii Delaunay).

Combin caracteristicile optime ale metodelor Nearest Neighbor i TIN

(Webster i Oliver, 2001).

Algoritmul interpolrii Natural Neighbor folosete o medie a valorilor

observaiilor nvecinate, unde valorile sunt proporionale cu suprafaa

mprumutat [Surfer Help].

Zona asociat cu poligonul Thiessen obint dintr-un poligon existent este

denumit zon de imprumut".

Rapid i exact.

Nu extrapoleaz valoarea Z.

Aplicaii open source n care aceast metod este implementat: SAGA (System for

Automated Geoscientific Analyses);

Nearest Neighbor

Atribuie valoarea celui mai apropiat punct neinnd cont de celelalte.

Este util cnd datele sunt deja egal deprtate, dar este nevoie s fie convertite ntr-un

fiier de tip grid.

Alternativ, n cazul n care datele sunt deja ntr-o reea cu doar cteva valori lips,

aceasta metoda este eficient pentru umplerea lipsurilor.

Rapid i exact.

Nu extrapoleaz valoarea z.

Regular spline with tension

Metoda este implementat n aplicaia open source GRASS (Geographic

Resources Analysis Support System), mai exact modulul v.surf.rst.

Simultan cu interpolarea, acest modul calculeaz i o serie de parametric topografici

(pant, aspect, curbur) pe care i salveaz sub form de rastere.

Metoda poate fi att exact ct i aproximativ n funcie de parametrii setai de

utilizator (tension i smoothing).

Utilizatorul este avertizat atunci cnd rezultatul conine anomalii i trebuie modificai

parametrii tension i smoothing.

Are la baz procedeul quad-tree segmentation ce permite procesarea unui numr

mare de puncte.

Kriging

Metod dezvoltat de inginerul D.G. Krige (1951) n ncercarea de a estima ct mai

precis resursele de minereuri.

Metoda se bazeaz pe teoria variabilelor regionalizate, ce presupune c variaia spaial

a fenomenului este omogen din punct de vedere statistic, pe toat suprafaa.

Presupune c direcia i distana existent ntre date reflect o corelare spaial ce poate

fi folosit n explicarea variaiei acestora.

Poate fi potrivit unui set de date folosind o variogram.

Estimeaz erorile i extrapoleaz valoarea z.

n funcie de parametrii specificai de utilizator poate fi att o metod exact ct i una

aproximativ.

Topologia spaial

1. Introducere:

n 1736, matematicianul Leonhard Euler a publicatlucrarea The Seven Bridges

Knigsberg despre care se poate spune c st la baza ramurii matematice cunoscute sub

denumirea de topologie.

n anul 1970, pregtindu-se de recensmnt, United States Census Bureau, a folosit toplogia matematic pentru a reduce erorile ce apreau pe hrile rezultate.

Astz i n cadru l Si s temel o r Geogra f i ce Informaionale (GIS) termenul poate fi

definit ca tiina i matematica relaiilor utilizate pentru validarea geometriei entitilor

vectoriale i pentru o serie de operaii cum ar fi analiza de reea i de vecintate [Goodchild,

M.F., i colab., 2005].

n sens mai larg, topologia descrie relaiile spaiale existente ntre obiecte folosind seturi

de reguli pentru a observa cum entitile vectoriale (puncte, linii, poligoane) mprtesc

geometria i spaiul. Totodat topologia face diferena dintre modele GIS i cele non-topologice

(Modelul Spaghetti).

2. Structura topologic

2.1 Elemente de baz i termeni specifici topologiei

Sistemul vectorial se bazeaz pe primitive grafice. Primitiva grafic reprezint

cel mai mic element grafic utilizat la crearea i stocarea unei entiti vectoriale.

Sistemul vectorial folosete urmtoarele primitive grafice:

Noduri acestea defines cele dou extremiti ale unui arc. Ele indic

sensul de parcurgere al arcului.

Verteci sunt reprezentai printr-o serie de puncte ce defines forma unui

arc (inflexiuni).

Arce sunt reprezentate de linia frnt dintre dou noduri. Un arc trebuie

s fie mrginit, obligatoriu, de un nod de pornire i unul de destinaie.

Poligoane sunt definite ca suprafee formate din arce nchise. Unui

poligon i este ataat, mereu, un nod izolat numit centroid.

Aadar listele de noduri, arce, poligoane i verteci, precum i relaiile de frontier i

cofrontier puse n eviden prin adrese sau pointeri formeaz structura topologic de

date [Niu, C., i colab., 2002].

2.2 Relaii topologice

Conectivitatea indic ce obiecte spaiale sunt conectate cu altele, sau se intersectez

ntre ele (de exemplu un drum A se conecteaz cu un alt drum B).

Vecintatea indic ce obiecte spaiale sunt vecine cu altele (dou sau mai multe

poligoane au n comun laturi sau granie).

Includerea n acest caz obiectele spaiale (noduri, arce, poligoane mai mici)

sunt coninute de un poligon.

Proximitatea indic ce obiecte spaiale sunt apropiate de altele.

Direcia relativ indic poziia relativ ntre obiectele spaiale.

2.3 Concepte topologice

Topologia de tip arc-nod ine evidena arcelor conectate prin intermediul nodurilor

comune. Aceasta definete lungimea, direcia i conectivitatea arcelor. Arcele sunt

conectate dac au n comun un nod.

Topologia de tip poligon-arc Definete relaiile dintre arce i poligonul pe care l

definesc, precum i date privitoare la suprafa i vecintate. Poligoanele sunt vecine dac au n

comun un arc. Pentru evitarea datelor redundante, poligoanele sunt stocate ca o list de arce.

Topologia de tip stnga-dreapta Aceast se refer la vecintate i la modul cum

poligoanele sunt asociate cu poligoanele vecine. n acest caz fiecare arc are o list cu poligoanele

existente n dreapta i stnga sa.

2.4 Reguli topologice generale

Topologia stocheaz o serie de parametric referitori la regulile aplicate, ranguri, tolerane.

De asemenea mai stocheaz i o serie de date legate de erori, excepii, etc.

Regulile definesc relaiile admise ntre obiectele spaiale.

Rangurile (ranks) controleaz ce elemente ar putea fi mutate atunci cnd, regulile

topologice existente n cadrul validrii iniiale i pe parcursul validrilor ulterioare, se reunesc.

Tolerana (Cluster tolerance) definete

distana minim ce poate exista ntre dou puncte, astfel nct acestea s fie considerate identice.

Zonele cu erori (Dirty areas) reprezint entitile vectoriale ce au fost supuse unor editri

ulterioare. Acestea permit limitarea zonei de verificat pentru erori n timpul validrii topologice.

Erorile i excepiile sunt stocate n cadrul topologiei i permit gestionarea situaiilor n

care elementele vectoriale nu se supun regulior specificate.

3. Reguli topologice

3.1 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip polygon

Nu trebuie sa se suprapun Aceast regul presupune ca interiorul poligoanelor din

aceeai clas de obiecte spaiale (feature class) s nu se suprapun. Poligoanele pot avea n

comun noduri i margini, dar nu pot mpri aceeai suprafa. Un exemplu de folosire a acestei

reguli este cazul entitilor vectoriale ce reprezint modul de utilizare a terenului, tipul formelor

de relief, etc.

Nu trebuie s conin spaii goale Aceast regul presupune ca ntre poligoane sau

blocuri de poligoane nvecinate s nu existe spaii goale. Poligoanele pot avea n comun noduri,

margini i suprafee interioare. Este util atunci cnd este vorba de suprafee continue, de

exemplu tipurile de sol dintr-un anumit areal.

Nu trebuie s se suprapun peste Aceast regul presupune ca interiorul unui poligon

ce aparine unei clase de obiecte spaiale nu trebuie s se suprapun peste interiorul unui poligon

ce aparine altei clase de obiecte. Poligoanele pot avea n comun noduri i margini, sau pot fi

complet separate. Se utilizeaz atunci cnd se intenioneaz mbinarea a dou sisteme ce se

exclud reciproc, cum ar fi amenajarea teritoriului i arealele acoperite de ap.

Trebuie s fie acoperit de o clas de obiecte spaiale n acest caz se presupune c

poligoanele dintr-o clas de obiecte spaiale trebuie s fie acoperite de poligoanele dintr-o alt

clas de obiecte spaiale. Aceast regul poate fi utilizat atunci cand un areal de un anumit tip,

cum ar fi o ar, trebuie s fie acoperit n totalitate de areale de alt tip, cum ar fi judeele.

Trebuie s se acopere unul pe altul Regula n spe presupune ca un poligon

aparinnd unei clase de obiecte spaiale trebuie s aib n comun ntreaga suprafa cu un

poligon aparinnd altei clase de obiecte spaiale. Aceast regul se folosete atunci cnd dou

poligoane aparinnd a dou clase de obiecte spaiale diferite acoper aceeai suprafa. De

exemplu clasa vegetaie i clasa soluri trebuie s se acopere una pe celalt.

Trebuie s fie acoperit de Aceast regul presupune ca poligoanele ce aparine unei

clase de obiecte spaiale s fie coninute total de poligoanele aparinnd altei clase de obiecte

spaiale. Este util atunci cnd se intenioneaz ca un set de poligoane s fie acoperite de un alt

poligon ce aparine unei alte clase de obiecte spaiale. De exemplu clasa judee trebuie s fie

acoperit de clasa ri.

Laturile trebuie s fie acoperite de Aceast regul prevede ca laturile unui poligon

dintr-o clas de obiecte spaiale trebuie s fie acoperite de liniile dintr-o alt clas de obiecte. De

regul aceasta este util atunci cnd suprafaa unei entiti conine un set de atribute, iar limitele

acesteia alt set de atribute. De exemplu clasa parcele poate fi stocat mpreun cu limitele

acestora intr-o baz de date spaial. Fiecare parcel poate fi definit de una sau mai multe linii,

fiecare dintre ele coninnd diverse informaii, iar parcelele respective trebuie s se potriveasc

perfect cu limitele sale.

Limitarea zonei tebuie s fac obiectul unei alte limite Regula presupune ca laturile unui

poligon dintr-o clas de obiecte spaiale s fie acoperite de marginile altui poligon

dintr-o alt clas de obiecte spaiale. Este util cand un poligon aparinnd unei clase de obiecte

spaiale cum ar fi o subdiviziune, este compus din mai multe poligoane aparinnd altei clase de

obiecte spaiale cum ar fi clasa parcele, dar nu sunt acoperite n totalitate de ultima.

Conine punct n cazul acestei reguli, se presupune c un poligon aparinnd unei clase

de obiecte spaiale s conin cel puin un punct aparinnd altei clase de obiecte spaiale. Punctul

trebuie s fie n interiorul poligonului i nu pe marginea acestuia. Este util atunci cand poligonul

trebuie sa aib asociat cel puin o entitate punctual, ca de exemplu parcelele trebuie s aib o

adres.

Conine un punct Impune ca un poligon ntr- o clas caracteristic conine cel puin un

punct din alt clas caracteristic. Punctele trebuie s fie n poligonu, nu pe limita. Acest lucru

este util atunci cnd fiecare poligon ar trebui s aib cel puin un punct asociat, cum ar fi atunci

cnd parcelele trebuie s aib un punct de adres (numar cadastral).

Topologia spaial

3.1 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip polygon

Nu trebuie sa se suprapun Aceast regul presupune ca liniile din cadrul aceleai

clase de obiecte spaiale s nu se suprapun. Este folosit atunci cand liniile nu trebuie sa fie

dublate, de exemplu o reea hidrografic. Liniile se pot intersecta, dar nu pot avea segmente

comune.

Nu trebuie s se intersecteze Regula de fa presupune ca liniile aparinnd aceleai

clase de obiecte spaiale s nu se intersecteze sau s se suprapun, ns pot avea n comun puncte

de capt.

Nu trebuie s aib discontinuiti Regula n spe prevede ca liniile existente n cadrul

aceleiai clase de obiecte spaiale trebuie s fie conectate la capete. Aceast regul este folosit

atunci cnd liniile formeaz o suprafa, de exemplu cnd definesc un poligon, sau cnd sunt

conectate asemnator unei reele stradale. n ultimul caz, regula poate fi nclcat atunci cnd

strzile se nchid brusc.

Nu trebuie s conin pseudo-noduri Aceast regul presupune ca o linie s fie

conectat cu cel puin alte dou la fiecare capt. O linie ce este conectat cu doar o singur alt

line, sau cu ea nsi, se presupune c are pseudo-noduri. Aceast regul este utilizat n cazul n

care o linie trebuie s formeze bucle nchise, cum ar fi atunci cnd acestea definesc limite de

poligoane.

Nu trebuie s se intersecteze sau s se ating n interior) Regula presupune ca o linie

aparinnd aceleiai clase de obiecte spaiale s ating o alt linie doar la capete. Orice segment

ce se suprapune sau se intersectaz n alt loc dect la capete, reprezint o eroare. Regula este

util atunci cnd este vorba de linii ce reprezint parcele.

Nu trebuie s se suprapun peste Aceast regul presupune ca o linie ce aparine unei

clase de obiecte spaiale s nu se suprapun peste o linie ce aparine altei clase de obiecte. Regula

este folosit atunci cnd liniile nu trebuie s ocupe acelai spaiu, de exemplu drumurile nu

trebuie s se suprapun cu liniile de cale ferat.

Trebuie s fie acoperit de o clas de obiecte spaiale)

Aceast regul presupune ca liniile ce aparin unei clase de obiecte spaiale s fie acoperite de

liniile ce aparin altei clase de obiecte. Este folosit cnd un grup de linii descrie aceeai enitate

spaial. De exemplu ruta unui autobus trebuie s acopere reeaua stradal.

Trebuie s fie acoperite de laturi n cazul acesta o liniile ce aparine unei anumite clase

de obiecte spaiale trebuie s fie acoperite de laturile unui poligon ce aparin altei clase de

obiecte spaiale. De exemplu liniile ce formeaz o parcel trebuie s corespunde cu marginile

poligonuluirce

Captul trebuie s fie acoperit de Regula presupune ca limitele liniilor dintr-o clas de

obiecte spaiale s fie acoperite de puncte dintr-o alt clas de obiecte spaiale. Este util atunci

cnd se intenioneaz ca intersecia unei strzi s se afle la jonciunea a dou strzi.

Nu trebuie s se suprapun cu ea nsi Regula prevede ca liniile s nu se suprapun

cu ele nsele. Ele se pot intersecta dar nu trebuie s aib segmente comune. Aceast regul este

util n special n analiza transporturilor, de exemplu o strad nu trebuie s se suprapun peste o

autostrad.respectiv

Nu trebuie s se intersecteze cu ea nsi n acest caz liniile nu trebuie s se

intersecteze sau s se suprapun cu ele nsele. Este util n cazul curbelor de nivel.

Trebuie s fie un singur segment) Aceast regul presupune ca linia s fie compus

dintr-un singur segment. Poate fi folosit atunci cnd linia nu trebuie s fie compus din mai

multe segmente, cum ar fi de exemplu o linie ce reprezint o autostrad.

Trebuie s fie un singur Segment Aceast regul presupune ca linia s fie compus

dintr-un singur segment. Poate fi folosit atunci cnd linia nu trebuie s fie compus din mai

multe segmente, cum ar fi de exemplu o linie ce reprezint o autostrad.

3.2 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip punct

Trebuie s fie acoperite de laturi Regula presupune ca punctele ce aparin unei clase de

obiectespaiale s intersecteze laturile unui poligon aparinnd unei alte clase de obiecte spaiale.

Se utilizeaz spre exemplupentru markerii de frontier n cazul parcelelor.

Trebuie s fie n interiorul poligoanelor n acest caz punctele trebuie s se gseasc n

interiorul unui poligon. Regula este util atunci cnd caracteristicile punctelor relaioneaz cu

poligoanele. De exemplu reedinele de jude reprezentate punctual trebuie s se gseasc n

interiorul judeelor reprezentate prin poligoane.

Trebuie s fie acoperite de capete Regula prevede ca punctele ce se gsesc ntr-o clas

de obiecte spaiale s fie acoperite de capetele liniilor ce se gsesc ntr-o alt clas de obiecte

spaiale. Regula este similar cu regula aplicat liniilor Endpoint Must Be Covered By. Un

exemplu de aplicabilitate pentru aceast regul este cazul interseciilor de strzi.

Trebuie s fie acoperite de o linie Regula prevede ca punctele ce se gsesc ntr-o clas

de obiecte spaiale s fie acoperite linii ce se gsesc ntr-o alt clas de obiecte spaiale. Poate fi

utilizat pentru staiile de msurare a debitelor ce trebuie s se situeze pe cursurile rurilor.

Trebuie s coincid cu Aceast regul se utilizeaz atunci cnd punctele de la clas sau

un subtip ar trebui s fie aliniate cu puncte de la o alt clas caracteristic sau alt subtip ca in

cazul retelelor electrice unde punctele de distribuitie trebuie sa coincida cu punctele de racordare.

Trebuie s fie disjuncte Aceast regul se utilizeaz atunci cnd punctele dintro clasa

sau subtip nu ar trebui s ocupe acelai spaiu. Este cazul reteleor utilitare (apa, gaze, canalizare

etc.)

3.3 Reguli aplicate entitilor vectoriale de tip linie sau polygon

Must Be larger than cluster tolerance Necesit ca un obiect s nu se distrug n timpul

procesului de validare. Aceast regul este obligatorie pentru o topologie, i se aplic la toate

categoriile de linie i poligon. n cazurile n care aceast regul este nclcat, geometria original

este lsat neschimbat.