Ugrás a tartalomhoz

Térinformatikai 2., A valós világ modellezésének folyamata

Végső Ferenc (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

2.2 Térbeli modellek

2.2 Térbeli modellek

2.2.1 Mi a modell?

A modell definíciója sokféle lehet és változó, ahogy a következő idézet is mutatja:

A modell „...lehet egy elmélet, egy törvényszerűség, egy elképzelés vagy egységes elmélet. Lehet szerep, kapcsolat vagy egyenletrendszer. Lehet az adatok szintézise. Földrajzi szempontból az a fontos, hogy a modell tartalmazhat gondolatokat a valós világról, amelyeket térbe helyezve kapjuk a térbeli modelleket, időbe helyezve kapjuk a történelmi modelleket.” (Hagget and Chorley 1967). Széles körben elfogadott az a meghatározás is, hogy a modell a valóság idealizált vagy leegyszerűsített mása. A földrajzi információs rendszerek modelljei mindig egy probléma megoldására születnek. A megoldás érdekében kiemelik a valóságból az adott feladathoz szükségesnek gondolt részeket. Ezen túl mindig része a modellnek egy rendszerezett elgondolás, ami a választ ad(hat) a felvetett problémára. A térbeli modellezés tehát csak egy összetevője a modellalkotási folyamatnak. Ebben a folyamatban a valós világ egyedei kapcsolatának földrajzi adatai arra valók, hogy megértsünk és kezeljünk egy adott problémát. Ez lehet egyszerű probléma, például az, hogyan jutok el egyik helyről a másikra a legrövidebb úton; de lehet olyan bonyolult is, mint a légkör modellezése a globális felmelegedés megértése céljából. A modell tehát lehet nagyon egyszerű vagy nagyon bonyolult is, ezt a felhasználó szükségletei szabják meg. A modellekben az a közös, hogy egy keretet adnak a valós világ folyamatainak megértéséhez, vagy ami még fontosabb, a folyamatok irányításához.

A modellalkotás egy folyamatos, közelítő eljárás. Ahogyan több tudást szerzünk a világról a modellünk alkalmazásával, lehetővé válik a modellünk gyengeségeinek felismerése és a modell megváltoztatása. Fontos megértenünk a modellépítés dinamikus természetét, mert ez emlékeztet arra, hogy a GIS használata egy folyamat, amely nyitott a változásra és az átértékelésre.

2.2.2 Térbeli modell építése

Mielőtt részletesen foglalkoznánk a térbeli modell építéssel, nézzünk meg három olyan modellezési típust, amelyeket eddigi tanulmányainkból többé – kevésbé ismerünk:

  • a térkép

  • az építészeti modell

  • a légifénykép

A térképi mint modell

A térképet azóta használja az emberiség modellként a térbeli adatok tárolására és megjelenítésére, mióta jeleket tud rajzolni egy felületre. Az első térképeket a barlangok falára rajzolták növényi levekkel vagy karcolták botokkal. A mi szempontunkból az a kérdés, hogyan használták a térképet a valós világ elemeinek kétdimenziós megjelenítésére. Az ábrán látható térkép azt ábrázolja, hogyan juthatunk el egy településen a nevezetességekhez.

2. ábra Térképi modell

Ez az ábra egy érzékletes példája annak, hogyan használhatjuk a térképet, mint a valóság modelljét egy adott cél elérésére. A vázlat alapján fogalmunk lehet arról, milyen messze van a kép közepe táján lévő székesegyház a kiindulási pontunktól (nyíl). Előre el tudjuk képzelni milyen objektumokat látunk az utunk során (jellegzetes épületek), mikor merre kell fordulnunk az úton és milyen épületekhez, tereptárgyakhoz képest fogjuk megtalálni a székesegyházat. Ha csak egy kicsit ismerősek vagyunk a területen illetve a szimbólumok értelmezésében, oda fogunk találni. Az ábrán látható rajz valójában a valóság leegyszerűsítése, kivonata. A valóság csak annyira van leegyszerűsítve, amennyire a térkép készítője szükségesnek találta ahhoz, hogy odataláljunk. Más szóval a készítő létrehozott egy nagyon egyszerű, de nagyon hatékony modellt a valós világról. Mint minden modell esetében a hatékonyság itt is a felhasználó feltételezett tudásán alapul. A fenti példában a készítő feltételezi, hogy tudunk olvasni, megértünk jelképeket és tudunk tájékozódni a térben a felismert objektumok alapján. A feltételezett ismeret és a térbeli modellek megfelelő használata két olyan kérdés, amely központi szerepet kap a GIS gyakorlati használatában.

Annak jobb megértéséhez, hogyan működik a térkép, mint a valóság két dimenziós modellje, figyeljünk meg egy topográfiai térképet.

3. ábra Topográfiai térkép részlet[1]

A térkép jeleket, formákat, vonalakat, színeket és szöveget használ a valós világ megjelenítésére. Ez a térkép csak a „szükséges” egyedeket tartalmazza, mint utak, vasutak, házak, folyók, növényzet. A térkép minden eleme csak megközelítése a valóságban található egyednek. Egy fát nem ott fogunk találni, ahol a térképre egy fa jele rajzolva van. Az erdő körvonala sokkal bonyolultabb a valóságban, mint ahogyan a térképen látszik. Az utak a valóságnak megfelelő helyen vannak, de szélességük eltúlzott. Ha lemérjük a térképről a szélességét, sokkal nagyobb számot kapunk, mint ami reális. A térkép használata a látáson keresztül feltételezi, hogy tapasztalatunk birtokában meg tudjuk érteni, hogyan nézhet ki a valóság. Minden térkép célja az, hogy információkat közvetítsen. A közvetített információk típusa térképről térképre változik. A topográfiai térkép például kiváló a tájékozódásra, túrázásra, közlekedés megszervezésére stb.

Az építészeti modell

Az építészeti modell vagy bármely más modell, amelyik a harmadik dimenziót használja a valós világ megjelenítésében valószínűleg a legkönnyebben megérthető a térbeli modellek közül. Ennek az oka, hogy ez a modell forma közelebb áll az emberi szemléléshez, mint a két dimenziós térkép.

4. ábra Építészeti modell[2]

Láthatjuk az épületeket úgy, mint a valóságban, egymáshoz való viszonyukat a térben és a tájképben. Emlékezzünk vissza, hogy a jó modell egyik ismérve a képzeletünk megfelelő irányítása a tekintetben, hogy asszociálni tudjunk valaminek a valós világban való megjelenésére. Az építészeket csak azért szokták kritizálni, mert a tervezett építmény és a környezet viszonya csak annak megépítése után válik láthatóvá. Hasonló okokból a modell építés absztrakt természete fontos kérdéssé válik a GIS projektek fejlesztése során, mert csak elképzeléseink lehetnek arról, hogy a GIS rendszerünk hogyan fog együttműködni a meglévő szervezetekkel és elkerülhetetlenül fel fognak merülni addig rejtett mozzanatok az információ kinyerése során. A fentiek miatt számolni kell azzal, hogy a GIS tervezése dinamikus és fokozatosan terjeszkedő folyamat.

A légifénykép, mint modell

A légifényképek a valós világot ábrázolják ugyanúgy, mint a térkép vagy az építészeti modell.

5. ábra Légifénykép részlet[3]

A térképeken és az építészeti modellben a vonalak, jelek, formák közvetítik a valós világ képét, a légifénykép viszont eltérő árnyékokból, színekből és árnyalatokból áll össze. Az egyik megfigyelhető jellemző az, hogy az egyedek között határok a légifényképen bizonytalanok és lényegében szín és/vagy árnyalatváltozásból állnak; míg a térképi vagy építészeti modellen a határok sokkal pontosabban vannak meghatározva. Gondoljunk egy épület éles sarkára, vagy egy földrészlet egyenes határvonalára. El lehet gondolkodni azon, hogy az éles vagy a bizonytalan lehatárolás áll-e közelebb a valósághoz. A légifényképet leginkább adatforrásként használják a térinformatikában és helyes értelmezése külön szakma.

2.2.3 A térbeli kiterjedés modellezése

Az eddig tárgyalt három modelltípus mindegyike a valóság két komponensét modellezi:

  • a térbeli kiterjedést: hol van valami

  • a tematikus kiterjedést: a kérdéses hely vagy a kérdéses helyen lévő objektum jellemzői és esetleg egy harmadik komponenst (ha van hozzá adatunk):

  • az időtényezőt: az adatok alakulása az idők során

A térbeli modellek fejlesztésének központjában a térbeli adatok gyűjtésének kérdése áll. Ez általában megfigyeléssel és méréssel történik. Itt azonban felmerül egy probléma: „ellentétben az általában elterjedt információs rendszerekkel szemben, a földrajzi adatok tárolását megnehezíti, hogy tartalmazniuk kell adatokat a földrajzi helyzetről, a lehetséges topológiai (szomszédsági) kapcsolatokról, a megfigyelt objektum jellemzőiről.”(Burrough, 1987). Nézzük meg közelebbről mit is tekintünk térbeli adatnak. Legjobb, ha az adat fogalmát tisztázzuk először: az adatok értékek, számok, szövegek vagy szimbólumok, melyek egy bizonyos összefüggésben jelentést hordoznak. Ennek tükrében a térbeli adatot tekinthetjük értéknek, számnak vagy szimbólumnak, amely a valós világban megfigyelt egyed földrajzi tulajdonságait hordozza. A térbeli adatnak speciális jellemzője egy mutató, amely leírja az egyed helyét a Föld felszínén. Az egyik leggyakrabban alkalmazott mutató a postacím. Ez egy speciális, kódolt karaktersorozat, amely megadja minden ingatlan helyzetét a térben. Szakmai körökben a másik gyakran használt mutató a geodéziai koordináta rendszer. Ebben az esetben számok mutatják meg az egyed térbeli helyzetét. Mind a kétféle mutató térbeli vonatkozási rendszert valósít meg. Az adat definíciójára visszautalva láttuk, hogy az adat nem csak szám vagy szöveg lehet, hanem szimbólum is. Ha visszagondolunk a topográfiai térképünkre, a tájékozódásunkat rengeteg szimbólum (jelkulcs) segíti. Van azonban a térképen még egy térbeli adat, amely nem jelenik meg számként, szövegként vagy szimbólumként, pedig fontos ahhoz, hogy valahonnan valahová eljussunk. Ezeket az adatokat topológiai adatoknak nevezzük. Ez az adat tükrözi az egyik egyed viszonyát a másikhoz képest. A topológiai adat mondja meg nekünk, mikor merre kell fordulnunk, mennyit kell mennünk, mi mellett haladunk el az egyik egyedtől a másik irányába. A térinformatikában ezeket a tulajdonságokat befoglalásnak, szomszédságnak és kapcsolatnak nevezik.

Az adatot és az információt meg kell különböztetnünk egymástól. Az adat az információ kódolt formája, míg az információkat az adatokból vezetjük le és probléma megoldásra használjuk.

2.2.4 A térbeli modell számítógépes megvalósítása

Minden GIS projekt kiindulópontja annak a megalapozása, amit adatmodellnek hívunk. Ha valaki jártas az adatbázis tervezésben, ismeri az adatmodell fogalmát. Alapjaiban az adatmodell egy struktúra, amelyet a számítógép arra használ, hogy utánozza a modellezni próbált probléma folyamatait. A térinformatikában az adatmodellezés azt a folyamatot takarja, amikor a földrajzi problémát számítógéppel próbálunk megoldani. Az adatmodellt úgy is definiálhatjuk, mint az egyedek egy adott csoportjának és az egyedek közötti kapcsolatoknak az általános leírását. Földrajzi fogalmakkal az egyed lehet, pl. ház, folyó vagy telek. Az egyed fontos tulajdonsága, hogy egyértelműen azonosítható és a többi egyedtől megkülönböztethető legyen. A földrajzi adatmodellben az egyedek közötti térbeli kapcsolatot kifejezheti a távoli szomszédság, a közös határvonal, a bennfoglalás és az irány. Az egyedekhez és a kapcsolataikhoz egyaránt hozzárendelhetünk attribútumokat: a ház mérete, ablakok száma, ajtók száma, színe, értéke az építőanyag fajtája stb. A térbeli kapcsolatoknak is lehet attribútuma, például a mértékegység. A távolságot kifejezhetjük az idővel vagy méterben egyaránt.

Az adatmodellezést összegezhetjük úgy is, mint az absztrakció fokozatait. Ezt a következő felsorolás szemlélteti:

A fenti szinteken lefelé haladva egyre erősebben érvényesül a leegyszerűsítés és a generalizálás. A térinformatikai rendszer felépítése során a tervezőnek tehát három szinten kell végighaladnia:

- első szint: kiválasztani a valós világból a minket érdeklő egyedeket és eldönteni, milyen egyedtípussal ábrázoljuk az adatmodellben

- második szint: el kell dönteni, melyik térbeli adatmodellt (raszter vagy vektor) választjuk, mert a számítógép csak így tudja megjeleníteni, tárolni és elemezni a térbeli egyedeket

- harmadik szint: az „összeszerelés” fázisa, vagyis megadjuk a számítógép számára az adatmodellnek megfelelő egyed létrehozásához szükséges adatokat.



[1] onp.nemzetipark.gov.hu

[2] howardmodels.com

[3] sze.hu