Ugrás a tartalomhoz

Térinformatikai 2., A valós világ modellezésének folyamata

Végső Ferenc (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

2.3 Térbeli egyedek

2.3 Térbeli egyedek

Elemi egyedtípusok

Bármely földrajzi jelenség a kétdimenziós térben három egyedtípus valamelyikével írható le: pontok, vonalak, területek és tulajdonságok (attribútum adatok). Ezekhez már csak azt az információt kell hozzátennünk a számítógép számára, hogy az elemi egyed a valóságban mit reprezentál (egy fa, vasútvonal, tó stb.).

Felszín és hálózat

A fentieken kívül van még két olyan egyedtípus, amelyik kiterjeszti a valóságot modellező képességünket. Ezek közül az egyik a hálózat. A hálózatot úgy képzelhetjük el, mint egymáshoz kapcsolódó vonalak sorozatát, amelyeken valami áramlik (anyag vagy információ). Hálózatnak tekinthetjük az utakat, amelyeken forgalom áramlik. Hálózatnak tekinthetjük a vadak ösvényeit, amelyeken vadak közlekednek.

A másik egyedtípus a felszín. A felszínt pontok vagy helyek által definiált folyamatos egyednek tekinthetjük, ahol a pontok mennyiségeket jelentenek és ezek a mennyiségek lehetnek mérhető vagy minőséget jelző dolgok. A felszínnel leírhatjuk a népsűrűség alakulását, a magasságokat vagy a hőmérséklet eloszlását.

2.3.1 Az egyed leképezésének problémái

Amikor modellt alkotunk, legalább három alapkérdéssel találjuk szembe magunkat: a valós világ folytonos változásban van, a leképezés „méretarányának” meghatározása és az egyedek konkrét megjelenítése a modellben.

A változó világ

A valós világ folyamatosan végtelenül bonyolult és folyamatosan változik, ezért nem könnyű eldönteni, hogy az egyed leképezésére melyik alapobjektumot válasszuk. Néhány elszórt fát valószínűleg pontként lenne kedvünk ábrázolni, de ha a kedvező körülmények miatt sűrűn kinőnek a fák, azt már erdőnek kell tekinteni, és az erdőt határoló töréspontok alapján poligonként célszerű leképezni. Könnyen elképzelhető más olyan példa is, amikor az egyed méreteinek vagy eloszlásának változása az idők folyamán új egyedtípus bevezetését indokolná. Például néhány elszórtan növő fából (pontok) mikor lesz erdő (poligon)?

A méretarány

Jelen esetben nem egészen a hagyományos értelemben vett méretarányról van szó, hanem az adatbázis térbeli kiterjedésének és az egyed leképezésének harmóniájáról (adatsűrűség). Ha az egész Magyarországot lefedő környezetvédelmi adatbázist kívánunk létrehozni, azon a településeket valószínűleg pontként ábrázolnánk. Másfelől a földmérési alaptérképen az utakat szélességüktől függetlenül poligonként ábrázoljuk, hiszen ingatlan nyilvántartási szempontból mindegyik önálló telek. Az ideális modellben persze teljes részletességgel lenne jó ábrázolni az egyedeket az adatbázis kiterjedésétől függetlenül, erre azonban a mai hardver-szoftver környezet nem ad lehetőséget és talán nem is célszerű.

2.3.2 Az egyed besorolása

A valós világ jelenségeinek besorolása az egyedtípusok valamelyikébe mindig nehéz feladat, hiszen a valóságban ezek nem tisztán jelennek meg. Klasszikus példa a földmérésben az elhatárolás problémája. Ha egy erdőt poligonként akarunk modellezni, felvetődik a kérdés: hol az erdő széle? Vannak-e az erdő szélének töréspontjai? stb. Csak látszólag oldódik meg a probléma, ha térképről digitalizáljuk az erdőt, hiszen azt is szubjektíven határolta el valaki, legfeljebb azt mondhatjuk, hogy az elhatárolás után az erdő széle jogilag tisztázott. Ez azonban sok térinformatikai alkalmazásban nem fő szempont. Élesen vetődik fel a kérdés pl. akkor, ha a gazdákat az erdősítés arányában adókedvezmény illeti meg. Az egyedek leképezése azért is alapos megfontolást igényel, mert a nem megfelelő besorolás a későbbi elemzéseket egy részét lehetetlenné teheti. Pl. a vonalként ábrázolt utakkal nehéz területi műveleteket végezni.

A következő lépés a logikai modell megalkotása, amikor a valós világ egy egyedét objektummal helyettesítünk. Az előbbi példa alapján az erdőfoltot zárt poligonnal helyettesítjük. Végül az utolsó lépésben létrehozzuk a fizikai modellt, vagyis a poligont a számítógépben a koordinátáival ábrázoljuk.

2.3.3 Az egyedek megjelenése a modellben

Míg az emberi szem és tudat hatékonyan ismeri fel a formákat és mintákat, a számítógép számára pontosan meg kell adni az egyed leképezésének módját. A valós világ leképezésének ez a második fázisa. Két alapvető módon tudja a számítógép ábrázolni a térbeli egyedeket: vektoros vagy raszteres módon. A vektoros ábrázolás ahhoz hasonló, mint amikor egy mesekönyvben pontok vannak számokkal és az a feladatunk, hogy a pontokat a megfelelő sorrendben összekötve, kialakítsuk a jelenség összképét. A raszteres ábrázolás leginkább a Lego játékhoz hasonlít, amikor az egyedet azonos nagyságú elemekből rakjuk össze, és a kockák eltérő színezése különbözteti meg őket egymástól.

6. ábra A raszteres és a vektoros leképezés alapelve [4]

A kétféle leképezés a gyakorlatban egymás mellett él. Nem lehet azt mondani, hogy az egyik „jobb”, mint a másik. A helyes hozzáállás az, hogy az elvégzendő feladat célja határozza meg a modellben való megjelenítés kiválasztását. Ez nem könnyű feladat, nincs kész recept, sok tapasztalat kell hozzá. A raszter – vektor döntés nem jelent korlátozást (vagy – vagy), hiszen ugyanaz az egyed megjelenhet egy adatbázisban vektoros és raszteres formában is.

7. ábra A raszteres és vektoros megjelenítés fedvény szemléletben[5]

A térinformatika fejlődése során felmerült a harmadik dimenzió ábrázolásának és elemzésének szükségessége, hiszen sok térbeli jelenséget befolyásolnak a terepviszonyok. Megjelent a térinformatikai adatbázisokban a vektoros leképezés egy speciális formája a TIN (Triangulated Irregular Network = Szabálytalan háromszög hálózat). Erről később még bőven lesz szó.

8. ábra A TIN modell szemléltetése[6]

Azért, hogy megkönnyítsük az egyedek megjelenítésével kapcsolatos döntést, összeállítottunk egy táblázatot, amely különböző szempontok alapján hasonlítja össze a vektort, a rasztert és a TIN-t.

Vektoros

adatszerkezet

Rasztertes

adatszerkezet

TIN

adatszerkezet

A modell

célja

A vektoros adatszerkezet

célja jól elkülöníthető, jól elhatárolható egyedek ábrázolása.

A raszteres adatszerkezet célja folyamatosan változó jelenségek vagy a földfelszín ábrázolása.

A TIN adatszerkezet célja olyan felszínek ábrázolása, amelynek pontjai magassággal, vagy egyéb tulajdonsággal, pl. sűrűséggel rendelkeznek.

Az adatok

forrása

Légifénykép kiértékelés.

GPS mérés a terepen.

Térképdigitalizálás.

Raszter vektorizálás.

Szintvonalak TIN-ből.

Geodézia felmérésből.

CAD rajz importálása.

Légifényképezés.

Űrfelvétel készítés.

Digitális felszín interpolálása.

Raszetizálás vektorból.

Szkennelt térkép, műszaki rajz vagy fénykép.

Sztereo fotogrammetria.

GPS mérés a terepen.

Pontok digitalizálása szintvonalas térképről.

Konvertálás digitális szintvonalakból.

Tárolás

Pontok: Y,X koordinátával.

Vonalak: összekapcsolt Y,X koordináták sorozata.

Poligon: zárt vonal.

A raszter bal alsó cellájának koordinátái, a cellaméret és az adott cella sor – oszlop értéke a raszteren belül.

A háromszög sarokpontjainak Y,X,Z (M) koordinátája.

Az egyed

megjelenítése

A pont kicsi egyedeket reprezentál.

A vonal hosszú, keskeny egyedet jelenít meg.

A poligon síkbeli kiterjedéssel rendelkező egyedet reprezentál.

A pont egyetlen cellának felel meg.

A vonal olyan szomszédos cellák sorozata, amelyeknek ugyanolyan értéke van.

A poligon a közös értékkel rendelkező cellák régiója.

Egy pont Z (M) értéke meghatározza a felszín alakját.

A törésvonal hirtelen változást jelez a felszínben (gerincvonal, völgyvonal).

A vízszintes poligon a természetes felszín anomáliáját jelenti.

Topológiai

tulajdonságok

A vonal topológia követi a vonalak egymáshoz kapcsolódását.

A poligon topológia leírja, hogy egy vonaltól melyik poligon van balra, melyik jobbra.

A szomszédos cellák könnyen megtalálhatók a sor- oszlop index változtatásával.

Minden háromszög összefügg a többi háromszöggel.

Térbeli elemzés

Topológiai műveletek rétegek között.

Buffer (zóna) generálás, szomszédsági vizsgálat.

Halmazműveletek poligonokkal.

Térbeli és logikai alapú keresés.

Címek geokódolása.

Hálózatelemzés.

Térbeli egyeztetés.

Szomszédsági vizsgálat.

Felszínelemzés.

Eloszlás elemzése.

Minimális költség útvonal keresése.

Magasság, lejtés, kitettség vizsgálata.

Szintvonal levezetése felszínmodellből.

Térfogat számítás.

Hossz – és keresztszelvény készítés.

Láthatósági elemzés.

Térképi

megjelenítés

A vektor adat a legjobb a pontos, alakhű megjelenítéshez.

Nem alkalmas folyamatosan változó, elmosódó határral rendelkező jelenségek ábrázolására.

A raszter a legalkalmasabb a képek, folyamatosan változó jelenségek ábrázolására. Általában nem alkalmas pontok és vonalak ábrázolására.

A háromszögelés a legalkalmasabb a felszín részletgazdag megjelenítésére.

A háromszögeket színezhetjük a magasság, lejtés, kitettség érzékeltetésére.

A térinformatika fejlődésével az egyedek leképezése és számítógépes modellezése megváltozott. A térinformatikai modellezés közelíteni kezdett az objektum alapú modellhez, az adatbázis pedig közelíteni kezdett a relációs adatbázis kezelés módszertanához. Előrebocsátjuk, hogy a térinformatikai adatbázis korszerű megfogalmazásban egy olyan objektum orientált relációs adatbázis, amely kibővül egy speciális adattípussal, mégpedig a térbeli(földrajzi) adatok típusával. A továbbiakban az objektum orientált modellezéssel fogunk foglalkozni.



[4] http://www.cookbook.hlurb.gov.ph/book/export/html/203

[5] Forrás: ESRI

[6] http://www.csiss.org