62973632 Sisteme Informatice Geografice Si Cartografie Computerizata

8/22/2019 62973632 Sisteme Informatice Geografice Si Cartografie Computerizata

1/272

UNIVERSITATEA DIN BUCURETIFACULTATEA DE GEOGRAFIE

Constantin NIU

Clin Daniel NIU Corneliu-Eftimie TUDOSE Mircea Cristian VIAN

SISTEME INFORMAIONALE GEOGRAFICEI

CARTOGRAFIE COMPUTERIZAT

BUCURETI 2002

1


2/272

Refereni tiinifici: Prof.dr. MIHAI IELENICZProf.dr. MIHAI GRIGORE

Contribuia autorilor la realizarea lucrrii:

Prof. univ. dr. ing. Constantin Niu - coordonarea ntregii lucrri i cap. I (1.1, 1.2, 1.3, 1.4 i1.5), II, III (3.1, 3.3 i 3.4), IV (4.1, 4.2 i 4.3), V (5.1, 5.3 i 5.4) i anexele A - F;Cpt. ing. Clin Daniel Niu - cap. I (1.4 i 1.5), III (3.2, 3.3 i 3.4), IV (4.4), V (5.1 i 5.2.2) ianexele B - E;Asist. univ. geograf Cornel Tudose - cap. I (1.4), III (3.2), cap. V (5.2.2), anexele D i E istandardizarea tuturor figurilor imagini;Prep. univ. geolog Vian Mircea - cap. I (1.5), III (3.2), cap. V (5.2.2) i anexele D i F.

Culegere computerizat: prof. univ. dr. ing. Constantin Niu i ing. Clin Daniel NiuProcesare a imaginilor: prof. univ. dr ing. Constantin Niu i asist. univ. Cornel TudoseTehnoredactare computerizat: Prep.univ. geolog Mircea Cristian VIANCoperta: Prep.univ. geolog Mircea Cristian VIAN

c Editura Universitii din BucuretiSos. Panduri, 90 92, Bucureti 76235; 410.23.84

ISBN: 973-575-650-1

2


3/272

Cuprins

Cuvnt nainte ............................................................................................................................. 5Capitolul I : Sisteme informaionale geografice ...................................................................... 14Capitolul II Dezvoltri n fotogrametrie, teledetecie i cartografie ................................ 66Capitolul III. Aspecte matematice n realizarea SIG ................................................................ 88Capitolul IV Culegerea datelor SIG ........................................................................................ 118Capitolul V Realizarea produselor SIG (cartografie computerizat) ......... 159Bibliografie ............................................................................................................................. 266

3


4/272

4


5/272

CUVNT NAINTE

Integrarea infrastructurii informaionale i a datelor geografice

Infrastructura informaional, component a societii moderne, trebuie s conin idatele spaiale. Interfeele structurii informaionale permit accesul i la aceste date, din carefac parte i datele geografice. Toate celelalte date, clasificate pe teme, se ataaz, de regul,datelor de poziie, detaliilor sau arealelor geografice. Trebuie s se asigure accesul la date att

pentru experi, ct i pentru orice cetean, potrivit unor criterii de acces. Sistemeleinformaionale geografice organizeaz i structureaz datele geografice sau geodatele. Acestedate pot fi folosite eficient n alte sisteme, de exemplu n transporturi, comerul prin pota

electronic, nvmnt, alocarea resurselor i consumatorilor etc. Apar noi profesii careimplic lucrul cu date geografice digitale. Lumea virtual implic folosirea cu prioritate adatelor spaiale. Proiectanii s-au familiarizat deja cu aceste tipuri de date. Vizualizareaspaial cu ajutorul calculatorului devine familiar tuturor, cu accent pe nelegerea hrilor ia altor tipuri de produse.

Harta digital, alturi de reprezentrile tridimensionale, fotogramele digitale inregistrrile de teledetecie, intr deja n produsele multimedia. Hrile de toate tipurilecondiioneaz puternic gndirea uman asupra mediului nconjurtor. Sistemeleinformaionale geografice (SIG) permit vizualizarea interactiv i combinarea mai multorhri cu teme diferite, dar care se refer la aceeai zon. Cteva domenii de aplicare a datelor

spaiale sunt dezvoltate mai jos.

Folosirea datelor geografice

n timpul actual exist o pia a datelor geografice. Societatea cere din ce n ce maimult procesarea datelor geografice pentru asigurarea multor domenii. Sursele i consumatoriide produse au o anumit distribuie geografic. Integrarea zonal, naional sau globalizarea

pieelor cere din ce n ce mai mult rezolvarea unor probleme de determinare a drumuriloroptime, pentru scurtarea timpului i a costului de transport, de urmrire a vectorilortransportatori etc. Pentru rezolvarea problemelor de mai sus, se consider c multe date ale

bazelor de date din toate domeniile (70%-85% din date) trebuie s aib i o component

spaial.Piaa datelor geografice este influenat de civa factori tehnologici. Unitile

centrale, de nalt performan, constituie o baz capabil s asigure prelucrarea distribuit adatelor geografice, care aproape ntotdeauna au un volum mare. Reelele mari de calculatoarei infrastructura software distribuit (OLE/COM, COBRA, Java etc.), architecturile cu diferitecomponente (middleware i componentware) sunt importante, deoarece multe aplicaiigeografice permit un acces transparent la depozitele de date pe servere situate n locuridiferite i la funcii de geoprocesare iniiate tot din diferite locuri, integrndu-se astfel toatefunciile de prelucrare ntr-o schem tehnologic particular. SIG nu mai trebuie neles ca unsistem informatic local, ci ca unul distribuit, deschis, cu arhitecturi de tip middleware i

5


6/272

componentware, asigurnd suportul pentru decizii, pentru conducerile oricror organizaii cuuniti distribuite pe zone ntinse.

Tehnologia permite o vitez de geoprocesare de mrime compatibil cu cea a vitezeiasigurate de tehnologiile comunicaiilor, deci n general depinznd de interfeele deinteroperabilitate. Toate subsistemele viitoare vor asigura o folosire mai larg a geodatelor itelegeoprocesarea de ctre orice om. Sunt de remarcat tehnologiile performante ale bazelor dedate spaiale introduse de realizatorii de sisteme de gestiune a bazelor de date (SGBD).Receptoarele ieftine i de mici dimensiuni permit determinarea rapid n timp real saucvasireal a poziiilor geografice cu sistemele satelitare de poziionare global (GPS). Produsecomerciale sofisticate, actuale i ieftine pentru suprafaa terestr se obin relativ uor din dateimagine fotogrammetrice sau de teledetecie. S-au obinut i se vor obine nc mari progresen ortofotogrammetria digital i video pentru imaginile satelitare i aeriene. Are loc ospecializare continu i o difereniere a produselor n domeniile SIG, CAD i ale cartografieidigitale. Simularea interactiv, de mare importan n multe domenii ale proiectrii i testrii

preliminare a multor soluii tehnice, economice, informaionale etc., devine distribuit. Se

dezvolt exploziv tehnicile de vizualizare a datelor spaiale tridimensionale (inclusiv celeinteractive i pentru realitatea virtual). Tehnologiile descrise mai sus au i multe variantehibride. De exemplu, imaginile satelitare de nalt rezoluie i ortofotogrammetria digital

permit generarea automat precis a vederilor tridimensionale ale suprafeei terestre.

Creterea nevoilor de date geografice

Un factor director n dezvoltrile viitoare este i acumularea simpl a geodatelor.Exist doar o singur suprafa terestr i mulimea tuturor geodatelor este referit la aceasta,ntr-un anumit sistem de referin, existnd multe hri tematice, pentru fenomene naturale sauartificiale. Cum geodatele accesibile prin reea cresc pn la zeci de mii de arhive digitale n

toat lumea, ele devin o baz bogat, semnificativ pentru un numr mai mare de activitilocale, naionale i globale. Datele spaiale sau geografice devin unul din fundamentele noiiculturi mondiale a erei informaionale.

Informaia geospaial bazat pe reea i scopul folosirii acesteia

Se dau cteva exemple de folosire a geodatelor existente n reele i resursele degeoprocesare. Cele mai multe presupun afiarea interactiv simpl, specializat, stilizat ahrii. O mulime de teme de cercetare pot deriva prin examinarea cerinelor interfeeiutilizator a tipurilor de aplicaii, precum simplitatea sau modul de generalizare, densitatea de

informaie, modurile de interactivitate etc.Oricine poate folosi o interfa pentru a se deplasa, chiar i virtual, de la un punct A al

suprafeei terestre la un punct B. Receptoarele de semnale de la sistemele de poziionareglobal (GPS) i receptorul radiotelefonic dispuse ntr-un vehicol vor furniza coordanatele

punctului A, iar ecranul pentru hart de la bord extrage din memoria intern, de pe unCD-ROM sau din paginile aurii multimedia, prin intermediul receptorului radiotelefonic,

poriunea de hart (traseul spre punctul B). Pot fi solicitate i alte tipuri de geodate.

Geoprocesarea middleware i componentware va compara distanele pentrudestinaiile multiple posibile. Paginile aurii multimedia, de exemplu, vor arta timpul de

parcurs pentru vizitarea unor obiective alese. Programele trebuie memorate permanent n

procesorul de la bordul vehicolului. Aici prin vehicol se nelege automobil, vapor, avion,

6


7/272

elicopter etc. Pe harta de pe ecran apare cu alt culoare i ecoul grafic, uneori animat,respectiv drumul parcurs.

Alte aplicaii geografice pot fi folosite de orice cetean n viaa de zi cu zi. Fiecare arecerine specifice pentru interfa. Dintre acestea se rein domeniile: nvmnt/instruire;nvmnt la distan; colaborare n cercetare; biblioteci electronice; muzee i galeriielectronice; informare geografic oficial online; analiz geografic specializat; creare iutilizare de mostre ale realitii virtuale din imagini terestre pentru jocuri interactive;monitorizare a securitii unor zone i rspuns la nclcarea regulilor stabilite; determinare aunor trasee speciale condiionate; optimizare a distribuiei produselor; utilizare a unor sistemeinteligente pentru autostrzi (IVHS) i localizare a locului de parcare; informare asupratraficului, a vremii; planificare i urmrire a itinerariilor de deplasare; servicii de cltorie;resurse specifice locale i recomandri; servicii de informare urban i cadastral; gsire delocuri de munc i clieni pe plan local sau regional etc.

Diferite aplicaii geografice sunt specifice numai anumitor profesii, dintre care seamintesc: servicii de urgen pe autostrzi (A.C.R.) sau pentru poliie, pompieri etc.; creare i

utilizare de mostre ale realitii virtuale din imagini ale suprafeei terestre, pentru pregtiremilitar, pregtire pentru cazuri de dezastre i salvare, proiectare de construcii i arhitectur;agricultur i silvicultur; cercetare a climei, cercetare biologic, ecologic, geologic etc.;

planificare urban, zonal i naional; cartografiere automat i faciliti de management;supraveghere militar; descoperire, exploatare i management pentru resurse naturale;management al resurselor acvatice; monitorizare global i local a mediului; planificare aamplasrii instalaiilor comunicaiilor prin cablu, microunde i telefonie mobil; telemedicin;informare maritim global i sisteme de salvare, control al traficului aerian sau fluvial,maritim, terestru; operarea vehiculelor comerciale; alegerea locurilor de amplasare aorganizaiilor comerciale sau a zonelor rezideniale, marcheting i alte aplicaii geograficespecifice; determinare a corespondenei geografice a angajailor poteniali cu locurile de

munc disponibile sau a furnizorilor poteniali de servicii cu clienii poteniali; reele aleadministraiei publice; sisteme cadastrale etc. Numrul de aplicaii cu geodate crete continuui va continua s creasc pe msur ce se dezvolt infrastructurile naionale i globale de datespaiale.

Hrile ca parte a vechii i noii culturi

Hrile constituie o component a multor culturi, deoarece gndirea spaial este oparte esenial a relaiei oamenilor cu mediul fizic i cultural. Chiar n cele mai simple culturicare nu au trecut la tehnica scrisului, indivizii "deseneaz" schie temporare pentru a-i

reaminti sau a arta altora cum s gseasc drumul ntr-un teritoriu necunoscut. Oamenii audezvoltat tehnici spaiale sofisticate i abiliti de comunicare spaial care sunt o baz pentrualte activiti, inclusiv simpla determinare a unui itinerar. Infrastructura naional a datelorspaiale devine o component a infrastructurii informatice naionale. Sunt create colecii desimboluri cartografice i fraze cu aceste simboluri, iar limbajul hrii este foarte important nspaiul cibernetic. Cercetarea fundamental privind motivarea spaial, memoria spaial icomunicarea spaial va constitui baza dezvoltrii corespunztoare a interfeelor (pentru)utilizator care folosesc afiarea i manipularea informaiei spaiale.

i realitatea virtual ajut pe utilizatorii de geodate s evalueze sursele de date.Deoarece vor exista foarte multe geodate disponibile i aceste geodate sunt de cele mai multeori complexe, de mare importan sunt calitatea, coninutul i fluxul geodatelor. Ar putea fifolosit un sistem de figuri geometrice pentru a reprezenta anumii parametri de coninut, iar

7


8/272

forma, culoarea i micarea acestora ar putea reda parametrii de calitate. O interfa poate fi ohart sau n general o geoimagine. O dat ce te centrezi pe un spot comandat de un locator,

poi apela diferite pictograme disponibile pe ecran, care reprezint obiecte de date. E foarteuor s se gseasc mari volume de date pe reeaua Internet, dar e greu s tii ce s faci cu ele,cu ce pachete de programe s le prelucrezi. Interfaa trebuie s furnizeze chiar i fiecrui

individ, uor i intuitiv, informaii privind "calitatea" datelor. Un exemplu simplu este cumafl un turist grosimea stratului de zpad pe pistele unei staiuni montane, pentru ziuacurent, cnd consult un anumit nod (de exemplu un site romnesc, www.alpinet.ro), svizualizeze chiar imagini recente, nu imagini din timpul verii.

Hrile digitale - parte a multimedia, realitatea virtual i modificri de percepie

Hrile pe suport de hrtie sunt o form special a comunicrii prin intermediultiparului i sunt utile exploratorilor, oamenilor de tiin, istoricilor, ageniilor i birourilormunicipale i naionale, militarilor, turitilor, oficiilor cadastrale, proiectanilor etc. Utilitateahrilor este amplificat n diferite moduri cu ajutorul calculatoarelor i al reelelor decalculatoare. SIG pentru o zon are datele organizate pe teme sau straturi, straturile artnd cai hrile pe film, suprapuse, ale acestei zone, ntr-un acelai sistem de coordonate, avnd i ointerfa vizual pentru baza de date spaiale. Este posibil s se consulte SIG pentru a realizanoi hri tematice, de exemplu, toate parcelele cu cote cuprinse ntre 500 i 1000 m, n zonenepoluate chimic, cu panta sub 10%, la dstan de 2000 - 3000 m de o osea asfaltat etc.,utile cuiva pentru amplasarea unei anumite construcii. Tehnologia digital permite:memorarea unei imense cantiti de geodate (inclusiv accesul prin intermediul unei reele);mrirea (zooming), deplasarea n planul ecranului (panning) i alte tipuri de proceduriinteractive de manipulare a geoimaginii, care nltur limitrile spaiale ale hrtiei i aleacuitii vizuale umane; urmrirea n timp real a deplasrii; intrarea datelor direct de la

sateliii sistemelor de poziionare global (GPS) i ai celor de observare a Pmntului;afiarea instantanee a datelor nespaiale - text, imagini, grafice etc., asociat cu detaliile ipoziiile selectate ale hrii.

Prin intermediul hrilor tiprite pe hrtie, fiecare om se familiarizeaz cuabstractizrile grafice ale spaiilor terestre ntinse. Hrile digitale aplic aceast proprietatesau convenie de prezentare a informaiei la domenii informaionale imense ca ntindere idiversificare. Hrile digitale i zborurile virtuale pe deasupra sau printr-un domeniu spaialtridimensional vor constitui o component important a multor interfee grafice pentruutilizator, deoarece fiecare om nelege intuitiv hrile i vederile din aer sau din spaiulextraatmosferic i multe tipuri de informaii au o component spaial care face utilereprezentrile i vizualizrile spaiale.

Vizualizarea informaiei geografice sau vizualizarea geografic a informaiei permiteoamenilor s sesizeze schimbrile i chiar prognozarea realitii. Aplicaiile privind realitateavirtual folosesc reprezentrile fenomenelor spaiale reale, dar i ale fenomenelor nonspaiale,

pur i simplu deoarece creierul uman este obinuit s rezolve probleme n spaiultridimensional. Pri importante ale componentei software i ale datelor necesare pentruconfigurarea i popularea ciberspaiului vor fi preluate de la aplicaiile de geoprocesare, dinarhivele de geodate digitale i din fluxurile curente de date. n mod similar i cercetrile dindomeniul gndirii spaiale vor beneficia att de "spaiul real", ct i de aplicaiile privindciberspaiul.

8


9/272

Noi probleme de cercetare

Multe probleme de cercetare fundamental i aplicativ pot fi identificate n cele demai sus. Cercetarea trebuie s aib n vedere interoperabilitatea geoprocesrii, avnd n vederemarele volum de date i diversitatea acestora, n primul rnd n sensul c datele spaiale voravea un rol deosebit n interfeele spaiale, cnd diverse subsisteme pot schimba ntre elediferite tipuri de date i pot accesa alte resurse de geoprocesare ale subsistemelor. Foartemulte aplicaii vor folosi geodate, iar dezvoltatorii de aplicaii se vor axa mai ales pedezvoltarea de interfee. Acetia trebuie s posede att cunotine cartografice, ct iinformatice referitoare la interfee. Interfeele trebuie s apeleze diferite proceduricartografice, dar i de analiz geografic sau spaial, de simulare, de lucru n spaiul virtualetc.

Fiecare om vede lumea diferit i ca atare sunt necesare specificaii riguroase pentrudatele spaiale, astfel ca acestea s satisfac toate cerinele, dar s fie de volum optimizat, frredundan sau cu o redundan minim, necesar doar pentru control i verificare a preciziei.Aceleai date pot avea pentru diferii utilizatori denumiri diferite, atribute diferite, diferii

parametri descriptivi, precum i alte tipuri de metadate.Credem c temele de cercetare i proiectele de dezvoltare privind interfeele

geografice vor genera multe concepte ce trebuie s aib n vedere, n special n universiti,efectele cognitive i sociale ale dezvoltrii n subdomeniul spaial al lumii multimedia ianaliza modului de introducere n interfee a pictogramelor i procedurilor corespunztoareviziunii viitorului. Instituiile guvernamentale trebuie s aib un rol deosebit n stabilirea i

planificarea temelor de cercetare i n finanarea celor care servesc dezvoltarea instituiilorfundamentale ale rii i a legturilor cu alte instituii mondiale. Prin participarea coordonat amultor utilizatori (experi persoane fizice sau organizaii de stat i particulare) n activitilede planificare i de stabilire a specificaiilor SIG, Oficiul Naional de Cadastru, Geodezie i

Cartografie (ONCGC) asigur ca furnizorii s livreze echipamente, programe i tehnologii cucaracteristici care s corespund necesitilor stabilite i ca tehnologia SIG s devin parte aeconomiei i culturii naionale sau globale.

Prof.univ.dr. Mihai Ielenicz, Decanul Facultii de Geografie

9


10/272

INTRODUCERE

Un sistem informaional geografic este un ansamblu de subsisteme, destinat pentruculegerea, prelucrarea, integrarea, stocarea, extragerea, prezentarea i furnizarea datelor iinformaiilor geografice. Ca subsisteme pot fi considerate echipamentele (n care rolul

principal l au calculatoarele electronice), programele, bazele de date i de cunotine,tehnologiile i personalul de proiectare, realizare i exploatare. Informaia geografic este

prezentat pe teme diferite, dar referite la un cadru geografic sau cartografic unitar. Fiecaretem este concretizat printr-un "strat" de date. Un sistem informaional geografic poate fiutilizat pentru realizarea de combinaii ale relaiilor geografice ale diferitelor straturi de date i

prezentarea unei hri ca rezultat al analizei geografice. Temele individuale pot fi prezentate iseparat.

Sistemele informaionale geografice trebuie s se dezvolte n cadrul larg alinfrastructurii informaionale. n conceperea, proiectarea, dezvoltarea, implementarea intreinerea unui asemenea sistem se disting urmtoarelefaze generale: specificarea datelor isurselor de date (definirea intrrilor); culegerea, transmiterea, memorarea, prelucrarea,structurarea, stocarea i regsirea datelor i informaiilor; folosirea datelor i informaiilor nactivitile decizionale i de aciune asupra mediului nconjurtor.

Realizarea sistemelor este favorizat de dezvoltarea geotiinelor, a tehnicii de calculi a produselor program, a informaticii, ciberneticii etc.

Lucrarea abordeaz probleme teoretice i practice ale metodelor de proiectare a unui

sistem, de alegere i completare a programelor, de structurare, culegere, validare i utilizare adatelor (cu accent pe metodele fotogrammetrice, cartografice i de teledetecie de culegere),de utilizare a datelor pentru realizarea unor produse etc.

n capitolul I sunt definite societatea informaional i sistemul informaionalgeografic (fazele de realizare, proprietile, avantajele de folosire etc.). Sunt date exemple deasemenea sisteme. Este descris analiza geografic i sunt exemplificate unele rezultate aleanalizei. Subcapitolul 1.3 trateaz structurile de date geografice, cu accentuare pe celetopologice i pe cele orientate pe obiecte (concepie, mecanisme i construcii de abstractizareetc.), concluzionndu-se asupra criteriilor de alegere a unei anumite structuri. O tratare aparteeste cea a proiectrii unui sistem informaional geografic (SIG), respectiv comparaiastatistic a funcionalitii pachetelor de programe SIG (subcapitolul 1.4, dup o clasificare a

programelor pe baza coeficienilor de similaritate i a analizei gruprilor) i identificareanevoilor de date geografice digitale (subcapitolul 1.5), cu indicarea domeniilor de aplicare iutilizare, tipurilor i surselor, a structurii geometrice, a preciziei, a coninutului, modului dedistribuie, a ciclurilor de actualizare, a nivelului de detaliere etc. Sunt oferite astfel doumetode obiective de proiectare, cu prezentarea grafic i numeric sugestiv a rezultatelor.

Capitolul al II-lea analizeaz dezvoltrile n fotogrammetrie, teledetecie icartografie, pentru a justifica utilizarea metodelor acestora la realizarea i utilizarea SIG.Subcapitolul 2.1 dezvolt concepia de geoimagini, ca o generalizare a tuturor purttorilor deinformaii referitoare la spaiul geografic. Sunt tratate stadiul i tendinele de obinere aimaginilor surs, tehnologiile, algoritmii i procedurile de prelucrare a datelor, produsele

cartografice, fotogrammetrice i de teledetecie ce pot fi realizate cu SIG, harta ca surs i ca

10


11/272

produs principal al SIG, funciile hrii n noua postur a acesteia, noile produse cartograficemultimedia, necesitatea dezvoltrii limbajului cartografic n noua concepie etc. Seexemplific un sistem geoiconic digital complex, descriindu-se segmentele sistemului,

particularitile de realizare, pregtirea personalului etc. Concluziile trase se refer la modulde utilizarea a tehnologiilor fotogrammetrice, cartografice i de teledetecie n proiectarea i

realizarea SIG.Capitolul al III-lea trateaz unele aspecte matematice n realizarea SIG, dezvoltate

insuficient n literatura de specialitate. Subcapitolul 3.1 trateaz utilizarea n SIG a teorieiinformaiei, respectiv determinarea cantitii de informaie a geoimaginilor sau a unei zoneterestre i codificarea detaliilor i datelor. Determinarea cantitii de informaie comportclasificarea elementelor dup diferite sisteme (pe baza coeficienilor de corelaie Pearson, dedistan, cosinus-theta etc.), analiza gruprilor rezultate, calculul cantitii de informaie aclasificrii, calculul cantitii de informaie a geoimaginii (bazei de date) i calcululcoeficientului generalizrii SIG. Este exemplificat metoda pentru clasificarea unor localitidintr-o anumit zon dup numrul locuitorilor, cu determinarea intervalelor de clasificare cu

diverse metode (progresiei geometrice, progresiei aritmetice i seriilor). n tabelul 3.3 suntdai parametrii metodelor de clasificare (numrul de intervale, cantitatea de informaie H,entropia maxim, entropia relativ i redundana). Concluzia care rezult este c se aplicmetoda care d redundana minim (pentru cazul din tabel, metoda seriilor, pentru careredundana este 0,061). Coninutul informaional al unei zone de teren ridicate geodezic itopografic, a imaginii-hart a acesteia sau a bazei de date vectoriale este calculat cu relaiadat de Schlage (1996), inndu-se seama de numrul de detalii individualizate, perioada deexisten a detaliului, numrul de clase ale detaliului, coeficientul dimensional al imaginiidetaliului, numrul de detalii k-dimensionale, numrul de puncte caracteristice ale unui detaliu(simbol), gradul de complexitate al detaliului (simbolului), coeficientul de importan aldetaliului (simbolului) i numrul total de fragmente sau caractere din compunerea detaliului

(simbolului). S-a fcut calculul doar pentru o parte din suprafeele foilor de hart la scrile1:25.000, 1:50.000 i 1:100.000, obinndu-se datele din tabelul 3.4. S-a calculat icoeficientul teoretic al generalizrii i s-a concluzionat c generalizarea cartografic a fostcorect. La realizarea unor baze de date, determinarea cantitii totale de informaii a bazei

poate fi fcut doar dup popularea acesteia.

La codificarea datelor i detaliilor s-au tratat baza matematic a codificrii i soluiilede introducere a cuvintelor de cod, alegndu-se ca soluie optim tehnica meniurilor.

Algoritmul de cutare a domeniului ortogonal generalizat folosind aproximarea pestraturi a spaiului multidimensional (3.2) a fost tratat ca o problem general ce areaplicabilitate la generarea semnelor convenionale areale i la consultarea bazei de date a SIG.

Algoritmul a fost realizat pentru spaiile 2D i nD. Rezultatele concrete ale corectitudiniialgoritmului sunt demonstrate n capitolul al IV-lea.

Subcapitolul 3.3 trateaz precizia datelor i produselor SIG, cu referiri la tipurile isursele de erori, precizia poziional, precizia atributelor, precizia conceptual, precizia logicetc. O problem important este aprecierea preciziei de clasificare cu ajutorul coeficientuluiKappa (pentru care s-a dat i un exemplu n anexa F(e)) i aprecierea generalizrii, aa cum s-a artat, cu metodele analizei informaionale. O alt problem o constituie studiul erorilor dedigitizare, n special pentru transformrile polinomiale aplicate n diferite faze tehnologice, cuaprecierea influienei fiecrui termen al transformrii i a modului de dispunere a punctelor,metod ce poate fi extrapolat tuturor tipurilor de transformri. Reprezentarea grafic a

11


12/272

erorilor de digitizare permite o nelegere intuitiv a acestora (anexa F(a,b,c,d)). Schema (d)din anexa F arat modul de cumulare a erorilor.

Subcapitolul 3.4 trateaz detectarea limitelor n prelucrarea imaginilor, analizndu-serezultatele aplicrii a cinci filtre (Roberts, Prewitt, Sobel, Kirsch, Log) asupra unor imaginisintetice i asupra unor imagini fotogrammetrice. Metodologia de analiz constituie o alt

problem important pentru automatizarea culegerii datelor. n final se concluzioneaz asupraparticularitilor de aplicare a fiecrui filtru.

Capitolul al IV-lea trateaz metodele, algoritmii i procedurile de culegere ivalidare a datelor SIG. Subcapitolul 4.2 descrie generalizat metodele de culegere a datelortopogeodezice (folosirea sistemelor de poziionare global NAVSTAR sau GLONASS i aaparatelor topografice moderne). Subcapitolul 4.3 trateaz culegerea datelor vectoriale prindigitizarea hrilor i ortofotogramelor, respectiv procedurile de digitizare raster-vectorialsemiautomat i automat. O contribuie important este recunoaterea automat a obiectelor

punctuale (4.3.1.2.1) folosind serii Fourier i teoria mulimilor fuzzy, ambele metode ducndla aceleai rezultate. Subcapitolul 4.4 trateaz digitizarea vectorial fotogrammetric,

respectiv exploatarea fotogrammetric la stereorestitutoarele analogice i la aparatelefotogrammetrice analitice. Sunt prezentate programele de prelucrare ntocmite de autori iexperimentate pe date curente de producie i n special pe date rezultate din msurareaimaginilor obinute n poligonul fotogrammetric naional. Principalele probleme asupra croras-a insistat sunt aplicarea coreciilor suplimentare dup orientarea interioar numeric pe bazacoeficienilor de distan, prin diminuarea discordanelor din indicii de referin, reprezentareagrafic a discordanelor dup orientarea absolut cu ajutorul programelor specifice modelelordigitale ale terenului i proiectarea tehnologiei de msurare, prelucrare i interpretare.

Subcapitolul 4.4.3 trateaz prelucrarea imaginilor digitale, n completare laoperaiunile de prelucrare descrise n capitolul al III-lea. Sunt tratate problemele i soluiile

privind recunoaterea formelor n fotogrammetrie, procedura de recunoatere bazat pedetalii, aplicat fotogramelor la scar mare. O problem aparte este analiza multirezoluie nSIG, pentru care s-au realizat tehnologia, algoritmii i procedurile de detectare a limitelorzonelor multirezoluie pe baza piramidelor imagine i de detectare a limitelor multirezoluie

pe baza focusrii pe frontiera zonei (piramida generalizeaz histograma din plan).

n anexa D se prezint rezultatele prelucrrii imaginilor cu procedurile realizate deautor sau cu cele ale altor pachete de programe de firm utilizate. Anexa cuprinde localizareazonei de studiu, imaginile unei subzone referitoare la folosina terenului, tipurile de sol,adecvarea terenului pentru sisteme agroforestiere, terenul pentru culturi bazate pe precipitaii,folosirea optim a terenului i hazardul la eroziune, respectiv adecvarea pentru sistemeagroforestiere pentru ntreaga zon. n anex sunt prezentate i rezultatele aplicrii filtrelor dedetectare a limitelor, fiind date imaginile sintetic i fotografic iniiale, limitele detectate

pentru imaginea sintetic normal i pentru o subimagine sintetic nclinat, limitele detectatepentru imaginea fotografic i imagini combinate din imaginea fotografic iniial i imaginilelimitelor detectate cu diferite filtre. Trebuie s se remarce c i rezultatele prezentate n prima

parte a anexei au fost obinute inclusiv prin aplicarea celor cinci filtre de detectare a limitelor,precum i a altor filtre.

Capitolul al V-lea trateaz problematica realizrii produselor SIG. Subcapitolul 5.1trateaz construcia hrilor, surse i n acelai timp produse principale ale SIG, respectivlimbajul de descriere a semnelor convenionale, procedurile de construcie (generare)automat a fragmentelor de simboluri i simbolurilor punctuale, liniare i areale, meniurile

pentru semne convenionale i inscripii. Autorii prezint funciile programelor realizate i

12


13/272

exemple de proceduri de generare a semnelor convenionale i inscripiilor i de construcie ieditare a hrilor. Exemplele practice din capitol i din toate anexele demonstreazcorectitudinea programelor ntocmite. Cele de mai sus sunt contribuii originale ale autorilori au aplicabilitate deosebit att la realizarea hrilor complexe (topografice i tematicedeosebite) n organizaii de profil cartografic, ct mai ales la realizarea hrilor tematice cu

coninut simplificat (la imprimante color), cnd se folosesc numai date extrase din SIG. Oaplicabilitate militar deosebit este suprapunerea prin afiare sau tiprire pe hriletopografice sau tematice complexe de noi straturi, de exemplu situaia operativ-tactic dintr-ozon de aciune (responsabilitate). n anexa C se arat modul de rezolvare a unor problemedificile de cartografie, care pot fi aplicate n principiu la orice reprezentare grafic n SIG,respectiv plasarea inscripiilor (C(a)), deplasarea reciproc a obiectelor (C(b)), generalizareadetaliilor punctuale prin detalii areale (C(c)), simbolizarea complex (C(d)) i rezolvarea

problemei alinierii i racordrii la generarea semnelor convenionale areale (C(e)). Pentrufiecare caz n parte se arat grafic principiul de rezolvare, se indic procedurile scrise n AMLi principalele comenzi Arc/Info utilizate.

Subcapitolul 5.2 trateaz extragerea informaiei hidrologice dintr-un model digitalaltimetric, de importan deosebit att n controlul suprapunerii diferitelor straturi tematiceale SIG, ct i n problemele de cartografiere, de analiz a situaiei bazinelor hidrografice i de

proiectare a unor lucrri hidrotehnice (necesitate demonstrat i de catastrofele n urma unorinundaii din ultimii ani). Contribuiile autorilor constau n analiza situaiei existente (5.2.2),conceperea i realizarea a dou metode i proceduri de extragere a traseelor de scurgere i aliniilor de creast, respectiv, metoda bazat pe structura de date Voronoi (5.2.3) i metoda

bazat pe structura de date de tip gril (5.2.4), numerotarea punctelor traseelor i construciaarborescenei reelei. Se concluzioneaz asupra cazurilor de folosire a celor dou metode iasupra avantajelor i dezavantajelor.

Subcapitolul 5.3 trateaz reprezentarea plan prin umbre a variabilelor de tipz=f(x,y),

cazul reprezentrii reliefului fiind un caz particular. Dup prezentarea general a problemei,sunt propuse soluiile de vizualizare (bazate pe simularea luminii i umbrelor, modelul desimulare considernd o singur surs aflat la o distan foarte mare i c suprafaa iluminatnu reflect energia luminoas), dezvolt modelul de profile i umbrirea compus color. nanexele D i E(d) este artat reprezentarea grafic a hrii n relief a rii noastre cualgoritmul propus i descris de autori, folosind ca date iniiale datele de tip gril (DTED),

preluate prin reeaua Internet, puse la dispoziie de Agenia Naional de Cartografie iImagistic a S.U.A. (NIMA),.

Subcapitolul 5.4 prezint exemple de alte modele de produse realizate cu datele SIG,exemple fiind artate i n anexa E. Toate aceste produse se obin cu programe i tehnologii

foarte diferite, de aici rezultnd complexitatea SIG.Mulumim Facultii de Geografie a Universitii din Bucureti, n mod deosebit

domnului decan prof.univ.dr. Mihai Ielenicz, pentru tiprirea acestui manual i pentrucondiiile create de introducere n programele de nvmnt a cursurilor "Sistemeinformaionale geografice" i "Cartografie computerizat", care completeaz cunotinelensuite la cursul de "Geoinformatic", dnd noi dimensiuni pregtirii studenilor, celor ceurmeaz cursuri postuniversitare, doctoranzilor i tuturor cadrelor didactice.

Autorii

13


14/272

CAPITOLUL I : SISTEME INFORMAIONALE GEOGRAFICE

1.1 Societatea informaional

Societatea postindustrial se bazeaz pe o economie a informaiilor i acunoaterii, cu o infrastructur definit de comunicaii i de calculatoare (ca expresiehardware i software), care permite globalizarea schimbului de informaii i de cunotine, ncadrul unor noi modele de dezvoltare. Expresia de societate postindustrial modern estecreat de tehnologia intelectual, avnd drept caracteristici naturale majore informaia icunoaterea, spre deosebire de societatea industrial, care se bizuie pe o tehnologie a mainii

pentru amplificarea sau nlocuirea muncii fizice.

Economia informaiilor i a cunoaterii difer de economia de bunuri.Problema principal a noii societi este realizarea unei noi infrastructuri, dar nu prineliminarea celei vechi, ci prin adaptarea sa. Noile produse, informaiile, exprimate prinmulimi de date, pot fi livrate utilizatorilor, dar, spre deosebire de bunuri, rmn i la cel ce lecreaz, ba mai mult, pot fi revndute de mai multe ori, cel ce le creaz beneficiind i dedreptul de autor.

Infrastructurile informaionale trebuie create la nivelele organizaional, zonal(comunal, orenesc, municipal, judeean, naional, regional etc.) i global. n ultimii ani,dezvoltarea acestora s-a fcut similar cu evoluia calculatoarelor electronice care ofereauservicii de prelucrare a datelor din deceniile al aptelea i al optulea ale acestui secol. Pentru

dezvoltarea infrastructurii informaionale este necesar, pentru orice nivel, luarea unor msurica: elaborarea unei strategii de dezvoltare; meninerea i dezvoltarea capacitii de cercetare,dezvoltare i inovare; crearea condiiilor de legare cu infrastructura de nivel superior(municipal, judeean, naional, continental sau global); crearea cadrului legal i alreglementrilor necesare infrastructurii i sistemelor informaionale.

Sistemele informaionale spaiale (geografice) trebuie s se dezvolte n acest cadrularg al dezvoltrii infrastructurii informaionale, fiind, dup unii autori, component aacesteia. Societatea informaional este deci o societate bazat pe cunotiine i informaii.Tehnologiile specifice acestei societi constau n producerea, prelucrarea, structurarea,memorarea, transmiterea, recepionarea i utilizarea informaiei (considerat a fi materia

prim a cunoaterii). Competitivitatea unei organizaii, a conducerii unei zone sau a unei riare ca factor de baz accesul uor i rapid la informaii i cunotine n ambele sensuri i dela cei ce conduc la cei condui, ct i invers.

Infrastructura informaional global este deja o realitate care va marca evoluia lumiii va marca profund viaa individului i a comunitilor umane, activitatea economicmondial i zonal. Uneori este neglijat chiar tehnologia de producere a informaiei. ReeauaInternet permite i informarea, dar i realizarea unor operaiuni de producie i comerciale.

14


15/272

1.2 Sistemul informaional geografic

1.2.1 Sistemul informaional spaial

Printre sistemele informaionale dezvoltate n ultimele decenii, un rol aparte l ausistemele informaionale spaiale, sisteme concise sau elaborate (Niu, C., 1992 Longley,1995), care nregistreaz, prelucreaz, memoreaz, furnizeaz i utilizeaz datele despreobiectele, evenimentele i fenomenele caracteristice unui spaiu dat. Informaia referitoare laaceste elemente are caracteristici metrice i semantice. Dintre caracteristicile sau atributelemetrice, un rol preponderent l au datele de poziie, respectiv coordonatele. Cnd spaiuldefinit este o zon terestr mic, sistemul informaional spaial (SIS) devine sisteminformaional teritorial (SIT). Cnd spaiul de definiie a poziiei elementelor este spaiulgeografic, SIS devine sistem informaional geografic (SIG). Un SIG poate rezulta dinconcatenarea i generalizarea unor sisteme informaionale teritoriale ale unor zone adiacente.n unele ri se accept doar denumirea de sisteme informaionale teritoriale pentru toateaceste genuri de sisteme.

n cazul SIG, datele de poziie sunt coordonatele geografice, definite ntr-un datumgeodezic acceptat, universal.

SIG cuprinde, ntr-o accepiune mai larg, fazele de la specificarea datelor de intrarepn la deciziile de control asupra proceselor naturale, economice sau sociale, iar ntr-oaccepiune limitat, numai fazele de la specificarea datelor de intrare, pn la afiarearezultatelor sub form grafic (cartografic) sau alfanumeric. Ieirile sistemului sunt folositen acest caz de ctre alte sisteme informaionale (de protecie a mediului, de managementeconomic, militar etc.). Elementele unui SIG sunt grupate n: hardware (calculatorulelectronic, reeaua de calculatoare, perifericele obinuite de intrare ieire i de memorare,

perifericele specializate utilizate n special la culegerea datelor, reelele de comunicaii etc.);software (programele de sistem, programele de comunicaii, programele de gestiune adatelor, programele ce asigur prelucrarea i validarea datelor culese, programele de analizgeografic etc.); sursele i coleciile de date i informaii cu produsele ce le conin;tehnologiile de culegere, validare, organizare, stocare, furnizare i utilizare a datelor i

informaiilor sub diferite forme; personalul ce proiecteaz, realizeaz i utilizeaz sistemul.

Fig. 1.1 Componentele unui sistem informaional (dup ESRI)

15


16/272

Sistemele se pot categorisi n multe moduri. Astfel, dup destinaia produselor (ieirilor), potexista sisteme informaionale topografice, cadastrale, geologice, hidrologice, oceanografice,glaciologice, meteorologice, silvice, de transport etc.

Exemple de asemenea sisteme sunt date mai jos.

Dup domeniul de definiie pentru date sistemul poate fi municipal, judeean, regional,naional, continental, intercontinental i global. Nu exist nc un SIG total pentru o zondat, care s satisfac utilizatorii tuturor domeniilor economice, sociale sau naturale existente.Interconectarea tuturor sistemelor domeniilor face ca sistemele s devin subsistemedistribuite ale unui sistem integrat virtual.

1.2.2 Fazele realizrii i proprietile de performan ale SIG

n conceperea, proiectarea, dezvoltarea, implementarea i ntreinerea unui SIG sedisting urmtoarele faze generale: specificarea datelor (definirea intrrilor); culegerea,transmiterea, memorarea, prelucrarea, structurarea, stocarea i regsirea datelor iinformaiilor; folosirea datelor i informaiilor n activitile decizionale i de aciune asupramediului nconjurtor.

Proprietile de performan ale sistemului sunt: calitatea de a culege, stoca i regsirapid datele necesare; securitatea, sigurana i mentenabilitatea datelor; compatibilitateasistemului cu alte sisteme; timpul de rspuns la cererea de date i informaii; coerenasistemului (legtura logic a datelor stocate i a tipurilor de proceduri utilizate); flexibilitateasistemului; capacitatea sistemului de a aciona continuu pentru realizarea scopului propus;randamentul sistemului.

1.2.3 Avantajele folosirii SIG

Avantajele folosirii SIG sunt urmtoarele:-reducerea operaiunilor de rutin i automatizarea lurii deciziilor n probleme care

implic folosirea datelor geografice;-identificarea cuantificat a problemelor organizrii i a operaiunilor tehnice cu date

geografice;-controlul obiectiv al calitii datelor i al operaiunilor (obiectivizarea controlului);-verificarea automat a ndeplinirii restriciilor, regulilor i normativelor n domeniul

folosirii datelor geografice;-eliminarea duplicrii funcionale n lucrul cu date i informaii geografice;-reducerea ciclului proiectare realizare evaluare pentru diferite domenii de activitate

care folosesc date referite n spaiul geografic;-diversificarea formelor de prezentare a produselor ce conin date spaiale (geografice);-creterea parametrilor de precizie a datelor ce definesc poziia geografic sau a datelor

derivate din (referite la) acestea;-posibilitatea de a rspunde n timp real sau cvasireal n cazul unor evenimente

neprevzute (cutremure, inundaii, alunecri de teren etc.).

1.2.4 Exemple de SIG

Pe plan mondial s-au realizat sau sunt n curs de realizare sisteme informaionalegeografice cu scopuri multiple sau cu scopuri particulare. S-au dezvoltat i problemeleteoretice i metodologice referitoare la SIG. n cercetrile tiinifice sunt angrenai cartografi,fotogrammetriti, geografi, specialiti n teledetecie, statisticieni, informaticieni etc. Printre

cele mai vechi sisteme se amintesc WDB, GBF/DIME i GIRAS (S.U.A.), RGU (Frana),

16


17/272

NIMS (Suedia) etc. SIG militare (Bernard, 1990) au un rol deosebit n pregtirea i ducereaoperaiilor i luptelor i n asigurarea logistic.

La nceput sistemele s-au dezvoltat prin metoda ncercrilor i erorilor, pornindu-sede la necesiti practice imediate. Un sistem global cunoscut este WWW (World WetherWatch, a nu se confunda cu prescurtarea utilizat n Internet), un SIG meteorologic cecuprinde toate instituiile meteorologice ale tuturor rilor, interconectate. n Marea Britanie afost realizat sistemul ENVIRON pentru rezolvarea unor probleme demografice.

Alte sisteme care dein ntietatea ca timp de ncepere a realizrii i nivel defuncionalitate sunt descrise mai jos, specificndu-se deintorul, suportul de date, dateletematice cheie, anul de ncepere a realizrii etc. (Longley, 1990; Maguire, 1995):a) Denumire: CAGEASDeintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Date cheie: Agricultur, ferme: numrul de ferme pe districte i state, folosirea terenului,sisteme de irigaii, suprafee irigate, recolte pe ani, depozite, valoarea produciei vndute afermelor, fermele clasificate dup diferite caracteristici, caracteristici de exploatare ale

fermelor, tipul de organizare, valoarea de pia a fermelor, vrsta i ocupaia principal a celuice conduce exploatarea fermeiOrganizarea datelor: Baz de date relaional (BDR)Anul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.

b) Denumire: CPH (populaie i cldiri)Deintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Date cheie: Pentru fiecare cetean - codul numeric personal, numele i prenumele, sexul,data i locul naterii, starea civil, rasa, studii, ocupaia, venitul anual, domiciliul, raportul cu

locuina etc.; pentru fiecare locuin tipul locuinei, situaia, proprietarul, actul deproprietate, cine locuiete, actul de nchiriere, numrul de camere, suprafaa locuibil etc.Organizarea datelor: BDRAnul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.

c) Denumire: CSIGAS (servicii)Deintor (realizator): US Census Bureau, Washington D.C.Date cheie: Servicii de sntate, servicii pe profesii, hoteluri i moteluri, ateliere de reparaii,servicii de personal i de afaceri, parcri, teatre, muzee, galerii, alte instituii de cultur,grdini botanice, grdini zoologice, locuri de recreere, notariate, alte birouri legislative etc.,cu diferite caracteristiciOrganizarea datelor: BDRAnul nceperii funcionrii sistemului: 1987Infrastructura: Reele de calculatoare, software eterogen, dar omogen ca funcionareZona geografic: S.U.A., statele S.U.A.

d) Denumire:US TigerDeintor (realizator): Geological Survey (n colaborare cu US Census Bureau)

17


18/272

Date cheie: Strzile principalelor metropole din S.U.A., pe metropole, cu acces prin Internet,cu denumire, sens de parcurgere, trafic pe ore ale zilei i pe perioade diferite, gradul de

poluare, unele limite ale zonelor areale etc.Organizarea datelor: Structur topologic (TIGER)Anul nceperii funcionrii sistemului: 1990

Infrastructura: Servere de date pe metropole i centrale, accesate prin InternetZona geografic: Metropolele S.U.A.

e) Denumire: SCEDP/SCIP (afaceri i planificare)Deintor (realizator): University of South CarolinaDate cheie: Ocuparea terenului (n vederea proiectrii de noi ntreprinderi, firme, utilitietc.); straturi de date cu reeaua de transport, sistemele hidrotehnice, reeaua acvatic, calitateaaerului, acoperirea terenului i folosina terenului, demografia, firmele industriale, comerciale,

bancare, de afaceri etc. existente .a.Organizarea datelor: Structuri topologice, structuri raster grosiere n BDR, trecere n aniiurmtori la structura de date pe obiecte

Anul nceperii funcionrii sistemului: 1996Infrastructura: Server de date i reea de calculatoare n Carolina de Sud, cu acces rezervat

beneficiarilor codificaiZona geografic: Carolina de Sud

f) Denumire: EuroMOSAICDeintor (realizator): CCN (Marea Britanie i celelalte ri ale CE)Date cheie: clase de consumatori n Comunitatea European, caracteristici demografice,sociale i de locuitOrganizarea datelor: Baz de date relaional pentru atribute, structur topologic pentrudate spaialeAnul nceperii funcionrii sistemului: neprecizatInfrastructura: : Servere de date, central i n capitalele rilor CE , accesate prin InternetZona geografic: rile Comunitii Europene

f) Denumire:National Cadastral (Austria)Deintor (realizator): Austrian Federal Agency for Cadastry (prin Datamed)Date cheie: Cadastru, parcel, proprietar, hart cadastral, folosina terenuluiOrganizarea datelor: Baz de date relaional, structur topologic pentru date spaialeAnul nceperii funcionrii sistemului: n curs de realizareInfrastructura: 68 servere la agenie i oficiile regionale, software de la ESRI

Zona geografic: Teritoriul Austriei

Numai n anul 2.000 au fost comunicate ca realizate i livrabile imediat importantecolecii de date, specificate n presa de specialitate (ntre paranteze sunt date firmele): datedespre frontiere, n cod ZIP (Caliper); baza de date hidrografice (CARIS); dou hrinumerice pentru Europa - ArcEurope Base Map i ArcEurope Demographics, de fapt dou

puternice baze de date geografice sau cartografice (ESRI); ultimul catalog CAE - CAEDirectory (lansat pe site-ul TenLinks.com); cea mai mare arhiv online de imagini ale planeteiPmnt (dat n exploatare de GlobeXplorer); "hart multistrat complet" - Versatile MAP(Magellan); baza de date geografice Census 2000, care conine totalitatea datelor statistice

pentru SUA, statele, districtele i localitile componente, existnd i date vectoriale pentrufrontierele tuturor diviziunilor administrative (Census Bureau, SUA); baz de date geografice

18


19/272

complex, denumit Virtually Canada - Canada virtual (Geomatics Canada) etc. O colecieinteresant de date este Global Data Bundle, care conine datele mai multor baze realizateanterior independent, respectiv ale DCW (harta digital a lumii, obinut din digitizarea foilorhrii de aeronavigaie la scara 1:1.000.000), ale DTED (date digitale altitudinale) i ale bazeide denumiri geografice (World Place Name Database), livrabile mpreun la preuri

rezonabile.

1.2.5 Analiza geografic

Analiza geografic se bazeaz pe utilizarea datelor spaiale n determinarea unor noiatribute ataate elementelor i fenomenelor geografice, inclusiv arealelor geografice la scarlocal, regional sau global. Un aspect comun i recursiv al informaiei geografice de toatetipurile este c exist areale eterogene; aceast eterogenitate spaial, nestaionaritate sauvariaie localizat extra-Poisson (sau definit altfel) poate prezenta probleme deosebite pentrumodelele statistice convenionale (care presupun relaii globale fr particulariti spaiale),rezolvarea fiind dat uneori de o soluie destul de simpl. Se folosesc unele proceduri deanaliz, dintre care se rein clasificarea spaial, detectarea eantioanelor (clusterelor) spaiale,analiza (spaial) fuzzy, detectarea i modelarea relaiilor spaiale, modelarea prinregularizare, recunoaterea formelor (paternurilor) spaiale, adugarea de valori unor noiatribute spaiale etc.

Se accept n mod general c apariia analizei geografice este legat de dezvoltareageografiei cantitative i statistice, ncepnd din 1950. Kubo (1995) susine c japonezii sunt

pionierii analizei geografice din 1930. Anselin (1989), Goodchild et al. (1995) preferutilizarea expresiei analiza datelor spaiale.

1.2.5.1 Proceduri de analiz geografic

Clasificarea spaial, care se va trata pe larg n capitolul al IV-lea, presupune

mprirea spaiului contiguu 2D sau 3D n parcele sau uniti de volum, crora s li seatribuie una sau mai multe caracteristici, prile fiind nedelimitate fizic, frontierele definindu-se ca limite ale domeniului de definiie spaial ale variabilei analizate, de exemplu pentrufenomenul densitate a populaiei.

Detectarea eantioanelor (clusterelor) spaiale s-a nscut aproape o dat cucalculatorul electronic (n cadrul ciberneticii) i s-a dezvoltat n paralel cu evoluia acestuia(dar independent) (Vancea, R. et al, 1989). Obiectul recunoaterii eantioanelor este dejacontroversat. In cadrul recunoaterii formelor, n care eantioanele au rol determinant, au fostintroduse la nceput toate tentativele de a oferi modele ale unor fenomene, modele care simite analiza i descrierea de ctre om, ba mai mult, s obiectivizeze analiza i descrierea.

Aici au fost introduse probleme din cadrul inteligenei artificiale i al lucrului interactiv cucalculatorul, n domenii dintre cele mai diverse, precum proiectarea asistat de calculator,tehnicile de recunoatere a formelor psihologice, biologice, lingvistice,geografice etc. Filtrelede detecie a eantioanelor n cadrul recunoaterii formelor sunt denumite n geografiedetectoare (Longley, 1995).

O dezvoltare general a tehnologiei de clasificare ntr-un domeniu complet nou estefocusat n special pe forme i eantioane. Un exemplu elocvent din aplicaiile geografice estefolosirea metodelor epidemiologice spaiale pentru determinarea arealelor de prezen aanumitor maladii. Contururile acestor zone definesc formele care trebuie recunoscute (gsite),

pe baza unor eantioane. In acest caz, localizarea (poziia) poate fi folosit ca un filtru spaial

n procesul de selecie. Localizarea formelor poate fi, de asemenea, relevant dac pot fi

19


20/272

identificate metaforme, folosite apoi n predicie. Sublinierea necesitii analizei spaiale estedat de faptul c doar atributele (caracteristicile) social-economice nsei nu sunt suficiente

pentru a descrie sau a face predicia rspunsurilor i c exist interaciune ntre aceste atribute(variabile) i poziia geografic relativ. Interaciunea este de dou feluri legat de efectelede vecintate i legat de efectele de poziie. Exemple ale efectelor de poziie relativ n

analiza geografic sunt caracteristici ca: nvecinarea cu linia de centur a capitalei; rural sauurban; n centrul oraului; localizare sezonier; n centrul comercial sau n centrul industrial;n zon aglomerat sau neaglomerat; zon recent populat etc. Atribuirea de valori aleatributelor de mai sus pentru arealele geografice permite o analiz geografic prindeterminarea eantioanelor, apoi a formelor.

Analiza spaial fuzzy. Concepia unui sistem fuzzy n domeniul geografic nu estenou (Openshaw, 1989), dar un asemenea sistem nc nu s-a realizat. Ideea de baz este s seexploateze incertitudinea (neclaritatea) spaial n sistemele geografice. Exist dou domeniide incertitudine: primul este dat de asignarea de valori ale atributelor sau de enumerare pentruunele zone (sate, comune, cartiere, orae, judee etc.), iar al doilea n asignarea adreselor

potale (pe principiile geografiei potale) zonelor de mai sus. Cele de mai sus sunt ntlnitemai ales la fenomenele geografice dinamice, incertitudinea fiind dat de precizia demsurare a valorilor unor atribute.

n toate clasificrile datelor dup mai multe variabile exist unele zone pentru care nuexist date sau exist date incerte. Un exemplu clar este determinarea suprafeei geoidului

pentru suprafaa rii. Ar trebui s se cunoasc valori ale acceleraiei gravitaionale i alecotelor pentru o mare suprafa a zonei vecine rii pentru o interpolare corect, n caz contrargradul de incertitudine se mrete la frontier. In geografie, se poate considera ca sistem fuzzycel geodemografic, care ar permite unui utilizator s cear s i se rspund ce adrese nu maisunt actuale (vezi schimbarea frecvent a toponimelor fr actualizarea tuturor denumirilor nteren sau pe modelele terenului geoimagini sau baze de date) ntr-o anumit grup de date,

dar sunt pe aproape ntr-un spaiu de similaritate al clasificrii. ntr-un context spaial celede mai sus sunt importante, deoarece eterogenitatea intern a sistemului este mare.

Ridicarea gradului de incertitudine ar duce uneori la mrirea excesiv a bazelor dedate, deci i a timpului i costurilor de culegere, validare i prelucrare, precum i la realizareaunor interfee utilizator complexe. Un sistem ideal ar trebui s se autocalibreze prinidentificarea nivelurilor optime de incertitudine pentru orice aplicaie geografic. Simularea se

poate baza ntotdeauna pe sisteme fuzzy.

Detectarea i modelarea relaiilor spaiale. Alt form a unei variabile de localizare(relativ) este vecintatea, care nu este dat explicit, ci trebuie determinat din datele de

poziie i din datele tematice, pentru toate tipurile de obiecte punctuale, liniare i areale. Chiarrelaiile topologice sunt relaii apaiale i ele pot s nu fie date de la nceput, ci determinate pe

baza relaiilor de vecintate. Tipurile frecvente de relaii spaiale sunt analizate n acestcapitol.

Problemele ce apar aici sunt doar metodologice. Anumite tipuri de relaii spaiale potfi gsite prin metodele regresiei suprafeelor de tendin, n special la scar macrogeografic,

pentru modelarea rspunsului spaial.

Modelarea prin regularizare. n fotogrammetria clasic i digital este cunoscutmodelarea curbelor de nivel dup faza de restituie, soluie ce se aplic i n cartografie lageneralizarea traseelor detaliilor liniare neregulate (curbe de nivel, linii de mal etc.) printrecerea de la o scar mare la o scar mic. Situaia se ntlnete i n SIG. Utilizatorii vorobiecte areale sau relaii spaiale optime, complete ca nivel informaional, evaluabile

20


21/272

comercial, fr a fi n stare n mod necesar s defineasc dinainte ce caut. Ei tiu ce vor, darnu tiu cum s caute ntr-o manier optim. i introduc toate datele disponibile, ateapt casistemul s fac restul de operaiuni. Pe lng datele iniiale, trebuie introduse i alte variabilegeografice. n timp trebuie construit i o bibliotec de forme care trebuie actualizat

permanent. ntotdeauna modelarea cu formele i variabilele existente este denumit modelare

prin regularizare.O variant a soluiei este aplicarea unui algoritm genetic AG pentru a crea o

subbibliotec specific unui domeniu de utilizare, din biblioteca de forme cu caracter general,extrgndu-se i adaptndu-se anumite forme. Un alt aspect important este necesitateafeedback-ului. Aceast necesitate nu se bazeaz pe nelegerea procesului total, care ar fi preadificil. Sistemele ideale simt mediul lor i rspund cererilor acestuia fr s explice sau sdescrie cum o fac. Tehnologia exist, dar nu este folosit nc (Longley, 1995).

Adugarea de valori noilor atribute prin geoprocesare. Convenim ca prelucrareadatelor geografice s o denumim geoprocesare (Openshaw, 1989). Utilizarea final a analizeispaiale const n mbuntirea bazelor de date prin geoprocesare i adugarea de valori unor

noi atribute, derivate din datele iniiale. Cel mai important caz este ca datele cartograficedigitale s se obin de la organizaii specializate n realizarea hrilor topografice clasice idigitale, formnd straturile de baz, urmnd a se crea noi straturi n baza de date digitale,adugnd codurile potale, date ale recensmintelor, alte date precum distanele de la undetaliu pn la diferite detalii liniare sau areale ca de exemplu linii de rm, ruri, ci ferate,osele etc., folosina terenului, tipurile detaliate de pduri, localizarea n poligoane de interes,adugarea de toponime sau alte valori etc.

Detaliile (obiectele) digitale pot fi reclasificate dup alte principii i chiar structurabazei de date poate fi adaptat sau modificat n totalitate. Prin simulare pot fi calculate iadugate noi date de predicie, dup modele alese de utilizator.

Proceduri software utilizate n analiza geografic. Metodele de analiz geograficdescrise msi sus sunt realizate cu proceduri ale pachetelor de programe SIG. Existena acestor

proceduri determin funcionalitatea programelor utilizate n SIG i aceast funcionalitateeste avut n vedere la procurarea unuia sau altuia dintre pachetele de programe. O procedurde analiz tiinific a funcionalitii este prezentat n acest capitol. Se fac referiri la

problemele de implementare a procedurilor ce pot fi utilizate n analiza geografic, cutrimitere la unele pachete de programe cunoscute. n cele ce urmeaz vor fi descrise unele

probleme ce apar n analiza geografic i procedurile ce le pot rezolva.

Dintre problemele rezolvate prin analiza geografic se amintesc problema unitiiareale modificabile, problema limitelor, interpolarea spaial, eantionarea spaial,

autocorelaia spaial etc.n ultimele etape ale modelrii spaiale, n mod normal, analiza trebuie s

concluzioneze dac trebuie s foloseasc date agregate sau seturi separate de date i dac seadopt o strategie de modelare simpl sau una complex. Cu ajutorul SIG, cu proceduri

puternice de memorare i gestiune a datelor, de calcul i afiare, este posibil de a evalua maicorect care este strategia corespunztoare, prin compararea rezultatelor obinute cu diferiteniveluri de agregare i complexitate. De exemplu, modelele de migraie a populaiei lucreazfrecvent cu date agregate i utilizeaz cteva scheme totale ntre arealele recenzate. Alte

probleme de modelare folosesc seturi disparate de date, realiznd analiza din etape separate deprelucrare.

21


22/272

1.2.5.2 Pachete de programe utilizate n SIG

1.2.5.2.1 Modele de date n SIG

Este posibil s se clasifice pachetele de programe SIG n mai multe feluri (vezi 1.4.1).Una din clasificri are n vedere structurarea i modul de gestiune a datelor (Maguire et al,

1995). n esen, datele pot fi structurate i stocate n fiiere simple, sau n formatul propriusistemelor de gestiune a bazelor de date. De aici rezult i diferenele n aplicarea algoritmilorde analiz geografic unei structuri complexe de date sau succesiv unor structuri mai simple.n proiectarea procesrii orientate pe fiier, toate datele sunt stocate n fiiere cu diferiteorganizri, aa cum permit limbajele de programare orientate pe lucrul cu fiiere. n timpul

procesrii, fiierele de date sunt transformate cu funcii alese de utilizator i se creaz noifiiere. Exist multe pachete de programe SIG simple, mici, centrate pe date raster iimplementate pe PC, precum IDRISI, ERDAS i IMAGINE. Capabilitile de gestiune adatelor la aceste pachete este totui limitat. Utilizatorii unor asemenea pachete nu beneficiazde avantajele SGBD, cu acces multiutilizator, independent fa de programele de aplicaii,securitatea datelor i validarea actualizrilor.

O proiectare alternativ folosete SGBD pentru capabiliti excelente de gestiune adatelor atribute. n asemenea sisteme hibride datele geometrice i topologice folosite pentru adescrie geografia sunt memorate n fiiere separate de date , pe cnd atributele asociateobiectelor spaiale geografice sunt stocate n baze de date i gestionate cu SGBD. O cerincheie este ca SIG s-i pstreze integritatea referenial ntre datele spaiale (geometrice itopologice) i cele atributive. Datele spaiale (geometrice i topologice) sunt stocate n fiieresimple, separate, datorit limitelor SGBD n ceea ce privete stocarea datelor, timpul de accesi limbajele de interogare geografic. n prezent sunt preferate bazele de date relaionale iSGBD relaionale, n acest caz folosindu-se denumirea de SIG georelaional (Newell,1993). Se ntrevede o trecere la bazele de date orientate pe obiecte. Soluia bazelor de date

relaionale este acceptat i pentru c multe baze de date existente la organizaiile mari auaceast organizare, baze de date ce conin multe date specifice SIG, n special care aparingeografiei statistice. Exemple de pachete pentru sisteme hibride sunt ARC/INFO, MGE,Autodesk World, GENAMAP i Smalltalk.

Al treilea tip de proiect SIG este cel n care sunt agregate toate datele spaiale iatributive ntr-o singur baz de date. Primele dou exemple de asemenea pachete suntSYSTEM9, bazat pe SGBD EMPRESS i GEOVISION, bazat pe SGBD Oracle.

Pachetul de programe IMAGINE al firmei ERDAS Inc. este un exemplu comun depachet bazat pe procesarea fiierelor. Primul pachet denumit ERDAS, bazat pe date raster, afost realizat n anul 1979. Pachetul IMAGINE lucreaz cu date raster i ntr-o mai mic

msur cu date vectoriale i este centrat pe prelucrarea imaginilor. Este implementat pe staiigrafice, cu sisteme de operare UNIX. Funcionalitatea de analiz spaial a pachetului poate fimprit n urmtoarele grupe: interpretarea (clasificarea multivariat transformata Fourierrapid i clasificarea supervizat/nesupervizat; eantionarea imaginii; filtrarea de convoluie;analiza componentelor principale); redresarea; reprezentarea ntr-o anumit proiecie;modelarea spaial (peste 150 de operatori i funcii, precum operaiile aritmetice, booleene,condiionale, de distan, exponeniale, de combinare a culorilor, focale, globale, matriciale,relaionale, statistice, specifice suprafeelor 3D, trigonometrice etc.); analiza terenului(interpolarea suprafeelor 3D i a izoliniilor) etc. Modulul Model Maker este un editor grafic

pentru crearea SIG i procesarea imaginilor folosind proceduri bazate pe obiecte pentru aplasa pictograme ce reprezint operaiuni de modelare pe o pagin goal. Odat create,

modelele pot fi rulate cu datele pentru a crea noi fiiere de date i tabele statistice rezumative.

22


23/272

Ca i ARC/INFO, IMAGINE are un limbaj de macroprogramare pentru crearea de noiproceduri utilizator specifice rezolvrii unei anumite probleme.

Programele MGE (Modular GIS Environement mediu modular pentru SIG)constituie un ansamblu de proceduri integrate pentru crearea, gestiunea i utilizarea SIG.Sistemul lucreaz cu date vectoriale, raster i de tip gril. Este implementat pe staii grafice i

pe servere, cu sistem de operare UNIX bazat pe RISC. Modulele sistemului permit culegerea,validarea i stocarea datelor topografice, fotogrammetrice, cartografice, de teledetecie,spaiale i atributive ntr-o baz de date relaionale, cu pstrarea i a relaiilor topologice.Sistemul conine i modulele Network Analyst, Grid Analyst, I/RAS, Imager i TerrainModeller, specifice analizei spaiale. Network Analyst permite introducerea unor datespecifice reelelor, precum opririle obligatorii, restricii de drum, costuri, factori temporari dedrum ca volumul traficului sau gradul de poluare i conine proceduri de determinare adrumului minim etc. Grid Analyst permite determinarea suprapunerilor straturilor, analizavecintii, zonarea arealelor, determinarea traseului optim, analiza statistic etc. ModululImager conine proceduri de prelucrare a imaginilor, clasificarea coninutului acestora i

identificarea detaliilor. Modulul I/RAS realizeaz registraia imaginii, conversia raster vector prin digitizarea vectorial a imaginii afiat pe ecran, registraia datelor vectoriale iraster etc. Terrain Modeller genereaz modelul digital altimetric, reprezentat prin triunghiurioarecare (TIN) sau printr-o gril regulat, determin pantele, curbele de nivel, talvegurile,cotele unor puncte, afiarea modelelor cu zone umbrite etc. Ieirile tuturor aceste module potfi combinate cu ieirile cartografice ale modulului EPIMAP.

Autodesk World este primul sistem de programe pentru SIG al firmei Autodesk, fiindun sistem flexibil i deschis destinat accesului, integrrii i gestiunii datelor spaiale. Ruleaz

pe procesoare 486DX sau Pentium, cu sisteme de operare Windows 95. 98,.. sau WindowsNT. Pot fi accesate, editate, integrate i analizate datele vectoriale i raster (n formatespecifice SIG i CAD) i datele atributive i multimedia. Permite automatizarea OLE i

dezvoltarea de noi proceduri n Visual Basic. Folosete att fiiere n format propriu, DWG iGeobase, ct i fiiere n formatul MDB specific modulului Microsoft Acces. n cadrulanalizei spaiale sunt combinate proceduri ca filtre grafice, filtre spaiale i SQL etc.

Tabelul 1.1 Cteva funcii de analiz ale lui ARC/INFOModulul FunciaCORE Statistici descriptiveCORE Manipularea datelor CORE Vizualizarea datelor CORE Clasificri (reprezentate prin cartograme)TIN Statistici descriptive i interpolare

GRID 8 comenzi focaleGRID 12 comenzi zonaleGRID >20 de comenzi globaleGRID Comenzi de determinare a distanelor TIN Mai multe metode de interpolareGRID Regresie i corelaieGRID AutocorelaieGRID Modelare hidrologicGRID Interpolarea suprafeelor

NETWORK Modelare de interaciune spaial

NETWORK Drumul optimGRID Clasificarea multivariabilGRID Analiza formelor GRID Modelarea dispersional

NETWORK Modelarea de localizare/alocare 23


24/272

1.2.5.2.2 Integrarea SIG i a pachetelor (sistemelor) de programe de analiz spaial

Exist un interes considerabil n integrarea SIG cu alte pachete de programespecializate, pentru satisfacerea cerinelor unor aplicaii moderne. Acest fapt are drept cauzinexistena unor proceduri de analiz n programele SIG. Integrarea SIG cu alte pachete de

programe se face n diferite moduri, fiecare mod avnd avantaje i dezavantaje n funcie deaplicaia de rezolvat.

Factorii principali care determin alegerea modului de integrare sunt: a) gradul deextensibilitate i deschiderea celor dou sisteme pentru intrarea/ieirea datelor; b) dac unuldintre cele dou sisteme este dominant; c) dac sistemul final trebuie s fie un sistem integrat,n caz contrar putndu-se adopta doar transferul datelor; d) modul de schimb al datelor ntrecele dou sisteme dinamic sau pe loturi (batch); e) gradul de efort i pregtirea

integratorului de sisteme.Exist mai multe moduri de interfaare a SIG i a pachetelor de programe de analiz

spaial. Soluiile cunoscute sunt realizarea translatoarelor specifice de date, citirea i scriereafiierelor ASCII, prin intermediul unei baze de date, prin transferul direct de date ntreaplicaii i prin programarea sistemic.

Folosirea translatoarelor specifice de datese bazeaz pe faptul c multe pachete deprograme SIG sunt livrate cu asemenea translatoare ca standarde, de exemplu peste 30 pentruARC/INFO i peste 20 pentru IMAGINE. Sistemul MGE (Intergraph) conine translatoareleMGT_US, care permit realizarea bazei de date SIG MGE, folosind ca date de intrarefiierelele de date geografice spaiale ETAK, TIGER, DIME i DLG, datele atributive

ncrcndu-se ntr-o baz de date relaional Unele sunt bidimensionale i transform datelede poziie i unele atribute n format binar intern. Sistemul Autodesk World dispune de

proceduri pentru translatarea n format propriu a datelor straturilor ARC/INFO, SHPArcView, Atlas GIS, Microstation i MapInfo. Translatoarele exist i n pachetele de

programe de analiz spaial, lucrnd n mod batch (pe loturi), cu aceleai formate de date. npachetul de programe ARC/INFO exist de exemplu translatoare ce transform automatfiierele SOCET SET ASCII n straturi intermediare ARC/INFO F_CODE. Procesul estemonitorizat de utilizator print-o fereastr, trebuind s se indice doar denumirea fiierului. Petimpul conversiei i se solicit operatorului s precizeze proiecia cartografic. Este verificati integritatea stratului rezultat, la sfrit creindu-se i un raport descriptiv. Cu alte procedurise trece de la formatul intermediar la cel obinuit.

Citirea i scrierea fiierelor ASCIIeste folosit de toate pachetele de programe SIG.Pachetele ARC/INFO i IMAGINE conin macrolimbajele AML, respectiv EML, pentrudezvoltarea de noi proceduri care constituie interfaa ntre cele dou clase de

programe programele SIG i programele de analiz geografic. Se transfer totui un volummic de date.

Interfaa prin intermediul unei baze de date asigur legtura prin citirea din (iscrierea n) aceleai baze de date de ctre programele celor dou sisteme. Soluia esteaplicabil doar programelor SIG de tip hibrid sau integrat. Pentru ARC/INFO pot fi folosite

pentru integrare SGBD relaionale, precum Oracle, DB2, Ingres, Informix, Sybase .a. Oasemenea legtur s-a realizat deja ntre ARC/INFO i pachetul de programe de prelucrarestatistic, prin intermediul SGBD Oracle. Soluia de mai sus nu poate fi aplicat dect de

24


25/272

organizaiile mari. Exist legturi bidirecionale ntre sistemul Autodesc World i SGBDOracle, Sybase, Microsoft SQL Server i orice SGBD bazat pe obiecte.

Transferul direct de date ntre aplicaiieste ncurajat de unele faciliti ale sistemuluide operare UNIX, respectiv UNIX pipe i RPC (Remote Procedure Call). Sunt transferatefiiere n ASCII sau n cteva alte formate (CGM, DXF, HPGL/HPGL-2, PIC, PostScript,WMF, BMP,GIF, JPEG, MAC, PCX, TGA, TIFF etc.). Prima soluie asigur transferuldatelor ntre aplicaiile ce folosesc un singur procesor, iar cea de a doua ntre aplicaiile cefolosesc aplicaii diferite. Sistemul ARC/INFO conine procedura IAC (interapplicationcommunication server server de comunicare ntre aplicaii). O soluie interesant este aceeaa folosirii unei ferestre comune, n acest caz rezultnd un sistem integrat hibrid.

Programarea sistemic presupune folosirea bibliotecii de dezvoltare a programelorSIG sau a subprogramelor n cod obiect. Pachetele de programe SIG au fost scrise iniial nlimbaje universale precum FORTRAN, C, 3GL, 4GL, Napier88 etc. Prin compilare aurezultat module obiect, memorate n biblioteci, care pot fi incluse n programe executabile,

provenite din programe scrise n limbaje de dezvoltare compatibile COM, pe 32 de bii, ca

Visual C++, Borland C++, Delphi etc., n etapa de editare a legturilor. O asemenea soluie afost folosit la realizarea de ctre NIMA a sistemului digital de producie (capitolul al III-lea),unde ca sistem de programe SIG a fost folosit sistemul MGE al firmei Intergraph. Soluia

poate fi folosit i pentru integrarea programelor SIG i a programelor de analiz geografic.

Au fost realizate multe ncercri de integrare a unor pachete de programe SIG cu unelepachete de prelucrare statistic. Rezultatul este constituit din sistemele integrate de programeSIGSAS (sisteme informaionale geografice sisteme de analiz spaial). Dintre pachetelede programe de analiz spaial avute n vedere la integrare se amintesc S-PLUS, SAS,GRIM, SAM, SAW etc.

Pentru integrarea sistemelor de programe S-PLUS i ArcView a fost realizat modulul

S-PLUS Extension la Universitatea din Michigan, ca o interfa ntre cele dou sisteme,realiznd o conversie a datelor.

1.2.5.3 Concluzii

Mai sus s-a ncercat o trecere n revist a ctorva metode de analiz importante attpentru utilizatorii geografi, dar i de beneficiarii finali ai datelor geografice. Pot fi continuatedescrierile i ale altor metode poteniale de analiz i chiar trebuie descoperite noi metode. Deregul, noile metode de analiz nu sunt realizate de geografi, dar pot fi adoptate prin transfertehnologic. Operaii precum clasificarea, interpolarea, determinarea drumului optim etc.trebuie analizate cu atenie i fundamentate tiinific n cadrul unui proiect de SIG. Cele demai sus trebuie combinate cu operaiile de cartografiere computerizat, deoarece forma finaluzual de prezentare a rezultatelor SIG este tot harta, spaioharta, fotoharta sau cartograma.

Din analiza funcionalitii programelor SIG rezult c n noile versiuni ale acestorasunt adugate permanent noi funcii de analiz spaial. Pachetele ce conin doar proceduri degestiune, descriere i vizualizare a datelor sunt srace n proceduri complexe de analizgeografic. Este necesar gsirea unei metode riguroase de determinare a funcionalitii, ceeace a ncercat i autorul (1.4.1).

1.2.6 Probleme noi n dezvoltarea SIG

n ultimul deceniu a aprut o necesitate stringent de date spaiale (geografice).Dezvoltarea SIG este cauzat mai ales de problemele de optimizare spaial. Pentru orice SIGse impuneau funcionalitatea i flexibilitatea, n vederea utilizrii datelor i informaiilor de

25


26/272

ct mai muli utilizatori. Au aprut i apar noi metode de analiz geografic asistat decalculator. Sistemele au devenit o resurs strategic ce poate avea impact chiar asupraorganizaiilor sau zonelor nsei. Printre problemele noi aprute la realizarea SIG, importantesunt i locul de dispunere a infrastructurii sistemului, respectiv a componentelor sale

principale, a serverelor, modul de achiziionare i de organizare a datelor i informaiilor,

codificarea entitilor geografice cu ajutorul geografiei potale, analiza geograficperformant etc. Dezvoltarea SIG dup 1990 s-a bazat pe trei elemente principale dezvoltarea tehnologiei, nevoile utilizatorilor i ideile creative de dezvoltare de noiinstrumemte de analiz.

Factorii care au influenat dezvoltarea procedurilor i programelor SIG ce lenglobeaz sunt:

-preferina industriei de software pentru soluii de gestiune a bazelor de date relaionalei n ultimii trei ani i pe gestiunea bazelor de date bazate pe obiecte;

-extinderea SGBD relaionale i mai nou i a celor bazate pe obiecte, astfel nct sinclud tipuri de date netradiionale (temporale, multimedia i spaiale);

-tehnologia care integreaz date spaiale (date CAD, date cartografice vectoriale, dateraster, date imagine, date de tip gril etc.);-dezvoltarea deosebit a reelelor locale, teritoriale i globale, a legturilor ntre reele,

utilizarea bazelor de date distribuite etc.;-realizarea prelucrrilor importante ale SIG fie pe servere de mare capacitate, fie pe

staii grafice de nalt performan;-popularitatea crescut a soluiilor bazate pe PC o dat cu creterea performanelor

acestuia, staia grafic bazat pe PC fiind un nod al unei reele;-popularitatea crescut a sistemelor de operare Microsoft i a mediului OLE 2 de

dezvoltare software i a software-ului de prelucrare de tip client - server;-prelucrarea optim de tip client - server i utilizarea cu predilecie a reelei Internet sau

a altei reele de tip intranet;-dezvoltarea cunotinelor despre SIG n era informaional, creterea complexitii,varietii i funciilor aplicaiilor SIG;

-creterea interesului dezvoltrilor de software de a include ieiri de hri n aplicaiilerealizate.

La realizrile de software, de tehnologii i aplicaii SIG urmeaz a se aduga noimodule. Un rol important n structurarea, organizarea i culegerea datelor tematice l au datelede poziie, tehnicile de poziionare, metodele de msurare n teren sau pe fotograme, hri inregistrri digitale i metodele de msurare i de prelucrare a datelor de poziie. Multecolecii mari de date sunt livrabile la preuri rezonabile sau sunt puse la dispoziie pe reeauaInternet. O extindere deosebit o capt realizarea navigaiei n timp real sau cvasireal,folosind reele ce integreaz poziionarea pe glob i afiarea hrii zonei de teren n care seafl orice mobil de deplasare.

Ca atare, o atenie deosebit trebuie acordat:-utilizrii cu predilecie a reelelor de tip intranet i mai ales a reelei Internet;-cerinelor proiectelor i produselor finale;-sistemelor de coordonate i sistemelor de poziionare global;-utilizrii metodelor fotogrammetrice pentru asigurarea unui timp scurt i a unui

randament ridicat de culegere, validare i prelucrare a datelor;-tehnicilor de conversie a geoimaginilor analogice;-tehnicilor de asamblare a bazelor de date, avnd n vedere relaionarea n primul rnd a

datelor de poziie i apoi a datelor tematice etc;

26


27/272

-utilizarea bazelor de date distribuite i partajarea optim a prelucrrii de tip client -server;

-dezvoltrii tehnologiilor de poziionare global i a telenavigaiei;-diversificrii produselor finale ale SIG.

1.3 Structuri de date geografice

1.3.1 Modelarea geografic

n reprezentarea n SIG a obiectelor i fenomenelor naturale, sociale, economice etc.,se pot releva trei aspecte:poziie; coninut i structur. Obiectele i fenomenele geosferei suntdefinite (referite) poziional ntr-un spaiu tridimensional S31 i n mai multe spaii relative carecompun un spaiu n-dimensional Sn

S31S2S3.=Sn (1.1)

Totalitatea datelor care dau poziia i descrierea coninutului i structurii n spaiul Snformeaz modelul digital (numeric) al acestui spaiu, care este un model conceptual. Pentru a

exprima datele ntr-un limbaj neles de calculator, se accept i modelul logic ce se refer

numai la structura datelor, respectiv i modelul fizic ce arat reprezentarea datelor n

memoria calculatorului.

Dac se consider mulimea de elemente (obiecte sau fenomene) A= {a1, a2, a3,, an}i mulimea R= {rij|i=1,n;j=1,n}de dependene (relaii) ale elementelor aj de elementele aI,mulimea S={A,R}formeaz un sistem. Problema clasificrii elementelor i relaiilor aparinediverselor discipline i ramuri tiinifice, dar n primul rnd taxonomiei.

1.3.2 Modelul de sistem informaional geografic

Sistemul informaional geografic (SIG) poate fi privit ca un model al sistemului realSG sau ca un purttor de informaie al acestuia, model artificial bazat pe o similitudineindirect ntre elementele geosferei SG i elementele SM ale SIG. Deci SIG face parte din clasamodelelor speciale, avnd caracter informaional i gnoseologic, procesul de reprezentareexprimndu-se formal ca o funcieFla momentul de timp t

SMt=F(SGt) (1.2)

unde SMt este mulimea elementelor SIG, SGt este mulimea elementelor geosferei, la

momentul t, iarFeste o relaie binar similar cu notaia funcional care implic o aplicaie.Dintre proprietile aplicaiei F se amintesc omomorfismul, reflexivitatea, tranzitivitatea,asimetria i antisimetria. Generalizarea datelor SIG se bazeaz pe omomorfism (reinerea doara acelor elemente eseniale pentru modelarea cerut). Reprezentarea unui element al mulimiiSGt presupune: (a) reprezentarea poziiei punctelor spaiului geosferei n spaiul SIG;(b) reprezentarea naturii i structurii elementelor punctuale, liniare, areale i volumetricedefinite prin punctele reprezentate.

Modelul datelor SIG se bazeaz pe conceptul de model digital al terenului, format dintotalitatea datelor (date de poziie coordonate, identificatori, valori ale atributelor, datereferitoare la precizia determinrilor, datele tematice, totalitatea relaiilor dintre date, precum

i totalitatea procedurilor de realizare, gestionare i utilizare a acestui model).

27


28/272

1.3.3 Date geograficeDatele geografice sunt de mai multe tipuri. Datele pot fi metrice (date geometrice de

poziie, date metrice derivate, date metrice corespunztoare spaiilor tematice etc.) sausemantice (coduri, identificatori, adrese de date etc).

Datele de poziie definesc, de regul, poziia unui punct n spaiul geografic natural,ntr-un sistem de referin adoptat. Poziia punctului poate fi definit ca: P(B,L,H) sau

P(,,H), unde B i L, respectiv i reprezint latitudinea i longitudinea n sistemul dereferin acceptat, respectiv, cu elipsoidul de parametri metrici, fizici i de orientare alei, iar

Heste cota sau altitudinea fa de suprafaa geoidului (o variant este i cu indicarea nlimiireferite la suprafaa elipsoidului);P(,,H), unde i sunt latitudinea i longitudinea pesfer; P(X,Y,H), unde X i Y sunt coordonatele pe o suprafa, de exemplu un plan. ntremrimile de mai sus exist relaii funcionale care nu se trateaz aici (Munteanu, 1977).

Datele tematice se refer, de regul, la celelalte n-3 dimensiuni ale spaiului Sn i suntreferite ntotdeauna la datele de poziie. Uneori i cota poate fi considerat o dat tematic. Deasemenea, se poate considera de baz i spaiul tetradimensional (S4), adugnd timpul la celetrei dimensiuni liniare. Date tematice sunt considerate i valorile reflectanei spectrale,densitii optice etc. fiecare dat n parte poate fi considerat separat n funcie de primeledou date poziionaleXi Y.

De exemplu, pentru subsistemul ecologic urban, datele tematice sunt cele din schemade mai jos.

Cele de mai sus constituie doar un exemplu i n cazuri concrete, datele suntdezvoltate n mod corespunztor.

Relaiile dintre elemente sau dintre date se exprim tot prin date numerice (Niu, C.,1992). Relaiile dintre elementele geosferei sunt naturale, economice, sociale etc. Dupnumrul elementelor participante relaiile pot fi binare, unul la mai muli, mai muli la unul imai muli la mai muli. Sunt i relaii de baz, implicite, geometrice, topologice, ierarhice etc.

Datele geografice referitoare la un teritoriu dat sunt n volum foarte mare i accesul lao dat singular sau la un grup de date pune probleme deosebite de organizare. Datelegeografice nu reprezint conglomerate amorfe de valori numerice sau nenumerice De aici

rezult necesitatea adoptrii diferitelor structuri de date.

Fig. 1.2 Date tematice pentru aprecierea subsistemului ecologic urban

28


29/272

1.3.4 Tipuri de date

Cea de a treia dimensiune se poate referi la un punct definit pe suprafaa de referinsau la o zon de form regulat sau neregulat a acestei suprafee.

Datele vectoriale presupun exprimarea obiectelor punctuale, liniare i de volum prin

coordonate (Xi,Yi), i=1,n, cu n=1 n cazul obiectelor punctuale, n2 n cazul obiectelorliniare, n3 n cazul obiectelor areale (n cazul cnd n=3 punctele s nu fie colineare), n4 ncazul celor de volum, dar n acest caz limitele sunt arii ce trebuie altfel definite etc. Refeririconcrete la acest tip de date se gsesc n literatura de specialitate (McGuire et al, 1990; Niu,C., 1992; Niu, C., Niu, C.D. 1995).

Datele teserale consider ca element areal placa ce acoper o suprafa dat (nparticular pixelul), de forme i dimensiuni distincte. n spaiul bidimensional al suprafeei dereferin, din motive de simplificare a calculelor, dimensiunile pixelului sunt egale cu unitateade suprafa. O structur teseral neregulat este artat n fig. 1.4.

La mprirea n figuri regulate, spaiul 2D se mparte izoedric, astfel ca fiecare celul

(plac, pixel) s poat fi suprapus peste o celul adiacent. Exist 81 de moduri de mprireizoedric a unei suprafee 2D (de exemplu un plan, deoarece orice suprafa 2D poate fireprezentat ntr-un plan), dintre care 11 sunt cele mai semnificative. Se analizeaz cazul celmai general, nu doar cel particular cnd pixelul are formele de dreptunghi sau ptrat. Cuconvenia scrierii [mknl], unde m i n reprezint numrul de laturi ale celulei (plcii), iar k,lreprezint numrul de figuri elementare de descompunere a geoimaginii, de exemplu,structura de hexagoane se scrie [36] i semnific 6 triunghiuri, iar structura de dreptunghi sescrie [44] i semnific mprirea n 4 dreptunghiuri. Accesul uor la molecula structurii i lagrupul de molecule se face prin codificarea numeric a (poziiei) moleculelor (pixelilor)sau grupurilor contigui ale acestora. Accesul se poate face printr-o adresare ierarhic. Existmai multe ierarhii izoedrice folosite pentru generarea unei varieti de sisteme de adresare

pentru mprirea planului. Fiecare pixel are o adres a, care poate fi o secven de cifre akak-1ak-2 a2a1, unde ai poate lua valorile 0,1,..,n-1. Pentru fiecare k=0, 1, 2, 3,, exist o funcieadres de nivel k, de la celulele (moleculele) k(T) la (0, 1, 2, .. , n-1), deci ak(t) esteimaginea lui k a moleculelor de nivel k, (dar) creia i aparine t. Cele de mai sus constituiedoar un exemplu i n cazuri concrete tratrile pot diferi. Mai precis, dac tk este funcia(operaia) de la t la k(t), care reprezint (cartografiaz) fiecare pixel ce l conine, atunci

ak=k (1.3)

Fig. 1.3 Principiul datelor vectoriale i raster (dup ESRI)

29


30/272

Funciile adres de nivel kpot fi referite (relatate) una la cealalt prin operaiunile decombinare :

k=0-k (1.4)

astfel nct ridic fiecare funcie adres la rangul sau nivelul urmtor, deci:

a(t)={,k-kk(t),,1-11(t),0} (1.5)

mprirea este finit, celula elementar constituind-o pixelul. Adresarea se poate facela un pixel sau la zona (zonele) din care face parte pixelul (structura raster grosier, denumitastfel de Niu, C. (1992)).

Prelucrarea adreselor teserale aparine aritmeticii teserale. Adresele sunt ntregiteserali. Aritmeticii teserale i corespund adunarea teseral (corespondena geometric fiindtranslaia) i nmulirea (corespondena geometric rotirea i omotetia sau transformarea de

scar).

Este convenabil a se stoca datele teserale fie ca o matrice (reprezentat de fapt nmemorie ca o succesiune de vectori sau ca un singur vector), fie ca un ir de adrese (cnd nuse memoreaz toat matricea i repetat zonele cu aceeai valoare a pixelului).

n cazul datelor teserale (raster), sunt de remarcat cteva tipuri de rezoluii care aumare importan n prelucrarea datelor SIG. Datele raster (fig.1.5) constau din valori ale celeide a treia dimensiuni (de exemplu treptele de gri) pen

62973632 Sisteme Informatice Geografice Si Cartografie Computerizata

Documents

Transcript of 62973632 Sisteme Informatice Geografice Si Cartografie Computerizata