1 / 58

Fonaments de SIG

Fonaments de SIG. Model de dades vectorial. Característiques. Centra l'interès en la representació precisa de les entitats ( features ). Es guarda explícitament la posició (coordenades) els valors (atributs) S'assumeix que les propietats no canvien al llarg de la seva dimensió espacial

laurie
Télécharger la présentation

Fonaments de SIG

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Fonaments de SIG Model de dades vectorial Master de TD i SIG 2013-14

  2. Característiques • Centra l'interès en la representació precisa de les entitats (features). • Es guarda explícitament • la posició (coordenades) • els valors (atributs) • S'assumeix • que les propietats no canvien al llarg de la seva dimensió espacial • entitats homogènies • que no hi ha evolució temporal • entitats estàtiques • Especialment indicat per la descriure elements artificials del mon real. Master de TD i SIG 2013-14 Gutiérrez Puebla, J. i Gould, M

  3. Primitives geomètriques (simple features) • Punts (point) • Presenten localització a l'espai però no tenen ni dimensió ni amplada. Són representats per un parell de coordenades x, y. • Simbolització: • Un radi • Un text • Un símbol (una icona) • Línies (curbe) • Presenten localització a l'espai però no tenen ni amplada. • Seqüències de coordenades x, y (vèrtexs) i algorismes d'interpolació (generalment equacions) que permeten unir els vèrtexs entre si: • la línia recta (quasi sempre) • Spline (poc comú) • Simbolització • Amplada • Tipus de línia • Color • Trama Master de TD i SIG 2013-14

  4. Primitives geomètriques (simple features) • Polígons (surface) • Seqüències de coordenades x, y (línies) que • No intersequen amb si mateixes • Defineixen les seves vores. • La darrera coordenada de cada seqüència connecta amb la primera • Cada seqüència s'anomena anell (ring). • Està descrit per 1 o més anells exteriors i 0 o més anells interiors • Cap d'aquests anells pot no intersecar amb cap altre. • Els anells interiors són anomenades forats • Serveixen per excloure regions interiors del polígon. • Simbolització • Tant les vores i l'interior del polígon poden tenir color gruix, trama, patró etc • És necessari que els forats no es pintin (es representin transparents). Master de TD i SIG 2013-14

  5. Topologia (i geometria) • Les propietats topològiques són les que no canvien per operacions de: • Translació, escalat, rotació o torsió (skew) • No ho són: • Àrea, • Perímetre • Orientació • Ho són: • Contigüitat, • Inclusió, • Connectivitat Master de TD i SIG 2013-14 Bonham - Carter

  6. Master de TD i SIG 2013-14

  7. 8 tipus de configuracions topològiques entre polígons (Egenhofer) (1/2) A B A B A B A B Master de TD i SIG 2013-14

  8. 8 tipus de configuracions topològiques entre polígons (Egenhofer) (2/2) A B B A B A A=B Master de TD i SIG 2013-14

  9. node final node d'anell node de línia node típic Primitives topològiques representades • Nodes (node) • Isolat, final, l'anell, de línia, típic. • Arcs (edge) • No intersequen amb altres arcs • Polígons (face) • Formats per seqüències d'arcs que delimiten els polígons i tenen forats Master de TD i SIG 2013-14

  10. 1 Estructura spaghetti • Per a cada entitat es guarden llistats de coordenades (vèrtexs) (strings). • Taules de • objectes (amb les coordenades del vèrtex) • atributs • Estructura simple • no hi ha topologia • es poden representar forats de polígons • No sempre • Informació redundant per polígons contigus • massa volum de dades • incoherències • Més difícil de fer anàlisi, en faltar continuïtat, contigüitat, connexió, etc Garrotxa 7 462300.270000 4687140.610000 462317.720000 4687170.650000 462381.370000 4687382.340000 462416.190000 4687460.860000 462436.780000 4687500.100000 462513.250000 4687600.120000 462593.000000 4687684.560000 Ripollès 6 462699.050000 4687761.930000 462929.930000 4687887.580000 463037.430000 4688031.080000 463201.320000 4688138.870000 463236.190000 4688179.260000 463266.140000 4688329.040000 0 0 Master de TD i SIG 2013-14 Gutiérrez Puebla, J. i Gould, M

  11. Exemple d'espagueti. VEC Garrotxa 5 462300.270000 4687140.610000 462317.720000 4687170.650000 462381.370000 4687382.340000 462416.190000 4687460.860000 462436.780000 4687500.100000 Ripollès 4 462699.050000 4687761.930000 462929.930000 4687887.580000 463037.430000 4688031.080000 463266.140000 4688329.040000 0 0 • El format VEC de MiraMon • Punts, línies o polígons • Sense suport a forats • Fitxer de text • Metadades en un DVC • 2 o 3 coordenades • Pot ser 3d • 1 sol atribut • Enter • Real • Text • Coordenades i atributs en un sol fitxer file title : Exemple id type : integer file type : ascii object type : line ref. system : UTM-31N-UB/ICC ref. units : m unit dist. : 1.000000 min. X : 462300.270000 max. X : 508494.970000 min. Y : 4687140.610000 max. Y : 4703514.660000 pos'n error : unknown resolution : unknown Master de TD i SIG 2013-14

  12. 2- Estructura diccionari de vèrtexs • Afegeix una tercera taula • Taules de • vèrtexs • objectes (que apunten als vèrtexs) • atributs • Elimina la redundància • No es millora l'estructura interna de les dades. Master de TD i SIG 2013-14 Gutiérrez Puebla, J. i Gould, M

  13. 3- Estructura Arc-Node • Elimina la repetició de vèrtexs. • Dona estructura a les dades impedint interseccions entre línies (arcs). • Guarda les relacions entre objectes (topologia) que es guarda en taules • Sense superposicions i amb continuïtat espacial (planar enforcement). • Taules de: • Polígons (determinats pels arcs que els fan de vora) • Nodes (determinats per arcs que hi arriben) • Arcs (determinats nodes i polígons que separen) • Vèrtexs (les posicions del arcs i nodes) • Atributs Master de TD i SIG 2013-14 Bonham - Carter

  14. 4- Estructura TIN • Ideal per representar variables de variació continua. • Es una estructura arc-node on els polígons que es descriuen només poden ser triangulars. • Taules de • Triangles (polígons). Nodes que els formen • Arestes (arcs). Polígons que separen • Nodes (coordenades) • Atributs (de nodes). p.ex. l'alçada. • Es tracta d'una xarxa arc-node on els nodes són els protagonistes • tenen totes les posicions • Els arcs no tenen vèrtex intermedis • tenen tots els atributs • Es suposa que els atributs varien linealment al llarg dels arc i dels polígons triangulars. Master de TD i SIG 2013-14 Gutiérrez Puebla, J. i Gould, M

  15. 1 3 4 2 Taules de topologia: Exemple Master de TD i SIG 2013-14

  16. Consistència topològica • En un fitxer estructurat de polígons es compleixen 5 regles bàsiques • Cada arc té dos nodes • Node inicial i node final • Pot ser el mateix node (node d'anell) • Cada arc té dos polígons • Polígon a la dreta i polígon a la esquerra • Cada polígon està envoltat per una seqüència d'arcs i nodes • Cada node està envoltat per una seqüència d'arcs i polígons • No hi ha cap intersecció excepte en els nodes • Podem afegir que • Cada arc té un sentit • Donat l'extrem d'un arc que convergeix a un node hi ha un arc proper per la dreta i un arc proper per l'esquerra Master de TD i SIG 2013-14 Laurini, R. i Tompson, D

  17. Sense topologia: Municipis del INE (.shp 2004) • Descobrim que alguns polígons no estan al seu lloc: • Interseccions, superposicions, zones sense etiqueta. Master de TD i SIG 2013-14

  18. Equació d'Euler-Poincaré • El nombre de nodes i polígons depèn del nombre d'arcs (i del nombre d'illes disconnexes). • Equació • nombre d'arcs A, • nombre de nodes N, • nombre de polígons P (comptant el polígon 0), • i d'illes disconnexes I (nombre de paquets d'arcs disconnexos d'altres paquets: nombre de subgrafs) • N + P = A + I + 1 Master de TD i SIG 2013-14 Laurini, R. i Tompson, D

  19. Construir topologia • Es el procés de convertir una estructura spaghetti en una estructura arc-node y assegurar la continuïtat espacial. • Aquests procés es produeix/manté quan: • Es crea d'una capa arc-node • S'edita: afegir o eliminar elements (p.ex. vores de polígon) • Es superposen (overlay) de dues capes • És un procés costós en temps de càlcul. • Un cop realitzat es poden fer determinades consultes només amb la topologia (sense tenir en compte la geometria). • P.ex. Quins boscos llinden directament amb zones urbanes? Master de TD i SIG 2013-14 Bonham - Carter

  20. 7 v 6 1 iv 2 5 3 i iii ii 4 II 8 vi 9 I III IV B A C D Creació d'estructura topològica en MiraMon Fitxer VEC de línies I també estructuració dinàmica de línies durant la digitalització. LINARC CICLAR ATRITOP Fitxer PNT d’etiquetes OK! TESTTOP Master de TD i SIG 2013-14

  21. Usos de la topologia • Consultes espacials • Qui són els meus veïns? • Amb qui estic connectat? • Anàlisi espacial • Determina el camí més curt per arribar del punt A al punt B. • Control de qualitat • Es verifica la consistència topològica? • S'observen polígons petits sense atributs? • Es verifica que 2 veïns tenen exactament els mateixos atributs i per tant són el mateix polígon? Master de TD i SIG 2013-14

  22. Més d'una capa de polígons sobre una sola capa d'arcs • Les vores dels polígons no es dupliquen. • Així si no hi ha errors en la base municipal no n'hi ha en cap altre nivell Master de TD i SIG 2013-14

  23. Emancipació • Procés de generació d'una capa de polígons que es recolza sobre una capa d'arcs (i nodes) que només conté els arcs necessaris per a construir els polígons. 420Kb 127Kb Master de TD i SIG 2013-14

  24. Aplicacions de punts • Entitats. • Representació d'entitats de superfície menyspreable a l'escala d'estudi • Exemple: pous, parades de metro, etc • Punts de mesura. • Punts on s'ha mesurat una propietat que és quantitativa continua al llarg del territori. • Permeten fer interpolació de punts per obtenir ràsters continus o MDT's. • Exemple: Vèrtexs geodèsics, les mesures de les estacions meteorològiques etc. • Centroides o etiquetes de polígon. • Punts que contenen la informació de la base de dades de polígons. • La seva ubicació sobre el terreny és poc important sempre que estigui sobre el polígon del que contenen l'atribut. • Generalment es situen centrats per qüestions estètiques. • Tic's i punts de control. • Conjunt limitat de punts per afavorir la georeferència d'un mapa. • Tenen associades dues posicions: una en el sistema origen l'altre en el destí • També serveixen com a punts de test per determinar l'error de posició. • Punts anotació. • Punts que situen un text a l'espai per a la seva visualització o impressió. • No representen cap entitat real encara que estan pròxims o inclosos dins els objectes que etiqueten que sí tenen natura d'entitat. Master de TD i SIG 2013-14

  25. Aplicacions de línies • Representació d'elements lineals que no estiguin relacionats en xarxes. • En aquest cas, la informació sobre els nodes pot existir però és poc important. • Exemples: La ruta descrita per un mòbil determinada per un GPS o les falles geològiques. • Representació de xarxes. • Representació d'elements lineals que estan connectats entre sí. • Anàlisi de xarxes. • Connectivitat, i determinar recorreguts òptims etc. • Els nodes adquireixen aquí un paper fonamental. • Exemple: La hidrografia i les comunicacions • Vores de polígons. • Serveixen per delimitar polígons. • En aquest cas, no acostumen a presentar atributs a la base de dades o només marquen el tipus de límit. • Exemple: Els límits administratius Master de TD i SIG 2013-14

  26. Alguns objectes complexos • 1 dimensió • Arcs • Rutes • Seqüències d'arcs dins una xarxa arc-node • Podem començar a qualsevol vèrtex de qualsevol arc i acabar a qualsevol vèrtex de qualsevol arc • 2 dimensions • Polígons simples • Polígons amb forats • Polígons amb enclavaments (regions o grups) • Grups de polígons no connectats Master de TD i SIG 2013-14 Laurini, R. i Tompson, D

  27. Valoració de l'estructuració topològica • D. M. THEOBALD (2001) Topology revisited: representing spatial relations (2001) Int. J. Geographical Information Science, vol. 15, no. 8 • Gairebé tots els llibres de SIG llisten els avantatges de les dades estructura topològica com: • La necessitat d'espai d'emmagatzematge es redueix perquè les vores dels polígons adjacents no s'emmagatzemen 2 vegades. • Les relacions entre veïns es manté explícitament per la qual cosa, tant l'entrada de dades com la producció de mapes es millora aportant rigorosos processos automàtics per considerar: • Illes i polígons que intersecten amb si mateixos, Allargades, Escorçades i espais (overshoots and undershoots, and gaps) • (Burrough 1986, Bonham-Carter 1994, Burrough and McDonnell 1998, Chrisman 1997, DeMers 1997) • I en canvi, • Perquè hi ha hagut una adopció tan àmplia d'estructures de dades i formats sense topologia en els SIG de sobretaula actuals? • Per què hem arribat a la situació que els formats no topològics són un estàndard de facto en la transferència de dades SIG? (Strand 1998)? • Per què hi ha tanta confusió entre l'ús de procediments d'anàlisi topològics sobre estructures de dades no topològiques i el SIG en general (Reed 1999)? Master de TD i SIG 2013-14

  28. Disadvantages of topology • Topological tables must be created in the first place (whether they are used or not), requiring not only computational time, but often multiple edit sessions to remove under- and over-shoots, and sliver polygons (Aronoff 1989). • Graphic display of geographical data stored is slower because the chains (and vertices that make up chains) that constitute a geographical feature are not typically stored sequentially, and therefore must be extracted from different data structures or files (Bonham-Carter 1996). • Three-dimensional geographical features, such as overpasses and tunnels, and complex features, such as one-way streets, self-intersecting transportation routes (e.g. bus routes), and parcels represented by disjoint polygons, cannot be represented in a strict planar graph (Raper and Maguire 1992). • In practice, few commercial GIS packages provide direct access to topological neighbors (Chrisman 1997). • Explicit adjacencies, adjacency operations can be carried out by computing spatial intersections of geographical features on-the-fly, with adequate performance for the average GIS user. • For example, the geometric intersection of any pair of polygons can be computed and described by the eight-relations model for 2-dimensional features—disjoint, contains, inside, equal, meet, covers, covered-by, and overlap (Egenhofer and Herring 1990). • Aquest model s'adapta més malament a la orientació a objecte donat que manté una coherència a nivell de capa. En el model a objecte es representa com una constricció. • No totes les capes necessiten topologia: p.ex. topogràfics. Master de TD i SIG 2013-14

  29. Fitxers o serveis: ArcSDE • Connectant amb els servidor SGID 9.3 ArcSDE Database Server de l'estat de Utah • En l'ArcCatalog or ArcMap (des de Add Data), navegar a Add Spatial Database Connections. agrc http://gis.utah.gov/sgid-arcsde-database-server/sgid-9-3-arcsde-database-server-now-available Master de TD i SIG 2013-14

  30. Fitxers o serveis: ArcSDE Connectem amb una base de dades que guarda també les propietats geomètriques. Master de TD i SIG 2013-14

  31. Propietats capa ArcSDE Master de TD i SIG 2013-14

  32. Atributs, taules i bases de dades Master de TD i SIG 2013-14

  33. Atributs • Espacials • coordenades • derivats: àrea, perímetre, nombre de vèrtex • Topològics • Temporals • Temàtics • Tipus • Mesurats • Calculats • Escales de mesura • Quantitativa • Raó • Interval • Operacions aritmètiques (+ - * / etc) • Ordinal • Operacions de comparació (< > ==) • Nominal o categòric • Dicotòmiques (si o no) o policotòmiques. • Operacions de == • Probabilitat o lògica borrosa • Tipus de dades (computacional) • Cadena, • Número, • Float, • Lògic, • Data Hora, • Link Master de TD i SIG 2013-14 Bonham - Carter i ISO 19109

  34. Les dades i la informació • Generalment tenim un enorme volum de dades però cal donar estructura aquestes dades per tal que pugui ser • Consultada • Ordenada • Resumida estadísticament • Combinada amb altre informació. • Evitem • Duplicacions • Errors de transcripció • Facilitem o afegim • Compartició • Seguretat Master de TD i SIG 2013-14

  35. Exemple de taula Master de TD i SIG 2013-14

  36. Exemple de taula Camp clau Camps: Definició dels atributs Registres: Entitats Valors Master de TD i SIG 2013-14

  37. Exemple d'estructura de taula Master de TD i SIG 2013-14

  38. Taules d'atributs • Llistes bidimensionals • Files representes entitats • Columnes representen atributs • Hi ha un camp clau que identifica les entitats. • Únic per a cada entitat • Emmagatzemades en sistemes de gestió de bases de dades (DBMS) • Fitxers plans (sense optimitzacions d'espai) • Tipus de bases de dades • Jeràrquiques • Relacions pare-fill • En xarxa • Relacions pare-fill però a diferents nivells • Relacionals • Orientades a objecte Master de TD i SIG 2013-14 Burrough P.A.

  39. Bases de dades relacionals • Model relacional • Diverses taules • Relacionades per camps clau • Contenen identificadors únics • Simple o combinat • Regles • Totes les dades han d'estar expressades en taules • Totes les dades han de ser atòmiques • A cada cel·la hi ha d'haver un sol valor • No es permeten registres duplicats • La taula pot ser reorganitzada • Reordenació de registres • Reordenació de camps • Normalitzar: És dissenyar un model de dades que compleixi aquestes regles Master de TD i SIG 2013-14 Bonham - Carter

  40. Exemple de normalització Master de TD i SIG 2013-14

  41. Exemple de normalització Master de TD i SIG 2013-14

  42. Tipus de relació • Segons la cardinalitat • 1 a 1 • 1 a molts • molts a 1 • molts a molts • "molts" • Cardinalitat múltiple • Registre múltiple • Segons la completesa • Tots les registres de primera taula tenen correspondència a la segona • Es diu que la segona taula actua de diccionari. Master de TD i SIG 2013-14

  43. Exemple de tipus de relació N a 1 diccionari 1 a N Master de TD i SIG 2013-14

  44. El paper del DBMS • L'objectiu dels DBMS's és proporcionar un accés ràpid a diversos usuaris i a l'hora mantenint la integritat de les dades, protegir les dades d'esborrats i corrupció, facilitar l'edició i actualització. • Així les feines d'un DBMS es poden concretar en: • Obtenir dades d'un o més atributs • Estandarditzar l'accés a diversos tipus, formats i orígens de dades a una sola interfície • separant l'ús de les dades dels processos de obtenció i emmagatzematge. • En altres paraules només el DBMS té el control de l'escriptura de disc. • Proporcionar una interfície als programes basada en una descripció lògica de les dades prescindint del detalls de com estan realment emmagatzemades. • Un canvi en l'estructura interna (p.ex. canvi de versió d'Oracle) no repercuteix en l'accés. • Permetre accés simultani a les dades per a diversos usuaris. • Protegir la base d'accessos indiscriminats i il·legals a les dades • Seguretat i tolerància a fallades. • Proporcionar regles de consistència i control de les entrades. • Aquests mètodes protegeixen d'error. Master de TD i SIG 2013-14

  45. Consultes SQL • Com que no podem accedir directament als fitxers de bases de dades necessitem un llenguatge de consulta • Llenguatge de consultes estandarditzat que permet: • Seleccionar registres • SELECT • El retorn és una taula • Es pot guardar dins del gestor com una vista • Crear registres • INSERT • Actualitzar registres • UPDATE • Esborrar registres • DELETE • Amb tot això es generen sentencies SQL: • SELECT * from municipis where codi_municipi='3' Master de TD i SIG 2013-14

  46. Perspectiva geogràfica • Les dades geogràfiques es poden guardar: • En fitxers específics • Fitxers topològics de MiraMon i el shapefile de ESRI • En les pròpies taules en camps espacials • geodatabases de ArcInfo (ArcSDE), les oracle spatial • La primera taula de la base de dades relacional es diu taula principal • Conté alguns atributs geomètrico-topològics • Cada objecte gràfic es relaciona amb la taula principal a partir d'un identificador gràfic monòtonament creixent • Cada objecte pot tenir també un identificador d'entitat que resulta útil quan s'afegeixen o eliminen objectes (procés que reindexa l'identificador gràfic). Master de TD i SIG 2013-14

  47. 3 models per a les taules als vectors • Model fitxer: (ESRI Shapefile o topològic de MiraMon només amb DBF's) • Les dades espacials es guarden en fitxers: • SHP, PNT, ARC, POL • Les taules d'atributs temàtics es guarden en fitxers • DBF • Model geodatabase (ArcSDE, Oracle Spatial): • Les dades espacials es guarden a la base de dades • Les taules d'atributs temàtics es guarden en bases de dades • Model mixt: (Topològic mixt de MiraMon) • Les dades espacials es guarden en fitxers: • Les taules d'atributs temàtics es guarden en bases de dades • El format MDB és un estat intermedi entre el gran DBMS i les taules DBF. Master de TD i SIG 2013-14

  48. Propietats capa ArcSDE Camp temàtic de text Camp geomètric Identificador d'entitat Master de TD i SIG 2013-14

  49. Generació de topologia:Etiquetatge • El procés automàtic de generació de topològica requereix d'una transferència posterior dels atributs. • Transfereix automàticament els atributs de punts situats dins de cada polígon. • El procés controla: • L'absència d'atribut en algun polígon, • La incoherència per diversos punts sobre el mateix polígon amb etiqueta diferent • La presencia de polígons amb al mateix atribut de costat. • mateix atribut a cada banda d'una vora de polígon Master de TD i SIG 2013-14

  50. 7 v 6 1 iv 2 5 3 i iii ii 4 8 vi 9 II I B A III IV C D Procés d’estructuració topològica en MiraMon Fitxer VEC de línies LINARC CICLAR ATRITOP Fitxer PNT d’etiquetes OK! TESTTOP Master de TD i SIG 2013-14

More Related