Wybrane aspekty modelowania slorozdzielczych i wieloreprezentacyjnych baz danych topograficznych
Podstawowe pojęcia
Pojęcia wielorozdzielczych, wieloreprezentacyjnych lub wieloskalow/ych baz danych przestrzennych nie są jednak dobrze zdefiniowane i nie zawsze są jednoznacznie rozumiane.
W języku angielskim funkcjonuje przede wszystkim określenie (skrót)
MRDB (ang. multiresolution/multirepresentation data base). Pod tym kreśleniem najczęściej rozumie się taką konstrukcję bazy danych, w tórej wyróżnia się kilka poziomów uogólnienia danych LoD (ang.
Levef of Details) i dla każdego z poziomów przechowuje się nieco
inną, odpowiednią dla niego reprezentację obiektu.
Wieloreprezentacyjna baza danych przestrzennych- baza danych, w której ten sam obiekt geograficzny posiada wiele reprezentacji geometrycznych, zależnych od przyjętych dla konkretnej bazy danych poziomów uogólnienia. Poszczególne reprezentację różnią się stopniem generalizacji, ale są ściśle powiązane ze sobą i traktowane jako element opisu tego
Wielorozdzielcza baza danych przestrzennych - baza danych w której szczegółowość i dokładność opisu terenu jest różna w różnych miejscach przestrzeni, ale zachowana jest ciągłość przestrzenna i jednolitość modelu pojęciowego (Rys. 1a). Mianem tym można określać również bazy danych gdzie dokładność opisu terenu jest taka sama w całym obszarze opracowania, zmienna jest natomiast szczegółowość opisu (Rys. 1b).
Wydaje, się że dla uporządkowania i ułatwienia stosowania nazewnictwa można mianem wielorozdzielczych baz danych określać właśnie ten ostatni typ baz.
W takim przypadku można by uznać, iż wielorozdzielcza baza danych przestrzennych to baza danych, w której szczegółowość opisu terenu jest różna w różnych miejscach przestrzeni, ale zachowana jest ta sama dokładność geometryczna danych, ciągłość przestrzenna i jednolitość modelu pojęciowego.
Wieloskalowa baza danych przestrzennych - baza danych, w której ten sam obiekt geograficzny posiada wiele reprezentacji geometrycznych, zależnych od przyjętych dla konkretnej bazy danych poziomów uogólnienia lub baza danych, w której szczegółowość i dokładność opisu terenu jest różna w różnych miejscach przestrzeni, ale zachowana jest ciągłość przestrzenna i jednolitość modelu pojęciowego. Pojęcie wieloskalowości w kontekście baz danych nie wydaje się jednak najbardziej trafnym określeniem.
Przy tworzeniu baz typu MRDB kluczowym jest utworzenie odpowiednich powiązań między wszystkimi poziomami baz pozwalających na odniesienie wszystkich reprezentacji do jednego rzeczywistego, reprezentowanego obiektu.
W literaturze można spotkać opis kilku metod wzajemnej identyfikacji obiektów na różnych poziomach bazy MRDB (Hampe, Anders, Sester, 2003):
Wariant atrybutowy zakłada, że wszystkie obiekty przechowywane są w jednym zbiorze danych, różnicowanie poziomu uogólnienia LoD realizowane jest przez określenie specyficznych, właściwych dla danego poziomu atrybutów geometrycznych i opisowych,
Wariant „z dołu do góry" (bottom - up) zakłada istnienie dwóch lub więcej zbiorów danych, połączonych atrybutem określającym LoD na danym poziomie uogólnienia,
Wariant „z góry na dół" (top - down) umożliwia budowanie połączeń od obiektu uogólnionego do elementów źródłowych (np. od terenu zabudowy zwartej do poszczególnych budynków).
Reprezentacja geometryczna obiektów w wieloreprezentacyjnych bazach danych
Przechowywanie kilku reprezentacji geometrycznych tych samych obiektów w wieloreprezentacyjnych bazach danych, ma na celu uniknięcie budowy kilku niezafeżnych baz danych o różnych
poziomach uogólnienia, a zamiast tego opracowanie jednej lub kilku ściśle powiązanych baz danych pozwalających na spójne przedstawienie terenu w różny sposób zależnie o potrzeb. Każdy obiekt będzie miał więc przypisanych kilka reprezentacji geometrycznych, mniej lub bardziej dokładnych.
Poszczególne wersje geometrii obiektu mogą być wytworzone w automatycznych lub manualnych procesach generalizacji. Wynik tych procesów jest zapisywany w bazie danych.
Przechowywanie w bazie danych dwóch reprezentacji geometrycznych obiektu: obrys budynku i punkt reprezentatywny (inny od środka geometrycznego)
Przechowywanie w źródłowej bazie danych w spójny sposób zarówno obiektów reprezentujących jezdnie jak i reprezentujących osie dróg (dla dróg dwujezdniowych) Oś jezdni i oś drogi są to inne obiekty w sensie pojęciowym, posiadające inne atrybuty i zasady reprezentacji w bazie danych, pozostające jednak w ścisłej relacji ze sobą.
W przypadku obiektów punktowych, na każdym poziomie uogólnienia może być zachowana dokładnie ta sama lokalizacja punktu. W niektórych sytuacjach może zostać jednak zmieniona i punkty reprezentujące obiekt na różnych LoD mogą być od siebie oddalone.
W przypadku obiektów powierzchniowych geometria obiektu na różnych LoD rzadko będzie się pokrywała. Na kolejnych poziomach uogólnienia obiekt będzie często „przewiększany", zwykle jednak będzie zawierał w sobie poligon reprezentujący obiekt na niższym poziomie. Oczywiście obiekt reprezentowany powierzchniowo na najdokładniejszym LoD może być reprezentowany na bardziej uogólnionym LoD poprzez punkt.
powinny zostać zachowane współrzędne końców odcinków reprezentujących obiekt oraz współrzędne tych miejsc, które mogą być traktowane jako miejsca charakterystyczne, mające znaczenie pojęciowe czyli tzw. niezmienniki przestrzenne (np. ujście jednego cieku do cieku nadrzędnego). W takich miejscach przy tworzeniu bazy danych należy dokonywać segmentacji linii.
Punkty pośrednie (werteksy) linii mogą się różnić pomiędzy różnymi wersjami geometrii danego obiektu. W innym podejściu można rozważać, aby poszczególne punkty pośrednie otrzymywały atrybuty informujące o ich ważności w danej skali. Wymaga to jednak zastosowania skomplikowanych, niestosowanych modeli danych i technologii.
W celu zrealizowania idei wielorozdzielczej bazy danych koniecznym jest sklasyfikowanie obiektów w sposób hierarchiczny, tak aby poszczególne poziomy hierarchii odpowiadały różnym poziomom szczegółowości dla danego modelu danych.
Oznacza to dość nietypowe z punktu widzenia baz danych podejście, w którym w jednej bazie danych mogłyby współistnieć obiekty należące do klas na różnych poziomach hierarchii. Pomimo, iż klasy „Teren zadrzewiony" jest nadklasą w stosunku do klas „Las liściasty" i „Las iglasty" to w jednej bazie danych mogą wystąpić obiekty zaklasyfikowane zarówno jako „Las liściasty", „Las iglasty" oraz jako „Teren zadrzewiony".
Podstawą modelu jest wyróżnienie hierarchii pojęciowej oraz hierarchii encji. Kompletna hierarchia encji reprezentuje przestrzeń w wielu skalach. Dla konkretnych potrzeb możemy wybrać elementy drzewa hierarchii do odpowiedniej „głębokości".
W razie pojawienia się potrzeby uszczegółowienia bazy danych na danym obszarze w trakcie jej rozwoju, możliwe jest zaklasyfikowanie obiektów „Teren zadrzewiony" do innego poziomu klasyfikacyjnego np. „Las iglasty"
W przypadku tworzenia bazy na niższym poziomie szczegółowości możliwe będzie zrezygnowanie całkowicie z wprowadzania niektórych klas obiektów np. trudnych do wprowadzenia bez przeprowadzenia aktualizacji terenowej lub mniej istotnych z punktu widzenia głównych funkcji bazy danych.
Podsumowanie
Od strony technicznej jak dotąd nie opracowano powszechnie dostępnych narzędzi ułatwiających zarządzanie bazami typu MRDB. Nie ma jednak żadnych ograniczeń technicznych uniemożliwiających wykonanie tego typu oprogramowania.
Wdrożenie koncepcji wielorozdzielczych baz danych może mieć istotne znaczenie dla sukcesu programu budowy bazy danych topograficznych w Polsce ze względu na możliwość znacznie szybszego, niż przy standardowym podejściu, czasu dojścia do poziomu operacyjnego bazy danych pozwalającego na samofinansowanie jej dalszej realizacji.
Stosowanie omawianych rozwiązań może przynosić szereg korzyści:
· zapewnienie automatycznego zasilania (propagacji) bazy danych na wielu poziomach skalowych na podstawie aktualizacji modelu podstawowego,
· automatyzacja procesu zasilania danymi przestrzennymi systemów produkcji map topograficznych na różnym poziomie skalowym,
zapewnienie wieloskalowej analizy danych przestrzennych.
W przypadku obiektów liniowych na wszystkich poziomach uogólnienia
Wykład 6
Metodami przedstawienia treści map nazywa się założenia,
określające zasady użycia kartograficznych środków wyrazu i ich kombinacji.
W przypadku tradycyjnej kartografii tymi środkami
są elementy rysunku technicznego i artystycznego. (Grygorenko 1970)
Obecnie: metodyka kartografii obejmuje pełny zakres operacji przyczynowo-skutkowych prowadzących do uzyskania postaci skończonej - mapy, zrealizowanej zgodnie z przyjętą koncepcją. (Makowski 1998)
Wykład 7
multimedia [łac.] = integracja wielu różnorodnych mediów (telewizji, techniki audio i wideo, informatyki, teletransmisji) na pewnej wspólnej bazie, którą może stanowić np. komputer, specjalny odtwarzacz płyt kompaktowych lub przystawka dołączana do odbiornika telewizyjnego
system multimedialny = dowolny system teleinformatyczny zdolny do przetwarzania, archiwizacji i dystrybucji danych w postaci dźwięku,
ruchomych obrazów,
fotografii,
grafiki komputerowej i tekstów
system hipermedialny
wykorzystując skojarzeniową organizację informacji integruje różne środki multimedialne poprzez wzajemne ich powiązania (hiperłącza/ hyperlinki) w obrębie prezentacji oraz własności
zasady redakcji geoprzedstawi
Scenariusz
odzwierciedlający koncepcję opracowania przedstawienia
Osnowa przestrzenna geoprzedstawienia:
układ współrzędnych prostokątnych, geograficznych
lub jednoznacznie określony zbiór elementów odniesienia
Osnowa temporalna geoprzedstawienia:
graficzne, tekstowe lub dźwiękowe zobrazowanie upływu czasu
Osnowa funkcjonalna prezentacji:
wszelkie aktywne elementy właściwego obrazu, legendy lub oddzielnych pól sterujących
Komentarz:
legenda, opis działania poszczególnych funkcji prezentacji
Kartografia dynami czna i multi medi alna
przeglądarka internetowa
przeglądarka graficzna
IrfanView, ACDSee Photo Manager, Picasa
geoprzeglądarka
ESRI ArcReader, Intergraph GeoMedia Viewer, MapInfo ProViewer ArcGIS Explorer, Google Earth, MS Virtual Earth
odtwarzacz filmów wideo
Windows Media Player, QuickTime Player (+ QuickTime VR)
odtwarzacz multimedialny
•Macromedia Flash Player - przeglądarka grafiki SWF •SVG Viewer - przeglądarka grafiki SVG
czytnik dokumentacji elektronicznej
Adobe Reader (PDF)
Microsoft XML Paper Viewer (XPS)
Wykład 8
Podstawowe funkcje systemu
· ■ tworzenie baz danych przestrzennych, zarządzanie warstwami mapy numerycznej i tabelami danych opisowych
· • wykorzystanie zewnętrznych zbiorów danych
· (o różnych formatach i lokalizacji) poprzez import lub połączenie ODBC
· ■ wprowadzanie danych:
o wektoryzacja i edycja obiektów, obsługa danych obrazowych
o obliczenia statystyczne, pomiary: położenia, długości i powierzchni
o wyszukiwanie i przekształcanie danych za pomocą języka SQL
o analizy przestrzenne:
o określanie relacji między obiektami oraz syntezy (np. generalizacja, regionalizacja itp.)
o geokodowanie -wykorzystanie informacji adresowej do lokalizacji obiektów i analiz sieciowych
· ■ redagowanie prezentacji kartograficznych:
o map ogólnogeograficznych i tematycznych
o tworzenie raportów (rozkładu), publikacja i wydruk
Wykład 9
System hipermedialny
wykorzystując skojarzer integruje różne poprzez wzajemne
- hiperłączalpor oraz własnoś
(konwersacyjny
Ewolucja idei hipertekstu;
■ H.G. Wells, 1938 -.WorldEncyclopedia pomysł asocjatywnej^rginjZacji informacji
■ V. Bush, 1945 - memex'—biblioteka informacji masowej
■ T. Nelson, 1980 - termin „hipertekst" - globalny system publikacji
Cechy hipermediów:
■ nielinearna i niesekwencyjna struktura: węzły (nodes) są pojedyńczymi, unikalnymi blokami informacyjnymi łącza / odnośniki (links /hyperlinks) są semantycznymi więzami pomiędzy elementami systemu hipermedialnego
■ wykorzystanie systemu komputerowego jako bazy sprzętowej
Węzły hipermedialne:
■ hipertekst - dokument o nieliniowej strukturze, zbiór dokumentów powiązanych odnośnikami
■ hipergrafika - obraz wyposażony w graficzne elementy aktywne (wyzwalacze) a także zbiór obrazów (galeria)
■ hipermapa - obraz kartograficzny złożony ze znaków i pól aktywnych (odniesionych do obiektów geograficznych) a także zbiór map („hiperat/as")
XML (eXtensible MarkupXtnTTuMłe)
rozszerzalny język znaczników służący do strukturalnego (hierarchicznie uporządkowanego) zapisu informacji standard World Wide Web Consortium
zalety:
■ proste tworzenie dokumentów
· obsługa w różnych aplikacjach
Wybrane obszary zastosowań XML:
■ zapis baz danych geoprzestrzennych (uniwersalny, tekstowy, niezależny środowiskowo, darmowy)
■ zapis metadanych geoprzestrzennych
■ zapis prezentacji kartograficznych (map, wizualizacji)
■ programowanie aplikacji użytkownika
(np. transformacji pomiędzy układami współrzędnych)
komunikacja (wymiana danych) pomiędzy serwerami usług
Specyfikacje dystrybucji danych przestrzennych:
■ GML (Geography Markup Language)
■ WMS (Web Map Service)
rastrowa realizacja żądań klienta poprzez funkcje GetCapabilities, GetMap, itp.
■ WFS (Web Feature Service)
obsługa danych wektorowych (GML) z możliwością edycji: GetFeature, itp.
■ WCS (Web Coverage Service)
rozszerzenie WMS dla warstw ciągłych
XHTML (Hypertext Markup Language)
• HTML
• DHTML
• XML
• JavaScript obrazy:
• GIF (Graphics Interchange Format)
• JPEG (Joint Photographic Experts Group)
• PNG (Portable Network Graphics)
GML (Geography Markup Language)
aplikacja XML przeznaczona do zapisu geoinformacji utworzona przez zespół OGC (Open Geospatial Consortium) niezależny od platformy sprzętowo-systemowej, nadający się jako format wymiany danych
KML (Keyhole Markup Language)
format danych geograficznych Google Maps i Google Earth pozwala na definiowanie: symboli, etykiet i opisów obiektów geograficznych i miejsc na powierzchni Ziemi, warstw i widoków 3D umożliwia programowanie dowolnej interaktywności elementów wizualizacji
serwisy informacji geograficznej (serwisy geoinformacyjne):
■ bazy danych geograficznych udostępnione w internecie (geoportale) kartograficzne publikacje internetowe
■ mapy i atlasy opublikowane w sieci mapy ilustracyjne
Najczęściej implementowane ...
GiKPW