Топологические отношения в ГИС

Внутриобъектные топологические отношения

Главным понятием в здесь является ОБЪЕКТ. Объекты должны быть:

1. точками (символы);

2. линиями (отрезок) либо полилиния (связанная последовательность отрезков прямой). Здесь реализуется связность частей, на чём базируется внутриобъектная топология. Её сразу закладывают в понятие объекта и в его создаваемую структуру.

3. полигональными объектами (замкнутая полилиния). Здесь тоже сразу же реализуют операции создания и редактирования полигонального объекта таким образом, что последний всегда остаётся замкнутым.

Таким образом, в ГИС первичен объект, который по определению сам по себе является целостным и топологичным. Объект НЕ РАССЫПАЕТСЯ, поскольку каждый тип объекта создаётся своей специфической операцией.

Таким образом, в объектной ГИС, поддерживающей только внутриобъектную топологию, объект - это автономная топологическая конструкция, над которой можно выполнить следующие операции:

а) создать объект;

б) уничтожить объект;

в) переместить объект в другое место;

г) скопировать объект в другое место.

К системам, которые поддерживают только внутриобъектную топологию, относятся: MapInfo (MapInfo Corp., США); ArcView (ESRI, США); "Панорама" for DOS (Ногинск) и множество других систем.

В нетопологической ГИС внутренняя цифровая модель местности в памяти компьютера не содержит явно заданных связей между объектами. В них явно задана только топология самого объекта. Каждый объект автономен от других, нет явной возможности увидеть, какой объект с каким связан. Соответственно в нетопологической ГИС и на уровне пользователя, и на уровне программном отсутствуют операции, в которых обрабатывается и анализируется непосредственное соседство объектов.

В нетопологической ГИС многие виды анализа территории выполнить не удаётся. Назначение таких ГИС, в основном, - паспортизация объектов и возможность красиво и правильно показывать местность.

В заключение посмотрим на рисунок, где показана внутренняя структура данных простейшей объектной ГИС для фрагмента карты, где изображены два полигональных объекта (треугольники) с одной общей гранью. Каждый объект в памяти компьютера содержит непосредственно в относящейся к нему структуре данных все координаты (х,у) вершин. И более того, - другой полигон также хранит координаты всех вершин, которые его образуют.

Очевиден тот факт, что в указанных структурах налицо определённая избыточность: координаты общих для полигонов точек - T2 и Т4 хранятся в двух местах - структуре данных полигона F1 и структуре данных полигона F2.

В нетопологичной ГИС каждый объект рисуется полностью и, поскольку ГИС не знает, какими гранями какие из полигонов граничат между собой, то, естественно, что программа, перебирая список объектов, предназначенных для перерисовки, нарисует общую линию T2-T4 дважды - один раз, когда рисует полигон F1, а второй раз, - когда рисует полигон F2.

Кроме того, в нетопологических программах графические характеристики объектов и атрибутивные хранятся в одной таблице.

Точные соединения линейных и полигональных объектов между собой на карте достигается путем установления допуска замыкания. Вершины и узлы, попадающие в пределы допуска замыкания, сливаются.

В геоинформационных системах произошло некоторое редуцирование понятий. Топология собственно объектов принимается априори во всех ГИС, а название топологичных ГИС приписывается только поддерживающим различные топологические отношения между объектами.

НЕОБЪЕКТНЫЕ ТОПОЛОГИИ

Линейно-узловая топология

В линейно-узловых топологических ГИС внутренняя цифровая модель местности представлена в компьютере в виде взаимосвязанных структур данных (топологических конструкций, - только они невидимы, так как хранятся в виде адресных ссылок). И ещё; в таких ГИС, кроме того, имеются операции, (вынесенные в интерфейс пользователя), с помощью которых топологическая ГИС может манипулировать топологическими конструкциями и эффективно решать задачи, требующих учёта топологических связей (отношений) между объектами. Такая топологическая модель называется моделью покрытия.

В основе линейно-узловой топологии три основных концепции:

1. Дуги соединяются между собой в узлах (связанность)
2. Дуги, ограничивающие фигуру, определяют полигон (определение фигуры)
3. Дуги имеют направление, а также левую и правую сторону (непрерывность)

В линейно-узловой топологии понятие объект применимо только для точек. В данной топологии на основе местоположения узлов определяются дуги, а полигоны определяются дугами путем их перечисления по часовой стрелке вокруг объекта. Направление дуги определяется положением левого и правого полигона (направление ориентации как по течению реки – стоя лицом вниз по течению, определяем левый и правый берег; здесь – “течение” определяется направлением векторизации от начального узла к конечному, соответственно и положение левого и правого полигона).

В этом случае полигоны хранятся в виде указателей на линии, которые являются его границами, и одна линия может входить в состав двух полигонов.

Удалить полигон, как цельный объект, не затрагивая соседние полигоны, невозможно. Принадлежность одной дуги двум соседним полигонам не позволяет удалить один полигон, не изменяя соседний.

В случае ГИС, использующих линейно-узловую топологию графика и атрибуты хранятся как самостоятельные наборы данных, связанные набором указателей.

Примеры: ArcINFO (ESRI), Intergraph (Intergraph), GeoDraw (ИГ РАН)

ОБЪЕКТНЫЕ ТОПОЛОГИИ