Outdated version of the documentation. Find the latest one here.

Date Vectoriale

gentlelogo

Obiective:

Aflați ce sunt modelele de date vectoriale și cum pot fi utilizate în GIS.

Cuvinte cheie:

Vector, Punct, Polilinie, Poligon, Nod, Geometrie, Scară, Calitatea datelor, Simbologie, Surse de date

Privire de ansamblu

Datele vectoriale furnizează o modalitate de a reprezenta entitățile lumii reale în mediul GIS. Tot ceva ce se poate vedea într-un peisaj reprezintă entități. Imaginați-vă că vă aflați pe vărful unui deal. Privind în jos, puteți vedea case, drumuri, copaci, râuri, și așa mai departe (a se vedea figure_landscape). Fiecare dintre aceste lucruri se numesc entități, atunci când le reprezentăm într-o aplicație GIS. Entitățile vectoriale au atribute, care constau din text sau informații numerice care descriu entitățile.

Figure Landscape 1:

../../_images/landscape.jpg

Privind un peisaj, se pot observa principalele entități, cum ar fi drumurile, casele și copacii.

Forma unei entități vectoriale este reprezentată de o geometrie. Geometria este alcătuită din unul sau mai multe noduri interconectate. Un nod descrie o poziție în spațiu, folosind un X, Y și, opțional, axa z. Geometriile care au noduri cu o axă Z sunt adesea menționate ca 2.5D, deoarece ele descriu înălțimea sau adâncimea la fiecare nod, dar nu pe ambele.

Când geometria unei entități constă într-un singur nod, atunci entitatea va avea forma unui punct (v. figure_geometry_point). În cazul în care geometria este formată din două sau mai multe noduri, iar poziția primului nu este identică cu cea a ultimului nod, se realizează o entitate de tip polilinie (v. figure_geometry_polyline). În cazul în care sunt prezente trei sau mai multe noduri, iar poziția ultimului vârf coincide cu cea a primului, se formează o entitate de tip poligon (v. figure_geometry_polygon).

Figure Vector Geometries 1:

../../_images/point_feature.png

O entitate de tip punct este descrisă prin coordonatele X, Y și, opțional, Z. Atributele punctului descriu natura acestuia, specificând, de exemplu, dacă acesta este un copac sau un stâlp de iluminat.

Figure Vector Geometries 2:

../../_images/polyline_feature.png

O polilinie este o secvență de noduri unite. Fiecare nod are un X, Y (și, opțional, coordonata Z). Polilinia este descrisă de atribute.

Figure Vector Geometries 3:

../../_images/polygon_feature.png

Un poligon, ca și o polilinie, reprezintă o secvență de noduri. Cu toate acestea într-un poligon, primul nod se află mereu pe aceeași poziție cu ultimul.

Mergând înapoi la imaginea peisajului anterior, ar trebui să vă dezvoltați abilitatea de a vedea diferitele tipuri de entități în modul în care un GIS le reprezintă în prezent (a se vedea imaginea figure_geometry_landscape).

Figure Landscape 2:

../../_images/landscape_geometry.jpg

Elementele de peisaj, așa cum le reprezentăm într-un GIS. Râurile (albastre) și drumurile (verzi) pot fi reprezentate ca linii, copacii ca puncte (roșu) și casele ca poligoane (alb).

Entitățile de tip punct în detaliu

Primul lucru pe care trebuie să-l realizăm atunci când vorbim despre entitățile de tip punct, este acela că ceea ce am descris ca un punct în GIS reprezintă o chestiune de opinie, care depinde în general de scară. Să luăm un oraș, ca exemplu. Dacă aveți o hartă la scară mică (care acoperă o arie mare), poate avea sens să reprezentați un oraș printr-o entitate de tip punct. Cu toate acestea, în timp ce mărim harta, trecând la o scară mai mare, are mai mult sens să reprezentăm limitele orașului printr-un poligon.

Hotărârea de a utiliza puncte pentru reprezentarea unei entități se ia în funcție de scară (cât de departe sunteți față de entitate), comoditate (se consumă mai puțin timp și efort pentru a crea puncte față de poligoane), și de tipul entității (unele lucruri, cum ar fi stâlpii de telefon, nu are sens să fie stocate ca poligoane).

Așa cum se vede în figure_geometry_point, o entitate de tip punct este caracterizată prin valorile X, Y și opțional, Z. Valorile X și Y depind de sistemul de coordonate de referință (CRS) folosit. Vom intra, ulterior, într-un alt tutorial, în mai multe detalii despre coordonatele de referință. Pentru moment să spunem că un CRS reprezintă un mod de a descrie, cu exactitate, poziționarea unui anumit loc pe suprafața pământului. Unul dintre sistemele de referință cele mai comune este Longitudine și Latitudine. Liniile de longitudine sunt dispuse dinspre Polul Nord înspre Polul Sud. Liniile corespunzătoare latitudinii merg dinspre est înspre vest. Puteți indica oricui, cu precizie, unde anume vă aflați pe suprafața Pământului, prin transmiterea Longitudinii (X) și Latitudinii (Y) dumneavoastră. Dacă înregistrați aceleași coordonate pentru un copac sau pentru un stâlp stradal și le marcați pe o hartă, atunci veți fi creat o entitate de tip punct.

Din moment ce știm că pământul nu este plat, este adesea util să se adauge o valoare Z entității de tip punct. Această valoare descrie cu cât se află entitatea deasupra nivelului mării.

Entitățile de tip polilinie în detaliu

Dacă o entitate de tip punct are un singur nod, o polilinie are două sau mai multe noduri. Polilinia reprezintă o cale continuă care trece prin fiecare nod, după cum se arată în figure_geometry_polyline. Când două noduri sunt unite, se creează o linie. Atunci când sunt unite mai mult de două noduri, ele formează o ‘linie de linii’, sau o polilinie.

Polilinia se folosește pentru a reprezenta geometria entităților liniare, cum ar fi drumurile, râurile, contururile, trotuarele, traseele de zbor și așa mai departe. Uneori, sunt impuse reguli speciale pentru polilinii, în plus față de geometria lor de bază. De exemplu, curbele de nivel se poate atinge (de exemplu, în jurul unei stânci), dar nu ar trebui să treacă una peste alta. În mod similar, poliliniile folosite la reprezentarea unei rețele de drumuri, ar trebui să fie conectate la intersecții. În unele aplicații GIS puteți seta aceste reguli speciale pentru un tip de entitate (de exemplu, pentru drumuri), sistemele respective asigurându-se că poliliniile se conformează regulilor.

În cazul în care o polilinie curbată are distanțele dintre noduri foarte mari, este posibil ca ea să apară colțuroasă sau zimțată, în funcție de scara la care este privită (a se vedea figure_polyline_jagged). Din acest motiv, este important ca poliliniile să fie digitizate (capturate în calculator), având distanțele între noduri suficient de mici pentru scara la care se dorește utilizarea datelor.

Figure Polyline 1:

../../_images/jagged_polyline.png

Poliliniile vizualizate la o scară mai mică (1:20 000 de la stânga) poate apărea netede și curbate. Când sunt mărite la o scară mai mare (1: 500 la dreapta) ele poate arăta foarte colțuroase.

Atributele unei polilinii decriu proprietățile sau caracteristicile sale. De exemplu, o polilinie care reprezintă un drum poate avea atribute care să specifice faptul că suprafața sa este acoperită cu pietriș sau gudron, numărul de câte benzi pe care le are, faptul că este o stradă cu sens unic, și așa mai departe. Aplicația GIS poate folosi aceste atribute pentru a simboliza entitatea polilinie cu culoarea sau stilul de linie potrivite.

Entitățile de tip poligon în detaliu

Poligoanele reprezintă suprafețe închise cum ar fi barajele, insule, granițele țărilor și așa mai departe. Ca și poliliniile, poligoanele sunt create dintr-o serie de noduri, care sunt conectate cu o linie continuă. Totuși, deoarece un poligon descrie întotdeauna un spațiu închis, poziția primelor și a ultimelor noduri trebuie să fie întotdeauna identică! De multe ori, poligoanele au o geometrie partajată — muchiile care sunt în comun cu cele ale unui poligon vecin. Multe aplicații GIS au capacitatea de a asigura că granițele poligoanelor vecine coincid exact. Vom explora mai târziu acest lucru, la subiectul Topologia din acest tutorial.

Ca și în cazul punctelor și poliliniilor, poligoanele, la rândul lor, au atribute. Atributele descriu fiecare poligon. De exemplu, un baraj poate avea atribute pentru adâncimea și calitatea apei.

Datele vectoriale în cadrul straturilor

Acum, o dată ce am arătat ce înseamnă o dată vectorială, să ne îndreptăm spre modul în care este gestionată și utilizată aceasta într-un mediu GIS. Cele mai multe aplicații GIS grupează vectorii în straturi. Entitățile dintr-un strat au același tip de geometrie (de exemplu, toate vor fi puncte) și aceleași tipuri de atribute (cum ar fi informații cu privire la specie, în cazul unui strat de copaci). Un alt exemplu: dacă ați înregistrat pozițiile tuturor aleilor din incinta unei școli, acestea vor fi, de obicei, stocate împreună pe hard disk-ul computerului, prezentându-se în GIS sub forma unui singur strat. Acest lucru este convenabil, deoarece vă permite ascunderea sau afișarea tuturor entităților pentru acel strat în aplicația GIS, cu un singur click de mouse.

Editarea datelor vectoriale

Aplicația GIS vă permite să creați și să modificați datele geometrice dintr-un strat — un proces numit digitizare — pe care îl vom detalia într-un tutorial ulterior. În cazul în care un strat conține poligoane (de exemplu, îndiguiri), aplicația GIS va permite crearea de noi poligoane doar în stratul corespunzător. În mod similar, dacă doriți să modificați forma unei entități, aplicația va permite acest lucru doar dacă noua formă este corectă. De exemplu, nu vă va permite să editați o linie în așa fel încât să rămână doar un singur nod — dacă vă amintiți, în rândurile de mai sus s-a arătat că orice linie trebuie să aibă cel puțin două noduri.

Crearea și editarea datelor vectoriale reprezintă o funcție importantă a unui GIS, deoarece este unul dintre principalele moduri în care puteți crea date cu caracter personal pentru lucrurile care vă interesează. Să spunem, de exemplu, că monitorizați poluarea dintr-un râu. Ați putea folosi GIS pentru a digitiza toate gurile de deversare a apelor pluviale (prin entități de tip punct). Ați putea digitiza și râul în sine (printr-o entitate de tip polilinie). În cele din urmă, ați putea citi nivelul pH-ului de-a lungul râului, și să digitizați locurile în care le-ați făcut aceste înregistrări (ca un strat de puncte).

În afară de crearea propriilor date, există o mulțime de date vectoriale gratuite, pe care le puteți obține pentru a le folosi. De exemplu, puteți accesa date vectoriale, la scara de 1:50 000, care apar pe foi de hartă ale Direcției de studii și de cartografiere.

Scara datelor vectoriale

Scara hărții reprezintă un aspect important de luat în considerare, atunci când se lucrează cu date vectoriale într-un GIS. Atunci când datele sunt capturate, ele sunt, de obicei, digitizate din hărțile existente, sau prin luarea de informații cu ajutorul dispozitivelor de poziționare globală. Hărțile au scări diferite, așa că, dacă importați date vectoriale dintr-o hartă într-un mediu GIS (de exemplu, prin digitizarea hărților imprimate pe hârtie), datele vectoriale digitale vor moșteni problemele de scară ale hărții originale. Acest efect poate fi observat în imaginile figure_vector_small_scale și figure_vector_large_scale. Multe probleme pot apărea dintr-o alegere neinspirată a scării hărții. De exemplu, folosind datele vectoriale din imaginea figure_vector_small_scale pentru a planifica o zonă de conservare a zonelor umede, în final, s-ar putea constata că părți importante ale zonei umede vor fi lăsate în afara rezervației! Pe de altă parte, dacă încercați să creați o hartă regională, folosind datele capturate la scara 1: 1000 000 ar putea fi mult mai bine, acest lucru scutindu-vă de o mulțime de timp și efort de capturare a datelor.

Figure Vector Scale 1:

../../_images/small_scale.png

Date vectoriale (liniile roșii), care au fost digitizate dintr-o hartă la o scară mică (1:1000 000).

Figure Vector Scale 2:

../../_images/large_scale.png

Date vectoriale (liniile verzi), care au fost digitizate dintr-o hartă la o scară mare (1:50 000).

Simbologie

Când adăugați straturi vectoriale pe suportul hărții, într-o aplicație GIS, acestea vor fi desenate în culori aleatorii și vor folosi simbolurile de bază. Unul dintre marile avantaje ale folosind unui GIS este faptul că puteți crea hărți personalizate foarte ușor. Aplicația GIS va permite alegerea culorilor pentru a se potrivi tipului entității (de exemplu, puteți alege ca un strat care conține bazine hidrografice să fie colorat în albastru). GIS va permite, de asemenea, ajustarea simbolului utilizat. Astfel, dacă aveți un strat cu arbori, de tip punct, mai degrabă puteți afișa poziția fiecărui arbore cu ajutorul imaginii unui mic copac, în locul marcajului implicit, de tip cerc, pe care GIS îl utilizează la prima încărcare a stratului (a se vedea ilustrațiile figure_vector_symbology, figure_generic_symbology și figure_custom_symbology).

Figure Vector Symbology 1:

../../_images/symbology_settings.png

În GIS, aveți posibilitatea să utilizați un panou (ca cel de mai sus) pentru a ajusta modul în care ar trebui să fie desenate entitățile din stratul dvs.

Figure Vector Symbology 2:

../../_images/symbology_generic.png

Când un strat (de exemplu, stratul arborilor din stratul de mai sus) este mai întâi încărcat, o aplicație GIS îi va atribui un simbol generic.

Figure Vector Symbology 3:

../../_images/symbology_custom.png

După efectuarea ajustărilor, este mult mai ușor să observăm că punctele reprezintă copaci.

Simbologia este o caracteristică puternică, aducând hărțile la viață și făcând datele din GIS mai ușor de înțeles. În subiectul care urmează (Atributele datelor vectoriale) vom aprofunda modul în care simbologia poate ajuta utilizatorul să înțeleagă datele vectoriale.

Ce putem face cu datele vectoriale într-un GIS?

La nivelul cel mai simplu, într-o aplicație GIS putem folosi datele vectoriale în același mod în care folosim o hartă topografică normală. Puterea reală a GIS începe să se arate atunci când începem să punem întrebări de genul ‘care dintre case se încadrează sub nivelul de inundații al unui râu, de-a lungul ultimilor 100 ani?’; ‘unde este cel mai bun loc pentru construirea unui spital, astfel încât să fie ușor accesibil pentru cât mai mulți locuitori?’; ‘care dintre elevi locuiesc într-o suburbie anume?’. Un GIS este un instrument excelent pentru a obține răspunsul la aceste tipuri de întrebări, folosindu-se de ajutorul datelor vectoriale. În general, denumim analiză spațială activitatea prin care se obține răspunsul la aceste tipuri de întrebări. În capitolele ulterioare ale acestui tutorial, vom intra în detalii ale analizei spațiale.

Probleme comune ale datelor vectoriale

Lucrul cu date vectoriale ridică unele probleme. Am menționat deja problemele care pot apărea cu vectorii capturați la diferite scări. Datele vectoriale au nevoie, de asemenea, de o mulțime de muncă și de întreținere, pentru a ne asigura că acestea sunt exacte și fiabile. Datele vectoriale inexacte pot apărea atunci când instrumentele folosite la captura datelor nu sunt setate corect, atunci când persoanele care capturează datele sunt neatente, atunci când timpul sau banii nu permit un proces de colectare suficient de detaliat, și așa mai departe.

Dacă aveți date vectoriale de calitate scăzută, de multe ori, puteți detecta acest lucru atunci când vizualizați datele într-un GIS. De exemplu așchiile pot apărea atunci când marginile a două suprafețe poligonale nu se îmbină în mod corespunzător (a se vedea figure_vector_slivers).

Figure Vector Issues 1:

../../_images/vector_slivers.png

Așchiile apar atunci când nodurile a două poligoane nu aderă corespunzător la marginile lor. La o scară mică (de exemplu, imaginea 1, cea din stânga) s-ar putea să nu puteți vedea aceste erori. La o scară mai mare, așchiile apar sub formă de fâșii subțiri între cele două poligoane (imaginea 2, cea din dreapta).

Depășirile pot apărea atunci când o entitate de tip linie, cum ar fi un drum, nu întâlnește exact un alt drum, la o intersecție. Scurtările pot apărea atunci când o entitate liniară (de exemplu, un râu) nu corespunde exact unei alte entități, cu care ar trebui să fie conectată. Figura figure_vector_overshoots demonstrează felul în care arată scurtările și depășirile.

Figure Vector Issues 2:

../../_images/vector_overshoots.png

Scurtările (1) apar atunci cand liniile vectoriale digitale, care ar trebui să fie conectate, mai au puțin și se ating. Depășirile (2) se întâmplă în cazul liniilor care se termină dincolo de linia la care ar trebui să se conecteze.

Din cauza acestor tipuri de erori, este foarte importantă digitizarea cu atenție și precizie a datelor. În subiectul viitor, la topologie, vom examina în detaliu unele dintre aceste tipuri de erori.

Ce am învățat?

Să recapitulăm subiectele abordate în acest capitol:

  • Datele vectoriale sunt utilizate la reprezentarea entităților lumii reale într-un GIS.

  • O entitate vectorială poate avea o geometrie de tip punct, linie sau poligon.

  • Fiecare entitate vectorială este descrisă de către datele atributelor.

  • Geometria entităților este descrisă de termenul noduri.

  • Geometriile de tip punct conțin un “singur nod” (X,Y și opțional Z).

  • Geometriile de tip polilinie sunt compuse din două sau mai multe noduri conectate cu o linie.

  • Geometriile de tip poligon sunt compuse din cel puțin patru noduri formând o arie închisă. Poziția primul nod este întotdeauna comună cu cea a ultimului nod.

  • Alegerea tipului de geometrie depinde de scară, confort și de ceea ce vreți să faceți cu datele GIS.

  • Cele mai multe aplicații GIS permit prezența unui singur tip de geometrie într-un singur strat.

  • Digitizarea este procesul de creare a datelor vectoriale digitale, prin desenarea lor într-o aplicație GIS.

  • Trebuie să fiți conștienți că datele vectoriale pot avea probleme de calitate, cum ar fi scurtări, depășiri și așchii.

  • Date vectoriale pot fi utilizate în analiza spațială într-o aplicație GIS, de exemplu, pentru a găsi cel mai apropiat spital față de o școală.

Am rezumat conceptul de data vectoriala GIS în figura figure_vector_summary.

Figure Vector Summary 1:

../../_images/vector_summary.png

Această diagramă arată modul în care sunt gestionate datele vectoriale în aplicațiile GIS.

Încercați acum!

Aici sunt câteva idei care pot fi testate împreună cu elevii dumneavoastră:

  • Folosind o copie a unei hărți topografice pentru zona în care locuiți (cum ar fi cea prezentată în figure_sample_map), observați dacă elevii dumneavoastră pot identifica diferite tipuri de date vectoriale, prin evidențierea lor pe hartă.

  • Gândiți-vă la modul în care puteți crea entități vectoriale într-un GIS, pentru a reprezenta entități din lumea reală, existente în cadrul școlii dumneavoastră. Creați un tabel cu diferite entități, în și din jurul școlii, apoi cereți elevilor să decidă cel mai bun mod de reprezentare în cadrul GIS, sub formă de punct, linie sau poligon. A se vedea, ca exemplu table_vector_1.

Figure Sample Map 1:

../../_images/sample_map.png

Puteți identifica două entități de tip punct și una de tip poligon pe această hartă?

Entități din lumea reală

Tipul de geometrie potrivit

Catargul pentru steagul școlii

 

Terenul de fotbal

 

Potecile din jurul și din cadrul școlii

 

Locurile în care sunt amplasate țâșnitorile pentru apă

 
Etc.  

Tabela vectorială 1: Creați un tabel de genul acesta (lăsând necompletată coloana tipului de geometrie) și cereți elevilor să decidă cu privire la tipurile de geometrie adecvate.

De reținut

Dacă nu aveți un calculator disponibil, puteți utiliza o foaie topografică și coli transparente pentru a prezenta datele vectoriale elevilor.

Lecturi suplimentare

Ghidul utilizatorului QGIS conține, de asemenea, informații detaliate cu privire la lucrul cu date vectoriale în QGIS.

Ce urmează?

În secțiunea care urmează, vom arunca o privire mai atentă la datele atributelor, pentru a afla despre modul în care pot fi utilizate în descrierea entităților vectoriale.