Úvod do geografických informačních systémů (GIS)
Datové modely používané v GIS pro ukládání prostorových dat
Vytisknout  studijní materiál

Studijní článek: Základní typy vektorových datových modelů

Základní typy vektorových datových modelů, popisy jejich struktur

Vektorové datové struktury jsou založeny na jednotlivých bodech u kterých je přesně známa poloha. Tyto body využívají primitiva, jako jsou body a linie, k popisu složitějších objektů. Existuje mnoho modelů určených k reprezentaci geografických objektů pomocí vektorové grafiky, které se liší ve jak složitosti struktury, tak i v možnostech využívání topologických vztahů.

"Špagetový" model

Tento model patří mezi nejjednodušší. Princip vychází z digitalizace map, kde se každý objekt na mapě reprezentuje jedním logickým záznamem v souboru a je definovaný jako řetězec x,y souřadnic. Z logiky věci vyplývá, že řetězec je seřazený (obr. ).

Jeho nevýhoda spočívá v tom, že ačkoli jsou všechny objekty v prostoru definovány, struktura neposkytuje informace o vztazích mezi objekty, odtud také pochází název špagetový, je to soubor řetězců souřadnic nemající žádnou logickou strukturu. Další nevýhodou je způsob uložení sousedících polygonů. Společná linie je totiž ukládána dvakrát, pro každý polygon zvlášť.

Pro většinu prostorových analýz je tento model nevhodný, jelikož veškeré potřebné prostorové vztahy musí být spočítány před každou analýzou. Nicméně neexistence prostorových vztahů činní tento model atraktivním pro použití v jednodušších CAC (Computer Assisted Cartography - počítačová kartografie) systémech, kde je díky jednoduchosti velice výkonný.

Základní topologický model

Jedním z nejpoužívanějších modelů uchovávajících prostorové vztahy mezi objekty je topologický model (obr. ).

V tomto modelu každá linie začíná a končí v bodě nazývaném uzel - node. Dvě linie se mohou protínat opět jenom v uzlu. Každá část linie je uložena s odkazem na uzly a ty jsou uloženy jako soubor souřadnic x,y. Ve struktuře jsou ještě uloženy identifikátory označující pravý a levý polygon vzhledem k linii. Tímto způsobem jsou zachovány základní prostorové vztahy použitelné pro analýzy. Navíc tato topologická informace umožňuje aby body, linie a polygony byly uloženy v neredundantní podobě.

Příkladem používaného topologického modelu může být formát GDF/DIME (Geographic Base File/Dual Independent Map Encoding), vyvinutý a používaný v 70tých a 80tých letech při sčítání lidu v USA organizací U.S. Census Bureau. Bližší popis lze nalézt v odborné literatuře.

Jak špagetový, tak topologický formát mají velikou nevýhodu v naprosté neuspořádanosti jednotlivých záznamů. K vyhledání určitého liniového segmentu je třeba sekvenčně projít celý soubor. K vyhledání všech linií ohraničující polygon je třeba tento soubor projít několikrát!

Hierarchický model

Tento model odstraňuje neefektivnost při vyhledávání v jednodušším topologickém modelu pomocí ukládání v logicky hierarchické podobě. Vzhledem k tomu, že polygony se skládají z linií, které odpovídají jejich hranicím, a linie se skládají ze souboru bodů, jsou do modelu zahrnuty odkazy mezi jednotlivými druhy objektů (polygony, liniemi a body). Tyto odkazy pak umožňují mnohem snadnější vyhledávání jednotlivých objektů než v případě topologického modelu. Hierarchický model obvykle také obsahuje topologickou informaci.

Příkladem hierarchického modelu může být datová struktura arc-node, kterou mimo jiné využívá v malé modifikaci i geografický informační systém ArcGIS.

Jen pro připomenutí uveďme že roli stavebního kamene zde, stejně jako v případě topologického modelu, hrají body. Řetězce linií jsou složeny z jednotlivých linií, které jsou definovány jako seřazená množina vrcholů-vertices/vertexes o souřadnicích x,y. Důležitou roli pak hrají uzly (nodes), což jsou body vyskytující se na konci, na začátku a v místech, kde se jednotlivé linie protínají. Polygony jsou definovány jako plochy úplně ohraničené pomocí řetězců linií.

Hierarchický vektorový model nabízí výhody oproti topologickému modelu především při vyhledávání a manipulaci. Rozdělení polygonů, linií a bodů do různých souborů (nebo tabulek) umožní při vyhledávání použít pouze část datových struktur a tím urychluje práci.

Na obrázku vidíme způsob uložení linie v hierarchickém datovém modelu.

Na obrázku vidíme jakým způsobem je ukládán polygon a konečně na obrázku vidíme jakým způsobem se v hierarchickém datovém modelu definují topologické vztahy, konkrétně rozeznávání levého a pravého polygonu sousedícího s linií.

Z obrázků je patrno, že pro například pro nalezení sousedícího polygonu není zdaleka nutno prohledávat všechna data, stačí jen ta vhodně zvolená. V tomto případě se použijí jenom data pro polygony a linie. Hodnoty souřadnic není nutné použít až do doby, kdy je přímo s nimi prováděna nějaká jiná operace (např. vykreslování či měření vzdálenosti).

Rozšířený topologický model

Existuje ještě i tzv. rozšířený topologický model. Jedná se o vylepšení hierarchického modelu o regiony (regions) a cesty (routes). Tato problematika přesahuje rámec našeho kurzu, ale je ji možno studovat například v předmětu Aplikace GIS.