определение пространственного расположения объекта
Пространственные объекты
Все реальные объекты отображаются на картах какими либо условными знаками, точками, линиями, полигонами или поверхностями. Кроме того, применяется цветовая градация объектов, например изображение ландшафта или распределение плотности населения. Примеры картографического представления объектов реального мира основными типами графических примитивов приведены на рисунке 1
Рис. 1. Объекты реального мира и их картографическое представление.
Большинство объектов реального мира (в том числе природного и социального характера) в ГИС могут быть представлены тремя типами объектов. Точки, линии и области могут представляться соответствующими символами, поверхности представляются высотами точек и спец иальными обозначениями.
Рассмотрим пространственные объекты более подробно.
Точечные объекты — это такие объекты, каждый из которых расположен только в одной точке пространства. Пример: деревья, дома, перекрестки дорог. О таких объектах говорят, что они дискретные, в том смысле, что каждый из них может занимать в любой момент времени только определенную точку пространства. В целях моделирования считают, что у таких объектов нет пространственной протяженности, длины или ширины, но каждый из них может быть обозначен координатами своего местоположения. В действительности, все точечные объекты имеют некоторую пространственную протяженность, пусть самую малую, иначе мы просто не смогли бы их увидеть. Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, задает рамки, определяющие представление этих объектов как точек.
Линейные объектыпредставляются как одномерные в нашем координатном пространстве. Такими «одномерными» объектами могут быть дороги, реки, границы, изгороди, любые другие объекты, у которых один из геометрических параметров существенно больше другого.
Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, обусловливает порог, при пересечении которого мы можем считать эти объекты не имеющими ширины.
При определении местоположения области в пространстве мы обнаруживаем, что ее граница является линией, которая начинается и кончается в одной и той же точке. Помимо указания местоположения областей через использование линий, мы можем себе представить теперь три характеристики: как и для линий, мы можем указывать их форму и ориентацию, а теперь еще и величину площади, которую область занимает.
Добавление нового измерения, высоты, к площадным объектам позволяет нам наблюдать и фиксировать поверхности.
Хотя мы можем рассматривать дом с близкого расстояния и описывать его в терминах его общей длины и ширины, нам часто нужно знать, сколько в нем этажей. В таком случае нам нужно рассматривать дом не как плоскую область, а как трехмерный объект, имеющий длину, ширину и высоту.
Поверхности состоят из бесконечного числа точек со значениями высот, поэтому они непрерывны, т.к. эти точки распределены без разрывов по всей поверхности, (рисунок 2). В действительности, поскольку высота трехмерного объекта меняется от точки к точке, мы можем также измерять величину изменения высоты с перемещением от одного края до другого. Имея такую информацию, мы можем определить объем материала в выбранном образовании.
Возможность таких вычислений весьма полезна, когда нам нужно узнать, сколько воды содержится в водоёме или сколько материала (пустой породы) лежит поверх угольного пласта.
Рис. 2 Непрерывные и дискретные поверхности
Определение пространственного расположения объекта
Рис. 2.1. Объекты реального мира и картографическое представление
Точки, линии, области и поверхности вместе могут представлять большинство природных и социальных феноменов, которые мы встречаем каждый день. В рамках ГИС объекты реального мира явно представляются тремя типами объектов из указанных. Точки, линии и области могут представляться соответствующими символами, поверхности же представляются чаще всего либо высотами точек, либо другими компьютерными средствами. Феномены непространственные по своей природе не могут непосредственно исследоваться в ГИС, если только им не присвоить некоторые представляющие их пространственные характеристики. Рассмотрим пространственные объекты более подробно.
Линейные объекты представляются как одномерные в нашем координатном пространстве. Такими «одномерными» объектами могут быть дороги, реки, границы, изгороди, любые другие объекты, у которых один из геометрических параметров существенно больше другого. Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, опять же, обусловливает порог, при пересечении которого мы можем считать эти объекты не имеющими ширины. Как вы знаете, реки, дороги, изгороди имеют два измерения при близком рассмотрении. Но чем дальше мы от них, тем более тонкими они становятся. Постепенно они становятся такими тонкими, что оказывается возможным представить их себе как линейные объекты. Другие линии, такие как политические границы, вообще не имеют ширины. В действительности, эти линии даже не являются материальными сущностями, а возникают как следствие политических соглашений.
Поверхности состоят из бесконечного числа точек со значениями высот. Мы говорим, что они непрерывны, поскольку эти точки распределены без разрывов по всей поверхности, что показано на рис. 2.2. В действительности, поскольку высота трехмерного объекта меняется от точки к точке, мы можем также измерять величину изменения высоты с перемещением от одного края до другого. Имея такую информацию, мы можем определить объем материала в выбранном образовании. Возможность таких вычислений весьма полезна, когда нам нужно узнать, сколько воды содержится в водоёме или сколько материала (пустой породы) лежит поверх угольного пласта.
Рис. 2.2. Непрерывные и дискретные поверхности
Определение пространственного расположения объекта
2.2 Пространственные объекты.
Все реальные объекты отображаются на картах какими либо условными знаками, точками, линиями, полигонами или поверхностями. Кроме того, немаловажным факто-ром является цветовая градация объектов, например изображение ландшафта или рас-пределение плотности населения. Примеры картографического представления объектов реального мира основными типами графических примитивов можно увидеть на рисунке 2.1.
Рис. 2.1 Объекты реального мира и картографическое представление.
Рис. 2.2 Непрерывные и дискретные поверхности.
Добавление нового измерения, высоты, к площадным объектам позволяет нам на-блюдать и фиксировать поверхности. Хотя мы можем рассматривать дом с близкого расстояния и описывать его в терминах его общей длины и ширины, нам часто нужно знать, сколько в нем этажей. В таком случае нам нужно рассматривать дом не как пло-скую область, а как трехмерный объект, имеющий длину, ширину и высоту. Поверхно-сти окружают нас повсюду. Холмы, долины, гряды гор, скалы и множество других обра-зований могут описываться указанием их местоположения, занимаемой площади, ори-ентации, и теперь, с добавлением третьего измерения, их высот. Поверхности состоят из бесконечного числа точек со значениями высот. Мы говорим, что они непрерывны, по-скольку эти точки распределены без разрывов по всей поверхности, что показано на ри-сунке 2.2. В действительности, поскольку высота трехмерного объекта меняется от точ-ки к точке, мы можем также измерять величину изменения высоты с перемещением от одного края до другого. Имея такую информацию, мы можем определить объем мате-риала в выбранном образовании. Возможность таких вычислений весьма полезна, когда нам нужно узнать, сколько воды содержится в водоёме или сколько материала (пустой породы) лежит поверх угольного пласта.
Классы пространственных объектов. Основные понятия
Классы пространственных объектов – однородные совокупности однотипных объектов, каждый из которых имеет одинаковое пространственное представление, в виде точек, линий, или полигонов, и общего набора атрибутивных полей, например, линейный класс пространственных данных для представления осевых линий дорог. Четыре основных типа классов пространственных данных – это точки, линии, полигоны и аннотации (названия для подписей на картах).
 |
Как упомянуто выше, часто пользователи имеют потребность моделировать такие пространственные отношения и поведения в своих географических наборах данных. В этих случаях, можно расширить основную функциональность классов пространственных данных, добавляя ряд продвинутых элементов базы геоданных, таких как топология, наборы сетевых данных, наборы данных terrain и локаторы адресов.
Вы можете узнать больше о применении усовершенствованного поведения в базах геоданных в разделе Расширение классов пространственных объектов.
Типы классов пространственных объектов
Векторные объекты (географические объекты с векторной геометрией) разносторонние и являются часто используемыми географическими типами данных, хорошо подходящими для представления объектов с дискретными границами, например улицы, административные границы и земельные участки. Пространственный объект – это объект, который хранит свое географическое представление, представленное обычно в виде точки, линии или полигона, в качестве одного из свойств (полей) в строке. В ArcGIS классы пространственных данных – однотипные совокупности объектов с общим пространственным представлением и набором атрибутов, хранящиеся в таблице базы данных, например, класс линейных объектов, представляющий осевые линии дорог.
Создавая класс пространственных объектов, необходимо задать типа объектов для определения типа класса пространственных объектов (точка, линия, полигон и т.д.).
Как правило, классы пространственных объектов являются тематическими наборами точек, линий или полигонов, но в действительности существует семь типов классов пространственных объектов. Первые три поддерживаются в базах данных и базах геоданных. Остальные четыре поддерживаются только в базах геоданных.
 |
 |
 |
 |
Геометрия и координаты пространственных объектов
Классы пространственных объектов содержат как геометрические формы каждого объекта так и их описательные атрибуты. Геометрию каждого объекта определяет, прежде всего, тип объекта (точка, линия, или полигон). Однако также могут быть определены и дополнительные геометрические свойства. Например, классы объекты могут быть одночастные и составные, могут иметь 3D вершины, линейные меры измерения (m-значения), а также могут содержать параметрически заданные кривые. Этот раздел даёт краткий обзор этих возможностей.
Одночастные и составные линии и полигоны
Линейные и полигональные классы пространственных объектов могут состоять из одной или нескольких частей. Например, одна административная единица может состоять из многих частей (Гавайские острова), но при этом являться одним пространственным объектом – штатом Гавайи.
 |
Вершины, сегменты, высоты и измерения
Геометрия объектов составлена, прежде всего, из координатных вершин. Сегменты в линиях и полигонах охватывают вершины. Сегменты могут быть представлены прямыми линиями или параметрически заданными кривыми. Вершины в объектах могут также включать z-значения для представления высотных отметок и m-значения для представления измерений вдоль линейных объектов.
 |
Типы сегментов линейных и полигональных объектов
Линии и полигоны задаются двумя ключевыми элементами: упорядоченным списком вершин, которые определяют форму линии или полигона и типами сегментов линии, используемых между каждой парой вершин. Каждая линия и полигон могут восприниматься как упорядоченный набор вершин, которые могут соединяться для формирования геометрической фигуры. Другой способ изображения каждой линии и полигона – упорядоченная последовательность соединенных сегментов, где каждый сегмент имеет тип: прямая линия, окружная дуга, эллиптическая дуга, или кривая Безье.
 |
Тип сегмента по умолчанию – прямая линия между двумя вершинами. Однако, когда вам нужно определить кривые или параметрические фигуры, вы имеете в своём распоряжении три дополнительных типа сегментов: дуги окружностей, эллиптические дуги, и кривые Безье, которые могут быть определены. Эти фигуры часто используются для представления искусственных объектов, как например границы земельных участков или линии шоссе.
Вертикальные измерения с использованием z-значений
Координаты объектов могут включать X, Y или X, Y и Z вершины. Z-значения обычно используются для представления высот, но они могут представлять и другие измерения, такие как например годовое количество осадков или мера загрязнения воздушной среды.
 |
Объекты могут иметь x,y координаты и, выборочно, добавленные значения z-высот.
Линейные измерения с использованием m-значений
 |
Вершины для измерений могут иметь вид x,y,m или x,y,z,m.
Координаты линейных измерений формируют блоки для построения этих систем. В реализации линейной привязки в ArcGIS, термин маршрут обозначает любой линейный объект, например улицу города, шоссе, реку или трубу, имеющие уникальный идентификатор и общую систему измерения вдоль каждого линейного объекта. Совокупность маршрутов с общей системой измерения может быть построена на основе линейного класса пространственных объектов как показано ниже:
 |
Для получения дополнительной информации см. Обзор системы линейных координат.
Допуски объектов
Точность местоположений и поддержка рабочей среды управления данных с высоким разрешением очень важны при управлении ГИС данными. Основное требование – это возможность хранить информацию о координатах с достаточной точностью. Точность координат характеризует количество десятичных знаков, используемых для записи информации о местоположении. Это определяет разрешение, при котором собираются и управляются пространственные данные.
Так как базы геоданных и базы данных могут записывать координаты с высокой точностью, пользователи могут создавать наборы данных с высоким уровнем точности, и с большим разрешением, поскольку инструменты захвата данных и сенсоры постоянно совершенствуются (ввод геодезических и инженерных данных, захват данных COGO, повышенное разрешение изображений, данные лидара, чертежи строений из САПР и т.д.).
ArcGIS записывает координаты как целые числа и может хранить местоположения с очень высокой точностью. В различных операциях ArcGIS, координаты объекта обрабатываются и управляются с использованием некоторых ключевых геометрических свойств. Эти свойства определяются при создании каждого класса пространственных объектов или набора классов объектов.
Следующие геометрические свойства помогают определить координатное разрешение и обрабатываемый допуск, используемые в различных процессах пространственной обработки и геометрических операциях.
Разрешение x,y
X,y разрешение определяет число десятичных знаков или значащих разрядов, используемых для хранения координат объектов (и x, и y). Разрешение можно сравнить с очень мелкой ячейкой сетки, к которой привязаны все координаты. Значения координат хранятся и обрабатываются в ArcGIS как целые числа. Соответственно, иногда эта сетка грида называется целочисленной сеткой или координатной сеткой
Разрешение определяет расстояние между ячейками в координатной сетке, которой соответствуют все координаты. X,y разрешение выражается в единицах данных (зависят от координатной системы), например в футах, метрах UTM, или метрах проекции Альберса.
По умолчанию разрешение x,y в классах объектов составляет 0.0001 м или эквивалент этого значения в единицах системы координат набора данных. Например, если класс пространственных объектов использует футы (проекция State Plane), значение по умолчанию составит 0.0003281 фута (0.003937 дюйма). Если координаты даны в градусах широты-долготы, разрешение x,y будет 0,000000001 градуса.
На рисунке ниже показан общий вид координатной сетки, где все значения координат замыкаются на эту сетку грида. Решетка покрывает экстент каждого набора данных. Мелкий размер этих ячеек (расстояние между линиями сетки) определяется x,y разрешением, которое достаточно мало.
 |
Если необходимо, вы можете заменить значение x,y разрешения по умолчанию и установить другое для каждого класса пространственных объектов или набора классов объектов. Установка меньшего значения x,y разрешения может потенциально увеличить объём хранимых данных и время обработки наборов данных, по сравнению с большими значениями x,y разрешения.
X, Y допуск
Когда вы создаете класс пространственных объектов, необходимо задать допуск x,y. Допуск x,y используется, чтобы установить минимальное расстояние между координатами при таких операциях кластеризации, как проверка топологии, создание буферных зон или наложение полигонов, а также при некоторых операциях редактирования.
Х,y допуск влияет на операции обработки объекта, так как определяет минимальное расстояние, разделяющее все координаты объекта (узлы и вершины) в течение тех действий. В процессе данного определения, также определяется расстояние, на которое координата может перемещаться по оси x или y (или по обеим осям) в течение операций кластеризации.
 |
Обычно, менее точная координата перемещается к расположению более точной координаты, или новое положение считается как взвешенное среднее расстояние между координатами в кластере. В этих случаях средневзвешенное расстояние основывается на рангах точности кластеризованных координат.
Более подробная информация о задании рангов точности для классов объектов находится в разделе Топология в ArcGIS.
Процесс кластеризации работает путем перемещения по карте и идентификации кластеров координат, попадающих в пределы допуска x,y друг от друга. ArcGIS использует этот алгоритм для обнаружения, приведения в порядок, и управления общей геометрией объектов. Это означает, что координаты считаются совпадающими (и замыкаются к общему местоположению координат). Это основа многих принципов работы и операций ГИС. Примеры находятся в разделе Обзор топологии в ArcGIS.
X,y допуск по умолчанию равен 0,001 метрам или эквивалентному расстоянию в единицах измерения реального мира набора данных (т.е., 0,001 метра на земле). Например, если у вас система координат в футах, допуск x,y по умолчанию будет 0,003281 фута (0,03937 дюйма).
 |
Важно отметить, что X,Y допуск не предназначен для генерализации геометрических форм. Взамен этому, он предназначен для объединения работы линии и границ в течение топологических операций. Это означает объединение координат, которые попадают в пределы очень маленьких расстояний друг от друга. Поскольку координаты могут передвигаться как по оси x, так и по оси y, равно как и x,y допуск, много потенциальных проблем могут быть решены обработкой наборов данных командами, использующими x,y допуск. Сюда относится перемещение при очень небольших несовпадениях, автоматическое удаление двойных сегментов и уточнение координат вдоль линий границ.
Ниже приведены некоторые полезные замечания:
Хранение класса объектов
Каждый класс пространственных объектов хранится в отдельной таблице. Столбец shape в каждой строке используется для хранения геометрии или формы каждого объекта.
 |
В таблице класса пространственных объектов:
При создании класса линейных объектов в базе геоданных в класс пространственных объектов автоматически добавляется дополнительное поле для записи значений длины линии. При создании класса полигональных объектов в базе геоданных в класс пространственных объектов автоматически добавляется два дополнительных поля для записи значений длины (периметра) и площади всех полигональных объектов. Единицы измерения для этих значений зависят от пространственной привязки, определенной для класса пространственных объектов. Имена этих полей варьируются в зависимости от базы данных и используемого пространственного типа. Эти поля являются обязательными и не могут быть изменены.
Расширение классов пространственных объектов
Содержит совокупность пространственно связанных классов объектов, или используется для построения топологии, сетей, наборов кадастровых данных и наборов данных terrain.
Управлять набором атрибутивных подклассов пространственных объектов в одном классе пространственных объектов. Обычно применяется к таблицам классов пространственных объектов для управления поведением подтипов тех же типов объектов.
Установить список допустимых значений или диапазон допустимых значений для атрибутивных полей. Использовать домены для вспомогательного обеспечения целостности атрибутивных значений. Домены часто используются для классификации данных (класс дорог, коды зон, классификаторы использования земель).
Построить отношения между двумя таблицами с использованием общего ключа. Найти связанные записи во вторичной таблице, основываясь на записях, выбранных в основной таблице, и т.д.
Моделировать способ совместного использования геометрии. Например, соседние округа имеют общую границу. Также, полигоны округов располагаются внутри стран, которые их полностью содержат.
Моделировать сети коммуникаций и трассировку.
Для интеграции и поддержания геодезической информации для подразделений и планов земельных участков как части непрерывного набора данных модели cadastral в базе геоданных. Также, для постепенного повышения точности набора данных участков при вводе новых планов и описаний.
Разместить события вдоль линейных объектов с измерениями.
Управлять многократно использующимися картографическими представлениями и продвинутыми картографическими правилами рисования.
Управлять рядом ключевых технологических процессов ГИС управления данными, например длинными транзакциями на обновление данных, историческими архивами и многопользовательским редактированием. Требуется использование баз геоданных ArcSDE.