Transcript Topológia
DIPLOMOVÝ SEMINÁŘ PODSTATA A VÝZNAM TOPOLOGIE PŘI TVORBĚ DIGITÁLNÍCH MAP VYHOTOVIL: JÁN CHOMJAK FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV GEODÉZIE TOPOLÓGIA topos – miesto, logos – veda štúdium vlastností útvarov, ktoré sa nemenia pri obojstranne spojitých transformáciach (nezáleží na metrike) Streit, 1997: GIS je na počítačoch založený informačný systém pre získavanie, obhospodarovanie, analýzu, modelovanie a vizualizáciu geoinformacíi. Geodáta, ktoré využíva, popisujú geometriu, topológiu, tematiku (atribúty) a dynamiku geo-objektu. pojem geodáta môžeme chápať ako súbor geoobjektov pre termín geoobjekt (časť modelovanej reality) sú potom významné dva pojmy: geometria - priestorový popis objektu - jeho polohy, tvaru a veľkosti (pri geometrickom popise vzťahov 2 objektov popisujeme napr. ich vzdialenosť) topológia - neobsahuje žiadny priestorový popis, ale výhradne logické väzby medzi objektmi (napr. susedenie dvoch parciel) matematický a geografický prístup k topológii MATEMATICKÁ TOPOLÓGIA je založená na teórii množín a zaoberá sa všeobecnými priestormi a vzájomnou polohou prvkov v nich definuje topologický priestor, okolie bodu, vnútorný, vonkajší, hraničný bod a uzáver množiny vlastnosti množín topologického priestoru v oblasti geografických objektov: súvislosť kompaktnosť oddeliteľnosť pokrytie MATEMATICKÁ TOPOLÓGIA Požiadavky na uloženie geografických objektov do geo-databáze z hľadiska zachovania topológie reálny topologický priestor: (X, τx) digitálny topologický priestor: (Y, τY) Homeomorfizmus zobrazenie f: X–>Y z (X, τx) do (Y, τY) 3 podmienky: f je bijekcia f je spojité zobrazenie f-1: Y–>X je taktiež spojité zobrazenie HOMEOMORFIZMUS Por. č. Požiadavka dôsledok 1 každý obraz má aspoň jeden vzor f je surjekcia 2 jeden obraz nemôže mať dva rôzne vzory f je injekcia 3 musí platiť 1. a 2. súčasne (t.j. vzťah musí byť jednoznačný) f je bijekcia 4 malý posun vzoru vyvolá malý posun obrazu f je spojité zobrazenie 5 existuje opačný vzťah k vzťahu f: X–>Y s vlastnosťou 3 existuje zobrazenie f-1 , inverzné k f GEOGRAFICKÁ TOPOLÓGIA štandard DIGEST Exchange Standard) cieľom je zjednotenie fyzických i logických formátov digitálnych geografických informácii konštrukty pre popis topológie v DIGEST: topologické entity a atribúty topologické koncepty topologické úrovne (Digital Geographic Information GEOGRAFICKÁ TOPOLÓGIA Topologické entity a atribúty DIGEST uzol (Node) – bod na Zemi, lokalita, počiatok alebo koniec hrany, izolovaný bod exustuje iba v stene hrana (Edge) – línia spajajúca 2 body o známych súradniciach, súčasť línie zloženej v procese digitalizácie, izolovaná hrana existuje iba v stene stena (Face) – je najväčší uzatvorený areál v rámci hrán, reprezentovaný celou alebo časťou plochy, každá stena je ohraničená niekoľkými hranami a môže obsahovať niekoľko izolovaných bodov, stena môže byť ohraničená 1 jednoduchou kružnicou zložená entita – kružnica (Ring) – kružnica je prepojená množina hrán tvoriaca hranicu steny používa sa k definícii topologickej steny GEOGRAFICKÁ TOPOLÓGIA Topologické koncepty DIGEST nadväznosť – 2 línie sa napojujú v uzloch definícia plochy – línie, ktoré uzatvárajú plochu definujú polygón definícia susedenia – línie majú smer a nesú informáciu o objektoch vpravo a vľavo od nich GEOGRAFICKÁ TOPOLÓGIA Topologické úrovne DIGEST 0. „špagety“ (Spagetti) 1. zreťazené uzly (Chain Node) 2. rovinný graf (Planar Graf) 3. plná topológia (Full Topology) Každá topologická úroveň je definovaná: a) povinnými a nepovinnými topologickými elementami b) povinnými a nepovinnými topologickými vzťahmi c) topologickými pravidlami a obmedzeniami, ktoré sa týkajú existujúcej množiny elementov GEOGRAFICKÁ TOPOLÓGIA Topologická úroveň 0. – „špagety“ a) Topologické etnity – jednoduché prvky (uzly, hrany), neexistuje stena b) Topologické vzťahy – nie sú. Topologické prvky sú považované za navzájom nezávislé. Je možné vytvoriť prvky typu „areály“ špeciálnou tabuľkou. pravidlá – u hrán nie je definovaný počiatočný a koncový uzol. Hranica areálu je v tabuľke zadaná tak, že 1. súradnica je rovná poslednej súradnici. Je povolená duplicita súradníc bodov. c) Topologické GEOGRAFICKÁ TOPOLÓGIA Topologická úroveň 3. – plná topológia a) Topologické etnity – uzly, hrany, steny, kružnice b) Topologické vzťahy – povinné: počiatočný/koncový uzol, ľavá/pravá hrana, ľavá/pravá stena c) Topologické pravidlá – každá hrana musí mať počiatočný a koncový uzol, hranice stien sú tvorené hranami, 2 rôzne uzly nesmú mať rovnaké súradnice (duplicita je vylúčená), hrany sa môžu pretínať iba v počiatočnom a koncovom bode. VÝZNAM TOPOLÓGIE V GIS Dátový model – určuje ako sú dáta logicky usporiadané, zachytáva: geometriu, topólógiu a atribúty 2 prístupy k topológii: 1. Implicitný – generuje sa z geometrie 2. Explicitný – topológia je uložená v geodatabáze Spôsob uloženia priestorových dát v geodatábaze a) Vektorové dáta b) Rastrové dáta Spôsob manipulácie s dátovými sadami a) Vrstvový prístup – dáta danej témy sú integrované do spoločnej vrstvy b) Objektový prístup – každý objekt obsahuje údaje o geometrie, topológii, atribúty (tématiku) a metódy 1. VEKTOROVÁ REPREZENTÁCIA Topologický pohľad na vektorové objekty je určujúci pre spôsob ich uloženia v geodatabáze Vektorové dáta – sú definované základnými entitami a základnými typmi vektorových dátových modelov Základné geometrické entity: Bod, dimenzia=0 – súradnica v priestore, napojený/nenapojený, medziľahlý/koncový, topologickou reprezentáciou je uzol Línia, dimenzia=1 – postupnosť nadväzujúcich úsečiek napojujúcich sa v medziľahlých bodoch, topologický ekvivalent je hrana Reťazec línií, dimenzia=1 – každá línia sa vyskytuje v reťazci len 1x, okrem prvého a posledného uzlu sa všetky ostatné uzly vyskytujú práve v dvoch líniách, ak je prvý a posledný uzol totožný, tak reťazec je uzatvorený Plocha, dimenzia=2 – uzatvorená línia alebo uzatvorený reťazec línií Povrch, dimenzia=2,5 – je plocha, ktorá má v každom bode priradenú práve jednu tretiu súradnicu (výšku) Objem, dimenzia=3 – je trojrozmerné teleso Poznámka: Katastrálna mapa vo vektorovej podobe má topológiu: bod, línia, polygón 1. VEKTOROVÁ REPREZENTÁCIA Dátové modely priestorových objektov 1) Špagetový model – najjednoduchší, nulová topologická informácia, každý geografický objekt je jedným prvkom mapy a tvorí záznam v databázovej tabuľke 2) Základný topologický model (NAA) – Node-Arc-Area (uzol-oblúk/hrana-plocha) založený na topologických pravidlách 3) Vylepšený topologický model (okrídlená hrana) – každá štruktúra (bunka) reprezentuje jednu hranu modelu s informáciami o všetkých topologických entitách, ktoré sú s ňou spojené 4) Hierarchický vektorový model – ukladá uzly, línie a plochy do logickej hierarchickej štruktúry, z hľadiska DIGEST ide o úroveň 2 (planárny graf) 5) Hierarchický vektorový model ARC/INFO – založený na topologických vzťahoch (už zmienená spojitosť/nadväznosť, susedenie a definícia plochy), základným prvkom modelu je čiara-oblúk 6) Dátový model POLYVERT – základným prvkom v tomto modely je reťazec, model je chápaný ako postupnosť líniových segmentov, ktoré začínajú a končia v uzloch 1. VEKTOROVÁ REPREZENTÁCIA Špagetový model 2. RASTROVÁ REPREZENTÁCIA Základným prvkom je bunka Bunky sú organizované do tzv. mozaik Každá bunka má hodnotu skúmaného javu alebo vlastnosti v danej lokalite Topológia v rastri je jednoduchšia, pretože v podstate každej bunke dáva jej susedov Susedov potom môžeme ďalej deliť na: plných – dokonalí susedia, čo sú bunky majúce s bunkou buď rovnaký riadok alebo stĺpec, okrem buniek na okraji vrstvy má každá bunka 4 plných susedov Diagonálnych susedov, dotýkajúcich sa bunky iba rohom Topológia má za úlohu zjednodušiť niektoré analytické operácie ZDROJE Bartoněk, Dalibor. Územní informační systémy, studijní opora pro studijní programy s kombinovanou formou výuky, Brno: Vysoké učení technické, Fakulta stavební, 2009 Batoněk, Dalibor - prezentace přednášek pro předmět Územní informační systémy, 2012 Martin Hrubý, Geografické Informační Systémy (GIS), studijní opora, Brno: Vysoké učení technické, FIT, 2006 ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ