Пространственные элементы
Упражнение наших географических способностей начнем с рассмотрения типов объектов, с которыми нам предстоит иметь дело. Пространственные объекты реального мира можно разделить на легко идентифицируемые четыре типа: точки, линии, области и поверхности (Рисунок 2.1).- Вместе они 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, которые мы рассмотрим в Главе 3, поверхности же представляются чаще всего либо высотами точек, либо другими компьютерными средствами, которые мы рассмотрим в Главе 4. Сейчас же наиболее важно то, что в ГИС вся информация - явным образом пространственная. Феномены непространственные по своей природе (идеи, верования и др.) не могут непосредственно исследоваться в ГИС, если только им не присвоить некоторые представляющие их пространственные характеристики.
Процесс поиска пространственных представителей (spatial surrogates) сложен, и мы займемся им более детально несколько позднее. В настоящий момент мы ограничимся обсуждением более осязаемых форм географической информации.
Точечные объекты - это такие объекты, каждый из которых расположен только в одной точке пространства. По собственному опыту вы можете легко узнать такие объекты, как деревья, дома, перекрестки дорог, и многие другие.
О таких объектах говорят, что они дискретные (discrete), 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. Говорят, что у точки нулевое количество пространственных измерений. В действительности, конечно, все точечные объекты имеют некоторую пространственную протяженность, пусть самую малую, иначе мы просто не смогли бы их увидеть, Мы принимаем отсутствие длины и ширины так, что, например, при измерениях атмосферного давления, характеризуемых потенциально бесконечным числом точек, сами точки всегда занимают определенные местоположения без каких-либо перекрытий. Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, задает рамки, определяющие представление этих объектов как точек.
Например, если вы смотрите на дом с расстояния нескольких метров, сооружение выглядит внушительным и имеет существенные длину и ширину. Но это представление меняется, когда вы начинаете отдаляться: чем дальше, - тем меньше дом выглядит как площадной объект, тем больше — как точечный (Рисунок 2.2). Критерии выбора масштаба могут быть различными, если вы, например, собираетесь рассматривать расположение людей и мебели в доме, или если вас он интересует только в связи с другими домами, возможно с целым городом. В последнем случае дом может считаться точкой. Ваше наблюдение прошло через фильтр, в соответствии с тем, как вы хотите смотреть на объект.
Линейные объекты представляются как одномерные в нашем координатном пространстве. Такими "одномерными" объектами могут быть дороги, реки, границы, изгороди, любые другие объекты, которые существенно длинны и узки. Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, опять же, обусловливает порог, и при пересечении этого порога мы можем считать их не имеющими ширины. Как вы знаете, реки, дороги, изгороди все имеют два измерения при близком рассмотрении. Но чем дальше мы от них, тем более тонкими они становятся. Постепенно они становятся такими тонкими, что оказывается невозможным представить их себе, как что-то иное, нежели линейные объекты, становится невозможным измерить их ширину (Рисунок 2.2). 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. Несмотря на их неосязаемость, их можно, тем не менее, представлять как определенно пространственные, поскольку они разделяют две области географического пространства.
Рисунок 2.2. Влияние масштаба на размерность объектов. Дома, видимые с близкого расстояния, имеют длину и ширину, но когда мы удаляемся, их измерения исчезают, оставляя впечатление о них как о точках.
Для линейных объектов, в отличие от точечных, мы можем указать пространственный размер простым определением их длины. Кроме того, поскольку они не занимают единственное местоположение в пространстве, мы должны знать, по меньшей мере, две точки - начальную и конечную - для описания местоположения линейного объекта в пространстве. Чем сложнее линия, тем больше точек нам потребуется для указания точного ее расположения. Если мы возьмем в качестве примера линейного объекта реку, то описание всех поворотов и излучин потребует большого числа точек, поскольку может быть желательным изображать больше, чем только начальную и конечную точки реки. Опираясь не геометрию, мы также можем определить форму и ориентацию линейных объектов, чем займемся позднее.
Объекты, рассматриваемые с достаточно близкого расстояния, чтобы иметь и длину и ширину, называются областями или площадными объектами. Примеры областей, или "двухмерных" объектов, включают территории, занимаемые двором, городом или целым континентом. При определении положения некой 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, атеперь еще и величину площади, которую область занимает.
Рисунок 2.3. Непрерывные и дискретные поверхности. Заметьте, что изображение поверхности с помощью изолинии - не проявляется ее дискретный или непрерывный характер.
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 окружают нас повсюду.
Холмы, долины, гряды гор, скалы и множество других образований могут описываться указанием их местоположения, занимаемой площади, ориентации, и теперь, с добавлением третьего измерения, их высот.
Оказывается, что поверхности состоят из бесконечного числа точек со значениями высот. Мы говорим, что они непрерывны (continuous), поскольку эти точки распределены без разрывов, непрерывно, по всей поверхности (Рисунок 2.3). В действительности, поскольку высота трехмерного объекта меняется от точки к точке, мы также можем измерить 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.
Все эти феномены, будь то точечные, линейные, площадные или поверхностные, существуют в пространстве. И всем им может быть приписано определенное местоположение, в котором их можно обнаружить. Но как мы можем выразить важность кругового площадного объекта, расположенного в определенной области, занимающего 10 гектаров и ориентированного с севера на юг? Нам нужен способ классификации таких объектов, основанный на других наблюдаемых их свойствах и использующий терминологию, которую могут понимать другие люди.
