CURS1

DEFINIREA CONCEPTULUI ŞI ISTORICUL SISTEMELOR INFORMAŢIONALE

În sens restrâns, GIS a fost definit ca “un model care încorporează tipuri de date raster, vector, text sau combinaţii provenind din surse diferite, corespunzător cu nivelul tehnologic la care s-a ajuns”.

În sens larg, GIS a fost definit ca "o mulţime puternică de instrumente pentru colectarea, memorarea, regăsirea, transformarea şi afişarea datelor spaţiale din lumea realã conform unui scop particular".

„Un sistem pentru capturarea, memorarea, verificarea, analizarea şi afişarea datelor care sunt referite spaţial”

„GIS este în acelaşi timp telescopul, microscopul, calculatorul şi copiatorul analizei şi sintezei regionale a datelor spaţiale”

„GIS este un pachet integrat pentru introducerea, memorarea, analiza şi scoaterea datelor spaţiale ... cea mai semnificativã fiind analiza”

„GIS este un sistem automat pentru capturarea, memorarea, regãsirea, analiza şi afişarea datelor spaţiale”

„Un sistem informatic care este proiectat sã lucreze cu date referite prin coordonate spaţiale sau geografice. Cu alte cuvinte, un GIS este atât sistemul de baze de date cu capacităţile specifice pentru datele referite spaţial, precum şi un set de operaţii de lucru cu datele”

„... un grup de proceduri care furnizează date de intrare, permite memorare şi regăsire, analizã spaţialã atât pentru datele spaţiale cât şi pentru cele alfanumerice (de tip atribut) pentru a se constitui ca suport pentru activitatea de luare a deciziei la nivel de organizaţie”

“Geographical Information System” sau Science dă următoarea definiţie: „O colecţie organizată de hardware, software, date geografice şi personal, destinatã capturării eficiente, memorării, actualizării, manipulării, analizei şi afişării tuturor formelor de informaţie referită geografic sau ştiinţa de a include aceastã funcţionalitate într -un sistem oarecare”.

Ideea de reprezentare în cadrul unor hărţi diferite straturi tematice şi fenomene geografice, a existat cu mult înainte de apariţia calculatorului. Un exemplu îl reprezintă harta bătăliei de la Yorktown (toamna anului 1781), creaţie a cartografului francez Louis-Alexandre Berthier, care redă foarte sugestiv traseele trupelor pe câmpul de bătălie.

Fig. 1.1 Louis-Alexandre Berthier şi harta bătăliei de la Yorktown

În anul 1819, francezul Pierre Charles Dupin a întocmit prima hartă pentru

redarea prin tente de umbrire a suprafeţelor, ce redă distribuţia şi intensitatea analfabetismului în Franţa, aceasta reprezentând una dintre primele hărţi statistice moderne.

Fig. 1.2 Pierre Charles Dupin şi harta statistică privind distribuţia

analfabetismului în Franţa Un studiu din istoria sistemelor geografice arată că una din primele lucrări ce

poate fi considerată ca analiză spaţială a datelor este opera unui medic londonez. În timpul epidemiei de holeră din Londra din secolul al XIX-lea medicul şi-a dat seama că propagarea bolii este strâns legată de apa fântânilor. Dar nu a reuşit să convingă conducerea oraşului. Atunci i-a venit ideea de a reprezenta pe harta oraşului fântânile şi locuinţele cu persoane îmbolnăvite. Rezultatul a fost surprinzător. Fântânile considerate a fi infestate au fost înconjurate de 80% din cazurile de îmbolnăviri. Conducerea oraşului a luat imediat măsuri de închidere a fântânilor semnalate, propagarea bolii s-a oprit.

Fig. 1.3 John Snow şi harta centrului Londrei privind locaţiile surselor de holeră

După etapele „aproximărilor dimensionale, geometrizării geografiei” şi „aplicării

metodelor statistice în geografie”, anii 1960 marchează debutul etapei informatizării cartografiei. Această etapă se identifică cu debutul GIS, ea fiind condiţionată de perfecţionarea rapidă a calculatoarelor.

În prima fază (1960 –1980), tehnologia GIS a fost creată ca un instrument capabil să stocheze, organizeze şi să determine extinderea datelor existente. Pentru acest lucru a fost implementată şi definită o structură compusă din date primare (puncte, linii, suprafeţe, rastere) şi funcţii pentru importul, editarea, recuperarea, actualizarea, interogarea datelor.

În cea de-a doua fază (1980 – 1990), Sistemele Informaţionale Geografice au fost îndreptate să evolueze spre analiză. În această fază au fost implementate funcţii şi “interfeţe grafice prietenoase” pentru a uşura interacţiunea cu utilizatorii. Utilizatorii au posibilitatea să sorteze, selecteze, extragă, reclasifice şi să reproiecteze datele după diferite criterii geografice, topologice, statistice.

Cea de-a treia fază îşi face simţită prezenţa spre sfârşitul anilor 1990, când Sistemele Informaţionale Geografice intră într-o nouă eră. În această etapă, GIS-ul încearcă să devină un instrument de decizie şi manipulare a informaţiei. Începând cu anii 2000, GIS se îndreaptă către Web, devenind tot mai popular.

Fig. 1.4 Evoluţia Sistemelor Informaţionale Geografice (după ESRI)

Sistemele informatice în cadastru sunt o colecţie organizată compusă din hardware, software, date geografice şi personal, destinată achiziţiei, stocării, actualizării, prelucrării, analizei şi afişării informaţiilor geografice in conformitate cu specificaţii ale unui domeniu aplicativ.

Din definiţie rezultă următoarele consecinte: 1. O abordare a sistemelor informatice implică in mod necesar tratarea unitară intr-o

bază de date unică şi neredundantă a componentelor grafice, cartografice, topologice şi tabelare. Deşi au un rol important in cadrul sistemelor informatice, elementele de grafică pe calculator reprezintă numai una dintre modalităţile de consultare sau raportare a conţinutului unei baze de date spaţiale. Baza de date permite o gamă diversă de alte tipuri de explorare ce necesită in special capacitate de tratare şi de prelucrare pe criterii geografice şi analitice.

2. Un sisteme informatic include o colecţie de operatori spaţiali care acţionează asupra unei baze de date spaţiale pentru a referi geografic o mare varietate de informaţii reale. Un model de date pentru sistemele informatice este complex pentru că trebuie să reprezinte şi să interconecteze atat date grafice (hărţi) cat şi date tabelare (atribute). In plus, chiar prin natura sa, un sisteme informatic complex este utilizat pentru a simula situaţii şi evenimente reale extrem de complicate.

Intr-o altă variantă, definitia de mai sus poate fi formulată astfel: sistemele

informatice sunt o tehnologie care utilizează baze de date referite spaţial (prin coordonate), un sistem de tratare adecvată a acestora, echipamente specifice pentru introducerea, stocarea, actualizarea şi afişarea datelor spaţiale, precum şi un personal specializat.

Prin date geografice se inţelege ansamblul format din date spaţiale (coordonate) şi date descriptive (atribute) asociate obiectelor/fenomenelor geografice (străzi, parcele, accidente). O bază de date geografice este o colecţie de date geografice organizate pentru a facilita stocarea, interogarea, actualizarea şi afişarea de către o mulţime de utilizatori in mod eficient. Datele spaţiale utilizate in sistemele informatice se pot clasifica după: a) precizie, b) documentele primare utilizate, c) ciclul de actualizare.

Un sistem informatic trebuie să includă facilităţi pentru a răspunde următoarelor 5

intrebări generice: 1. LOCALIZARE: "Ce se află la ... ?" Această intrebare urmăreşte identificarea obiectelor/fenomenelor amplasate la o anumită poziţie geografică specificată prin denumire, adresă poştală, sau coordonate geografice. 2. CONDIŢIE: "Unde se află ... ?" Această intrebare urmăreşte aflarea poziţiei exacte a unui obiect/fenomen sau a unui ansamblu de cerinţe specificate (de exemplu: zonă despădurită de minimum 2000 m.p. cu sol propice construcţiei de clădiri, situată la cel mult 100 m de o şosea). 3. TENDINŢE: "Ce s-a modificat de cand ... ?" Această intrebare urmăreşte evidenţierea modificărilor survenite intr-o zonă geografică de-a lungul unei perioade de timp.

4. PARTICULARITĂŢI: "Ce particularităţi se manifestă in zona ... ?" Această intrebare presupune o analiză complexă căutand corelaţii de tipul cauză-efect (de exemplu: este cancerul cauza majoră a morţii pentru rezidenţii din preajma unei centrale nucleare?) sau anomalii apărute la un moment dat intr-o zonă cu caracteristici cunoscute. 5. MODELARE: "Ce s-ar intampla dacă ... ?" Această intrebare presupune o analiză complexă urmărind anticiparea impactului unui eveniment (adăugarea/ eliminarea/ transformarea unui obiect/fenomen) asupra mediului inconjurător (de exemplu: ce se poate intampla dacă se construieşte un nou drum, depozit de deşeuri, ş.a.? sau dacă o substanţă toxică pătrunde accidental in staţia de pompare a apei potabile?)

CURS 2 FUNDAMENTAREA ŞI APLICABILITATEA

SISTEMELOR INFORMAŢIONALE

Sistemele Informaţionale, au ca principală caracteristică tratarea informaţiei ţinând cont de localizarea sau amplasarea ei spaţială sau geografică în teritoriu prin coordonate. Sistemele Informaţionale au apărut din necesitatea de a facilita operaţii complexe de analiză şi statistică pentru care sistemele existente tip CAD sau Baze de Date nu ofereau nici o posibilitate ori necesitau un mare consum de timp sau proceduri foarte anevoioase.

Facilitând prelucrarea şi analiza datelor spaţiale atât convenţionale cât şi de teledetecţie, integrate în baze de date complexe, eterogene, astăzi Sistemele Informaţionale constituie cea mai bună soluţie prin care se pot rezolva raţional, inteligent şi eficient problemele tot mai dificile legate de utilizarea resurselor de diferite tipuri.

Aplicabilitatea Sistemele Informaţionale este practic nelimitată căci marea majoritate a activităţilor umane au drept trăsătură importantă localizarea acestora în spaţiu. In mod natural, un astfel de sistem este utilizat pentru producerea de planuri şi hărti, gestionarea reţelelor de utilitate publică (apa şi canalizare, termoficare, electrice, telefonice, gaze, drumuri, căi ferate, linii de transport urban etc.), identificarea amplasamentului optim pentru o investiţie, studiul impactului unui obiectiv (centrală nucleară, aeroport, rafinărie) asupra mediului ambiant, etc.

Sistemele Informaţionale integrează baze de date distribuite şi facilităţi de suport a deciziilor, poate fi un ajutor fundamental în managementul oricărei organizaţii complexe, cu sarcini multiple, interdependente.

Din toate acestea se poate deduce că: informaţii de calitate înseamnă decizii de calitate.

1. Ştiinţe care fundamentează Sistemele Informaţionale Geografice

Proiectarea şi exploatarea unui Sisteme Informaţional în diferite faze, presupune

participarea, în proporţii diferite, a unui număr mare de discipline importante, între care merită menţionate:

a. Geografia, are o lungã tradiţie în analiza spaţialã şi oferă un spectru larg de aplicaţii. b. Cartografia: furnizează principala sursă de intrare pentru datele geografice sub formă de hărţi; cartografia digitală deţine metode de reprezentare digitală şi de manipulare a

caracteristicilor geografice precum şi metodele de vizualizare. c. Teledetecţia: deţine tehnici de achiziţie, procesare şi corecţie a imaginilor aeriene şi satelitare;

analiza de imagini conţine funcţii sofisticate; imaginile sub formă digitală sunt o sursă importantă pentru constituirea bazei de

date spaţiale; interpretarea imaginilor luate prin teledetecţie poate fi asociată cu alte date (hărţi

tematice) din GIS.

d. Topografia, Geodezia Se determină forma și dimensiunile Pământului; oferă metode pentru determinarea prin obervaţii și măsurători a poziţiei exacte a

punctelor, figurilor și ariilor unor porţiuni din suprafaţa terestră; furnizează metode de controlul al poziţiei cu un rol important pentru integrarea

spaţială a datelor. Asigură modalităţi de transcalcul a coordonatelor pentru diferite datumuri e. Statistica: furnizează soluţii importante pentru determinarea erorilor în datele geografice; majoritatea modelelor construite cu GIS sunt de natură statistică; multe tehnici statistice sunt folosite pentru analizã. f. Informatica: furnizează hard-ul şi soft-ul necesar proiectării şi exploatării Sistemelor Informatice; oferă proceduri avansate de grafică, utilizându-se limbaje de programare, pentru

reprezentarea internă, manipulare, prelucrare şi afişare a datelor geografice; SGBD (Sisteme de Gestiune a Bazelor de Date) conţine proceduri şi funcţii pentru

proiectarea, manipularea şi reprezentarea unui volum mare de date; CAD (Computing Aided Design - Proiectarea asistatã de calculator) furnizează

proceduri de intrare/afişare atât în 2D cât şi în 3D; tehnicile de inteligenţă artificială pot emula inteligenţa umană constituind un factor

decizional în diferite situaţii. g. Matematica: multe ramuri ale matematicii se folosesc pentru proiectarea GIS precum şi pentru

analiza datelor geografice; geometria computaţionalã se utilizează în grafică; logica bivalentă este folosită în realizarea operaţiilor pe hărţi (de exemplu algebra

hărţilor); topologia şi teoria grafurilor se utilizează în modelele topologice vectoriale; teoria probabilităţilor şi mulţimile fuzzy oferă instrumentele de evaluare a mărimilor

cu un anumit grad de incertitudine; cercetările operaţionale pun la dispoziţie tehnici de optimizare în luarea deciziilor; modelarea şi simularea unor fenomene geografice sunt realizate prin intermediul

ecuaţiilor diferenţiale şi a proceselor stochastice. Unele din aceste ştiinţe au o pondere mai mare în proiectare, altele în exploatare. Este

greu să se facă o selectare precisă a acelor ramuri ale acestor ştiinţe, pentru a se putea determina ce fel de cunoştinţe sunt necesare unui anumit tip de utilizator. Se consideră că noţiunile de bază din disciplinele mai sus amintite sunt indispensabile în utilizarea corespunzătoare a unui Sistem Informatic.

2. Domenii de aplicabilitate ale Sistemelor Informaţionale

a. Cadastru. Inventarierea şi întreţinerea datelor spaţiale şi atribut a tuturor terenurilor. Odată realizat un sistem cadastral informatizat, întreţinerea datelor se face mult mai uşor iar obţinerea informaţiilor asupra terenurilor şi proprietarilor se

poate face imediat. Sistemele Informatice în Cadastru sunt cunoscute sub denumirea generică de Land Information System (LIS).

b. Transport. GIS-ul are un potenţial considerabil în gestiunea şi optimizarea transportului urban sau regional (trasee optime pentru autobuze, tramvaie, trenuri, la care se adaugã determinarea numărului optim de mijloace de transport pe anumite perioade de timp). Tot aici putem include alegerea traseelor optime pentru maşinile de intervenţie (pompieri, salvare, poliţie). In transportul maritim hărţile electronice (electronic chart) le înlocuiesc tot mai frecvent pe cele tradiţionale, iar orientarea navelor se face automat cu ajutorul unor echipamente specializate de poziţionare cunoscute sub numele de GPS (Global Positionning System - sistem de poziţionare globalã), acestea fiind direct legate de hărţile digitale.

c. Arheologie. Prelucrarea imaginilor obţinute cu ajutorul sateliţilor artificiali ai Pământului, permite, pe baza analizelor datelor obţinute prin teledetecţie, localizarea unor situri arheologice, nu odată în locuri sau zone nebănuite. De asemenea, cu ajutorul tehnologiei GIS se poate realiza captarea (introducerea), stocarea, integrarea, manipularea, analiza şi vizualizarea datelor de factură arheologică care au referinţă spaţială, precum şi reconstrucţia digitală a siturilor arheologice în toată complexitatea lor.

d. Demografie. Baze de date privitoare la populaţie (pe vârste, religii, profesii, învăţământ, sănătate, etc) asociate cu o hartă administrativă la nivel de localitate, produc diferite hărţi privitoare la distribuţia teritorială a unor variate tipuri de informaţii, rezultatul fiind o hartă orthoplet sau chromoplet.

e. Marketing. Având o hartă a unui oraş asociată cu o bază de date ce conţine recensăminte, plus localizările firmelor, se pot face studii referitoare la corelaţiile dintre clienţi şi ofertanţii de servicii. Se poate merge până la simularea amplasării unui magazin într-o anumitã zonã. Rezultatul este o hartă care prezintă modificarea clientelei magazinelor învecinate, sugerând deci oportunitatea amplasării sau nu a acelui magazin.

f. Geografie. Se pot realiza numeroase hărţi ce pot evidenţia diferite tipuri de evoluţi, stabilirea unor areale de răspândire a anumitor parametrii urmăriţi, factorii ce influenţează sau ar putea influenţa activităţile umane sau economice, dezvoltarea şi aşezarea durabilă, etc.

g. Utilităţi. Aplicaţiile din această categorie fac parte din domeniul cunoscut sub numele Automated Mapping and Facilities Management (AM/FM). Este vorba de gestiunea reţelelor de apă, gaz, electricitate, telecomunicaţii, etc. Aceste aplicaţii necesită hărţi foarte precise, iar modelele vectoriale domină acest domeniu. Tot aici mai putem include şi amplasarea staţiilor de emisie sau recepţie sistemul de telefonie celularã. La acest gen de aplicaţii, configuraţia terenului este extrem de importantă, modelele raster tinzând sã fie predominante în acest sector.

h. Mediu. Intr-o primă variantă, produsele GIS sunt folosite pentru inventarierea teritoriilor afectate de poluare (apă, sol, aşezări). La un nivel mai ridicat se pot face studii privitoare la procesele de eroziune, alunecări de teren, studii de impact, studiul calităţii apei, etc.

i. Urbanism, Sistematizare teritoriala, Amenajarea teritoriului. Consiliile locale sau judeţene pot beneficia de aportul adus de Sistemele Informatice în monitorizarea terenului, planuri de amenajare urbanistice, comunale, judeţene, regionale, interregionale. De asemenea cu ajutorul Sistemelor Informatice se pot: stabili amplasarii optime a noilor obiective (înzestrari edilitare, cartiere de locuinte, obiective industriale, obiective social-culturale, etc.), spatiu locativ, arondari pe diverse criterii, studii de urbanism, acordarea autorizaţiilor de constructie/demolare, inventarierea folosintei terenurilor, registrul populatiei, organizarea colectarii si depozitarii deseurilor menajere

j. Agricultură, pedologie şi silvicultură. Inventarierea solurilor însoţite de date atribut privitoare la tipul de sol, calitate, utilizare. Monitorizarea terenurilor agricole în vederea obţinerii de producţii maxime. Inventarierea pădurilor, a zonelor geografice protejate (rezervaţii, parcuri naţionale). Cadastrul silvic. Supravegherea starii de sanatate a padurilor. Studiul privitor la oportunitatea amplasării exploatărilor de cherestea şi a fabricilor de prelucrare a lemnului. Studii privitoare la conservarea patrimoniului forestier naţional. Proiectele GIS din acest domeniu sunt dublate de prelucrarea imaginilor luate prin teledetecţie.

k. Resurse naturale. În ultimii ani, se investeşte din ce în ce mai mult în proiecte care conduc la depistarea resurselor naturale (minereuri, petrol, gaz, apă) utilizând produse GIS. Această activitate este dublatã de prelucrarea imaginilor digita le sau aeriene. De fapt, acest domeniu a beneficiat din plin de programele de teledetecţie Skylab din anii '70, când s-au descoperit multe resurse naturale exploatate în momentul de faţã (petrol şi gaz în Marea Nordului, petrol în Marea Neagră, etc).

l. Aplicaţii speciale. Cartare topografică, hidrografică, aeronautică − cadastru militar − strategie militară − sprijin in operaţii de bază − navigaţie − tactică militară − control de frontieră − analiza terenului (vizibilităţi, accesibilităţi, coridoare de trecere, pante, etc.) − informaţii, contra-informaţii.

m. Politică. Studii diverse (interacţiuni, zone de influenţă, etc.)

CURS 3 COMPONENTELE ŞI FUNCŢIILE SISTEMELOR INFORMAŢIONALE GEOGRAFICE.

SISTEME DE REPREZENTARE A DATELOR SPAŢIALE Sistemele Informaţionale Geografice sunt acele sisteme organizate pe baza

tehnicii informatice adică un ansamblu coerent constituit din echipamente de calcul (hardware), programe (software), informaţii, persoane, reguli şi metode de lucru care permite conceperea, definirea, construirea, actualizarea şi exploatarea de hărţi geotopografice asociate cu informaţii descriptive cu repartiţie teritorială.

Componente GIS Un GIS operaţional prezintă o serie de componente care se îmbină între ele pentru

a face ca sistemul să devină funcţional. Aceste componente sunt hotărâtoare pentru succesul GIS. Pentru a putea funcţiona, un GIS reuneşte 5 componente cheie: hardware, software, date geografice, personal, metode.

1. Componenta hardware înseamnă atât platforma de calcul cât şi echipamentele periferice pentru introducerea datelor şi pentru comunicarea (afişarea) rezultatelor. Această componentă constă din staţie grafică sau PC, a căror elemente principale sunt:

- CPU – Central Process Unit – procesorul ; - GPU – Graphic Process Unit – placa video; - Memoria RAM (Random Access Memory); - Dispozitive de stocare – HDD, CD-DVD-Writter şi/sau floppy-disc; - Dispozitive de I/O (input / output) – monitor, tastatura, mouse,

imprimantă, ploter, scanner, fax. 2. Componenta software trebuie să ofere o serie de funcţii de bază, cu aplicabilitate

generală şi în acelaşi timp să permită adaptarea sau extinderea la specificul oricărei aplicaţii; funcţiile oferite trebuie să permită atât analiza vectorială şi cartografierea automată, cât şi prelucrarea imaginilor şi modelarea spaţială (raster), laolaltă cu gestiunea bazelor de date şi acces multimedia.

Sistemul Informaţional Geografic pentru o aplicaţie particulară poate fi dezvoltat prin utilizarea unei game largi de software. În mod obişnuit, acestea se încadrează într-una dintre următoarele categorii: soft special proiectat pentru dezvoltarea GIS (cum ar fi MicroStation, ERDAS,

AutocadMAP, ArcINFO, ArcGIS, GeoMEDIA, MapInfo, Map SYS); soft pentru proiectare asistată de calculator CAD (Computer-aided design) (cum ar

fi ArchiCAD, AutoCAD, Maya, DataCAD, Nemetschek ALLPLAN, 3D Studio MAX, sau cartografiere asistată de calculator CAM (Computer Aided Mapping) (cum ar fi: CATIA, Solid CAM, Cimatron, Esprit, Space E, TopCAM, VisiCAM;

soft pentru baze de date SGBD (Sistemele de Gestiune a Bazelor de Date) (cum ar fi: ORACLE, MicrosoftACCES, FoxPRO, dBASE, COBOL) Datorită impactului pozitiv, produsele software GIS s-au dezvoltat foarte mult. Există

pe piaţă un număr foarte mare de produse, atât ale dezvoltatorilor consacraţi (ESRI, Intergraph, Autodesk, MapInfo, etc.) dar şi de tip Open source (Grass GIS, Quantum GIS, GVSIG, OpenJump, etc.).

3. Componenta date geografice este determinantă. Cea mai costisitoare şi longevivă componentă a unui GIS este baza de date geografice. Prin urmare, introducerea datelor este o operaţiune de o importanţă considerabilă. Introducerea datelor se poate face prin digitizare - scanare, prin măsurători în teren (staţii totale), prelucrarea imaginilor de teledetecţie, fotogrametrie digitală, conversie din alte formate.

Este foarte importantă cunoaşterea tipurilor de date cu care lucrează un GIS, cum sunt acestea stocate şi cum pot fi achiziţionate.

GIS dispune de un model specific de date pentru reprezentarea hărţilor. Există două tipuri principale de date referitoare la o hartă: datele spaţiale, care descriu locul şi forma obiectelor geografice, precum şi relaţiile lor spaţiale cu alte obiecte.

Datele spaţiale sunt reprezentate grafic prin următoarele elemente (numite primitive grafice):

- puncte, pentru obiecte geografice ca: puncte din reţeaua geodezo-topografică, stâlpi telefonici, puncte de transformare;

- linii, pentru obiecte geografice ca: drumuri, cursuri de ape, reţele de conducte, curbe de nivel;

- poligoane, pentru obiecte geografice ca: lacuri, hotare de teritorii administrative, parcele, clădiri.

Un punct reprezintă un obiect al hărţii ale cărui margini sau formă sunt prea mici pentru a fi reprezentate ca linie sau poligon, sau, poate reprezenta un obiect care nu are arie, cum ar fi punctul matematic materializat în cadrul bornei geodezice, un stâlp de curent, un artefact descoperit în săpătură, etc..

O linie (polilinie) este un set de coordonate ordonate, care, când sunt conectate reprezintă forma liniară a unui obiect al hărţii prea îngust pentru a fi afişat ca poligon, sau, poate fi un obiect care nu are lăţime, cum ar fi o linie de contur (graniţa unei ţări), o izohipsă, cursul unui râu în cadrul unei reprezentări la scară mică, traiectul unui zid în cazul siturilor clasice (roman, elen) sau medievale, etc.

Un poligon este o figură ale cărei margini închid o zonă omogenă, cum ar fi un lac, o parcelă, un teritoriu administrativ, o unitate de cercetare arheologică (suprafaţă magistrală, secţiune, casetă), delimitarea unui perimetru sau sector arheologic, etc.

Entităţile spaţiale sau datele geografice în cadrul unui GIS se reprezintă pe straturi sau teme.

Datele atribut reprezintă informaţii despre caracteristicile spaţiale ale datelor primare înregistrate. Deşi sunt numite date secundare, ele au un rol foarte important în completarea informaţiilor despre un punct, linie sau suprafaţă digitizată. Informaţia introdusă în computer în vederea prelucrării GIS prezintă două componente principale - atribute spaţiale şi descriptive.

Atributele spaţiale se pot reprezenta ca simboluri grafice, de exemplu, drumurile sunt desenate cu diferite grosimi de linii, modele, culori şi etichete pentru a reprezenta diferite tipuri; curbele de nivel sunt reprezentate cu linii mai groase de culoare maro închis – principale, respectiv cu linii mai subţiri de culoare maro deschis - secundare. În acest mod obiectele geografice pot fi afişate simultan cu datele descriptive asociate.

Atributele descriptive ale hărţii sunt memorate în baze de date clasice (tabelare) conţinând rânduri(înregistrări) şi coloane(câmpuri). Aceste baze de date sunt referite uzual

ca tabele de atribute ale obiectelor. Fiecare strat are o tabelă de atribute şi fiecărui obiect îi corespunde o înregistrare din tabela de atribute.

Alte tipuri de date necesare la reprezentarea hărţilor în GIS sunt datele raster şi vector, la care se vor face referiri în cele ce urmează.

4. Componenta personal. Tehnologia GIS ar avea o valoare limitată fără un personal specializat, bine instruit, care să administreze sistemul şi să dezvolte strategii pentru aplicarea ei la problemele lumii reale.

Personalul GIS cuprinde atât specialiştii care proiectează şi menţin sistemul, cât şi pe cei care îl utilizează ca instrument pentru rezolvarea problemelor din domeniul lor de activitate. Nivelul de specializare a personalului se regăseşte în “piramida activităţii GIS” propusă de Marble pentru a ilustra cerinţele ce se impun în domeniul instruirii GIS.

În ceea ce priveşte schema de organizare a unui proiect GIS este imperios necesară stabilirea unei echipe operative care să desfăşoare activităţi distincte în funcţie de cunoştinţe, aptitudini, personalităţi. În cadrul echipei se disting astfel directorul de proiect, analistul GIS, programatorul de aplicaţii, administratorul bazei de date, operatorul GIS, specialistul în elaborarea produsului final, administratorul de sistem, instructorul de GIS şi utilizatorul.

Stăpânirea unor cunoştiinţe de bazăîn domeniul utilizării calculatorului şi

cartografiei

Utilizarea obişnuită a tehnologieide bază GIS

Nivelul superiorAnaliza spaţială

Proiectareşi dezvoltareaplicaţii GIS

ProiectareGIS

Cercetare GIS şidezvoltare software

Fig. 1 Piramida lui Marble

5. Componenta metode Pentru a avea succes, sistemul informatic geografic,

trebuie să opereze în concordanţă cu un plan de afaceri şi un regulament bine conceput, care reprezintă modele şi practici de operare unice pentru fiecare organizaţie. Proiectarea unui GIS ca model al lumii reale pentru o aplicaţie particulară presupune metode de identificare şi conceptualizare a problemei ce trebuie rezolvată.

Maniera în care sunt introduse, stocate şi analizate datele în cadrul unui GIS trebuie să oglindească modul în care vor fi utilizate ulterior informaţiile în cadrul unei activităţi de cercetare sau în luarea unei decizii. Organizaţiile ce utilizează GIS-ul trebuie să stabilească cele mai potrivite proceduri, pentru a se asigura că datele sunt utilizate corect şi eficient şi pentru a menţine calitatea acestora.

Fig. 2 Componente GIS

Funcţiile GIS În linii mari, un GIS trebuie să îndeplinească următoarele funcţii:

- achiziţia datelor; - organizarea conceptuală şi logică a datelor; - proiectarea bazei de date; - integrarea datelor; - procesarea şi remedierea (ajustarea) datelor; - interogarea şi analiza datelor; - vizualizarea datelor.

Fig. 3 Schema principalelor funcţii GIS

CURS 4 SISTEME DE REPREZENTARE A DATELOR SPAŢIALE

În mod convenţional reprezentarea internă a unei hărţi se realizează în două

sisteme: sistemul vector şi sistemul raster. În sistemul vector harta este construită, în mare, din puncte şi linii, fiecare punct şi extremităţile liniilor fiind definite prin perechi de coordonate (x,y). Acestea pot forma arce, suprafeţe sau volume (în cazul în care se ataşează altitudinea H). În sistemul raster, imaginile sunt construite din celule denumite pixeli. Pixelul, sau unitatea de imagine, este cel mai mic element de pe o suprafaţă vizualizată, căruia i se poate atribui în mod independent o anume intensitate sau o culoare. Fiecărui pixel i se va atribui un număr (cod) care va fi asociat cu o culoare. Entităţile grafice sunt construite din mulţimi de pixeli, astfel un curs de râu va fi reprezentat de o succesiune de pixeli de aceeaşi valoare; o suprafaţă împădurită va fi identificată tot prin valoarea pixelilor care o conţin.

Ambele sisteme au avantaje şi dezavantaje. Principalul avantaj al sistemului vector faţă de cel raster este faptul că memorarea datelor este mai eficientă. În acest sistem doar coordonatele care descriu trăsăturile caracteristice ale imaginii trebuiesc codificate. Se foloseşte de regulă în realizarea hărţilor la scară mare. În sistemul raster fiecare pixel din imagine trebuie codificat. Diferenţa între capacitatea de memorare nu este semnificativă pentru desene mici, dar pentru cele mari ea devine foarte importantă.

Fig. 1 Sistemele vector şi raster

1. Sistemul de reprezentare vector

Sistemul vector se bazează pe cele cinci primitive grafice (punctul, arcul - linia ce

uneşte punctele), nodul (punct care marchează capetele unui arc sau care se găseşte la contactul dintre arce), poligonul (suprafaţă delimitată de arce), corpul (volum determinat de suprafeţe). Primitiva grafică este cel mai mic element reprezentabil grafic utilizat la crearea şi stocarea unei imagini vectoriale şi recunoscut ca atare de sistem.

PUNCTUL este unitatea elementară în geometrie, nu trebuie confundat cu celula din reprezentarea raster, deoarece el nu are nici suprafaţă nici dimensiune. El reprezintă o poziţionare în spaţiu cu 2 sau 3 dimensiuni. În figura 2 este prezentat modul de afişare al punctelor, precum şi modul de înregistrare - fiecare punct va fi înregistrat într-un fişier sub

formă de tabel care conţine două coloane. În prima coloană va apare un număr de identificare (care este unic), iar în a doua coloană coordonatele punctului în sistemul de referinţă ales.

Fig. 2 Afişarea şi înregistrarea punctelor în sistemul de reprezentare vector

ARCUL este o succesiune de joncţiuni (legături) între o succesiune de puncte fiind

vorba de o entitate dublă, el fiind format din una sau mai multe joncţiuni, acestea reunind două sau mai multe puncte. De cele mai multe ori joncţiunea este o dreaptă. Astfel, un arc este, în general, o linie frântă ce uneşte direct două puncte ale traseului. O linie frântă poate aproxima suficient de bine orice curbă prin micşorarea segmentelor. Un arc este orientat direct în sensul parcursului, de la punctul iniţial la cel final.

Ca şi în cazul punctelor, înregistrarea se va face sub formă tabelară. În prima coloană vom avea numărul de identificare, iar în coloana a doua vor fi trecute toate coordonatele segmentelor care formează arcul.

Fig. 3 Afişarea şi înregistrarea arcelor în sistemul de reprezentare vector

NODUL este definit ca o extremitate de arc şi nu trebuie confundat cu conceptul de

punct abordat mai sus. Un arc este obligatoriu mărginit de un nod de origine şi un nod destinaţie. Nodurile pot indica sensul de parcurgere al arcului. Astfel definit, fiecare nod este un vârf al unui graf, iar un graf este planar nu dacă se află în plan, ci dacă toate intersecţiile dintre arce formează noduri, de aceea trebuie făcute câteva lămuriri în acest sens. Grafurile sunt utilizate în special pentru vizualizarea sistemelor şi situaţiilor complexe. În general, se reprezintă componentele acestora prin puncte în plan, iar relaţiile (legăturile, dependenţele, influenţele, etc.) dintre componente prin arce de curbă cu extremităţile în punctele corespunzătoare.

Un graf reprezintă un triplet G = (X, A, f) în care X şi A sunt două mulţimi iar f este o funcţie, definită pe produsul vectorial al lui X cu el însuşi (X2 = X*X), care ia valori în

mulţimea părţilor mulţimii A, notată P(A). Mulţimea X se numeşte mulţimea nodurilor grafului şi elementele sale se numesc noduri (sau vârfuri) ale grafului, iar A reprezintă mulţimea relaţiilor (legăturilor) posibile între două noduri ale grafului.

Ca modalităţi de reprezentare ale unui graf distingem: 1. O reprezentare geometrică printr-un desen în plan, reprezentând fiecare nod printr-

un punct (cerculeţ) şi fiecare arc printr-un segment de curbă care are ca extremităţi nodurile arcului şi pe care este trecută o săgeată orientată de la nodul iniţial spre cel final.

Fig. 4 Reprezentarea geometrică a unui graf

2. O reprezentare sub formă de şiruri a tuturor nodurilor şi arcelor sale;

G = (X,U), unde X = {x1, x2, x3, x4, x5, x6} şi U = {(x1,x1), (x1,x2), (x1,x4), (x1,x5), (x2,x3), (x2,x4), (x2,x6), (x3,x1), (x3,x2), (x4,x5), (x5,x2), (x6,x4)}

3. O reprezentare a grafului dând pentru fiecare nod mulţimea nodurilor cu care formează arce în care el este pe prima poziţie.

4. O reprezentare geometrică prin corespondenţă în care nodurile sunt reprezentate de

două ori, în două şiruri paralele, de la fiecare nod din unul din şiruri plecând săgeţi spre nodurile cu care formează arce în care el este pe prima poziţie, de pe al doilea şir.

Fig. 5 Reprezentarea geometrică prin corespondenţă a unui graf

5. Reprezentări prin matrice pătratice booleene şi latine, de dimensiuni egale cu

numărul de noduri, în care o poziţie aij va fi 1, respectiv xixj dacă există arcul (xi,xj) şi 0 în caz contrar.

Fig. 6 Reprezentări prin matrice pătratice booleene şi latine ale unui graf

Revenind la problematica nodurilor, în figura 7 este schiţată o reprezentare

posibilă a unor arce în care s-au identificat nodurile. În această situaţie fişierul conţine în plus două coloane, care vor conţine nodul iniţial şi respectiv nodul final.

Fig. 7 Afişarea şi înregistrarea nodurilor în sistemul de reprezentare vector

POLIGONUL este delimitat de un parcurs de arce, acestea fiind conectate de

noduri definite într-un graf planar. Unui poligon îi este ataşat în mod obligatoriu un nod izolat, numit centroid. Acest nod permite construirea suprafeţelor în jurul lui, până la limitele formate de arcele întâlnite.

Fig. 8 Afişarea şi înregistrarea poligoanelor în sistemul de reprezentare vector

CORPURILE, ca şi primitive grafice, sunt tratate în cadrul unor anumite pachete de

programe care oferă posibilitatea de a lua în considerare, de a calcula şi de a reprezenta prisme sau volume simple. Ele aproximează cu o precizie suficientă volumele de pe hărţile reprezentate în trei dimensiuni (3D). Reprezentarea uzuală a unei suprafeţe în 3D se face prin diferite tehnici cum ar fi izohipse (curbe de nivel), TIN (triangulated irregular network), DEM (digital elevation model), DTM (digital terrain model), DSM (digital surface model), etc.

Fig. 9 Reprezentarea poligoanelor – TIN, curbe de nivel, model hipsometric

2. Sistemul de reprezentare raster

Sistemul raster generează un singur model numit model raster, sau model

matricial. Acesta este compus din celule mici de formă pătrată sau dreptunghiulară, având o suprafaţă de regulă egală cu rezoluţia sistemului. Însă nu întotdeauna pixelul este considerat ca unitatea de referinţă, ci celula convenţională, care este formată din mai mulţi pixeli. Acest lucru este relevant atunci când pe o hartă în sistem raster se face o scalare (adică se aplică un factor de multiplicare a imaginii) pe o porţiune din ea. Imaginea va fi constituită din pătrate, iar continuitatea se pierde. În prima sa formă, sau dacă vreţi în forma originală, pentru a satisface cerinţele de acurateţe, harta digitală raster va avea celula egală cu un pixel.

Modelul raster este simplu, el conţinând două entităţi: celula şi imaginea. Este important de ştiut că o celulă nu are decât o singură valoare şi că această valoare este aceeaşi pe toată suprafaţa celulei. Poziţia ei este definită prin număr de linie şi număr de coloană într-o singură imagine. În această entitate nu intră obiectele geografice, ele nu pot fi recunoscute decât după tema imaginii şi valoarea de atribut a fiecărei celule.

Fig. 10 Model de reprezentare raster

O imagine presupune una sau mai multe celule. Fiecare imagine este definită de

tema sa şi de un număr de imagine, iar teritoriul care conţine această imagine este definit de coordonate şi de extremităţi. Aceste caracteristici conţin şi unitatea de măsură şi atributul fiecărei celule. Spre deosebire de modelele vector în care originea este în stânga jos, aici originea este în stânga sus (0,0). În figura următoare avem o matrice de celule de 5 linii x 6 coloane. Aceasta se materializează printr-un fişier care va conţine numerele respective. Numărătoarea celulelor merge de la stânga la dreapta şi de sus în jos, iar numerele pot fi reprezentate intern prin bytes, numere întregi sau numere reale.

Fig. 11 Caracteristici ale modelului raster

De cele mai multe ori se foloseşte denumirea de imagine raster şi nu de hartă

raster, deoarece imaginile digitale sunt în format raster. De asemenea, o imagine satelitară digitală nu reprezintă o hartă, ci, pe baza imaginii, în urma prelucrării şi codificării ei cu ajutorul unui soft specializat va lua naştere o hartă digitală.

CURS 5 BAZE DE DATE TEXTUALE. COLECTII DE DATE

Prelucrarea datelor, indiferent că se realizează automat, sau manual, în cadrul

unui sistem informatic, presupune organizarea acestora în colecţii structurate după reguli şi metode specifice. Desigur, în cadrul unui sistem informatic colecţia de date trebuie să se găsească pe un suport accesibil calculatorului (de regulă, memorie magnetică), pe când în cadrul unui sistem informaţional, colecţia se va organiza în fişe, registre, dosare, hărţi, etc.

În general, o colecţie de date poate fi privită din două puncte de vedere distincte. Primul dintre acestea este punctul de vedere logic, care se referă la modul în care sunt grupate şi legate între ele diferitele elemente care compun colecţia. Al doilea punct de vedere este cel fizic, care se referă la organizarea elementelor colecţiei pe un anumit suport.

Dacă, de exemplu, ne-am referi la o colecţie de ilustrate, atunci punctul de vedere logic priveşte tematica (monumente, arhitectură, costume populare, peisaje, oameni celebri, floră, faună, sport, etc.), în timp ce punctul de vedere fizic ar privi modul de păstrare şi prezentare a colecţiei (albume, cutii, imagini scanate în fişiere grafice şi afişate pe ecran, etc.).

În cazul sistemelor informatice, din punct de vedere fizic, colecţiile de date sunt constituite din şiruri de cifre binare (biţi) stocate pe unul sau mai multe discuri magnetice, montate pe unul sau mai multe calculatoare. Pe aceste suporturi, fiecare dată se caracterizează printr-o anumită lungime, reprezentând zona de memorie ocupată, exprimată în octeţi (bytes) şi prin poziţia la care se găseşte (adresă). Din punct de vedere logic, aceleaşi date sunt organizate în variabile scalare, în tablouri cu una sau mai multe dimensiuni (array în Pascal), în structuri (record în Pascal, struct în C) grupate în fişiere, etc.

Elementele constitutive ale datei Orice dată reprezintă o anumită caracteristică a unei entităţi (obiect, fenomen,

proces, persoană, entitate geografică, etc.) din mediul înconjurător, modelate în cadrul unui sistem informatic.

Din punct de vedere al modului în care este tratată şi manipulată, o dată este constituită din trei elemente (Figura 4.1.): identificator. Este un nume simbolic atribuit caracteristicii pe care o reprezintă data

respectivă. Acest nume este stabilit conform unor reguli specifice limbajului utilizat pentru descrierea datelor din colecţie. De exemplu, în Pascal un identificator este un şir format dintr-un număr limitat de caractere alfanumerice, în care primul caracter trebuie să fie o literă: NumeStudent, nume_student, varsta, pacient, temp_corp, cota, x, distanta etc.;

valoare. Reprezintă o anumită instanţă atribuită identificatorului pentru a caracteriza o anumită entitate. Exemple de valori: Nadia Comăneci, 23, 231.56, fals, 20 IUL 1970, etc.;

atribute. Sunt proprietăţi ale datei, determinante pentru modul în care aceasta va fi tratată în procesul de prelucrare. Există mai multe atribute care se pot asocia oricărei date, principalele dintre acestea fiind:

• tipul datei, prin care se exprimă apartenenţa acesteia la o anumită clasă de valori pentru care sunt definite operaţii specifice (număr întreg, număr real, caracter, şir de caractere, valoare logică, dată calendaristică, etc.);

• lungimea datei, exprimată în octeţi (bytes), prin care se specifică cantitatea de memorie (de suport) ocupată de data respectivă;

• domeniul de valori, definit atunci când data poate lua valori dintr-o mulţime finită. În majoritatea cazurilor, domeniul este implicit tipului datei. De exemplu, în Turbo Pascal, tipul shortint acoperă domeniul -128…+127;

• valorile limită, stabilite atunci când data poate lua valori numai într-un anumit interval (vârsta unei persoane, temperatura corpului uman, altitudinea unui punct terestru, direcţia unghiulară citită la un teodolit, etc.);

• valoarea iniţială, stabilită atunci când o dată intră în prelucrare cu o valoare predefinită.

t emp_cor p 36,7

identificator

valoare

atribute

tip dată: real, lungime: 4 bytes,

valori extreme: 35,0...42,0

Fig. 4.1 Elementele datei

Structuri de date

Prelucrarea datelor aflate într-o colecţie presupune organizarea acesteia după anumite reguli.

Se numeşte structură de date o colecţie de date pentru care s-a definit un anumit mod de ordonare a elementelor componente. Relaţiei de ordine respective îi corespunde un mecanism specific de regăsire, identificare şi selecţie a fiecărei componente din colecţie.

O structură de date reprezintă o entitate independentă, identificabilă prin numele său. La rândul lor, componentele unei structuri pot fi regăsite sau identificate fie prin nume, fie prin poziţia pe care o ocupă în cadrul structurii.

Accesul la o componentă a structurii se numeşte direct, dacă identificarea elementului respectiv se face fără a fi necesară consultarea sau parcurgerea altor elemente. De exemplu, pentru specificarea unui element al unui tablou bidimensional (matrice) dintr-un program Pascal, este necesar să se precizeze numele acestuia (numele structurii) urmat de indicii (numere de ordine) liniei şi coloanei pe care se află elementul respectiv: sis_nor[i,j] Mecanismul de selecţie din acest exemplu nu implică în mod necesar parcurgerea altor elemente ale tabloului respectiv.

Dacă, dimpotrivă, localizarea unui element nu se poate face decât după parcurgerea mai multor componente, conform ordinii în care acestea au fost înregistrate pe suport,

atunci accesul se numeşte secvenţial. Exemple tipice pentru accesul secvenţial îl reprezintă structurile de date memorate pe benzi magnetice, la care, pentru a găsi o anumită componentă, este necesară parcurgerea tuturor celorlalte aflate pe bandă în faţa celei căutate.

Între elementele unei structuri de date se pot stabili mai multe relaţii de ordine, nu doar una singură. De exemplu, angajaţii unei instituţii ar putea fi grupaţi sau ordonaţi după profesie, după funcţie, după vârstă, după nivelul de salarizare, etc. Informaţiile necesare stabilirii noilor relaţii de ordine pot fi incluse în structură sub forma unor date suplimentare ataşate fiecărei componente a colecţiei, caz în care se spune că structura este explicită. De regulă, aceste informaţii suplimentare, necesare pentru explicitarea noilor relaţii de ordine, se materializează sub formă de adrese (pointeri) la alte componente din structură.

Operatii asupra structurilor de date

Asupra unei structuri de date se pot efectua diferite operaţii. Acestea pot implica atât structura în totalitatea ei, cât şi un element sau un grup de elemente din structură.

În general, structurile de date acceptă următoarele operaţii: Alocare. Este operaţia prin care unei structuri de date i se rezervă un anumit spaţiu

pe suportul de memorie (Figura 4.2.a). De regulă, alocarea implică atribuirea unui identificator (numele structurii) şi specificarea tipului componentelor;

Încărcare. Prin această operaţie se completează structura (colecţia de date) precizând valorile componentelor (Figura 4.2.b);

Consultare. Este accesul la componentele structurii în scopul preluării valorilor necesare în procesul de prelucrare (Figura 4.2.c);

c. Consultare a. Alocare b. Încărcare Fig. 4.2 Operaţii asupra structurilor de date

Actualizare. Prin actualizare se modifică forma structurii, cu ajutorul a trei operaţii

distincte (Figura 4.3.): • inserare sau adăugare, prin care se completează colecţia cu noi componente, • ştergere, prin care sunt eliminate componente ale colecţiei, • modificare, prin care unele dintre componentele colecţiei primesc noi valori

pentru o parte dintre date;

inser ar e:

modif icar e:

şt er ger e:

Fig. 4.3 Operaţii de actualizare a unei structuri de date.

Sortare. Constă în modificarea formei colecţiei prin aranjarea componentelor acesteia

într-o ordine diferită de cea existentă. Noua ordine este bazată pe anumite criterii aplicate valorilor elementelor colecţiei (ascendent, descendent, etc.).

Descompunere. Este separarea unei structuri de date în două sau mai multe structuri distincte. Structurile rezultate pot avea aceeaşi organizare ca şi structura din care provin, caz în care fiecare componentă a noilor structuri este caracterizată prin acelaşi set de atribute ca şi componentele structurii de origine, dar pot avea şi organizări diferite, caz în care fiecare componentă a noilor structuri este caracterizată prin numai o parte dintre atributele componentelor originare.

Fuziune. Prin această operaţie, complementară descompunerii, două sau mai multe structuri de date sunt combinate în una singură.

Copiere. Se realizează un duplicat al unei structuri de date, sub un alt nume sau pe un suport diferit.

Tipuri de structuri de date.

Fie D, o mulţime finită de date şi R, o relaţie binară de ordine definită pe D. Dacă elementele a şi b aparţin mulţimii D, iar perechea (a,b) aparţine relaţiei R, atunci se spune că „a precede pe b” sau „a este antecedentul (părintele) lui b”, respectiv „b succede lui a” sau „b este descendentul (fiul) lui a”. Structuri liniare

Mulţimea D reprezintă o structură liniară dacă sunt îndeplinite următoarele condiţii (figura 4.4):

există un singur element, numit primul, care nu are predecesori şi are un singur succesor imediat,

există un singur element, numit ultimul, care nu are succesori şi are un singur predecesor imediat,

cu excepţia elementelor terminale (primul şi ultimul), toate celelalte au un singur predecesor imediat („părinte”) şi un sigur succesor imediat („urmaş”).

ultimul element

primul element

Fig. 4.4 Structură liniară.

Ca exemplu de structură liniară poate fi dat un tablou unidimensional declarat într-un program. De exemplu, în Pascal, tabloul lista_stud declarat mai jos reprezintă o structură liniară.

var lista_stud : array[1..120] of string[39];

Structuri arborescente Mulţimea D reprezintă o structură arborescentă sau ierarhică dacă sunt îndeplinite

condiţiile următoare: există un singur element, numit rădăcină, care nu are nici un predecesor; există mai multe elemente terminale, numite frunze, care nu au nici un succesor; toate elementele structurii, cu excepţia frunzelor, au cel puţin un succesor imediat; toate elementele structurii, cu excepţia rădăcinii, au un singur predecesor imediat. O structură arborescentă se reprezintă grafic sub o formă similară celei din figura 4.5.

Aşa cum se poate observa, structura apare sub forma unui arbore „răsturnat” (cu rădăcina în sus), similar unui arbore genealogic (care reprezintă descendenţii – succesorii – unei anumite persoane sau familii).

O structură arborescentă se realizează pe baza unei scheme prin care este definită succesiunea elementelor componente începând de la rădăcină.

rădăcină

nivel 0

nivel 1

nivel 2

nivel 3

nivel n Fig. 4.5 Structură arborescentă

Structura de tip retea

Structura de tip reţea este similară celei arborescente, cu diferenţa că un element oarecare, cu excepţia rădăcinii, poate avea mai mulţi predecesori („părinţi”). De exemplu, în evidenţa cursurilor din programele analitice şi a cadrelor didactice care le predau în cadrul unei universităţi, pot apare situaţii în care un profesor predă la mai multe facultăţi, sau în care un acelaşi curs este susţinut de două cadre didactice. O structură de tip reţea se prezintă grafic sub forma din figura 4.6.

rădăcină

Fig. 4.6 Structură de tip reţea

Structuri relationale

Structurile relaţionale sunt structuri liniare la care datele sunt organizate în cadrul unor tablouri bidimensionale (linii şi coloane). Aceste structuri sunt intens utilizate datorită flexibilităţii şi gradului înalt de securitate pe care le oferă în comparaţie cu structurile arborescente, chiar dacă au dezavantajul unui timp de acces, de regulă, mai lung.

Modelul relaţional a fost propus de E. Codd în 1970. Prin model datele utilizatorului sunt reprezentate şi manipulate în mod abstract. Modelul de asemenea presupune tehnici ce ajută administratorul de a detecta şi corecta posibilele probleme de proiectare ce pot apărea o dată cu pregătirea datelor pentru implementare într-un SGBD concret.

Orice model de date, conform unei sugestii a lui Codd, trebuie să se bazeze pe trei componente: structurile de date, constrângerile de integritate şi operatorii de manipulare a datelor.

Structurile de date. Structurile sunt definite de un limbaj de definire a datelor (data definition language). Datele în modelul relaţional sunt structurate în relaţii bidimensionale. Elementele principale ale structurii relaţionale sunt relaţiile, tuplurile, atributele, domeniile.

Constrângerile de integritate. Prin integritatea datelor se subînţelege că datele rămân stabile, în siguranţă şi corecte. Integritatea în modelul relaţional este menţinută de constrângeri interne care nu sunt cunoscute utilizatorului.

Manipularea datelor. Relaţiile pot fi manipulate utilizând un limbaj de manipulare a datelor (data manipulation language). În modelul relaţional, limbajul foloseşte operatorii relaţionali bazaţi pe conceptul algebrei relaţionale. În afară de aceasta, există limbaje echivalente algebrei relaţionale, cum ar fi calculul relaţional.