40
G I S 2013 - 2014
G I S
2013 - 2014
2
Introducere în GIS (Geographic Information Sistem)
sau SIG – Sisteme Informatice Geografice
GIS este termenul apărut în anii 60’ ca acronim din Geographic Information System
(Sistem Informaţional Geografic). El desemnează o “Colecţie organizată de echipamente şi
programe de calculator, date geografice şi personal având ca scop culegerea, stocarea,
actualizarea, manipularea, analiza şi vizualizarea tuturor formelor de date geografice referite
(localizate) spaţial (georeferenţiate).
Denumirea de GIS (Sistem Informatic Geografic) derivă din faptul că fiecare element din
baza de date se leagă de un anumit loc de pe suprafaţa Pământului. Acest sistem reprezintă
organizarea informatizată a cunoştinţelor noastre privind spaţiul în care trăim, în scopul
gestionării sau managementului corect al resurselor naturale şi a protecţiei mediului înconjurător.
În esenţă, GIS este un sistem de management al informaţiilor sau suport al sistemului decizional.
Scopul sistemelor informaţionale geografice este acela de a furniza metode şi instrumente,
ce se utilizează pentru transformarea informaţiilor spaţiale în hărţi. Acestea descriu sau
analizează problemele contextuale, ce se doresc a fi studiate. Această, relativ nouă ştiinţă,
include o serie de cunoştiințe interdisciplinare cum sunt: geografia fizică şi cartografia, pentru
care GIS–ul este considerat a reprezenta evoluţia acestora în epoca informţiei digitale;
informatica – în ceea ce priveşte folosirea database-ului, grafica digitală, etc.; geodezia – pentru
localizarea în spaţiu şi reprezentarea în formă plană a conţinutului analizat; statistica – pentru
analizele cantitative; sociologia – pentru analiza fenomenelor sociale şi demografice.
Privită la modul şi la împrejurările în care se utilizează noţiunea de GIS, trebuie făcute
unele precizări. În primul rând nu se foloseşte singular, anume Sistemul Informaţional Geografic,
ca fiind o singură entitate. Se creează astfel confuzie între un software GIS şi o aplicaţie realizată
de către acesta, deoarece aplicaţia realizată se referă la o bază de date geografică şi la prelucrările
specifice realizate asupra acestora într-un context precizat. În continuare vom face referire la un
produs GIS, când se face referire la un pachet de programe, cum ar fi de exemplu ArcView,
ArcGis, Intergraph, Grass, Map Info etc., şi proiect GIS, atunci când vorbim de o aplicație, ce se
realizează cu ajutorul produsului GIS.
Frecvent utilizate în cadrul sistemelor informaţionale geografice sunt şi termeni ca:
geomatică, care conform International GIS Dictionary (Mc Donnell, Kemp, 1995) este un termen
apărut în Canada pentru a descrie activităţile legate de mijloacele ce privesc introducerea şi
gestionarea datelor spaţiale din domeniul ştiinţific, administrativ şi tehnic, implicate în procesul
producţiei şi managementul informaţiei spaţiale, şi geoinformatică, termen ce nu apare în
dicţionarul mai sus menţionat, dar este frecvent utilzat în ţările anglo –saxone (geoinformatics),
având în esenţă acelaşi înţeles.
Primul Sistem Informatic Geografic, recunoscut ca atare, a fost elaborat în Canada, (1962)
şi s-a numit Canadian Geographical Information System. Iniţial a fost creat pentru inventarierea
suprafeţelor de pădure, după care domeniul s-a extins înspre celelalte resurse naturale. Doi ani
mai târziu, în SUA, s-a elaborat un sistem similar numit MIDAS care, s-a axat tot pe
inventarierea resurselor naturale. Datorită tehnicilor rudimentare şi a slabei "informatizări” a
societăţii, aceste sisteme nu s-au răspândit. În plus, echipamentele, culegerea, întreţinerea şi
prelucrarea datelor erau costisitoare, evoluţia lor a fost lentă şi în deceniul următor, iar aplicaţiile
au glisat către domeniul militar.
3
Pătrundere mai semnificativă în domeniul civil, s-a făcut spre sfârşitul deceniului 9, odată
cu ieftinirea calculatoarelor PC şi răspândirea lor masivă în toate domeniile. După 1990,
încetarea războiului rece a produs realmente o exlozie de aplicaţii in domeniul civil. Produsele
soft se dezvoltă şi se răspândesc într-o manieră fără precedent. La intervale de câteva luni apar
versiuni îmbunătăţite, uneori mult diferite de precedentele, prin multitudinea de funcţii (cum ar fi
de exemplu ArcView 3.0, faţă de versiunea 2.0). Toate acestea sunt însoţite de dezvoltarea
tehnicii de calcul, în general, atât hardware (procesoare mai puternice, memorie mai mare,
capacitate de stocare mai mare, echipament de introducere (digitizoare, scanere), dar şi de ieşire
(plottere, imprimante) mai bune, ieftinirea CD-ROM, acces Internet, cât şi software (dezvoltarea
limbajelor de programare).
Trebuie să precizăm faptul că la noi în ţară produsele GIS nu au o răspândire prea mare,
deoarece acestea pretind echipament scump, iar softul este de asemenea scump. La toate acestea
se adaugă necunoaşterea de către factorii de decizie a avantajelor pe care le oferă proiectele -
GIS. Aceasta poate fi pusă în seama lipsei de educaţie în domeniu (cursurile sunt foarte rare şi
costisitoare, ele axându-se pe o anumită gamă de prosuse soft). Un curs general de GIS, de altfel
foarte important, nu rezolvă problema, ci doar oferă o imagine de ansamblu asupra modului în
care ar trebui abordate problemele spaţiale. Menţionăm faptul că produsele GIS sunt foarte
deosebite de alte softuri aflate pe piaţă, cum ar fi limbajele de programare, SGBO tradiţionale
sau produse CAD.
Produsele GIS au un larg evantai de aplicaţii, în cele mai diferite domenii. Practic tot ce
este legat de teritoriu intră, mai mult sau mai puţin sub incidenţa programelor inglobate intr-un
GIS. Vom enumera pe scurt câteva domenii şi aplicaţii posibile.
• Utilităţi - aplicaţiile din această categorie fac parte din domeniul cunoscut sub numele de
Automated Mapping and Facilities Management (AMlFM). 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 putem include amplasarea staţiilor de
emisie/recepţie din sistemul de telefonie celulară.
• Mediu - într-o primă variantă, proiectele 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 sau studiul calităţii apei, ce pot fi
corelate cu diferite softuri specifice etc.
• Amenajarea teritoriului - consiliile locale sau judeţene pot beneficia de aportul adus de
GIS în monitorizarea terenului, realizarea planurilor de amenajare urbanistică, comunală,
judeţeană, regională sau interregională. Ca exemplu amintim: studiul amplasării unor blocuri de
locuinţe (folosind date provenite de la utilităţi; hărţi ale conductelor de gaze, apă, informaţii
privitoare la dimensionările acestora etc.)
• Agricultură şi silvicultură - inventarierea soiurilor de plante, insoţite 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. Studiul privitor la
oportunitatea amplasării exploatărilor de cherestea şi a fabricilor de prelucare a lemnului. Studii
privitoare la conservarea patrimoniului forestier naţional. Proiectele GIS din acest domeniu fiind
dublate de prelucrarea imaginilor satelitare.
• Resurse naturale – în ultimii ani, se investeşte din ce in ce mai mult în proiecte care
conduc la depistarea resurselor naturale (minereuri, petrol, gaz, apă) utilizând produse GIS, prin
preluarea informaţiilor de pe teren şi imagini satelitare.
4
• Transport – GIS-ul are un potenţial considerabil în gestiunea şi optimizarea transportului
urban sau regional (trasee optime pentru autobuze, tramvaie, trenuri, la care se adaugă
determinarea numărului optim de mijloace de transport pe perioade de timp). Tot aici putem
include alegerea traseelor optime pentru maşinile de intervenţie (pompieri, salvare, poliţie). În
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 -
Global Positionning System (sistem de poziţionare globală), acestea fiind direct legate de hăţile
digitale.
• Demografie - baze de date privitoare la populaţie (pe grupe de vârstă, religii, profesii,
învăţămînt, sănătate etc.) asociate cu o hartă administrativă la nivel de comună, produc diferite
hărţi privitoare la distribuţia teritorială a unor variate tipuri de informaţii; rezultatul fiind o hartă
orthoplet sau chromoplet.
• 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 corelaţii dintre clienţi şi ofertanţii de
servicii. Se poate merge până la simularea amplasării unui magazin într-o anumită zonă.
Rezultatul este o hartă care prezintă modificarea clientelei magazinelor învecinate, sugerând deci
oportunitatea amplasării sau nu a acelui magazin.
• Cadastru - inventarierea şi întreţinerea datelor spaţiale şi atributelor tuturor terenurilor.
Odată realizat un sistem cadastral informatizat, intreţinerea datelor se face mult mai uşor, iar
obţinerea de date asupra terenurilor se realizează instantaneu.
Proiectele GIS de anvergură au scopul de a obţine informaţii în vederea luării deciziilor.
Modelarea şi simularea reprezintă concepte de bază în cadrul analizei spaţiale şi, de fapt, şi
raţiunea de a fi a unui GIS.
Ştiinţa sistemelor informaţionale geografice necesită familiaritate cu conceptele şi
instrumentele analizei spaţiale:
• Reprezentarea fenomenelor spaţiale – include metodele folosite de GIS, ca reprezentări a
datelor raster şi vectoriale; metodele de localizare şi relaţiile spaţiale;
• Analiza datelor spaţiale – statistica teritorială, modelele geostatistice, aplicarea analzei
proximităţilor şi topografiei locale, permiţând explorarea datelor dintr-o perspectivă spaţială, prin
intermediul individuării de modele spaţiale, corelaţii, etc.;
• Vizualizarea şi redarea informaţiilor spaţiale – dincolo de metodele tradiţionale de
realizare a hărţilor în formă cantitativă şi calitativă, tehnologia GIS permite modelarea
tridimensională – dinamică a datelor multidimensionale; fâcând apel la capacitatea umană de a
interpreta în formă vizual – intuitivă fenomenele complexe;
• Simularea sistemelor sociale în contextul spaţio-temporal – proietele GIS modelând
evoluţia fenomenelor în spaţiu şi interacţinuea dintre diferitele geosfere;
• Accesarea datelor spaţiale – proiectele GIS permiţând accesarea informaţiilor în
cercetarea teritoriului, bazându-se pe o coordonată spaţială.
1.1. Noţiuni generale despre sistemele informatice
Sistemele Informatice Geografice fac parte din categoria Sistemelor Informatice privite în
ansamblu.
În ultimile decenii s-a impus tot mai mult conceptul că “informaţia înseamnă putere”.
Astfel, luarea unei decizii importante se bazează din ce în ce mai mult pe analiza informaţiilor
asistată de calculator. Acest fapt a dus la apariţia şi dezvoltarea explozivă a unei adevărate pieţe
a informaţiilor şi a sistemelor informatice. Din această cauză, preţul informaţiei despre o anumită
resursă tinde să reprezinte jumătate din valoarea acelei resurse.
5
Informaţiile se transmit din ce în ce mai rapid prin cabluri, prin diverse suporturi materiale
sau prin intermediul Internet-ului. Prelucrarea, analiza şi chiar interpretarea lor se realizează cu
ajutorul sistemelşor de calcul (calculatoare, staţii grafice sau laptop-uri).
Sistemele Informatice sunt alcătuite din aceste sisteme de calcul, împreună cu programele,
metodele, normele şi personalul specializat. Denumirea de informatică se compune din termenul
– infor – ce sugerează informaţia, iar – matica – prelucrarea automatică a acesteia cu ajutorul
calculatorului.
Deci, Sistemele Informatice sunt un ansamblu de:
• personal – cel care lucrează;
• date – obiectul muncii;
• calculatoare – componente hardware;
• programe informatice – componenta software, instrumentele de lucru;
• metodele, modelele şi normele – conceptul muncii.
Acest ansamblu are ca scop colectarea, stocarea, prelucrarea, adică manipularea datelor,
precum şi elaborarea unor rapoarte, concluzii sau recomandări pentru atingerea unui anumit
scop, scop stabilit la începutul realizării sistemului informatic.
Societatea actuală a stăruit în dezvotarea calculatoarelor, trecându-se la modernizarea,
revitalizarea şi perfecţionarea tuturor activităţilor productive sau neproductive. Acest lucru a
însemnat dezvoltarea de programe specifice şi creşterea numărului de personal specializat pentru
utilizarea programelor respective. Astfel, luarea celor mai bune decizii manageriale sau
productive nu se mai poate realiza fără ajutorul calculatorului, fără un Sistem Informatic
specializat.
Sistemele Informatice Spaţiale (SIS) au fost create pentru achiziţionarea, prelucrarea şi
analiza informaţiilor care privesc spaţiul.
Înaintea lor, datele spaţiale se stocau, prelucrau şi analizau cu ajutorul planurilor
topografice, a fotogramelor şi hărţilor. Fără a desfiinţa aceste forme tradiţionale, Sistemele
Informatice Spaţiale le-au revoluţionat, utilizarea lor făcându-se la un nivel superior.
În funcţie de modul de prelevare a datelor şi obiectivele principale, există 5 categorii
majore în cadrul Sistemelor Informatice Spaţiale:
1. Proiectare asistată de calculator (Computer Aided Design) – CAD – pentru desenarea
şi proiectarea obiectelor. De exemplu, programul RELEASE din pachetul AutoCAD este
specializat în grafica şi proiectarea 3D, utilizând limbajul LIPS. Sistemele CAD utilizează relaţii
topologice simple şi au capacităţi limitate în domeniul analitic.
2. Sistemele de Cartografiere Computerizată – SCC – înlocuiesc procedeele
cartografierii clasice cu ajutorul simbolizării, clasificării şi interogării automate. Harta
tradiţională este înlocuită cu harta digitală, care alcătuieşte împreună cu elementele explicative o
bază de date. Aceasta poate fi legată de un sistem de gestiune a bazei de date – SGBD – dar nu
pot fi executate decât operaţiile simple de interogare, regăsire, afişare şi restituţie.
Un exemplu este cel al SCC numit MapInfo, care are un SGBD specializat pe date
cartografie tematică, o bună calitate a restituţiei cartografice, dar limitări în domeniul analizei
spaţiale.
Alt exemplu, de SCC performant este Advanced Cartographic Environment – ACE – care
este o extensie necesară pentru alte SIS, fiind specializat în editarea hărţilor de înaltă calitate.
3. Sistemele Informatice de Teledetecţie – SIT – şi Sistemele Informatice de
Fotogrammetrie – SIF . Teledetecţia şi fotogrammetria s-au dezvoltat mult în ultima perioadă
de timp, ducând la apariţia unor programe specializate de achiziţie, procesare şi export a
6
informaţiilor obţinute în aceste domenii. Cele mai cunoscute SIT sunt pachetele EASI/PACE,
ImageWorks, OrthoEngine SE, ERDAS Imagine sau ImageStation, iar în domeniul SIF,
pachetele OrthoEngineAe, OrthoMax, Softplotter sau Leica AG. Există şi unele sisteme mixte,
care permit prelucrări atât ale imaginilor satelitare, cât şi ale fogramelor, ca şi sisteme pentru
operaţii spaţiale foarte avansate, cum ar fi deducerea automată a modelelor digitale de elevaţie.
4. Sistemele Informatice Geografice – SIG sau GIS – se ocupă de cartografierea
automată, inventarierea resurselor, analiza spaţială şi managementul activităţilor umane. Cele
mai cunoscute sisteme SIG sunt ARC/INFO, ER Mapper, GRASS, IDRISI, Microstation,
SPANS şi altele.
Adevăratele produse SIG se disting prin capacitatea lor de a efectua analize spaţiale şi
modelare. Ultimele versiuni ale pachetelor SIG sunt capabile să importe şi să prelucreze imagini
satelitare şi aerofotograme.
5. Sistemele Informatice de Vizualizare – SIV – numite şi viewere, sunt sisteme SIS care
au ca obiectiv doar funcţiile de vizualizare şi interogare a bazei de date spaţiale. Ele sunt
rezultatul unor adevărate SIS realizate de firme specializate pentru acele întreprinderi care nu au
nevoie de toate funcţiile GIS, ci doar cele menţionate mai sus.
Toate aceste Sisteme Informatice Spaţiale au între ele multe aspecte comune, dar şi multe
caracteristici proprii fiecărei categorii în parte.
Principala calitate a Sistemului Informatic Geografic, care îl diferenţiază de celelalte
categorii, este capacitatea sa de a efectua operaţii analitice cu date spaţiale, deci calitatea sa de
Sistem de Analiză Spaţială (SAS).
1.2. Geomatica şi geoinformatica
Geomatica este o disciplină nouă care se ocupă cu tehnicile şi metodele de reprezentare şi
studiere informatizată a suprafeţei Pământului şi a entităţilor acesteia. Această disciplină se
referă la toate domeniile care achiziţionează, validează, stochează, prelucrează, analizează şi
distribuie date georeferenţiate.
Geomatica (geo – Pământ; matica – prelucrarea automată a datelor georeferenţiate) are la
bază disciplinele clasice care se ocupă cu modalităţile de măsurare, reprezentare şi studiere a
suprafeţei Pământului:
• Geodezia;
• Topografia;
• Fotogrammetria;
• Teledetecţia;
• Cartografia;
• şi metodele de lucru ale Geografiei cantitative şi ale Analizei Spaţiale.
Progresul rapid al geomaticii din anii 90 a fost posibil datorită dezvoltării tehnologiei
calculatoarelor, hardware şi software, ca şi tehnologiilor de observaţie aeriene şi spaţiale.
Geoinformatica este o disciplină subordonată geomaticii, căreia îi oferă mediul de lucru –
mediul informatic.
Geoinformatica este o disciplină specializată pentru abordarea bazelor de date spaţiale
(BDS). Ea cuprinde o colecţie de aplicaţii ale tehnologiei informaţionale şi are ca scop studierea
informatizată a suprafeţei Pământului şi a entităţilor acesteia.
Geoinformatica se întemeiază pe anumite metode computaţionale care deservesc baza de
date spaţială (geometrie computaţională, grafică computerizată, proiect cartografic).
Geoinformatica are următoarele subdiviziuni:
• Geoinformatica – propriu-zisă;
7
• Discipline de reprezentare computerizată a suprafeţei Pământului;
• Analiza spaţială;
• GIS.
1.2.1. Analiza Spaţială
Scopul principal al unui Sistem Informatic Geografic este practic Analiza Spaţială (AS) a
datelor georeferenţiate şi a variabilelor regionalizate. Pentru a efectua o analiză spaţială, este
necesar ca datele să fie georeferenţiate şi să fie şi alte funcţii SIG conexe:
• achiziţie;
• editare;
• validare;
• stocare;
• prelucrare primară;
• vizualizare;
• afişare.
În cadrul SIG, pentru a efectua analiza spaţială, există proceduri specifice, care combină
SCBD (sistem de gestiune a bazei de date) cu metode de analiză statistică şi geostatistică, cu
tehnici de procesare a imaginilor şi cu procedee de cartografiere computerizată. Procedeele şi
metodele de analiză spaţială pot fi grupate astfel:
• operaţii spaţiale unare (singulare);
• analize spaţiale unare;
• metode de modelare spaţială;
• metode de modelare spaţio-temporale.
Analiza spaţială trebuie să îndeplinească simultan câteva deziderate:
• să examineze şi să interpreteze datele;
• să obţină un plus de informaţie aparent ascunsă;
• să evalueze din punct de vedere cantitativ şi calitativ entităţile, procesele şi fenomenele
din spaţiul analizat;
• să ofere un sprijin concret în vederea unei decizii corecte.
Realizarea în practică a analizei spaţiale presupune utilizarea unei proceduri analitice
combinate cu:
• managementul bazei de date;
• analiza statistică şi geostatistică a datelor;
• procesarea imaginilor;
• elemente de cartografie computerizată.
Metodele matematice de modelare spaţială şi spaţio-temporală au drept scop prezentarea
căilor de realizare a modelelor de spaţiu şi a predicţiei, cu scopul sprijinirii analizei de decizie.
1.3. GIS - un domeniu interdisciplinar
Pentru proiectarea şi exploatarea unui GIS sunt necesare aporturile în proporţii variate ale
multor discipline, fiecare având o pondere mai mare sau mai mică în diferite faze de proiectare
sau utilizare. În cele ce urmează vom enumera cele mai importante discipline care au condus la
promovarea şi dezvoltarea GIS.
1. Geografia are o lungă tradiţie în analiza spaţială şi oferă un spectru larg de aplicaţii.
2. Cartografia - furnizează principala sursă de intrare pentru datele geografice sub formă
da hărţi; cartografia digitală prin metode de reprezentare digitală şi de manipulare a
caracteristicilor geografice precum şi metodele de vizualizare.
8
3. Teledetecţia - tehnici de achiziţie, procesare şi corecţie a imaginilor aeriene şi satelitare;
imaginile sub formă digitală sunt o sursă importantă pentru constituirea bazei de date spaţiale;
4. Topografia – asigură precizia datelor legate de poziţia spaţială a obiectelor. În prezent
este utilizat tot mai mult datele GPS-ului – Global Positioning Sistem.
5. Geodezia - oferă metode pentru controlul poziţiei, având un rol important pentru
obţinerea acurateţii necesare datelor spaţiale;
6. Statistica - furnizează soluţii importante şi oferă metode de construcţie a modeleor de
calcul pentru determinarea erorilor în datele geografice; majoritatea modelelor construite cu GIS
sunt de natură statistică; multe tehnici statistice sunt folosite pentru analiză.
6. Informatica - furnizează hard-ul şi soft-ul necesar (proiectării şi exploatării GIS; oferă
proceduri avansate de grafică, utilizându-se limbaje de programare, pentru reprezentare internă,
manipulare, prelucrare şi afişare a datelor geografice;
• SG80 conţine proceduri şi funcţii pentru proiectarea, manipularea şi reprezentarea unui
volum mare de date;
• CAD (Computing Aid Design - Proiectarea asistată de calculator) furnizează proceduri de
intrare/afişare atât în 2D cât şi în 3D;
7. Matematica - multe ramuri ale matematicii se folosec pentru proiectarea GIS, precum şi
pentru analiza datelor geografice; geometria computerizată se utilizează în grafică; logica
bivalentă este folosită în realizarea operaţiilor pe hărţi (de exemplu algebra hărţilor); topologia şi
teoria grafelor se utilizează in modelele topologice vectoriale; teoria probabilităţior; cercetările
operaţionale pun la dispoziţie tehnici de optimizare în luarea deciziilor prin modelarea şi
simularea unor fenomene geografice, ce sunt realizate prin intermediul ecuaţiior diferenţiale şi a
proceselor stochastice. Menţionăm că aceste discipline, cu ramurile amintite sunt implicate atât
în proiectarea, cât şi în exploatarea GIS. Unele ramuri au o pondere mai mare în proiectare, altele
în exploatare. Este greu să se facă o selectare precisă a domeniilor care sunt necesare unui
anumit utilizator. Considerăm că noţiunile de bază din disciplinele mai sus amintite sunt
indispensabile în utilizarea corespunzătoare a unui proiect GlS. În plus, mai este necesar un bagaj
de cunoştiinţe specifice domeniului cercetat (cartografie, geografie fizică, geografie umană,
amenajarea teritoriului, mediu, cadastru, agricultură, etc.).
1.4. Alcătuirea unui GIS
Componente hardware
Sistemele actuale sunt construite pentru a lucra fie pe calculatoare personale, fie pe staţii
grafice. În general, partea hardware a GIS-lui este următoarea (Haidu,1998):
Pentru culegerea de date sunt necesare:
• mouse şi tastatură (pentru date nespaţiale în special);
• digitizor (pentru operaţia de digitizare);
• scaner (pentru operaţia de scanare);
• unitate de disc mobil şi modem (pentru preluarea de date digitale de pe alte calculatoare
sau de pe reţea).
Pentru prezentarea rezultatelor finale:
• un monitor cu ecran mai mare (pentru vizualizarea rapidă a hărţilor finale);
• un periferic (imprimantă sau ploter) care să permită desenarea hărţilor pe suport material;
• un inscriptor CD (pentru imprimarea rezultatelor pe un suport informatic);
• un modem (pentru transmiterea rezultatelor în reţea).
Discul dur – hard discul – înregistreză programele şi baza de date.
9
Componenete software
Un GIS cuprinde un număr de programe grupate în module sau subsisteme. Independent
de modul de organizare, un GIS complet trebuie să includă următoarele componenete software,
adaptate stocării şi prelucrării datelor localizate geografic (Haidu,1998):
• Sistem de intrare, editare, transformare, verificare şi validare a datelor;
• Sistem de gestiune a bazei de date;
• Sistem de procesare analiză a imaginilor;
• Sistem de cartografie computerizată;
• Sistem de analiză statistică şi spaţială;
• Sistem de afişare şi redare
Baza de date
O bază de date spaţiale este alcătuită din:
• o bază de date grafică;
• o bază de date atribut.
În cadrul unor, cele două baze se integrează şi formează o singură entitate, harta digitală.
Ea este o colecţie de simboluri şi caracteristici, organizate în format numeric, pentru fiecare
obiect reprezentat pe hartă.
Baze de metode şi modele
Un GIS trebuie să opereze conform unui plan clar şi a unui regulament bine conceput,
pentru a reuşi în ceea ce şi-a propus.
Pentru a proiecta prin GIS un model al lumii reale, trebuie să identificăm şi apoi să
conceptualizăm problema ce trebuie rezolvată.
Modul de introducere a datelor în baza de date a unui GIS, precum şi modul de stocare şi
analizare a acestora, depind de obiectivele propuse ale GIS, de modelele şi metodele care vor fi
utilizate pentru prelucrarea datelor.
Personalul specializat
Pentru un randament maxim în lucrul la un GIS, sunt necesare cel puţin 4 peroane care să
acopere următoarele specialităţi:
- geografie cantitativă;
- analiză şi programare;
- inginerie de sistem;
- proiectare.
În plus este necesar un specialist în:
- geodezie – topografie;
- teledetecţie – fotogrammetrie.
În afară de aceştia, este necesar să fie prezent un specialist cu pregătire superioară din
partea utilizatorului GIS, cum ar fi urbanism, amenajarea teritoriului, geologie, protecţia
mediului, apărare etc.
În afară de acestea, este necesar şi personal cu pregătire medie, operatori pentru baza de
date sau pentru digitizare, numărul lor fiind stabilit în funcţie de amploarea proiectului şi de
diversitatea perifericelor.
1.5. Obiectivele fundamentale ale GIS
În principiu, un Sistem Informatic Geografic trebuie să răspundă la următoarele 8 întrebări
de bază:
10
Localizarea – Ce se află la ... (în ...)? Prin această întrebare se caută să se afle ce există într-un
anumit loc. Locul poate fi descris în mai multe moduri: folosind codul poştal, strada şi
numărul; coordonate rectangulare, x, y sau geografice: latitudinea, longitudinea.
Condiţia – Unde este ...? Acest tip de întrebare este inversul primei întrebări şi necesită analiza
spaţială pentru a găsi răspunsul. Se doreşte a se afla unde anume se găseşte un teren sau
obiect care să îndeplinească anumite condiţii, de exemplu, un teren irigat de 2 ha, o
plantaţie de vie de 10 ha cu acces la drum asfaltat, etc.
Tendinţa – Ce s-a modificat de când ...? Acest tip de întrebare poate implica ultimele două (2 şi
3) şi doreşte să determine schimbările apărute într-un interval de timp dat. De exemplu, s-a
introdus irigaţia pe un teren agricol, s-a construit un drum nou, etc.
Structuri – Ce structuri spaţiale există? Acest tip de întrebare este mai sofisticat şi cere un
răspuns complex. Se poate formula o astfel de întrebare pentru a determina dacă degradarea
reţelei de irigaţie este o cauză a recoltelor slabe. La fel de importantă poate fi şi
determinarea altor cauze care nu corespund informaţiei existente.
Topologia – Care sunt vecinătăţile (cadrul)? Respectiv, în ce context spaţial se află obiectul? De
exemplu, lângă o cale ferată, lângă un lac etc. Pentru a răspunde la această întrebare este
necesară analiza spaţială a teritoriului.
Caracterizarea – Care sunt însuşirile obiectului, terenului? De exemplu, pantă, expoziţie,
suprafaţă, drum asfaltat sau pietruit, lat de 5 m.
Prognoza – Ce se va întâmpla sau cum va fi peste ... n ani ? De exemplu, se va extinde zona
urbană ..., va fi desecat lacul ...
Modelarea – Ce ar fi dacă ... ? De exemplu, ce se va întâmpla dacă se construieşte un stadion sau
un aeroport, un drum, etc.
1.6. Modele ale lumii reale utilizate de geografi
1.6.1. Harta
Harta este cea mai veche reprezentare bidimensională, a informaţiilor spaţiale. Ea
presupune o abstractizare a realităţii, fiind prezente doar anumite trăsături ale realităţii şi cu un
anumit grad de aproximare.
Hărţile pot fi :
• topografice – cu scop general;
• tematice – care conţin informaţiile despre un singur obiect sau o singură temă.
Hărţile tematice prezintă distribuţia spaţială a unui singur obiect sau fenomen geografic
sub formă de:
• izolinii;
• regiuni cartografice.
Izoliniile unesc puncte cu valori egale ale parametrului reprezentat, aproximând
continuitatea fenomenului şi oferind o imagine în trepte a trăsăturilor sale spaţiale. Pentru
cunoaşterea caracteristicilor fenomenului între porţiunile dintre izolinii se efectuează extrapolări.
Regiunile cartografice sunt un alt mod de reprezentare a trăsăturilor spaţiale ale
elementelor sau fenomenului geografic, respectiv:
- harta clasică cu poligoane colorate după o anumită valoare a unuia sau mai mulţi
parametri;
- o regiune este un set de pixeli, suprafeţe sau poligoane descrise printr-un singur simbol.
Regiunea poate fi de mai multe categorii:
• regiunea disjunctă – poate fi determinată de câteva ocurenţe areale discrete;
• regiunea perforată – poate conţine poligoane care aparţin unor regiuni de alt tip;
11
• regiunea uniformă.
1.6.2. Macheta Macheta utilizează a treia dimensiune pentru reprezentarea entităţilor lumii reale, prin
aceasta apropriindu-se mai mult de realitate decât reprezentarea pe hartă. Are dezavantajul că nu
redă un număr mare de detalii, ceea ce trunchiază realitatea.
Calitatea sa importantă este abilitatea de a stimula imaginaţia.
1.6.3. Fotografia aeriană Fotografia aeriană, care se realizează cu ajutorul camerelor fotografice instalate pe
platforme aeriene, cum sunt baloanele, avioanele sau elicopterele, constituie încă principala sursă
de informaţii şi date metrice sub formă analogică. Aceste înregistrări se prezintă sub formă de
fotografii alb-negru, color sau spectrozonale. Fotografiile alb-negru se folosesc, în special,
pentru întocmirea planurilor topografice prin metode fotogrammetrice, iar cele color şi
spectrozonale, cu un bogat conţinut informaţional, se utilizează pentru diferite scopuri.
Fotografia aeriană reprezintă o sursă obişnuită de achiziţionare a datelor pentru GIS. Ea are
avantajul că este mai sugestivă, dar prezentarea graniţei dintre entităţi este uneori relativ neclară,
tranziţia făcându-se prin modificarea treptată a culorilor sau tonurilor de gri.
1.7. Surse de date pentru GIS
Sistemele informatice geografice sunt reprezentări digitale ale structurilor sau proceselor
din lumea reală. Este esenţial, pentru o reprezentare cât mai corectă şi mai conformă cu
realitatea, ca datele iniţiale culese de aceste sisteme să fie cât mai precise, reale şi accesibile. Din
acest motiv, este necesar să se evalueze de la bun început sursele de date care sunt utilizate în
modelul GIS.
Înainte de achiziţionarea datelor, se identifică sursele de date, respectiv:
- verificare metadatelor;
- verificarea structurilor naţionale de date.
1.7.1. Metadatele reprezintă date despre conţinutul, calitatea, condiţiile şi alte caracteristici
ale datelor.
Principiul de funcţionare a metadatelor este căutarea secvenţelor. Există două soluţii:
- realizarea unui sistem de codificare riguroasă care să fie legat la un dicţionar de termeni;
- legarea bazei de date la un dicţionar de sinonime.
Ideea principală în crearea şi întreţinerea unei metadate este de a construi sisteme care să
permită introducerea sau extragerea datelor cu uşurinţă. Aceasta presupune:
- să faciliteze un acces rapid;
- să ofere posibilităţi de căutare multicriterială;
- să răspundă necesităţilor tuturor posibililor utilizatori.
Principalele grupe de informaţii conţinute într-o metadată:
- informaţii despre deţinătorii datelor (nume, adresă, specific);
- informaţii despre sursa de date (titlul şi tipul acesteia);
- descrierea fiecărui element din bazele de date ale deţinătorilor
- categorii şi tipuri de date;
- calitatea datelor;
- gradul de completare;
- forma de stocare;
- scara şi rezoluţia de reprezentare;
- sisteme de proiecţie;
- posibilităţi de transfer;
12
- nivel de actualizare;
- unitate de măsură.
1.7.2. Verificarea infrastructurilor naţionale de date
Aceste infrastructuri sunt mari depozite de date, ce ajută la achiziţionarea, procesarea,
stocarea şi distribuţia datelor spaţiale. Ele includ:
- materiale;
- tehnologii;
- personal.
Dezvoltarea acestei metode este cauzată de creşterea exponenţială utilizării GIS, de
creşterea producţiei de date spaţiale, de creşterea cerinţelor de utilizare în comun a datelor în
proiectele internaţionale, de menţinerea şi inducerea de competitivitate economică la nivel
regional şi naţional.
1.7.3. Surse de date propriu-zise
Principalele surse de date pentru GIS sunt:
• hărţile;
• datele obţinute prin fotogrammetrie sau teledetecţie;
• datele din bazele de date digitale deja existente;
• datele obţinute din măsurători (mai ale GPS).
◘ Hărţile sunt instrumentul tradiţional de lucru pentru utilizatorii de date geografice, fiind
principalele forme de reprezentare codificată a realităţii geografice tridimensionale.
Dintre datele tematice cartografice existente în România cele mai importante sunt
următoarele:
• hărţi geologice la sc. 1:50 000, 1:200 000 şi 1:1 000 000
• hărţi geomorfologice la sc. 1:1 000 000
• hărţi pedologice la sc. 1:10 000 pe comune (1/6 din ţară); şi 1:200 000 şi 1:1 000 000 pe
întreaga ţară în formă numerică (digitală)
• hărţi hidrogeologice la sc. 1:1 000 000
• hărţi de folosinţe la sc. 1:10 000, 1:50 000 şi 1:1 000 000
• hărţi ale ocupării terenurilor la sc. 1:100 000 (format numeric) (Corine Land Cover)
• hărţi de vegetaţie la sc. 1:500 000
• hărţi rutiere la sc. 1:200 000 - 1:300 000
• hărţi cu riscuri naturale (eroziune, alunecări, inundaţii) la sc. 1:500 000 - 1:1 000 000
• hărţi climatice (temperatura, precipitaţii, nebulozitate, etc.) la sc. 1:1 000 000
Hărţile prezintă câteva avantaje:
- sunt mai uşor de procurat;
- sunt disponibile la diferite scări;
- există numeroase hărţi tematice care prezintă diferite fenomene spaţiale;
- oferă perspectivă istorică;
- au standarde de reprezentare bine stabilite;
- datele sunt prezentate într-un sistem de referinţă geodezic.
Dezavantajele hărţilor:
- au scări diferite (spaţiale sau temporale) – scara influenţând cantitatea şi
calitatea datelor;
- sunt o reprezentare generalizată a realităţii – nu oferă o imagine exactă a
lumii reale;
13
- sunt, de asemenea, o reprezentare simplificată – prezintă doar o selecţie de
caracteristici într-un mod simbolic;
- conţin erori şi distorsiuni introduse în procesul de cartografiere;
- au sisteme de proiecţie sau sisteme de coordonate diferite, trecerea de la
un sistem la altul, deşi posibilă, fiind o sursă suplimentară de erori;
- au conţinut diferit şi simboluri de reprezentare diferite;
- prezintă o uzură morală rapidă, deoarece procesul de cartografiere este
costisitor şi consumator de timp;
- sunt asemănătoare altor documente – datele trebuie capturate şi
transformate în formă digitală;
- sunt documente pe un suport care se deteriorează relativ rapid, iar
împăturirile repetate duc şi le la apariţia de erori;
- sunt supuse restricţionării legii dreptului de autor.
◘ Datele obţinute prin fotogrammetrie sau teledetecţie Tehnologiile de teledetecţie permit achiziţia şi analiza datelor specifice. Captarea de la
distanţă a datelor se face din atmosferă sau din spaţiul cosmic, unde aparatura de înregistrare este
trimisă cu diverse mijloace de zbor: avioane, baloane, nave, sateliţi sau laboratoare cosmice.
Aerofotograma este o imagine statică, instantanee şi obiectivă a suprafeţei terestre.
Simultaneitatea întregii imagini permite să se poată aprecia corect relaţiile spaţio-temporale
dintre obiecte şi procese, deoarece în timpul scurt de expunere nu s-au produs schimbări care să
facă să apară raporturi succesive în diferite părţi ale imaginii.
Aerofotograma nu poate reda toate obiectele indiferent de mărimea lor, fiind vorba de o
imagine micşorată. Prin micşorare obiectele mici nu mai pot fi redate individual, imaginile lor
devin nişte puncte, care se pot contopi într-o pată de o anumită culoare sau nuanţă de gri. Toate
obiectele de aceeaşi mărime sunt reprezentate la fel, nefăcându-se nici o deosebire între ele.
Aerofotogramele se prezintă cel mai frecvent sub formă de copii pozitive de contact,
realizate pe hârtie fotografică. De obicei, ele sunt de formă pătrată, mărimea lor depinzând de cea
a clişeului, şi deci de tipul de cameră. Cele mai frecvente sunt de 23/23 cm şi 18/18 cm, mai rar
de 13/13 cm. Mai puţin utilizate sunt aerofotogramele dreptunghiulare, de 13/18 cm.
Cel mai adesea, aerofotogramele folosite sunt cele alb-negru, mai rar cele color sau în
infraroşu.
Pe aerofotograme sunt marcate unele date informative care sunt utile în cunoaşterea unor
proprietăţi geometrice ale acestora, pentru identificarea lor, a regiunii pe care o prezintă şi-a
timpului când s-au efectuat.
Aerofotogramele prezintă o serie de caracteristici fotografice şi geometrice.
Culoarea este caracteristică pentru aerofotogramele color. Ea depinde de o serie de factori:
- culoarea obiectelor din teren;
- caracteristicile materialului fotografic utilizat;
- condiţiile de aerofotografiere.
Tonul de gri este caracteristic fotogramelor alb-negru, în care culorile sunt înlocuite cu
nuanţe de gri. Tonul depinde de unele caracteristici ale obiectului, de condiţiile în care a s-a
realizat aerofotografierea, de caracteristicile materialului fotografic şi de modul în care s-a făcut
prelucrarea lui.
Tonul depinde de culoarea obiectelor, de gradul de iluminare a lor şi de puterea de reflexie,
albedoul suprafeţei lor.
14
Claritatea imaginilor
Claritatea imaginilor aeriene este exprimată prin contururile nete ale obiectelor şi ale
detaliilor acestora. Ea depinde de calităţile obiectivului camerei aerofotografice, de
corectitudinea punerii la punct a acestuia, de aşezarea corectă a filmului şi a planeităţii acestuia,
aceleaşi condiţii intervenind şi în cazul realizării copiei pozitive.
Puterea de rezoluţie reprezintă caracteristica ce arată limita celor mai fine detalii liniare,
care pot fi detectate pe fotogramele aeriene. Ea se exprimă în numărul de linii albe şi negre care
pot fi observate pe distanţa de 1 mm. Pentru aerofotogramele foarte bune puterea de rezoluţie
atinge valori de 20 linii / mm.
Mărimea detaliilor care pot fi identificate pe aerofotograme depinde nu numai de puterea
de rezoluţie ci şi de contrastul dintre imaginea detaliului şi fondul pe care el este plasat. În cazul
unui contrast puternic mărimea detaliului ce poate fi detectat pe o aerofotogramă cu o putere de
rezolvare de 20 linii / mm poate ajunge la 0,02mm, iar pentru un contrast mic doar la 0,05 mm.
În acest caz pe o aerofotogramă la scara 1:10 000 mărimea obiectului reprezentat este de 0,5 m,
la sc. 1:25 000 de 1,25 m, iar la scara 1:50 000 de 2,5 m. Dacă aceasta este mărimea minimă, asta
nu înseamnă că el poate fi şi identificat întotdeauna.
Caracteristici geometrice Fiind executat cu o cameră metrică, fotogramele aeriene au o serie de proprietăţi
geometrice. Fotograma aeriană are o proiecţie centrală, întrucât toate razele de lumină converg în
focarul obiectivului camerei. Toate detaliile de pe suprafaţa terestră sunt proiectate central pe
suprafaţa materialului fotografic.
Axa principală de proiecţie este axa optică a camerei, aceasta intersectând materialul
fotografic într-un punct numit punct central al aerofotogramei. Liniile de perspectivă reprezintă
razele de lumină care vin de la obiectele din teren şi care converg în focarul obiectivului, încât
acesta este în acelaşi timp punctul de perspectivă. Planul de perspectivă este clişeul, iar distanţa
perspectivei este distanţa focală a obiectivului.
Datele satelitare sunt înregistrate de senzorii instalaţi pe platformele satelitare şi transmise
prin sistem radio la staţiile de sol. Aceste date sunt în format digital, în mai multe benzi
spectrale. La primii sateliţi Landsat erau un număr de 4 benzi spectrale, pentru ca pe măsură ce
tehnologiile au evoluat, sateliţii să fie dotaţi cu un număr sporit de canale (7-8).
Fiecare tip de suprafaţă terestră absoarbe o anumită porţiune din spectrul electromagnetic,
ceea ce îi conferă o semnătură distinctă (culoare), exprimată în radiaţia electromagnetică.
Cunoscându-se semnătura spectrală a unui obiect sau fenomen, ea poate fi utilizată pentru a
cunoaşte şi alte elemente similare din peisajul terestru.
Înregistrărilor sateliatare prezintă două caracteristici de bază:
• Rezoluţia spaţială – ea reprezintă un punct al imaginii cu o anumită valoare radiometrică.
Acest punct este numit pixel (picture element), element ce reprezintă cea mai mică parte dintr-o
imagine.
• Rezoluţia spectrală – dată de numărul şi lăţimea benzilor spectrale ale senzorilor instalaţi
pe platformele satelitare.
În domeniul GIS sunt utilizate înregistrări de la diverşi sateliţi:
- LANDSAT (2, 4, 5, 7 ) – sateliţi americani;
- SPOT – sateliţi francezi;
- Resurs-R – sateliţi ruseşti;
- IRS – sateliţi indieni;
- RADARSAT – sateliţi canadieni;
15
- ADEOS – sateliţi americano-niponi;
- NOAA – sateliţi americani;
- GEOS 1, 2, 3 – sateliţi americani;
- GPS-NAVSTAR – sateliţi americani;
- FORMOSAT-2 – satelit taivanez ;
- KOMPSAT-2 – satelit coreean.
Precum şi alţii.
Utilizarea datelor satelitare în domeniul GIS prezintă o serie de avantaje:
- conţin un număr foarte mare de date;
- constituie o sursă importantă pentru diverse aplicaţii GIS;
- asigură o monitorizare uşoară a modificărilor din teriroriu;
Sunt şi dezevantaje şi aici trebuie avut în vedere în primul rând costul ridicat al
înregistrărilor satelitare, precum şi faptul că nu toată suprafaţa Pământului prezintă înregistrări de
detaliu, ce pot fi utilizate în anumite proiecte.
◘ Baze de date digitale existente
Aceste baze de date constituie una din cele mai importante surse de date pentru GIS. Este
mai ieftin să cumperi date existente, decât să le introduci personal în sistemul digital. Pot apare
unele probleme legate de:
- transferul datelor de la sursă la sistemul nostru (reţeaua Internet, Intranet, copiere pe CD,
dischetă etc.;
- formatul datelor respective (formatul diferit se rezolvă prin utilizarea de module de calcul
specializate).
◘ Datele obţinute din măsurători
În cazul că nu există date în nici una din aceste forme prezentate mai sus, se recomandă
culegerea da date noi prin măsurători.
Măsurători topografice convenţionale se utilizează pentru suprafeţe mici. Măsurătorile şi
releveele topografice calculează coordonatele relative ale punctelor necesare pentru proiectarea
grafică a obiectelor şi entităţilor spaţiale. În măsurătorile topografice se pleacă de la unghiuri şi
distanţe cunoscute pentru a determina poziţia altor puncte. Ca puncte şi distanţe cunoscute sunt
cele din reţeaua geodezică de triangulaţie şi altele.
Utilizarea de instrumente moderne electrono-optice în măsurători, permit realizarea unei
precizii ridicate, de până la ± 1 cm.
Măsurătorile topografice prezintă câteva avantaje:
- acurateţe mai mare în determinarea unor entităţi de dimensiuni mici;
- determinarea poziţiei entităţii în sisteme de coordonate autohtone.
Ca dezavantaje trebuie menţionat timpul mai mare de achiziţie a datelor, scara relativ mare
şi dependenţa de condiţiile meteo.
Determinările GPS au apărut în urma dezvoltării reţelei de sateliţi din Sistemul GPS-
NAVSTAR. Acesta este operaţional pe deplin din anul 1992, cuprinzând un număr de 24 sateliţi
de tip NAVSTAR, ce evoluează la 20 000 km altitudine, pe orbite circulare cu perioada de
revoluţie de 12 ore.
Pentru o determinare cât mai bună a poziţiei entităţii la sol, este necesar să existe cel puţin
4 sateliţi. Poziţia entităţilor este precizată prin coordonate polare, utilizând elipsoidul World
Geodezic System - WGS 84.
Determinările GPS prezită avantajul timpului scurt de determinare, o acurateţe relativ
ridicată a datelor şi formatul digital al datelor de intrare.
16
Ca dezavantaje, trebuie menţionat preţul de achiziţie destul de ridicat şi, mai ales,
integrarea acestor date în sistemele de referinţă proprii (în ţara noastră se utilizează elipsoidul
Krasovski).
1.7.4. Tipurile de date
În GIS sunt utilizate două tipuri de date: spaţiale şi descriptive
Datele spaţiale sunt punctul, linia şi poligonul, iar în funcţie de aplicaţie, prin compunerea
acestor elemente, se pot crea elemente de tip: nod, vertex, arc, reţea sau arie.
Datele spaţiale geografice sunt stocate în modul vector sau raster, prelucrarea lor în diverse
scopuri se face cu module specializate ale programului.
Datele descriptive (atribute) descriu magnitudinea entităţilor sau fenomenelor studiate.
Stocarea acestor date se face în fişiere separate.
● Atributele geografice
Componentelor spaţiale geografice indică în primul rând localizarea acestora şi apoi,
eventual, forma şi extinderea spaţială. Pentru a putea fi procesate şi supuse procedeelor de
analiză spaţială, acestea au nevoie de asocierea unor atribute, care ţin de natura datelor sau de
diverse aspecte cantitative.
Atributele pot fi structurate de către utilizator, gestiunea lor realizându-se prin mecanisme
clasice SGBD (sisteme de gestiune a bazelor de date).
GIS utilizează valorile atributelor în calcule şi poate construi alte atribute sau valori din
atribute pe care le include în bazele de date pe care le gestionează.
Atributele geografice pot fi:
• simple (nume de oraşe, râuri, munţi etc.);
• descriptive (tip de sol, folosinţa terenului, forma de relief etc.);
• valori cantitative (temperatura medie anuală, înălţimi etc.);
• valori calitative; etc.
Pentru măsurătorile de ordin calitativ se folosesc se folosesc scările de măsură cunoscute:
- scara ordinală (relativă – mic, mare, îngust, larg etc.);
- scara raţională (numerică cu originea 0);
- scara nominală (pentru cuantificări calitative independent de scara liniară – cod poştal);
- scara de interval (oferă informaţii despre magnitudinea – mărimea – diferenţelor dintre
intervale – de ex. ºC).
În afară de aceste atribute obişnuite, există patru tipuri principale de atribute geografice:
1. Identificatori unici sau etichete asociate cu fiecare unitate spaţială. Aceste atribute
permit referirea simultană la entitate şi la localizarea acesteia.
2. Atribute care exprimă geometria entităţii spaţiale.
3. Atribute care exprimă relaţia dintre entităţile spaţiale. Relaţiile posibile sunt:
conectivitate, adiacenţă, incluziune.
4. Atribute asociate cu alte proprietăţi ale entităţilor spaţiale sau ale localizării acestora.
Astfel sunt diverse caracteristici fizice, conceptuale sau socio-economice.
Unele atribute trebuiesc introduse de la început în baza de date, altele pot fi deduse.
Numărul de atribute necesare pentru a descrie o entitate sau localizarea acesteia nu este
limitat, depinzând de obiectivele GIS-lui respectiv, ca şi de discernământul utilizatorului.
1.7.5. Selecţionarea datelor necesare
Pentru a reduce costurile, în achiziţia datelor utilizate de un GIS, există 2 tendinţe contrare,
care trebuie păstrate într-un anumit echilibru:
- restrângerea datelor la strictul necesar;
17
- utilizarea datelor pentru mai multe aplicaţii.
Costul de achiziţionare şi introducere a datelor este cam de 70-80% din total, de aceea
selecţionarea datelor este un proces important.
Calitatea datelor introduse în sistem afectează calitatea rezultatului final, de aceea este
necesară creşterea calităţii datelor, dar aceasta duce la creşterea costului lor.
1.8. Sisteme geodezice de referinţă, sisteme de proiecţie, georeferenţiere
1.8.1. Sisteme geodezice de referinţă
Sistemele geodezice de referinţă definesc forma şi mărimea Pământului, precum şi originea
şi orientarea sistemului de coordonate utilizat în realizarea hărţii. Ele furnizează suprafaţa de
referinţă pe care se fundamentează întocmirea hărţilor şi GIS.
Există 2 categorii de sisteme geodezice de referinţă: sisteme locale şi sisteme geocentrice.
Sistemele locale aproximează foarte bine o porţiune din suprafaţa terestră. Centrul
elipsoidului de referinţă nu coincide cu centrul de greutate al elipsoidului.
Sistemul geocentric aproximează forma şi mărimea întregului glob. Centrul elipsoidului
de referinţă este chiar centrul de greutate al Pământului.
Cele mai utilizate elipsoide de referinţă sunt WGS72 şi WGS84, acesta din urmă este
utilizat în măsurătorile GPS.
Sistemele Informatice Geografice performante permit alegerea elipsoidului adecvat pentru
aplicaţia respectivă.
Altitudinile absolute ale punctelor de pe suprafaţa topografică a unei ţări se raportează la
un punct de bază ce aparţine geoidului – punct zero fundamental – aflat în zona litorală, deoarece
în aceste puncte suprafeţele elipsoidului şi geoidului se intersectează.
Tehnologia GIS foloseşte în planimetrie suprafaţa elipsoidului de referinţă, iar în altimetrie
punctul 0 fundamental al geoidului.
Sistemele de coordonate Sistemul de coordonate cartezian are originea în centrul Pământului, axele Ox şi Oy în
planul ecuatorului, iar axa Oz este axa de rotaţie. Coordonatele unui punct sunt x, y, z care
rezultă prin proiecţia punctului real pe cele trei axe.
Sistemul de coordonate polare descrie poziţia punctului prin d – dreapta vectoare care
uneşte punctul cu centrul globului, unghiul α – măsurat în planul xOy între proiecţia dreptei d pe
plan şi axa Ox şi unghiul β – măsurat între dreapta d şi proiecţia ei în planul xOy.
Sistemul de coordonate geografice al unui punct defineşte latitudinea, longitudinea şi
altitudinea absolută a acelui punct faţă de nivelul 0 absolut.
Programele dedicate GIS sunt algoritmi ce permit transformarea coordonatelor dintr-un
sistem în altul, operaţie necesară când sunt utilizate hărţi realizate în momente diferite de timp şi
care nu se corelează.
Principalele căi de transformare a coordonatelor sunt:
- transformările analitice;
- transformările grid-grid (transformările liniare conforme şi transformările afine);
- transformările numerice.
1.8.2. Sisteme de proiecţie
Prin sistem de proiecţie sau proiecţie cartografică se înţelege procedeul matematic cu
ajutorul căruia este reprezentată suprafaţa curbă a Pământului pe o suprafaţă plană.
Elementele unui sistem de proiecţie:
18
• planul de proiecţie poate fi o suprafaţă plană, cilindrică sau conică, tangentă sau secantă
la elipsoid. Liniile de tangenţă sau de intersecţie conservă elementele geografice nedeformate.
Cu cât ne îndepărtăm de ele apar deformări.
• punctul de vedere sau de perspectivă – punctul din care se consideră că pleacă razele
proiectante;
• punctul central al proiecţiei – punctul situat în centrul suprafeţei de proiectat;
• scara reprezentării – raportul dintre elementele de pe elipsoid şi cele de pe proiecţie;
• reţeaua geografică – meridianele şi paralelele de pe elipsoidul de referinţă;
• reţeaua cartografică sau canavasul – reţeaua rezultată prin proiecţia în plan a reţelei
geografice;
• reţeaua kilometrică (caroiaj km) – sistem de drepte echidistante (1 km) trasate paralel cu
axele sistemului de coordonate.
1.8.3. Proiecţii cartografice pentru România
În decursul timpului au fost realizate numeroase tipuri de proiecţii cartografice pentru a
răspunde diferitelor necesităţi (conforme, echivalente, arbitrare, stereografice, ortografice etc.).
În ţara noastră se folosesc câteva tipuri de proiecţii cartografice
Proiecţia Gauss-Kruger – pe elipsoidul Krasovski, este o proiecţie cilindrică transversală.
Are deformaţii mai mari decât proiecţia stereografică cu plan secant, dar are avantajul că poate
reprezenta suprafeţe mari. Este o proiecţia conformă, care păstrează nedeformate unghiurile şi
forma figurilor de pe teren. Se foloseşte la scări mari.
Această proeiecţie a fost introdusă în ţară din 1951 şi se foloseşte pentru hărţile topografice
la sc.: 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000 şi 1:200 000.
Proiecţia stereografică – pe elipsoidul Krasovski, este o proiecţie azimutală pe plan secant
sau tangent la elipsoid. Este o proiecţie conformă. Deformaţiile distanţelor sunt negative în
interiorul cercului secant şi pozitive în exteriorul lui.
Proiecţia azimutală perspectivă conformă stereografică 1970 cu plan secant are originea
în punctul 460, 25
0 (la nord de Făgăraş). Se utilizează de obicei la scări 1:1 000 000 şi mai mici.
1.8.4. Georeferenţierea
Datele spaţiale disparate trebuie raportate la un sistem comun, în care să se stabilească cu
exactitate poziţiile corespunzătoare din natură.
Georeferenţierea este procesul prin care harta digitală este asociată cu coordonate
geografice reale. Sunt două tipuri de sisteme de georeferenţiere: continui şi discrete.
Sistemele de georeferenţiere continui – măsurători continue ale poziţiei fenomenului. Un
astfel de sistem implică coordonate geografice, coordonate rectangulare corespunzătoare unui
sistem de proiecţii şi coordonate geocentrice, ce se bazează pe un sistem de coordonate
rectangulare cu originea în centrul Pământului.
În aceste sisteme sunt aplicaţii în care nu este necesară trecerea la coordonate geografice,
fiind suficient un sistem de coordonate carteziene. În cazul hărţilor vectoriale, care deja conţin un
sistem de coordonate locale (carteziene) trecerea la coordonate geografice se face prin
transformări de coordonate. Practic georeferenţierea constă în determinarea coordonatelor
geografice ale unor puncte cu mare precizie şi localizarea lor pe harta digitală. Urmând ca restul
punctelor să fie calculate automat pe baza formulelor de transformare.
Sistemele de georeferenţiere discrete – poziţia fenomenului este măsurată relativ la
unităţi fixe şi limitate ale suprafaţei Pământului. Precizia înregistrării e determinată de mărimea
unităţii. Sunt uşor de utilizat – când nu se cere o acurateţe prea mare. Aceste sisteme se bazează
pe un indice de cod fără o utilitate imediată în reprezentarea pe hartă.
19
Trebuie menţionat faptul că noile coordonate trebuie să fie asociate cu o anumită proiecţie
cartografică. În cazul raster nu avem nici un sistem de coordonate definit în imagine.
Georeferenţierea constă în localizarea cu precizie maximă a unor pixeli dispersaţi pe imagine,
cărora li se asociază (prin program) coordonatele geografice cunoscute dinainte. Coordonatele
geografice ale celorlalţi pixeli se vor calcula tot cu ajutorul formulelor de transformare. Deoarece
pixelul are dimensiune, lui îi va corespunde o suprafaţă pe Pământ, în consecinţă rezoluţia
imaginii are o mare importanţă în determinarea coordonatelor. Reamintim că rezoluţia unei
imagini digitale reprezintă dimensiunea maximă de pe suprafaţa Pământului căruia i se atribuie
unui pixel. Putem spune că precizia localizării pixelului căruia i se atribuie coordonatele
geografice este de ordinul rezoluţiei imaginii. Şi, în această situaţie, noile coordonate trebuiesc
asociate cu un sistem de proiecţie.
Georeferenţierea constituie o mare problemă când apar hărţi digitale diseminate, adică
provenite de la diferite surse şi care trebuie utilizate în comun.
1.9. Caracteristici de bază ale GIS
Deoarece este o structură informatică complexă, vizionarea mentală a unui GIS este
dificilă. În expresia sa cea mai simplă, un GIS poate fi văzut ca o succesiune de strate,
suprapunere (overlay concept) care redau în mod separat diferitele caracteristici ale unui teritoriu
(fig. 1).
Această simplificare şi decupare a lumii reale în strate digitale (layere) este esenţială pentru
orice tip de GIS. În acest fel, devine posibilă combinarea între diferite strate şi obţinerea de
informaţii noi sau evidenţierea unor aspecte, neaccesibile în forma iniţială a datelor. Operaţia
stratificării este bine cunoscută şi în geografia clasică, unde diferitele tipuri de hărţi, care redau
numai o simplă caracteristică, poartă denumirea de hărţi tematice (de exemplu, căi de
comunicaţie, limite administrative, hărţi de vegetaţie, sol, geologie etc.). Diferenţa este că, în
GIS, aceste hărţi sunt sub formă digitală şi pot fi conectate între ele. În perechi sau mai multe
strate simultan, ceea ce asigură obţinerea de date noi, neevidente în informaţia iniţială. În mod
practic, atunci când se construieşte un GIS se face frecvent apel la hărţile tematice clasice, care
odată digitizate şi introduse în GIS devin strate informatice (sau layere).
1.10. Sisteme de reprezentare a datelor spaţiale
Fiind vorba de un calculator numeric, este evident că stocarea trebuie făcută sub formă de
coduri numerice. După experienţe îndelungate, s-a convenit că reprezentarea internă a unei hărţi
se poate face în două sisteme: sistemul vector şi sistemul raster. În sistemul vector harta este
construită, în mare parte din puncte, linii şi poligoane. Fiecare punct şi extremităţile liniilor fiind
definite prin perechi de coordonate (x,y), acestea pot forma arce, suprafeţe sau volume (caz în
care se mai ataşează încă o coordonată). Caracteristicile geografice sunt exprimate prin aceste
entităţi: o fântână va fi un punct, un punct geodezic va fi de asemenea un punct; un râu va fi un
arc, un drum va fi de asemenea un arc; un lac va fi un poligon, dar şi o suprafaţă împădurită va fi
un poligon.
În sistemul raster, imaginile sunt construite din celule numite pixeli (unitate de imagine),
care este cel mai mic element de pe o suprafaţă de afişare, căruia i se poate atribui în mod
independent o intensitate sau o culoare. Fiecărui pixel i se va atribui un număr, care va fi asociat
cu o culoare. Entităţile grafice sunt construite din mulţimi de pixeli, astfel că un drum va fi
reprezentat de o succesiune de pixeli de o aceeaşi valoare; o suprafaţă impădurită va fi
identificată tot prin valoarea pixelilor care o conţin. Între cele două sisteme există diferenţe
privind modul de stocare, manipulare şi afişate a datelor. În figura 2 este surprins, într-un mod
20
simplificat, cele două sisteme de reprezentare ale aceleiaşi realităţi. Am păstrat aceeaşi unitate de
lungime pentru sistemul vector cu dimensiunea celulei din sistemul raster.
Fig. 1 – Conceptul suprapunerii (overlay concept). GIS oferă posibilitatea suprapunerii
diferitelor tipuri de hărţi (după Ataman).
Hidrografie
Topografie
Infrastructură
Sol
Folosinţă
Sistem de coordonate
Suprafaţa pământului descrisă
de hărţile de mai sus
21
a. b.
Fig. 2. Reprezentarea vector (a) şi raster (b) a aceluiaş areal
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. Grafica raster se utilizează în mod normal atunci când este
necesar să integrăm hărţi tematice cu datre luate prin teledetecţie.
Sistemul vector se bazează pe «primitive grafice». Primitiva grafică este cel mal mic
element reprezentabil grafic, utilizat la crearea şi stocarea unei imagini vectoriale şi recunoscut
ca atare de sistem. Sistemul vectorial se bazează pe:
1) PUNCTUL;
2) LINIA (sau linia ce uneşte punctele);
3) INTERSECŢIA (punctul care marchează capetele unor linii sau care se află la contactul
dintre arce);
4) POLIGONUL (arie delimitată de linie);
5) CORPUL (volum determinat de suprafeţe).
Obiectele cartografice simple sunt alcătuite din primitive. Obiectele cartografice mai
complexe, precum şi obiectele geografice, sunt obţinute prin combinarea obiectelor simple.
PUNCTUL este unitatea elementară în geometrie sau în captarea fotogrametrică, dar 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 3 am redat
modul de afişare al punctelor, precum şi modul de înregistrare pe suport magnetic (în 2D). Fiind
vorba de un calculator numeric, înregistrarea pe suport magnetic se va face sub formă de numere.
Mai precis, 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. Pentru ca aceste puncte să fie afişate
pe monitor sau imprimantă, se scrie un program (într-un limbaj de programare) care va conţine
instrucţiuni privitoare la configurarea ecranului, instrucţiuni de citire din fişier a numerelor care
reprezintă coordonatele şi, în final, instrucţiunile de afişare pentru echipamentul de ieşire,
respectiv monitor sau imprimantă. În cadrul produselor GIS, aceste programe sunt înglobate într-
o structură mare (care reprezintă de fapt software GIS) şi care este apelat prin comenzi, ce apar
fie sub formă de meniuri, fie sub formă de icoane. De exemplu o comandă pe care putem să o
22
numim View poate realiza afişarea pe ecran, iar o comandă Print va produce listarea la
imprimantă sau plotter, funcţie de driverul instalat pe calculatorul respectiv.
Aceasta este, în mare, modul cum este organizat un produs GIS în ceea ce priveşte afişarea
unui grafic. În mod similar se efectuează şi afişarea arcelor (liniilor) sau a poligoanelor.
Fig. 3. Reprezentarea grafică şi tabelară a puctelor
LINIA este o succesiune de joncţiuni (legături) între o succesiune de puncte. Este vorba de
o entitate dublă, el fiind format din una sau mai multe joncţiuni, ele însele reunind două sau mai
multe puncte. De cele mai multe ori joncţiunea esta o dreaptă. Astfel, un arc este, în general, o
linie frântă ce uneşte direct două puncte ale parcursului. 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 pe disc 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. Aici nu s-au pus în evidenţă
intersecţiile. Arcul este o entitate de bază în modelele vectoriale şi este asociat cu entitatea nod
(vezi modele topologice de reţea).
23
INTERSEŢIA este definită ca o extremitate de linie şi nu trebuie confundat cu conceptul de
punct abordat mai sus. O linie este obligatoriu mărginită de un punct de origine şi o intersecţie de
destinaţie (modelul topologic de reţea). Acestea indică sensul de parcurgere al liniei, altfel
definit, fiecare intersecţie este un vârf al unui graf. Acest graf este planar, dacă toate intersecţiile
dintre linii formează puncte nodale.
POLIGONUL este definit de un parcurs liniar, ce sunt conectate întrun sistem de intersecţii
definte într-un graf planar. Unui poligon îi este ataşat în mod obligatoriu un centru izolat numit
centroid. Acest centru privilegiat permite construirea suprafeţelor în jurul lui, până la limitele
formate de liniile întâlnite.
VOLUMELE, ca şi semne grafice primitive, sunt tratate mai puţin de produsele soft, de
aceea nu le detaliem. Aminim doar că anumite pachete de programe oferă posibilitatea de a lua
în considerare, 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 în model 3D se face prin diferite tehnici cum sunt izoliniile, tin-urile (analiza spaţială).
1.10.1. Modele vectoriale
Modelul este o reprezentare convenţională a structurilor de date întrun context precizat în
care se identifică natura datelor (forme grafice primitive), operatorii ce prelucrează structurile de
date, precum şi restricţiile impuse pentru menţinerea corectitudinii datelor (regulile de integritate
deontologică). Sistemul de reprezentare vector a generat mai multe modele dintre care vom
prezenta două, fiind cele mai importante şi reprezentative:
• modelul grafic este un model relativ simplu, ce priveşte gestiunea geometriei obiectelor,
având ca scop principal de a le desena. Aşa cum am precizat, acest model utilizează primele două
semne grafice menţionate: punctul şi linia (poli-linia). Noţiunea de poli-linie este specifică
modelelor vectoriale topologice, care în mod implicit (aplicând teoria graf-urilor) trebuie să aibă
o orientare, adică un punct iniţial şi un punct de sfârşit, fiind de fapt o linie frântă. Este important
de menţionat faptul, că în acest model, poligonul este rezultatul închiderii unei poli-linii şi nu
este privit ca un semn grafic primitiv şi deci nerecunoscut ca atare. Deficienţele acestui model
fiind: graf-ul nu este întotdeauna planar (poligoanele se pot suprapune); fiecare linie este
independentă (pot apare linii dublate); fiecare poligon poate fi descris în mod independent de
celelalte poligoane prin linia care îl delimitează, mai precis el este recunoscut prin conturul său.
În general, fişierele modelului grafic sunt de tip DXF, ele putând fi citite de programele
GIS, dar nu şi prelucrate. Pentru a putea fi prelucrate, ele trebuie importate într-un limbaj propriu
GIS-urilor.
• modelul topologic, termen împrumutat din matematică, determinând poziţia relativă a
obiectelor independente de forma lor exactă, de localizarea lor topografică şi de mărimea lor:
liniile pot fi conectate, suprafeţele pot fi adiacente etc.; exprimând relaţia spaţială dintre semnele
grafice primitive. De exemplu, topologia unui arc include definirea punctului de origine şi a
punctului de destinaţie (în cazul modelului topologic de reţea) şi respectiv a poligonului din
stânga şi dreapta (în cazul modelului topologic de suprafaţă). Datele redundante (coordonatele)
sunt eliminate, deoarece o poli-linie poate reprezenta o linie sau numai o parte din ea. Altfel
spus, este vorba de o localizare fără coordonate, existenţa relaţiilor topologice permiţând o
analiză geografică mai eficientă, cum este modelarea scurgerii lichidelor pe reţelele de apă/canal,
combinarea poligoanelor (suprafeţelor) cu caracterisitici similare.
a. Modelul topologic de reţea adaugă modelului grafic entitatea de intersecţie (nod).
Acestea fiind intersecţii izolate, independente de reţeaua de conexiuni, precum şi intersecţii
combinate. Pe traseul unei poli–linii pot exista mai multe intersecţii, acestea aparţin însă aceleaşi
24
linii (arc, poli-linie) (atunci când avem intersecţii de linii şi graful este planar). Se utilizează cu
precădere în hărţile ce reprezintă distribuţii întro reţea (cabluri telefonice, elctricitate, gaz,
infrastructură edilitară, în general, etc.).
b. Modelul topologic de suprafaţă este cel mai complet, el adăugând modelului topologic
de reţea poligoanele delimitate la stânga şi la dreapta fiecărui arc. În plus suprafaţa este
construită obligatoriu în jurul unui centru izolat, care nu aparţine parcursului liniilor. Apariţia
suprafeţei induce două asociaţii suplimentare: o linie are obligatoriu un singur poligon la stânga
şi un singur poligon la dreapta, invers un poligon este situat, fie la stânga fie la dreapta unuei linii
sau mai multor linii. Graf-ul acestui model fiind de asemenea planar. Acest model reuneşte toate
suprafeţele care inglobează suprafaţa totală a hărţii, de unde şi noţiunea de coverage, întâlnită în
pachetul ArcInfo al softului ArcGis.
1.10.2. Modelele raster Sistemul raster generează un singur model numit model raster sau model matricial. Acest
model constă în divizarea hărţii (sau imaginii) într-un număr de celule echidimensionale cu
ajutorul unei reţele (grid, în limba engleză) rectangulare de linii paralele, fie cu axele
coordonatelor, fie cu meridianele şi paralelele geografice.
Fig. 4 - Coordonate în modelul raster
Împărţirea hărţii în “celule “ se mai numeşte şi “discretizarea teritoriului”. Celula rezultată
are dimensiuni precise şi trebuie să fie suficient de mică pentru a permite reprezentarea limitelor
obiectelor cu precizia necesară scopului propus. Cu cât precizia cerută este mai mare, cu atât
suprafaţa reprezentată de celula raster este mai mică. De exemplu, pentru o celulă cu latura de
100x100m, precizia este de 1 ha. În cazul în care dorim o precizie de 100m2, latura celulei va fi
de 10x10 m, deci suprafaţa iniţială de 100x100m va fi împărţită în 100 celule de 10x10m.
Evident, dimensiunea redării grafice este în funcţie de scara adoptată. Fiecare celulă se identifică
prin doi indici, unul corespunzător liniei, iar celălalt coloanei din matricea rezultată prin
discretizare. Astfel, din punct de vedere al poziţiei, are loc o transformare de la coordonate reale,
la coordonate cu numere întregi reprezentabile pe display-ul calculatorului (fig. 4). În acest caz,
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 1 2 3 4 5 6 7
lin
ii r
as
ter
coloane raster
1
2
3
4
5
6
7
25
celula raster este redată de regulă printr-un “pixel” (prescurtare de la “picture element” din limba
engleză).
Fiecărei celule raster îi corespunde o anumită valoare sau caracteristică a terenului. De
exemplu, în cazul unui câmp agricol, putem avea parcele ocupate de n culturi (fig. 5).
Când o celulă se suprapune peste mai multe caracteristici sunt două metode de atribuire a
apartenenţei:
Metoda punctului central: dacă punctul central al celulei cade în caracteristica x, atunci i
se atribuie caracteristica x.
Metoda suprafeţei dominante: celulei i se atribuie caracteristica care ocupă cea mai mare
suprafaţă pe baza regulei de prezentare a caracteristicii de >50%.
Fig. 5 - Matrice raster pentru un câmp agricol
Aşa cum am văzut, rasterul este compus din celule mici de formă pătrată sau
dreptunghiulară având o suprafaţă, de regulă egală cu rezoluţia sistemului. Am spus de regulă,
deoarece nu intotdeauna pixelul este considerat ca unitate 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. Încă o dată, precizăm că este vorba de reprezentarea internă a hărţii, care poate
să coincidă sau nu cu rezoluţia monitorului sau a altor echipamente (plotter, imprimantă). In
cazul în care monitorul are o rezoluţie mai slabă decât cea reprezentată intern, harta vizualizată
va avea acurateţea monitorului, adică mai slabă. Invers, dacă monitorul are o rezoluţie mai bună,
afişarea va fi la nivelul rezoluţiei interne. Totuşi există o anumită corelare între posibilităţile
programelor de manipulare a datelor şi de performanţele echipamentelor periferice. De altfel,
fiecare produs soft oferă o listă cu echipamentele I/E cu care este compatibil. Orice abateri de la
aceste reguli conduce la imposibilitatea funcţionării corecte a programelor. În general, sistemul
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
A
P
V
V
v
i
e
(
1
)
A
a
r
a
b
i
l
(
2
)
P
p
ă
ş
u
n
Matrice
a este:
1 1 2 2 2
1 2 2 2 2
1 2 2 3 3
1 3 3 3 3
3 3 3 3 3
26
raster este un mare consumator de resurse. Pentru a ilustra necesarul de suport în stocarea unei
hărţi în format raster, vom da câteva exemple. O imagine format A4 (210x297 mm), reprezintă,
cu o rezoluţie a unei imprimante laser, aproximativ 9 milioane de celule (300 d.p.i = 12
puncte/mm şi 12x12 = 144 puncte mm² şi 144x 210 X 297= 8.981.280). În aceleaşi condiţii un
plan de dimensiuni mai mari, 750x1050 reprezintă aproximativ 115 milioane celule. Modelul
raster este simplu, el conţinând două entităţi: celula şi imaginea. Este important de notat că, o
celulă nu are decât o singură valoare şi că această valoare este valabilă pe toată suprafata celulei,
chiar dacă în procesul de actualizare sunt disponibile informaţii mai fine. Poziţia ei este definită
prin număr de linie şi număr de coloană într-o imagine şi numai una. Este clar că în această
entitate nu intră obiectele geografice. Acestea din urmă nu pot fi recunoscute decât după tema
imaginii şi valoarea de atribut a fiecărei celule. O imagine presupune una sau mai multe celule.
Fiecare imagine este definită de tema sa şi de un număr de imagine. Teritoriul care conţine
această imagine este definit de coordonate şi de extremităţi. Aceste caracteristici conţin şi
unitatea de măsură şi atributul fiecărei celule. În consecinţă putem rezuma:
CELULA IMAGINEA
Valoare Temă
nr. Linie nr. Imagine
nr. Coloană Xy minim
Xy maxim
După cum aţi observat, se utilizează denumirea de imagine raster şi nu de hartă raster.
Aceasta deoarece imaginile digitale sunt în format raster. Atragem atenţia de pe acum că o
imagine satelitară digitală nu este propriu-zis o hartă, ci din această imagine, în urma procesării
ei şi a codificării proprii unui soft cartografic (sau GIS), va rezulta o hartă digitală. Deci, trebuie
să fim atenţi, atunci când vorbim despre imagine raster să se inţeleagă exact ce reprezintă
aceasta.
1.11. Caracteristici ale hărţilor digitale
Rezoluţia în sistem vector reprezintă cel mai mic increment pe care îl poate detecta un
digitizor sau, altfel spus, distanţa cea mai mică dintre două puncte, care este sesizată prin
sistemul de coordonate ca fiind diferite. Această caracteristică depinde de echipamentul şi softul
utilizat în crearea hărţii precum şi de prelucrarea şi afişarea ei pe monitor sau plotter. Acest
increment, referit în teren, este dependent de scara hărţii. La o scară mică, distanţei dintre două
puncte îi corespunde o distanţă reală mai mare. De exemplu la o scară 1:500.000 un digitizor cu
un increment de 0.1 mm va produce o distanţă reală de 50 m. Deci nu se pot sesiza caracteristici
geografice sub această dimensiune. Apariţia unor caracteritici care au dimensiuni sub 50 m, cum
ar fi de exemplu reţeaua de drumuri, este dictată de scopul pentru care a fost făcută harta.
Drumurile sunt reprezentate prin semne şi deci nu reprezintă o dimensiune reală în teren la
această scară. La scara 1:25000 un acelaşi increment de 0.1 mm va produce în teren o distanţă
reală de 2.5 m, în această situație drumurile vor reprezenta caracteristici geografice reale (şi nu
convenţionale) având definită şi lăţimea, intr-o marjă de eroare de 2.5 m. De cele mai multe ori şi
la această scară se folosesc tot semne convenţionale. Precizăm faptul că, rezoluţia digitizoarelor
este mult mai bună decăt valoarea dată ca exemplu, problema preciziei find transferată abilităţii
operatorului.
În sistemul raster, rezoluţia reprezintă dimensiunea maximă din teren care corespunde unui
pixel (definiţia este aceeaşi cu cea a rezoluţiei unei imagini digitale). De exemplu, o rezoluţie de
10 m înseamnă că un pixel este asociat cu o suprafaţă de 10x10 (100 m²). Şi în sistem raster
27
situaţia este similară, adică nu se sesizează caracteristici geografice sub rezoluţia hărţii. Deoarece
sistemul raster se utilizează în special pentru reprezentarea suprafeţelor continue, nu se folosesc
semne convenţionale pentru caracteristici geografice liniare. În cadrul unor proiecte se utilizează
combinaţii între vector şi raster, cum ar fi suprapunerea unei hărţi vectoriale peste o imagine
raster, în vederea unei analize. Evident, se presupune că acestea reprezintă un acelaşi areal la
aceeaşi scară.
Există o legătură strânsă între georeferenţiere (vezi mai jos) şi rezoluţie. Când se face
asocierea unor puncte de coordonate geografice cunoscute din teren cu componentele de pe o
hartă, precizia asocierii este la limita rezoluţiei. Cu alte cuvinte determinarea cu o precizie mai
bună a unui punct din teren decât rezoluţia hărţii, devine un lucru util.
Acurateţea este distanţa la care o valoare estimată diferă de valoarea reală, fiind legată de
precizia cu care deseori se confundă măsurătorile fizice. Precizia reprezintă numărul de cifre
semniflcative exprimate într-un anumit sistem.
Acurateţea poziţională este una din problemele esenţiale ale georeferenţierii. În cartografia
tradiţională, acurateţea este invers proporţională cu scara. De exemplu o hartă la scara 1:10.000
are o acurateţe mai bună decât una la 1:100.000, iar în cazul hărţior digitale situaţia este mai
complexă, deoarece în cadrul GIS putem avea hărţi în diferite sisteme de coordonate (în cazul
vectorilor) sau cu diferite rezoluţii (în cazul raster).
1.11.1. Problema scării în cartografia digitală
Datorită faptului că în GIS hărţile digitale sunt supuse unor operaţii de mărire –micşorare,
noţiunea de scară îşi pierde sensul, aşa cum este perceput când lucrăm cu hărţi pe suport de hârtie
şi care nu pot fi supuse la astfel de operaţiuni. Mărirea de câteva ori a unei porţiuni de hartă
reprezentată vectorial conduce la o slabă reprezentare a entităţilor geografice. Dacă pe harta
originală (nemărită) o frontieră de judeţ, pare a avea o formă netedă, dacă o mărim de 10 ori
acest contur va deveni o linie frântă, extrem de neregulată şi care pune sub semnul îndoielii
precizia. Dacă harta se micşorează, atunci programul va afişa numai o parte din puncte pe ecran,
dar nu se alterează aspectul general, conturul rămânând neted. În cazul raster, mărirea unei
porţiuni din hartă va produce o mărire a pixelului da fapt a celulei, iar harta nu va mai avea
continuitatea celei originale. Această operaţie este relevantă pentru vizualizarea modului de
organizare de tip celular a imaginilor raster, mărind-o de mai multe ori, celula devenind o
entitate punctuală din ce în ce mai mare.
Dacă avem digitizată o hartă la scara 1: 100.000 şi vrem să o listăm la scara de 1:50.000
harta va fi de patru ori mai mare, iar contururile nu vor fi netede şi deci aspectul va fi inestetic. În
caz contrar, dacă dorim să listăm harta la o scară de 1: 200.000 se va desena doar 25% din
porţiunea iniţială, pierzându-se din detalii. Atunci când acelaşi teritoriu este digitizat la scări
diferite, utilizarea în comun a celor două hărţi constitue o problemă de suprapunere exactă,
rezolvată în parte de ultimele generaţii de GIS-uri. 1.11.2. Organizarea bazei de date spaţiale Aşa cum am menţionat mai sus, hărţile digitale implicate în prelucrarea datelor GIS
constituie ceea ce se numeşte BDS. O hartă se descompune în mai multe layere (strate) de
informaţie şi invers, mai multe layere pot forma o hartă. Această idee stă la baza organizării
BDS. Este cel mai eficient mod de stocare a hărţilor. Layerele pot fi combinate astfel încât să
genereze hărţi care nu există în formă tradiţională. Când se crează un layer trebuie să se ştie că
acesta este utilizat în întregime, adică entităţi geografice ce nu pot fi separate. Cu alte cuvinte,
dacă avem un layer care conţine râurile cu limitele bazinelor hidrografice, la o apelare a hărţii
ambele entităţi vor fi afişate chiar dacă avem nevoie doar de una din ele. De aceea, este bine ca
28
aceste două tipuri de entităţi geografice să fie stocate pe layere diferite, în cazul în care apar
situaţii când ele se vor prelucra separat. De fapt produsele soft mai puternice au posibilitatea de a
îndepărta anumite porţiuni din hartă sau să creeze două layere mai simple din unul mai incărcat,
dar această operţie ne poate complica lucrurile în mod inutil. În consecinţă, pentru majoritatea
prelucrărilor se preferă o structură simplă a unui layer şi să avem mai multe layere.
Un layer în sistem vector comportă un ansamblu de semne grafice primitive, ce partajează
aceleaşi propietăţi topologice. Unele produse soft sunt limitate în privinţa utilizării în comun a
semnelor grafice primitive. De exemplu, în ArcView este interzis să se folosească pe un acelaşi
layer puncte şi poligoane. Aceasta deoarce pentru fiecare dintre ele se generează câte un fişier cu
extensia caracteristică în funcţie de softul utilizat, care reprezintă tabela de atribut punct (point
atribute table) şi respectiv tabelul de atribute al poligonului (poligon atribute table).
În funcţie de tema prezentă în hartă putem avea mai multe layere care să conţină aceleaşi
primitive grafice. De exemplu, un layer cu lacuri – poligoane separat de un layer cu vegetaţia –
poligoane; sau limitile administrative de judeţ şi de comună, etc.
Reamintind că fiecare layer este însoţit de tabelul de atribute proprii. Din punct de vedere
al utilizatorului, layer este o hartă tematică, iar repartiţia pe mai multe layere este indispensabilă.
Aceasta deoarece restricţiile topologice de suprafaţă pretind cunoaşterea şi identificarea (într-un
graf planar) a tutoror descopunerilor poli-liniilor şi poligoanelor apărute ca urmare a creşterii
volumui de informaţie, ceea ce ar duce la confuzii în interpretarea materialului cartografic.
Analiza spaţială reclamă o organizare a BDS pe layere.
În sistemul raster, un layer (strat) reprezintă o imagine tematică, acestea putând fi tratate
împreună cu layere de tip vector sau separat, în funcţie de scopul urmărit. Se subînţelege că,
programele care sunt în componenţa produselor GIS permit acest lucru. Dintre posibile layere la
scară mică amintim: limitele administrative, geologia, proprietăţile funciare (cadastrul), modul
de utilizare al terenurilor, hipsometria, hidrografia, infrastructura rutieră, feroviară, etc. La scară
mare putem avea planurile infrastructurii rutiere intra-urbane, reţeaua hidrografică, reţelele
tehnico-edilitare, intabularea locuinţelor, procesele geomorfologice de detaliu, etc.
1.11.3. Modelul digital de elevaţie (Digitale Elevation Model – DEM)
Modelarea spaţială complexă permite analiza datelor spaţiale care conţin altimetria, această
formă de reprezentare se numeşte Model Digital al Terenului (Digital Terrain Model – DTM) sau
Model Digital de Elevaţie (Digital elevation Model – DEM).
Pentru referirea la această noţiune vom folosi ultima definiţie, în esenţă, acest model
conţinând distribuţia tridimensională a punctelor de coordonate (x, y, z). Crearea suprafeţelor se
face în mod diferit în cele două sisteme de reprezentare (vector şi raster). Menţionăm că softurile
GIS complexe realizează modelul de elevaţie sub toate aspectele ce vor fi descrise, dar sunt şi
versiuni mai vechi care nu sunt capabile să realizeze această analiză.
În sistemul vectorial există trei modele de reprezentare a suprafeţelor în 3D: de tip punct,
linie şi de tipul unei suprafeţe bazate pe triunghiuri neregulate (TIN).
Modelul de tip punct este cel mai simplu şi constă într-un set de puncte dispuse neregulat
pe o suprafaţă bi-dimensională (în coordonate xy), în care valoarea lor reprezintă elevaţia (z).
Din punct de vedere al volumului de stocare pe suport magnetic, aceasta este cea mai eficientă
formă de organizare (ocupă cel mai puţin spaţiu pe disc). O suprafaţă plană sau cu pante
constante este reprezentată în mod eficient prin câteva puncte, care delimitează arealul respectiv.
Este o hartă cu un conţinut puctual al căror etichetă reprezintă eticheta şi nu arată o distribuţie
spaţială a elevaţiei. Dintr-o suprafaţă constituită dintr-un set de puncte dispuse neregulat (Fig. 6),
se poate obţine o hartă, ce înfăţişează curbele de nivel (modelul de tip linie).
29
Fig. 6. Puncte de elvație cunoscute Fig. 7. Curbe de nivel
Modelul de tip linie se referă la reprezentarea suprafeţelor în 3D prin contururi de linii
(curbe de nivel). În acest caz variabila z este convertită într-o carcteristică liniară de aceeaşi
valoare, suprafaţa fiind reprezentată printun set de linii de diferite valori, la intervale constante
(fig. 7). Acest model are avantajul că este uşor individualizabil pe hărţile topografice prin curbele
de nivel.
Modelul de suprafaţă pe triunghiuri neregulate constă dintr-o reţea de triunghiuri dispuse
neregulat, bazată pe puncte de elevaţie cunoscută, înclinarea terenului fiind considerată constantă
pe fiecare triunghi (fig. 8). Dimensiunile triunghiurilor variază în funcţie de cea a terenului,
modelul rezultat este cunoscut sub numele de reţea de triunghiuri neregulate (Triangulated
Iregular Network – TIN). În fişiere se înregistrează valorile (x, y, z) ale vârfurilor trunghiurilor
precum şi atributele ce privesc declivitatea şi direcţia.
Fig. 8. Structură TIN, reprezentată în plan
Triunghiurile mari se folosesc pentru o variaţie mică a altitudinii, iar cele mici pentru
variaţiile mari ale altitudinii.
30
Fig. 9. Modelare 3D – TIN
Structura de tip TIN permite:
• calculul declivităţii şi orientarea versanţilor;
• expunerea la radiaţia solară;
• vizibilitatea de observaţie dintr-un anumit punct şi posibilitatea modifării acestui
parametru;
• curbe de nivel a căror intersecţii se situează la intersecţia dintre feţe şi un plan orizontal
de altitudine dată;
• profile liniare şi neliniare;
• vizualizare 3D a modelelor numerice ale terenului, sau chiar a aşezărilor (fig. 9).
1.12. Datele atribut
Datele tabelare care se asociază hărţilor digitale pot să aibă diferite formate (ASCII, dbf sau
formate proprii), tipul de format intern fiind diferit în funcţie de softul folosit. De exemplu,
ArcView percepe date tabelare în format dbf, acestea pot fi create cu dBase, Fox sau chiar Excel,
care poate exporta propriile fişiere în format dbf, cu condiţia să se utilizeze un singur sheet şi să
aibă o structură de tip baze de date (adică fiecare coloană să reprezinte un câmp, iar fiecare linie
un articol – nu se admit alte forme de scriere sau alte note). Cel puţin în ceea ce priveşte
ArcView, menţionăm faptul că există două categorii de tabele, unul de tipul Atribute Table şi
fişiere oarecare în format dbf, care pot fi lipite la aceasta cu condiţia de a avea un câmp comun.
Atribute Table se crează o dată cu fişierul shape (partea grafică) şi este intrinsec legată de
aceasta, conţinând informaţii minime la tema respectivă, cărora li se pot asocia temporar sau
definitv alte date de format dbf. Se preferă o structură simplă pentru o mai facilă asociere cu alte
tabele. Totalitatea datelor atribut formează ceea ce se numeşte Baza de Date Atribut (BDA).
Cele mai multe produse GIS pot să importe fişiere sub formă de date tabelare create cu
produse Spreadsheet, cum ar fi Microsoft Excel sau Lotus 1-2-3 sau date sub formă de bază de
date (descărcate de exepmlu din GPS-uri, staţii totale, etc.), cum ar fi Microsoft Accesa.
31
Datele tabelare pot fi de asemenea importate, utilizând un limbaj de Interogare (SQL -
Structured Query Language). Cum cele mai multe date tabelare pot fi acceptate de unul din
pachetele menţionate, introducerea acestora într-un GIS nu este o problemă dificilă.
Formatale tabelare cele mai larg acceptate de produsele GIS sunt CSV (Comma Separatad
Variable) şi DBF (Format dBase). Formatul CSV este un fişier text ASCII) în care fiecare linie a
textului constituie o singură înregistrare.
Toate variabilele din inregistrare sunt separate prin virgulă. DBF este un format de bază de
date foarte răspândit, promovat de Ashton Tate prin intermediul SGBD-ului dBase.
O dată geografică este un element al BDG (Bază de date Geografică) şi, în consecinţă,
prezintă un aspect dual: spaţial (poziţia în teren) şi atribut (ce reprezintă acesta). În diferite
lucrări de specialitate se utilizează alte denumiri, astfel baza de date spaţială se numeşte baza de
date grafică, iar baza de date geografică se numeşte baza de date spaţială, iar cea atribut
rămânând cu aceiaşi semnificaţie. Deci baza de date spaţială este compusă din baza de date
grafică şi baza de date atribut. Câmpul din tabelul de atribut al unui semn grafic i se poate ataşa
(şi acest lucru este destul de frecvent) alte date adiţionale prin comanda relates.
1.12.1. Baza de Date Atribut
Partea grafică a bazei de date a unui GIS furnizează informaţii privind localizarea, forma şi
extinderea spaţială a acestora. Restul însuşirilor care nu pot fi incluse în baza de date grafică se
materializează prin atribute geografice sau valori ai unor parametrii (de exemplu, panta
terenului) care se ataşează entităţilor grafice sau spaţiale. Toate acestea constituie Baza de Date
Atribut – BDA. Volumul bazei de date atribut este variabil în funcţie de scopul urmărit. Practic,
orice hartă reprezentată în GIS poate fi încărcată cu orice tip de informaţie şi în orice cantitate.
Atributele geografice pot fi de diferite forme: nume de munţi sau râuri, localităţi, regiuni:
caracteristici descriptive (de exemplu, forme de relief, sol, alcătuire litologică), valori cantitative
(de exemplu, producţia medie la ha, cantitatea anuală de precipitaţii, etc.). În mod uzual, sunt
necesare mai multe atribute pentru descrierea unei entităţi. În situaţii complexe, se poate ajunge
la 50 – 60 de atribute pentru o entitate spaţială. De regulă, atributele sunt prezentate sub formă de
tabele în care fiecare coloană este destinată unui anumit atribut.
Se deosebesc patru tipuri principale de atribute (Haidu&Haidu, 1998)
a) Atribute cu rol de identificatori unici pentru fiecare entitate spaţială. Aceştia pot fi termeni
geografici care permit referirea simultană la entitatea spaţială şi localizarea acesteia (de
exemplu, Bucureşti, vârful Omu) sau pot fi coduri sau numere (etichete) unice pentru fiecare
entitate spaţială din cuprinsul teritoriului analizat.
b) Atribute care redau geometria entităţii spaţiale. De exemplu, perimetrul sau aria unei unităţi
administrative, lungimea unui râu, canal, drum, etc.
c) Atribute care exprimă relaţiile dintre entităţile spaţiale: de vecinătate (adiacenţa),
conectivitate, incluziune.
d) Atribute care redau caracteristicile fizice (de exemplu, soluri, litologie) ale entităţilor spaţiale
sau ale localizării acestora.
Unele dintre aceste atribute se pot obţine prin interogarea bazei de date sau a stratelor
digitale (atribute geometrice, atribute care exprimă relaţii spaţiale), altele necesită însă a fi
introduse în prealabil, neputând fi obţinute din stratele informaţionale existente; de exemplu,
variaţia umidităţii solului în timpul anului, nivelul recoltei posibile de pe un teren agricol.
Valorile şi/sau caracteristicile folosite drept atribute se obţin prin investigaţii şi măsurători
adecvate, date statistice preexistente, informaţii colectate din teren, etc. Pentru datele de ordin
cantitativ (de exemplu, panta, altitudinea, adâncimea apei freatice, nivelul recoltei, etc.) se pot
32
folosi scări numerice având originea zero exprimate în unităţi de măsură specifice: grade, metri,
kg, etc. sau scări ordinare (relative), cum ar fi de exemplu, mic, mijlociu, mare, etc., scări de
interval (clase) – de exemplu, intervale de temperatură. Pentru datele de ordin calitativ se
utilizează scări nominale de tipul: excesiv, moderat, slab, etc.
1.13. Principalele tipuri de GIS : ARC/INFO; IDRISI; GRASS; SPANS.
Dezvoltarea Sistemelor Informatice Geografice s-a înscris în ritmul dezvoltării generale a
tehnologiei informatice din ultimii 25 de ani. Drept urmare, pe piaţa mondială există în prezent
mai multe tipuri de Sisteme Informatice Geografice, care, deşi au un obiectiv comun – şi anume:
stocarea, prelucrarea şi redarea informaţiei localizate geografic – se diferenţiază în funcţie de
modul în care sunt integrate componentele software sau după accentul pus pe diferitele funcţii
ale sistemului.
Dintre sistemele cele mai cunoscute aflate în prezent pe piaţă – ARC/INFO, IDRISI,
GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) şi SPANS (Spatial Analysis System),
vor fi prezentate mai detaliat primele două, ale căror caracteristici corespund cel mai bine
domeniului nostru de activitate, respectiv inventarierea şi managementul resurselor, cadastru şi
organizarea teritoriului.
● ARC/INFO
Este un program software SIG creat de ESRI – Environmetal System Research Institute –
SUA. El încorporează un Sistem de Gestiune a Bazelor de Date Relaţional (SGBDR) –
respectiv un sistem de date atribut. Este scris în limbaj FORTRAN 77 şi C şi este independent de
componentele hardware ale sistemului de exploatare. Specific sistemului ARC/INFO este
codificarea datelor spaţiale într-o bază de date internă, din care acestea pot fi exportate spre alte
baze de date.
În esenţă, - aşa după cum rezultă şi din denumire – baza de date a sistemului ARC/INFO
este rezultatul combinării dintre baza grafică ARC cu cea de atribute INFO. Informaţia
spaţială este redată în mod vector, iar entităţile geografice sunt reprezentate în plan prin
ARC
ARCEDIT
CONVERSION
ADS, TABLES, dBASE, SML
OVERLAY
NETWORK
ARCPLOT
TIN; COGO
SGBD
digitizare+editare
programare şi editare de meniuri
editare şi actualizare interactivă a entităţilor
spaţiale şablon de proiectare descriptive
editare şi valorificare hărţi (Arcedit şi Arcplot
sunt primele două module care permit
vizualizarea datelor spaţiale)
adaptarea formatului şi transferul datelor
facilităţi de analiză spaţială
analiză de reţele
analiza modelului digital de elevaţie (MDE),
aplicaţii geometrice
33
coordonate xy. ARC/INFO este organizat sub forma unor module articulate în jurul modulului de
bază (fig. 10).
Fig. 10 – Organizarea modulară a sistemului PC ARC/INFO (după Haidu&Haidu, 1998)
Scurtă caracterizare a modulelor ARC/INFO
1. Modulul ARC. Reprezintă modului de bază (sau starter). Are capacitate de import-
export a fişierelor compatibile, conţine funcţiile de bază privind digitizarea şi editarea datelor şi
este dotat cu funcţii topologice. Modulul ARC gestionează baza de date relaţională (dBASE,
TABLE). Înregistrarea de bază este numită acoperire (coveraj) şi este alcătuită din: arce (sau
linii), noduri, puncte de etichete (label points), poligoane, puncte de îmbinare (tics), spaţii de
acoperire (coveraje extent).
Submodulul ADS (Arc Digitizing System) asigură capacităţile de digitizare şi editare a
noilor acoperiri. Funcţiile CLEAN şi BUILD creează tabele de atribute care stochează datele
tematice despre caracteristicile coverajelor.
2. ARCEDIT. Editează hărţi în mod conversaţional şi prezintă posibilităţi de modificare a
atributelor.
3. ARCPLOT. Reprezintă modulul de realizare, interogare, afişare şi redare a hărţilor.
4. OVERLAY. Este un modul care prezintă posibilităţi de analiză spaţială.
5. CONVERSION. Este modulul care asigură modificarea formatului datelor care diferă
de coverajele ARC/INFO pentru a permite transferul informaţiei în ambele sensuri.
6. NETWORK. Este un modul construit ca un subsistem propus care oferă posibilităţi de
analiză a reţelelor din baza de date proprii derivate din caracteristicile coverajelor ARC/INFO.
7. TIN (Triangular Irregular Network). Conţine funcţii de elaborare şi analizare a
Modelelor Digitale de Elevaţie.
8. COGO. Este un subsistem care lucrează în coordonate geometrice având aplicaţii în
domeniul construcţiilor şi amenajării teritoriului.
ARC/INFO este un sistem cu un mare număr de comenzi (cca. 2000), fapt ce îl face dificil
de manipulat fără o pregătire corespunzătoare îndelungată. Există însă şi posibilitatea de a crea
meniuri şi comenzi macro datorită unui limbaj propriu de programare (SML – Simple Macro
Language).
ARC/INFO este unul dintre cele mai utilizate softuri SIG din lume. În România, el este larg
folosit în domeniul inventarierii şi managementului resurselor naturale, elaborarea de diferite
tipuri de hărţi, proiecte de dezvoltare rurală şi urbană, etc.
● IDRISI Reprezintă un pachet de programe pentru Sisteme Informatice Geografice elaborat de
“Clark University, Graduate School of Geography – IDRISI project”. De la început, IDRISI a
fost lansat în scop didactic şi nu lucrativ. Este scris în Borland Pascal şi Visual Basic şi poate
funcţiona pe diferite sisteme de exploatare. Lucrează în mod raster şi este echipat cu anumite
funcţii de procesare a imaginilor de teledetecţie. De asemenea, conţine şi proceduri care permit
importarea şi vizualizarea datelor cu structură vector.
IDRISI conţine trei tipuri de fişiere care cuprind informaţii asupra entităţilor geografice:
fişiere imagine
fişiere vector (păstrează coordonatele)
fişiere cu valori de atribute.
34
IDRISI mai conţine, de asemenea, fişiere care păstrează parametrii sistemului de referinţă
plus un fişier document care păstrează informaţii despre conţinutul fişierului cu acelaşi nume ca
fişierul imagine, dar cu altă terminaţie.
În IDRISI, fiecare celulă (pixel) conţine o valoare care exprimă o magnitudine numerică
sau alfanumerică, şi este referită printr-o intersecţie de linie şi coloană. Sistemul este proiectat
pentru a lucra cu informaţii tematice, fiecare informaţie fiind distribuită pe un alt strat, care
reprezintă variaţia spaţială a unui singur fenomen (variable).
Scurtă caracterizare a modulelor IDRISI
Acest pachet de programe conţine cca. 100 de funcţii care sunt grupate în 5 module.
Fiecare funcţie este un program, iar fiecare titlu include mai multe funcţii (fig. 11).
1. Modulul central – conţine submodulele: Gestiunea sistemului, Intrarea datelor,
Vizualizarea, Gestiunea şi reformatarea fişierelor.
2. Modulul de Analiză Spaţială: constă din submodulele Integrarea bazei de date, Algebră
cartografică, Operaţii spaţiale.
3. Modulul de procesare a imaginilor cuprinde: Corecţii radiometrice şi geometrice ale
imaginilor, Intensificarea sau filtrarea imaginilor, Clasificarea imaginilor, Transformarea
imaginilor.
4. Modulul de Analiză Statistică Cartografică este capabil să execute următoarele
funcţii: Statistica descriptivă, Analiza de regresie, Elemente de Geostatistică, Elemente de
analiza seriilor de timp.
5. Modulul perifericelor constă din submodule destinate operaţiilor de import/export
fişiere şi transformărilor de formate de fişiere.
Fig. 11. Schema de organizare a IDRISI.
M
odulu
l
Perife
ricelo
r
M
odulu
l
Perife
ricelo
r
M
o
d
u
l
u
l
C
e
n
t
r
a
l
M
o
d
u
l
u
l
d
e
P
r
o
c
e
s
a
M
odulu
l de
Anali
ză
Statist
ică
Carto
grafic
ă
Modulul de
Analiza
Spaţială
35
Funcţiile de bază ale IDRISI sunt următoarele (Săvulescu, 1996):
Managementul proiectului;
Introducerea datelor;
Afişare – listare;
Managementul datelor atribute;
Managementul datelor spaţiale.
● GRASS
GRASS (Geographic Resource: Analysis Support System) este un sistem GIS în mod raster
proiectat pentru a gestiona şi analiza date referite geografic. La început a fost destinat unor
scopuri militare, dar în prezent a fost adaptat şi pentru obiective civile.
Sistemul GRASS este scris în limbajul C şi are posibilitatea de a fi conectat şi cu softuri din
domeniul public. O particularitate a GRASS este aceea că este un sistem liber care se distribuie
gratuit.
● SPANS
SPANS (SPatial ANalysis System) este un GIS canadian, modular şi flexibil a cărui
arhitectură face posibilă proiectarea aplicaţiilor în funcţie de specificul cerinţelor şi a datelor de
intrare. SPANS este alcătuit dintr-un pachet de şase module: EXPLORER, TOPOGRAPHER;
PROSPECTOR, PIONEER, AUTHOR, OBSERVER.
Modulul de bază este EXPLORER, care reprezintă un sistem informatic hibrid:
raster/vector/quadtree şi care poate funcţiona independent de celelalte module. Datele geografice
de tip vector pot fi introduse prin digitizare. Datele de tip raster se obţin prin scanarea hărţilor
(imaginilor). Sistemul quadtree este specific pentru SPANS şi prezintă avantaje deosebite pentru
analiza spaţială a datelor.
1.14. Aplicaţii ale Sistemelor Informatice Geografice
1.14.1. Sistem Informatic Geografic necesar pentru optimizarea utilizării teritoriului
şi protecţia mediului înconjurător în agricultură (modelul SOTER-SOVEUR)
Optimizarea utilizării teritoriului şi protecţia mediului înconjurător constituie o prioritate
naţională, influenţând strategia de dezvoltare a României. Sistemele Informatice Geografice au
un rol cheie datorită capacităţii acestora de a furniza datele necesare şi posibilităţilor oferite
pentru elaborarea de scenarii şi a formula prognoze de dezvoltare.
Modelul SOTER (prescurtare de la SOL-TEREN) – SOVEUR (prescurtare de la denumirea
în limba engleză a proiectului “Soil Vulnerability in Central and Eastern Europe”) este
• o bază de date a ţărilor din Centrul şi Estul Europei;
• alcătuit pe principii GIS;
• scopuri - realizarea unui inventar al resurselor de soluri şi terenuri şi a proceselor de
degradare antropică a acestora;
• stabilirea vulnerabilităţii la poluare chimică.
Vom prezenta structura bazei de date SOL-TEREN (SOTER) şi a bazei de date privind
degradarea terenurilor (BDDT).
Baza de date de soluri şi terenuri (SOTER)
SOTER este:
• un sistem informaţional al resurselor de soluri şi terenuri;
• bazat pe conceptul că însuşirile unui teritoriu, respectiv cele ale componentelor sale,
terenul şi solul, sunt rezultatul interacţiunii proceselor fizice, chimice, biologice şi sociale care au
acţionat asupra scoarţei terestre de-a lungul timpului.
36
Sistemul SOTER foloseşte modelul vector (metoda ARC/INFO) şi constă din două tipuri
de baze de date (fig. 12):
• Baza de date geometrice (sau grafice);
• Baza de date atribut.
Fig. 12 – Unităţi SOTER aşa după cum arată pe hartă şi caracterizate în baza de date de
atribute (Batjes&Van Engelen, 1997).
Baza de date grafice
Aceasta este o hartă cu poligoane denumite unităţi SOTER. Se realizează de către pedolog
printr-o metodologie specială care permite identificarea de areale de teren cu un model distinctiv
şi adesea repetitiv de forme de relief, altitudine absolută, pantă, litologie generală şi soluri.
Baza de date grafice cuprinde informaţii privind:
• localizarea;
• extinderea;
• topologia (vecinătăţile) fiecărei unităţi SOTER.
Informaţia spaţială (geometrică) este gestionată prin programul ARC/INFO.
Sistemul de coordonate este geografic – longitudine, latitudine.
Pentru măsurători de distanţe şi suprafeţe, coordonatele geografice sunt transformate în
coordonate reale, în sistemul de proiecţie Lambert.
Fiecare unitate SOTER din baza de date geometrice are un identificator unic (număr ID).
Această cheie primară permite legătura cu datele atribute privind caracteristicile unităţilor de
teren, componentele de teren şi componentele de sol.
UNITĂŢI SOTER (US)
BAZA DE DATE GEOMETRICE BAZA DE DATE ATRIBUTE
US2
US1
US2
US4
US5
US6
US3
US7
Unitatea de
teren
Componenta de
teren
Componenta de
sol
Profil de sol Orizont
Caracteristici ale
solului
Relief local, pantă,
adâncimea rocii dure
Forma de relief,
litologie generală
Criterii principale
de diferenţiere
37
Fig. 13. Structura bazei de date atribute cu date areale şi date punctuale
1:M – una la mai multe relaţii; M:1 –mai multe sau o relaţie.
Tipurile de date care trebuie descrise în fiecare fişier SOTER (varianta prescurtată scara 1:
2 500 000).
Baza de date atribute
Această bază cuprinde 5 fişiere:
1. Tabelul unităţilor de teren – listează principalele caracteristici, ale unei unităţi SOTER (7
atrib).
2. Tabelul componentelor de teren – specifică datele pe componente de teren (maxim 3
comp în fiecare unitate de teren) şi dă participarea relativă (%) în fiecare unitate de teren (11
atrib).
3. Tabelul componentelor de sol – specifică aria relativă a componentelor individuale de
sol (maxim 6 comp în fiecare unitate SOTER). Fiecare sol component este caracterizat printr-un
profil de sol reprezentativ regional (9 atrib).
4. Tabelul profilului de sol – listează atributele profilului reprezentativ (12 atrib).
5. Tabelul orizonturilor de sol – conţine datele morfologice, chimice şi fizice pe
orizonturile de sol individuale (35 atribute).
Unitatea de teren
1. Nr. de identificare a unităţii de teren (SOTER);
2. Anul colectării datelor;
3. Tipul de hartă utilizat;
UNITATEA DE TEREN
COMPONENTA DE TEREN
COMPONENTA DE SOL PROFIL ORIZONT
UNITATE SOTER
DATE AREALE
DATE PUNCTUALE
1:1M
1:1M
1:1M
38
4. Forma majoră de relief;
5. Panta regională;
6. Hipsometria;
7. Litologia generală.
Componenta de teren
8. Nr. de identificare a unităţii de teren (SOTER);
9. Nr. componentei de teren;
10. % de participare a componentei de teren în unitatea de teren (SOTER);
11. Panta dominantă;
12. Forma suprafeţei locale;
13. Adâncimea până la roca dură;
14. Materialul parental;
15. Drenaj de suprafaţă;
16. Adâncimea apei freatice;
17. Frecvenţa inundaţiilor;
18. Durata inundaţiilor.
Componenta de sol
19. Nr. de identificare a unităţii de teren (SOTER);
20. Nr. componentei de teren;
21. Nr. componentei de sol;
22. Proporţia componentei de sol în unitatea de teren (SOTER);
23. Nr. de identificare a profilului de sol;
24. Poziţia în componenta de teren;
25. Stâncărie la suprafaţă;
26. Pietre la suprafaţă;
27. Adâncimea de înrădăcinare.
Profilul de sol
28. Nr. de identificare a profilelor de sol;
29. Nr. profilului în baza de date;
30. Latitudine;
31. Longitudine;
32. Altitudine;
33. Data recoltării;
34. Laboratorul de analize;
35. Drenaj;
36. Rata infiltraţiei;
37. Sol – clasificare FAO;
38. Sol – fază FAO;
39. Sol – clasificarea românească.
Orizont
40. Nr. de identificare al profilului de sol;
41. Nr. orizontului;
42. Limita superioară;
43. Limita inferioară;
44. Orizont diagnostic;
45. Proprietăţi diagnostice;
39
46. Culoare stare uscată;
47. Culoare stare umedă;
48. Tip de structură;
49. Abundenţa fragmentelor grosiere;
50. Nisip total (%);
51. Praf total (%);
52. Argilă (%);
53. Textura;
54. pH în apă;
55. Capacitatea de schimb a solului;
56. Carbon organic total;
Fiecare atribut sau clasă de valori este înregistrat în tabel fie cu un cod literal, fie cu unul
numeric. Mai jos sunt câteva exemple de codificare a unor atribute folosite în baza de date
SOTER:
Forme de relief: Câmpii LP
Dealuri SH
Munţi TM
Panta generală: <2% F
3 – 5% G
5 – 8% U
>60% V
Litologia generală Roci magmatice I
Roci metamorfice M
Roci neconsolidate U
Altitudinea absolută <300 m 1
>3000 m 5
Altitudinea relativă <200 m 6
>5000 m 12
Durata inundaţiilor Mai puţin de o zi 1
Continuu 7
Fig. 14. Relaţiile dintre baza de date de date geometrice SOTER şi datele tabelare.
US2
US3US4
US1
US5Nr. unit
SOTER
Forme de
relief
Panta
generală
Litologie Altitudine
absolută
1 SH R UE1 6
2 LP F UF2 1
3 TH
4
5
40
Legătura între tabelele cu atribute şi baza de date geometrice şi prelucrarea datelor se face
prin intermediul unui sistem de management al Bazei Relaţionale de Date (fig. 14).
Pentru realizarea bazei de date SOTER se folosesc hărţi topografice, hărţi hipsometrice,
hărţi geomorfologice, hărţi geologice, hărţi de soluri, baze de date privind profilele de sol, baze
de date climatice, hărţi de folosinţe etc.
Prin aplicarea acestei metodologii de Sistem Informatic Geografic s-au realizat hărţi ale
României la scara 1:2 500 000 şi 1: 1 000 000 privind formele de relief, panta regională,
hipsometria, litologia de suprafaţă.
