SCURT ISTORIC AL CARTOGRAFIEI

Informatiile documentare despre harti ne arata ca ele au existat inca dinaintea erei noastra: au fost gasite schite primitive la egipteni, chinezi, canadieni, amerindieni realizate pe suporturi foarte variate incepand de la os, coji de copac, nisip, lemn, pietre, etc. Continutul acestor schite se refera la suprafete restranse si reprezinta diferita elemente ale cadrului natural ca reteaua hidrografica, lacurile, padurile, pesterile.

Cea mai veche harta ajunsa in Romania, zgariata pe o tabla de argint este a Mesopotamiei, datand din sec. XIV-XV i.e.n.

Primele harti propru-zise apar la grecii antici. Cea dintai harta greceasca a fost construita de ANAXIMADRU din MILET si cuprinde lumea cunoscuta a timpului sau, inconjurata de OKEANOS, in ipoteza Pamantului plan.

Cele mai remarcabile rezultate cartografice in antichitate au fost construirea primului glob geografic de catre CRATES si imaginarea primelor sisteme de proiectie de catre HIPARH (sec. II i.e.n.) si PTOLEMEU (sec. II e. n.).

Romanii n-au imbogatit cu nimic baza teoretica a reprezentarilor cartografice, chiar daca au intocmit si ei harti numite itinerarii, necesare in razboaiele lor de expansiune. O astfel de harta este Tabula Peutingeriana.

In feudalism, dezvoltarea comertului atrage dupa sine intocmirea hartilor legate de necesitatile practice. Astfel se construiesc harti marine de catre italieni, cunoscute sub numele de portulane, care se refereaua de obicei la o bazinul unei singure mari.

Secolul al XVI-lea se caracterizeaza printr-o fructuoasa si valoroasa activitate cartografica, cei mai importanti reprezentanti ai acestei perioade fiind MERCATOR si ORTELIUS (olandez). Mercator publica in anul 1578 un prim atlas de harti geografice dupa hartile lui Ptolemeu, dar reconstituite si corectate de el. La intocmirea hartilor, utilizeaza proiectia cartografica si propune mai multe proiectii, dintre care una pentru navigatie, care ii poarta numele, fiind folosita si in prezent.

Sec. al XVII-lea este cunoscut prin aparitia unor atlase, care pe langa hartile respective contineau si texte.

Din secolul al XVIII-lea merita amintita activitatea de intocmire a hartilor la scari mijlocii si mari. Prima harta topografica este harta Frantei a lui Cassini la scara 1:86400.

In anul 1871 are loc primul congres de geografie, unde se pune problema alegerii meridianului de origine sau a primului meridian, probleme rezolvata in 1884 la o conferinta special convocata la Washington, cand s-a ales ca meridian de origine meridianul observatorului de la Greenwich.

La sf. sec. al XIX-lea (1891), la Congresul de la Berna, pentru unificarea hartilor topografice nationale intr-o harta internationala s-a adoptat propunerea lui A. Penck de a construi o harta a globului la scara 1:1.000.000. In 1899 s-a hotarat intocmirea unei harti batimetrice a Oc. Planetar la scara 1:10.000.000 care a aparut in 1904.

Intre cele doua razboaie mondiale s-au realizat diferite tipuri de harti si atlase. Opera cartografica de importanta mondiala a acestei periade este Marele Atlas Sovietic al Lumii.

Dupa al doilea razboi mondial, dezvoltarea cartografiei este in plina ascensiune, se continua cu intocmirea atlaselor nationale, a hartilor topografice pentru noile state aparute, aparitia unor dictionare poliglote, organizarea unor conferinte internationale de cartografie, etc.

Dupa etapele "aproximarilor dimensionale, geometrizarii geografiei" si "aplicarii metodelor statistice in geografie", anii 1960 marcheaza debutul etapei informatizarii cartografiei. Aceasta etapa se identifica cu debutul GIS, ea fiind conditionata de perfectionarea rapida a calculatoarelor.

Volumul imens de informatii cu care opereaza cartografia si-a gasit pentru prima data posibilitatile de a fi valorificat (prelucrat) si validat (in practica) prin GIS. Primii pasi au fost marcati prin constituirea bazelor de date, care ulterior au putut fi utilizate si de catre alti beneficiari.

O astfel de banca de date este compusa din datele brute (propriu-zise), neprelucrate care sunt memorate pe un suport fizic (benzi sau discuri magnetice-CD) si dintr-un sistem de programe care asigura introducerea, organizarea, stocarea, activarea si prezentarea lor. Sistemul poate opera in general atat cu date cantitative cat si calitative, exprimand valoarea parametrilor geografici dintr-un anumit punct, regiune, zona geografica. Fiecare punct, dar si tip de informatie primeste un anumit cod. Codul serveste in actualizarea informatiei, la cerere. Bancile de date permit inoirea informatiei inmagazinate, respectiv aducerea la "zi", precum si trierea si regasirea rapida a informatiilor cerute, fie prin afisarea pe ecranul calculatorului (prin intermediul operatorului uman), fie prin imprimarea informatiei (pe imprimanta anexa computerului).

Un pas inainte in informatizarea cartografiei l-a constituit realizarea atlaselor electronice, care pot contine pe langa informatiile unei banci de date traditionale, si informatie sub forma grafica (harti generale, harti tematice, cartograme, blocdiagrame, cartodiagrame, profile, etc.). Atlasele electronice prezinta avantajul modificarii rapide a informatiei continute sub forma grafica de la un eveniment sau fenomen geografic prezent la unul viitor, intrunind atributul de "operational" si "functional".

Carl Steinitz e unul din precursorii GIS-ului, el realizand primele studii experimentale in cadrul unui laborator de grafica computerizata la Harward, laborator creat in 1965 cu o donatie Ford. Programele create, testate si raspandite de aici au fost:

- SYMAP - program de cartografiere automata;

- CALFORM - program de cartografiere cu pen-plotter;

- SYMVU - program de cartografiere suprafata-perspectiva;

- POLYURT - program de manipulare a bazei de date cartografice;

In dezvoltarea GIS pot fi identificate cel putin cinci etape.

Etapa intaia debuteaza cu anul 1960, cand computerele se foloseau la realizarea hartilor si a altor imagini care s-ar fi putut realiza si fara computer. Analizele spatiale si statistice erau dificile, cu un profesionalism scazut, iar pesimismul general era mare.

Etapa a doua incepe cu anul 1970. Analizele GIS sunt mai sofisticate, iar prin tehnicile statistice si cartografice noi, dar si prin metodele de analiza spatiala mai complexe, proiectele G.I.S. trezesc un mare interes, fiind finantate de la buget. GIS-ul interactioneaza alte discipline si profesii, in mod deosebit ingineria. Soft-urile sunt din ce in ce mai complexe si private. Atentia se axeaza pe luarea deciziilor.

Anul 1975 marcheza inceputul celei de-a treia etape. Tehnica G.I.S. este concretizata in afisaje grafice diverse si tridimensionale. Noutatea adusa de GIS este data de posibilitatea referentierii acestor date fata de coordonatele geografice (longitudine si latitudine).

Etapa a patra debuteaza odata cu anii deceniului noua, respectiv 1980-1981. Aparitia primelor GIS operationale (Sistemul Informational Geografic Canadian si Unitatea Experimentala de Cartografie a Marii Britanii), inca din anii '60, este urmata in anul 1982 de sistemul ARC/INFO al firmei Environmental Systems Research Institute din U.S.A. Deceniul al noualea se remarca de asemenea prin progrese spectaculoase ale tehnicii de calcul. Aparitia PC-urilor si softurilor, dar si posibilitatilor de software in engleza si franceza deschide o noua etapa in existenta GIS.

Etapa a cincea se identifica cu actualitatea sau mai precis cu ceea ce a urmat anului 1990, cand pentru prima data in istoria cartografiei romanesti putem vorbi despre facilitatile oferite G.I.S.

HARTA SI PLANUL

Cea mai simpla definitia care s-ar putea da hartii este aceea de reprezentare micsorata a unei portiuni din suprafata terestra. Definitia enuntata are calitatea de a fi foarte concisa, dar in acelasi timp si neajunsul de a nu reda in intregime continutul notiunii de harta. Acest lucru se constata la o analiza cat de sumara a hartii. In primul rand, se constata ca harta este o reprezentare in plan a suprafetei terestre. Aceasta o deosebeste de reprezentarea sub forma de globuri, care desi sunt reduse ca raspandire sunt cele mai corecte. In schimb, pe harta se inregistreaza deformarile cunoscute. Deoarece harta reda portiuni mari din suprafata terestra, la realizarea ei se tine seama de curbura suprafetei terestre, in timp ce la planuri nu e necesar sa se tina seama de curbura.

O alta caracteristica usor de observat este aceea ca elementele reprezentate sunt reduse pe baze matematice riguros exacte, adica la o anumita scara. Aceasta ii confera precizia necesara in diferite activitati practice sau de cercetare.

De asemenea, se constata ca harta nu este o fotografie a suprafetei terestre. Elementele suprafetei terestre sunt redate prin niste desene care uneori nici nu seamana cu elementele din natura. Desenele respective sunt semnele conventionale, ceea ce inseamna ca harta este o reprezentare conventionala.

Se mai constata ca pe harta nu sunt redate toate elementele terenului, ci ca apar in functie de marimea suprafetei reprezentate, numai elementele cele mai evidente. Deci, se poate spune ca este vorba de o generalizare cartografica.

Legat de continutul hartii se poate constata ca unele harti contin toate elementele posibil de reprezentat (ansamblul elementelor naturale si antropice ale unui teritoriu), fiind numite harti generale, iar in unele apar numai un element, fiind numite harti speciale sau harti tematice. Tinand cont de caracteristicile mentionate se poate formula o definitie mai completa.

Harta este o reprezentare in plan, micsorata, conventionala si generalizata a suprafetei terestre, cu fenomene naturale si sociale de la un moment dat, realizata pe principii matematice si la o anumita scara, tinand cont de sfericitatea pamantului.

Planul este o reprezentare cu aceleasi caracteristici ca si harta, diferentele constand in faptul ca reda o suprafata mai mica de teren, insa cu mai multe detalii si cu o mare precizie. Deoarece scara mare nu permite redarea unei suprafete intinse de teren, portiunile terestre reprezentate se considera plane, deci nu tine cont de sfericitatea pamantului.

Clasificarea hartilor

Problema clasificarii hartilor este foarte importanta pentru orientarea in folosirea si studierea materialului cartografic.

Desi nu exista o clasificare cu valabilitate universala, de-a lungul timpului au fost luate in considerare diverse criterii in ordonarea materialelor cartografice.

1. In functie de dimensiunea teritoriului cartografiat:

harti modiale (planigloburi, mapamonduri, planisfere), care reprezinta intrega suprafata terestra;

harti ale emisferelor pe latitudine si respectiv longitudine;

harti ale grupelor de continente;

harti ale oceanelor si marilor limitrofe;

harti ale unor continente;

harti ale unor state;

harti cu regiuni dintr-un stat.

2. In functie de scara:

harti la scara mare

harti la scara mijlocie

harti la scara mica.

3. In functie de continut:

harti generale

harti tematice sau speciale:

i. harti tematice fizico-geografice (harti hipsometrice, morfologice, ale energiei reliefului, climatice, pedologice, biogeografice, hidrologice, etc.)

ii. Harti tematice socio-economice (harti ale populatiei, ale cailor de comunicatie, economice calitative si cantitative, politico-administrative, ale modului de utilizare a terenului, etc.)

4. In functie de destinatie:

harti informative;

harti stiintifice;

harti didactice;

harti turistice;

harti pentru navigatie.

5. In functie de originalitate

minutele topografice, care constituie rezultatul direct al ridicarilor topografice;

copiile, adica reproduceri dupa minutele topografice la aceeasi scara;

derivatele, adica reproduceri dupa copiile topografice insa la scara diferita (mai mica).

6. In functie de numarul culorilor:

harti monocrome

harti policrome.

7. In functie de modul de realizare:

harti analogice

harti digitale (in format raster si respectiv in format vector).

8. In functie de modul de prezentare:

harti propriu-zise

harti virtuale.

ELEMENTELE PLANURILOR SI HARTILOR

Ca documente cartografice cu larga utilitate, elementele hartilor si planurilor sunt grupate in mai multe categorii. In literatura de specialitate se disting, in general doua tipuri de clasificare a cestor elemente.

Unii autori grupeaza elementele hartilor in doua categorii: elemente din exteriorul cadrului si respectiv elemente din interiorul cadrului (Nastase, A. 1983, Rus, I., Buz, V, 2003).

Alti autori (Buz, V., Sandulache, A. 1984) grupeaza aceste elemente in trei categorii: elemente matematice, de continut si de intocmire. Consideram ca aceasta grupare este mai utila pentru intelegerea exacta a acestor aspecte.

Elementele matematice reprezinta baza geometrica a hartii. Sunt cuprinse in aceasta categorie urmatoarele elemente:

scara de proportie

cadrul hartii

nomenclatura

baza geodezo-topografica

elementele de orientare

graficul inclinarii versantilor

canevasul.

Elementele de continut sunt considerate a fi cele reprezentate in interiorul cadrului hartii, respectiv in cuprinsul spatiului desenat. Aceste elemente se pot grupa in doua categorii: fizico-geografice (relief, hidrografie, vegetatie, soluri) si socio-economice (localitati, cai de comunicatie, detalii economice si cultuale, granite).

Elementele de intocmire sau de montare a hartii cuprind informatii absolut necesare pentru intelegerea si utilizarea hartii. Dintre ele unele se refera la intocmirea hartii. Aici sunt incluse: titlul, felul hartii, destinatia, legenda, autorul, materialele documentare folosite.

SCARA HARTII

Definitie:

Trecerea de la dimensiunile masurate in teren la cele de pe plan sau harta se face cu ajutorul unui raport constant de micsorare numit scara de proportie.

Ca element matematic, se poate exprima in 3 moduri:

• Numeric
• Grafic
• Direct

Scara numerica este o fractie ordinara in care numaratorul indica lungimea grafica (de obicei in cm), iar numitorul lungimea corespunzatoare din teren (tot in cm).

, unde:

N - scara hartii

d - distanta grafica pe harta sau plan

D - distanta reala din teren.

Cu cat numitorul este mai mic in valoare aritmetica, cu atat fractia este mai mare si deci scara este si ea mai mare si invers.

In situatia in care pe o harta nu este trecuta scara, insa este trasata reteaua de paralele se poate calcula scara hartii, masurand distanta grafica dintre doua paralele consecutive (d) si cunoscand faptul ca lungimea arcului de meridian de 1⁰ este egala cu 111,136 Km (D).

Scara grafica reprezinta raportul exprimat grafic. Dupa modul de constructie si precizia masurarii este de doua tipuri:

scara grafica simpla

scara grafica compusa sau cu transversale.

Pentru constructia scarii grafice simple se divizeaza un segment de dreapta in mai multe parti, de obicei in cm, notandu-se originea O. In partea dreapta a originii se noteaza diviziunile cu lungimile valorilor naturale corespunzatoare scarii date. Partea din stanga originii zero se numeste talon si este impartit in mai multe segmente, oferind astfel posibilitatea masurarii unor distante pana la a zecea parte dintr-o diviziune din partea dreapta a originii. Talonul poate fi simplu sau exagerat.

 

Scara grafica compusa sau cu transversale se construieste din doua scari grafice simple, paralele, avand trasate intre ele noua segmente de dreapta paralele si echidistante.

Scara directa se exprima prin indicarea directa a lungimii de pe harta si a corespondentei ei din teren. De exemplu: 1 cm pe harta = 250 m in teren (egalitate valabila pentru o harta la scara 1:25000).

In functie de scara la care au fost realizate, hartile se grupeaza in 3 categorii:

• de la 1:25000 pana la 1:200000: harti la scara mare (harti topografice)
• intre 1:200000 - 1:1000000: harti la scara mijlocie (harti topografice de ansamblu)
• de la scara 1:1000000 pana la scari foarte mici: harti la scara mica (harti geografice). Acestea sunt in general, hartile murale si cele din atlase.

Reprezentarile cartografice la scari mai mari de 1:25000 se numesc planuri. Acestea se clasifica dupa cum urmeaza:

T    1:10000 pana la 1:5000 planuri topografice propriu-zise;

T    1:2500 pana la 1:2000 planuri de situatie;

T    1:1000 pana la 1:500 planuri urbane;

T    1:100 pana la 1:50 planuri de detaliu, utilizate in constructii.

CADRUL HARTII

Sub numele de cadru se inteleg liniile care marginesc suprafata desenata a hartii. Linia care intra in contact direct cu spatiul desenat se numeste cadru intern. Paralel cu acesta, la mica distanta se afla cadrul extern sau ornamental. Intre cele doua se afla cadrul gradat, care reprezinta de fapt elementul matematic al cadrului hartii. Acesta din urma este impartit in segmente colorate alternativ alb-negru, care indica impartirea unghiulara pe paralele si meridiane.

Cadrul poate coincide cu paralele si meridianele, situatie in care se numeste cadru geografic. In situatia in care cadrul nu corespunde cu paralele si meridianele acesta se numeste cadru geometric.

Ca forma, cadrul poate fi elipsoid, trapezoidal, dreptunghiular, patrat, circular, in functie de sistemul de proiectie in care a fost realizata harta. In situatia in care cadrul are forma de patrat, dreptunghi sau trapez, in colturile sale sunt trecute cu mare precizie coordonatele geografice:

NOMENCLATURA HARTILOR SI PLANURILOR

Definitie:

Prin sistem de nomenclatura se intelege sistemul de notatie alcatuit din cifre si litere sau numai cifre, cu ajutorul caruia se defineste pozitia unei foi de harta in cuprinsul unui teritoriu sau a intregii suprafete terestre.

La Congresul International de Geodezie si Geofizica din anul 1924 a fost propus si adoptat un sistem international de nomenclatura pentru harta lumii la scara 1:1000000, sistem adoptat si de Romania pentru hartile in sistemul de proiectie Gauss-Kr ger. Acest sistem se utilizeaza si in prezent la hartile in priectie stereografica.

Sistemul international de nomenclatura se bazeaza pe impartirea globului terestru in zone sferice trasate din 4s in 4s de latitudine si fuse sferice trasate din 6s in 6s de longitudine.

ALTE ELEMENTE MATEMATICE

Dupa cum am vazut pana in prezent, cele mai importante elemente matematice au fost scara, cadrul si nomenclatura hartii. Nu lipsite de importanta sunt si baza geodezo-topografica, elementele de orientare, graficul inclinarii versantilor si canevasul.

Baza geodezo-topografica

Este constituita din puncte de coordonate cunoscute cu maximum de precizie, puncte care stau la baza intocmirii hartii, motiv pentru care se mai numesc si punctele de sprijin ale hartii. Ele sunt de trei categorii: astronomice, geodezice si topografice.

Punctele astronomice (sau fundamentale) sunt puncte ale caror coordonate geografice au fost determinate prin metode astronomice. Coordonatele lor sunt independente de forma si dimensiunile Pamantului. In general, observatoarele astonomice din fiecare tara pot constitui puncte de baza in ridicarile geodezice ulterioare. In Romania, primul punct fundamental este Observatorul astronomic de langa Bucuresti, care sta la baza constituirii hartilor.

Punctele geodezice sunt puncte determinate prin metode geodezice, care tin seama de forma si dimensiunile Pamantului. Cele mai importante dintre ele sunt verificate si prin metode astronomice.

In functie de importanta lor, punctele geodezice se impart in trei categorii:

puncte geodezice de ordinul I , care sunt varfuri ale unor triunghiuri terestre cu laturile cuprinse intre 40-50 km sau 70 km. Acestea alcatuiesc asa-numitele siruri de triangulatie primordiala, care se intind in lungul meridianelor si paralelelor principale ale unei tari. Pe teritoriul tarii noastre trec 3 siruri primordiale pe meridian (dintre care unul international ce leaga Capul Nord si Capul Bunei Sperante) si 3 siruri pe paralela (intre care doua internationale: paralela de 45N si paralela de 4730 N ). Lanturile triangulatiilor primordiale sunt legate intre ele prin lanturi de triangulatie de ordinul I complementare.

puncte geodezice de ordinul II, care sunt varfuri ale unor triunghiuri cu laturi cuprinse intre 10-25 km.

puncte geodezice de ordinul III, care sunt varfuri ale unor triunghiuri cu laturile cuprinse intre 5-10 km.

Aceste puncte formeaza asa-numita osatura geodezica a hartii unei tari. Pe teren, aceste puncte sunt marcate prin semnale speciale, construite din lemn cu baza din beton, in punctele caracteristice ale terenului, in asa fel incat sa poata fi vizibile de la mari distante. Pozitia punctelor geodezice obtinute pe suprafata Pamantului se trece pe suprafata unui corp geometric imaginar (elipsoidul de referinta), iar de pe elipsoid se proiecteaza pe o suprafata plana grafic sau prin calcul.

Punctele topografice se determina plecand de la punctele geodezice, prin metode topografice si sunt cuprinse in ordinele IV si V. Ele alcatuiesc canevasul topografic al hartii. Fata de aceste puncte se determina planimetric si altimetric pozitia elementelor fizico-geografice si economico-geografice ale hartii, care reprezinta detaliile suprafetei terestre.

Elementele de orientare sunt desenate pe hartile topografice in stanga scarii grafice.

Acestea cuprind cele trei directii nord: geografic, magnetic si al caroiajului hartii, precum si unghiurile dintre ele, respectiv declinatia magnetica, declinatia conventionala si convergenta meridianelor.

Graficul inclinarii versantilor se prezinta sub forma unei curbe, care este folosita la determinarea valorilor pantelor fara calcule (in mod expeditiv). De obicei sunt doua grafice de panta, care sunt construite tinand seama de echidistanta dintre curbele de nivel: unul aferent curbelor de nivel normale, celalat pentru curbele de nivel principale.

Unul din cele mai cunoscute procedee grafice de determinare a unghiului de panta consta in suprapunerea distantelor grafice dintre curbele de nivel pe un graficul inclinarii versantilor si se citeste de pe acesta panta terenului in zona respectiva.

Canevasul reprezinta sistemul sau ansamblul liniilor de coordonate geografice sau coordonate plane rectangulare. Coordonatele geografice sunt reprezentate prin reteaua de paralele si meridiane care constituie canevasul geografic, iar coordonatele rectangulare prin linii drepte orizontale si verticale, reprezentand abscise si ordonate.

Canevasul geografic se obtine prin transpunerea retelei de paralele si meridiane de pe glob pe un plan printr-un sistem de proiectie cartografica.

Canevasul rectangular, intalnit mai ales la hartile topografice, pleaca de la canevasul geografic si se intocmeste plecand de la intersectia dintre un meridian si o paralela. In acest punct de intersectie se duc tangente la meridian si paralela, iar la aceste tangente se traseaza din km in km linii paralele, rezultand in acest fel o retea de patrate cu latura de 1 km. Din acest motiv, acest canevas se mai numeste canevas kilometric.

Laturile patratelor care alcatuiesc reteaua au valori diferite in functie de scara hartii: la scara 1:25000, lungimea grafica a laturii este de 4 cm si reprezinta in teren 1 km, la scara 1:50000, latura de 2 cm corespunde in teren la 1 km, la scara 1:100000, latura de 2 cm reprezinta 2 km in teren, iar la scara 1:200000, latura de 2 cm reprezinta 4 km in teren. Valorile retelei kilometrice sunt inscrise intre cadrul interior si cel geografic, langa colturile hartii.

SISTEME DE REPREZENTARE A DATELOR SPATIALE

Problema care a aparut era: cum sa introducem o harta in calculator, adica cum sa fie ea reprezentata intern? Fiind vorba de un calculator numeric, este evident ca stocarea trebuie facuta sub forma de coduri numerice. Dupa experiente indelungate, s-a convenit ca reprezentarea interna a unei harti sa se faca in doua sisteme: sistemul vector si sistemul raster. In sistemul vector harta este construita, in mare, din puncte si linii, fiecare punct si extremitatile liniilor fiind definite prin perechi de coordonate (x,y). Acestea pot forma arce, suprafete sau volume (in cazul in care se mai ataseaza inca o coordonata). Caracteristicile geografice sunt exprimate prin aceste entitati: o fantana va fi un punct, un punct geodezic va fi de asemenea un punct; un rau va fi un arc, un drum va fi de asemenea un arc; un lac va fi un poligon dar si o suprafata impadurita va fi un poligon. In sistemul raster, imaginile sunt construite din celule numite pixeli. Pixelul, sau unitatea de imagine, este cel mai mic element de pe o suprafata de afisare, caruia i se poate atribui in mod independent o intensitate sau o culoare. Fiecarui pixel i se va atribui un numar care va fi asociat cu o culoare. Entitatile grafice sunt construite din multimi de pixeli. Un drum va fi reprezentat de o succeiune de pixeli de o aceeasi valoare; o suprafata impadurita va fi identificata tot prin valoarea pixelilor care o contin. Intre cele doua sisteme exista diferente privind modul de stocare, manipulare si afisare a datelor. In figura 1 am infatisat, intr-un mod simplificat, cele doua sisteme de reprezentare ale aceleiasi realitati. Am pastrat aceeasi unitate de lungime pentru sistemul vector cu dimensiunea celulei din sistemul raster.

Ambele sisteme au avantaje si dezavantaje. Principalul avantaj al sistemului vector fata de cel raster este faptul ca memorarea datelor este mai eficienta. In acest sistem doar coordonatele care descriu trasaturile caracteristice ale imaginii trebuiesc codificate. Se foloseste de regula in realizarea hartilor la scara mare. In sistemul raster fiecare pixel din imagine trebuie codificat. Diferenta intre capacitatea de memorare nu este semnificativa pentru desene mici, dar pentru cele mari ea devine foarte importanta. Grafica raster se utilizeaza in mod normal atunci cand este necesar sa integram harti tematice cu date luate prin teledetectie.

	Figura 1 Reprezentarea vector si raster a aceluiasi areal

I. Sistemul vector

Sistemul vector se bazeaza pe primitive grafice. Primitiva grafica este cel mai mic element reprezentabil grafic utilizat la crearea si stocarea unei imagini vectoriale si recunoscut ca atare de sistem. Sistemul vectorial se bazeaza pe cinci primitive grafice:

1) PUNCTUL;

2) ARCUL (sau linia ce uneste punctele);

3) NODUL (punct care marcheaza capetele unui arc sau care se afla la contactul dintre arce);

4) POLIGONUL (arie delimitata de arce);

5) CORPUL (volum determinat de suprafete).

Obiectele cartografice simple sunt alcatuite din primitive. Obiecte cartografice mai complexe precum si obiectele geografice sunt obtinute din combinarea obiectelor simple.

In continuare vom detalia aceste notiuni intr-o maniera simplificata avand drept scop intelegerea lor si nu tratarea sub toate aspectele care pot apare intr-un soft GIS.

Figura 2 Reprezentarea grafica si tabelara a punctelor

1) PUNCTUL este unitatea elementara in geometrie sau in captarea fotogrametrica. Nu trebuie confundat cu celula din reprezentarea raster, deoarece el nu are nici suprafata nici dimensiune. El reprezinta o pozitionare in spatiu cu 2 sau 3 dimensiuni. In figura 2 am redat modul de afisare al punctelor, precum si modul de inregistrare pe suport magnetic (in 2D). Fiind vorba de un calculator numeric, inregistrarea pe suport magnetic se va face sub forma de numere. Mai precis, fiecare punct va fi inregistrat intr-un fisier sub forma de tabel care contine doua coloane. In prima coloana va apare un numar de identificare (care este unic), iar in a doua coloana coordonatele punctului in sistemul de referinta ales. Pentru ca aceste puncte sa fie afisate pe monitor sau imprimanta, se scrie un program (intr-un limbaj de programare) care va contine instructiuni privitoare la configurarea ecranului, instructiuni de citire din fisier a numerelor care reprezinta coordonatele si in final, instructiunile de afisare pentru echipamentul de iesire (monitor sau imprimanta). In cadrul produselor GIS aceste programe sunt inglobate intr-o structura mare (care reprezinta de fapt software GIS) si care este apelat prin comenzi ce apar fie sub forma de meniuri, fie sub forma de icoane. De exemplu o comanda pe care putem sa o numim View poate realiza afisarea pe ecran, iar o comanda Print va produce listarea la imprimanta sau plotter, functie de driverul instalat pe calculatorul respectiv. Aceasta este, in mare, modul cum este organizat un produs GIS ce priveste afisarea unui grafic. In mod similar se efectueaza si afisarea arcelor sau a poligoanelor. Nu discutam acum felul in care se introduc datele in calculator.

2) ARCUL este o succesiune de jonctiuni (legaturi) intre o succesiune de puncte. Este vorba de o entitate dubla, el fiind format din una sau mai multe jonctiuni, ele insele reunind doua puncte sau mai multe puncte. De cele mai multe ori jonctiunea este o dreapta. Astfel, un arc este, in general, o linie franta ce uneste direct doua puncte ale parcursului. O linie franta poate aproxima suficient de bine orice curba prin micsorarea segmentelor. Un arc este orientat direct in sensul parcursului, de la punctul initial la cel final. In figura 3 am infatisat doua arce cu tabelul corespunzator. Ca si in cazul punctelor, inregistrarea pe disc se va face sub forma tabelara. In prima coloana vom avea numarul de identificare, iar in coloana a doua vor fi trecute toate coordonatele segmentelor care formeaza arcul. Aici nu s-au pus in evidenta nodurile (vezi modelul spagheti). Arcul este o entitate de baza in modelele vectoriale si este asociat cu entitatea nod (vezi modele topologice de retea).

	Figura 3 Reprezentarea grafica si tabelara a arcelor fara specificarea nodurilor

3) NODUL este definit ca o extremitate de arc si nu trebuie confundat cu conceptul de punct abordat mai sus. Un arc este obligatoriu marginit de un nod de origine si un nod destinatie (vezi modelul topologic de retea). Nodurile indica sensul de parcurgere al arcului. Astfel definit, fiecare nod este un varf al unui graf. Un graf este planar nu daca este in plan, ci daca toate intersectiile dintre arce formeaza noduri. In figura 4 am schitat o reprezentare posibila a unor arce in care s-au identificat nodurile. In aceasta situatie fisierul contine in plus doua coloane, care vor contine nodul de inceput si respectiv nodul final. Desi arcele 2 si 3 formeaza un poligon, aici acesta nu este recunoscut ca atare.

	Figura 4 Reprezentarea grafica si tabelara a arcelor cu specificarea nodurilor

4) POLIGONUL este delimitat de un parcurs de arce, ele insele fiind conectate de noduri definite intr-un graf planar. Unui poligon ii este atasat in mod obligatoriu un nod izolat, numit centroid. Acest nod privilegiat permite construirea suprafetelor in jurul lui, pana la limitele formate de arcele intalnite. In figura 5 am redat doua poligoane cu tabelul corespunzator fara a se specifica proprietatile lor topologice. Combinatii de poligoane formeaza suprafete bidimensionale sau tridimensionale (vezi DEM).

5) VOLUMELE, ca si primitive grafice, sunt tratate mai putin de produsele soft, de aceea nu le vom detalia. Amintim doar faptul ca, anumite pachete de programe ofera posibilitatea de a lua in considerare, de a calcula si de a reprezenta prisme sau volume simple. Ele aproximeaza cu o precizie suficienta volumele de pe hartile reprezentate in trei dimensiuni (3D). Reprezentarea uzuala a unei suprafete in 3D se face prin diferite tehnici cum ar fi izoliniile, TIN etc (vezi Analiza Spatiala).

	Figura 5 Reprezentarea grafica si tabelara a poligoanelor

II. Modele vectoriale

Modelul este o reprezentare conventionala a structurilor de date intr-un context precizat, in care se identifica natura datelor (aici primitivele grafice), operatorii care actioneaza asupra structurilor de date, precum si restrictiile impuse pentru mentinerea corectitudinii datelor (reguli de integritate).

Sistemul de reprezentare vector a generat mai multe modele, dintre care vom prezenta trei, ele fiind si cele mai importante si cele mai reprezentative:

1) modelul spagheti, care utilizeaza numai primitivele punct si arc;

2) modelul topologic de retea (topologic liniar), care adauga la spagheti primitiva nod;

3) modelul topologic de suprafata (topologic in doua dimensiuni), care la precedentul adauga primitiva poligon.

Modelul topologic de volum (topologic in 3D), actualmente in curs de dezvoltare, nu va fi abordat.

Modelul spagheti este un model relativ simplu privitor la gestiunea geometriei obiectelor, avand ca scop principal de a le desena. Asa cum am precizat acest model utilizeaza primele doua primitive mentionate: PUNCTUL si ARCUL. Asa cum am mai amintit, notiunea de arc este specifica modelelor vectoriale topologice, care in mod implicit (daca luam definitia din teoria grafurilor) trebuie sa aiba o orientare, adica un punct de start si un punct de sfarsit. Aici arcul este de fapt o simpla linie franta. Uneori se foloseste si termenul de polilinie. Poate ca apare o anumita ambiguitate in definirea arcului. Acest lucru este similar cu confuzia dintre data si informatie. Stricto senso notiunea de arc nu poate fi utilizata in modelul spagheti, situatie care nu se respecta intotdeauna.

Este important de mentionat faptul ca, in acest model, poligonul este un rezultat al inchiderii unui arc si nu este privit ca o primitiva grafica, deci nerecunoscut ca atare.

Neajunsuri ale modelului spagheti:

- graful nu este intotdeauna planar (poligoanele se pot suprapune);

- fiecare arc este independent (pot apare linii dublate);

Figura 6 Model vectorial de tip spagheti

- fiecare poligon poate fi descris in mod independent de celelalte poligoane prin arcul care il delimiteaza, mai precis el este recunoscut prin arcul inchis care formeaza conturul sau.

In figura 6 am infatisat cateva situatii posibile in cazul modelului spagheti care pot crea probleme in gestiunea datelor spatiale. In general fisierele DXF sunt de tip spagheti. Ele pot fi citite si afisate de produsele GIS, dar nu si prelucrate. Pentru a putea fi prelucrate acestea trebuiesc supuse unor operatii (conversii), rezultatul fiind un fisier propriu al produsului GIS respectiv.

Urmatoarele doua modele se numesc modele topologice. Termenul a fost imprumutat din matematica. In ceea ce ne priveste, putem accepta faptul ca topologia studiaza pozitia relativa a obiectelor independente de forma lor exacta, de localizarea lor topografica si de marimea lor. Astfel liniile pot fi conectate, suprafetele pot fi adiacente etc. Cu alte cuvinte topologia exprima relatia spatiala dintre primitivele grafice. De exemplu topologia unui arc include definirea nodului de origine si a nodului de destinatie (in cazul modelului topologic de retea) si respectiv a poligonului din stanga si dreapta (in cazul modelului topologic de suprafata). Datele redundante (coordonatele) sunt eliminate deoarece un arc poate reprezenta o linie sau numai o parte din ea. Altfel spus este vorba de o localizare fara coordonate. Existenta relatiilor topologice permite o analiza geografica mai eficienta, cum ar fi modelarea scurgerii lichidelor pe retelele de apa/canal, combinarea poligoanelor (suprafetelor) cu caracteristici similare.

2) Modelul topologic de retea adauga modelului spagheti entitatea numita nod. Exista noduri izolate, independente de reteaua de conexiuni, precum si noduri legate. Un arc are obligatoriu un nod origine si un nod destinatie. Pe traseul unui arc pot exista mai multe noduri, acestea insa apartin numai la un singur arc (atunci cand avem intersectii de arce si graful este planar).

Se utilizeaza cu precadere in hartile ce reprezinta distributii intr-o retea (cabluri telefonice, electricitate, gaz etc.)

Figura 7 Modelul topologic de retea

In figura 7 avem un exemplu de codificare topologica de retea. Reprezinta o harta posibila a unei retele de drumuri. Se observa ca inregistrarea consta din doua tabele: unul pentru codificarea topologica si altul pentru lista coordonatelor punctelor ce formeaza arcele, respectiv reteaua.

3) Modelul topologic de suprafata este cel mai complet. El adauga modelului topologic de retea poligoanele delimitate la stanga si la dreapta fiecarui arc. In plus suprafata este construita obligatoriu in jurul unui nod izolat, care nu apartine parcursului arcelor.

Figura 8 Modelul topologic de suprafata

Aparitia suprafetei induce doua asociatii suplimentare: un arc are obligatoriu un singur poligon la stanga si un singur poligon la dreapta. Invers, un poligon este situat, fie la stanga, fie la dreapta unui arc sau a mai multor arce. In fine, graful acestui model este obligatoriu planar. In figura 8 avem un caz posibil de harta vectoriala in codificarea topologica de suprafata. Nodurile nu au fost numerotate deoarece, in acest caz nu mai este necesar.

Sistemul raster

Sistemul raster genereaza un singur model numit model raster, sau model matricial. Asa cum am vazut, acesta este compus din celule mici de forma patrata sau dreptungiuriulara, avand o suprafata de regula egala cu rezolutia sistemului. Am spus de regula, deoarece nu intotdeauna pixelul este considerat ca unitatea de referinta, ci celula conventionala, care este formata din mai multi pixeli. Acest lucru este relevant atunci cand pe o harta in sistem raster se face o scalare (adica se aplica un factor de multiplicare a imaginii) pe o portiune din ea. Imaginea va fi constituita din patrate, iar continuitatea se pierde. In prima sa forma, sau daca vreti in forma originala, pentru a satisface cerintele de acuratete, harta digitala raster va avea celula egala cu un pixel. Inca o data precizam ca este vorba de reprezentarea interna a hartii, care poate sa coincida sau nu cu rezolutia monitorului sau a altor echipamente (plotter, imprimanta). In cazul in care monitorul are o rezolutie mai slaba decat cea reprezentata intern, harta vizualizata va avea acuratetea monitorului, adica mai slaba. Invers daca monitorul are o rezolutie mai buna, afisarea va fi la nivelul rezolutiei interne. Totusi exista o anumita corelare intre posibilitatile programelor de manipulare a datelor si de performantele echipamentelor periferice. De altfel, fiecare produs soft ofera o lista cu echipamentele I/E cu care este compatibil. Orice abateri de la aceste reguli conduce la imposibilitatea functionarii corecte a programelor.

In general sistemul raster este un mare consumator de resurse. Pentru a ilustra necesarul de suport in stocarea unei harti in format raster, vom da cateva exemple. O imagine format A4 (210x297 mm), reprezinta, cu o rezolutie a unei imprimante laser, aproximativ 9 milioane de celule (300 d.p.i = 12 puncte/mm si 12x12 = 144 puncte/mm² si 144x210x297=8981280).

Modelul raster este simplu, el continand doua entitati: celula si imaginea. Este important de notat ca o celula nu are decat o singura valoare si ca aceasta valoare este valabila pe toata suprafata celulei, chiar daca in procesul de actualizare sunt disponibile informatii mai fine. Pozitia ei este definita prin numar de linie si numar de coloana intr-o imagine si numai una. Este clar ca in aceasta entitate nu intra obiectele geografice. Acestea din urma nu pot fi recunoscute decat dupa tema imaginii si valoarea de atribut a fiecarei celule. O imagine presupune una sau mai multe celule. Fiecare imagine este definita de tema sa si de un numar de imagine. Teritoriul care contine aceasta imagine este definit de coordonate si de extremitati. Aceste caracteristici contin si unitatea de masura si atributul fiecarei celule. In consecinta putem rezuma:

CELULA IMAGINEA

valoare tema

- nr linie nr imagine

- nr coloana X,Y minim

X,Y maxim

Dupa cum ati observat, se uziteaza denumirea de imagine raster si nu de harta raster. Aceasta deoarece imaginile digitale sunt in format raster. Atragem atentia de pe acum ca, o imagine satelitara digitala nu este propriu-zis o harta. Ci din aceasta imagine, in urma procesarii ei si a codificarii proprii unui soft cartografic (sau GIS) va rezulta o harta digitala. Deci trebuie sa fim atenti atunci cand vorbim despre imagine raster sa se inteleaga exact ce reprezinta aceasta.

In figura 9 avem o harta raster in care pixelii sunt reprezentati prin numere. Aceste numere care, in fond le corespund anumite caracteristici cantitative de pe suprafata Pamantului, se convertesc la o afisare pe un monitor, in culori. Aceasta este asa-numita reprezentare logica a hartii. Asa cum am amintit mai sus, un pixel este definit de un numar de linie si un numar de coloana. Spre deosebire de modelele vector in care originea este in stanga jos, aici originea este in stanga sus (0,0). In figura 10 avem o matrice de celule de 8 linii x 13 coloane. Aceasta se materializeaza printr-un fisier care va contine numerele respective. Numaratoarea celulelor merge de la stanga la dreapta si de sus in jos. Inregistrarea fizica a imaginii este o singura coloana lunga de numere formata, in cazul nostru: 0,0,0,1,1,1,2,1,1,0,0,1,1,3,3,3,1,3,3,2,2 Aceste numere pot fi reprezentate intern prin bytes, numere intregi sau numere reale.

Reprezentarea unui numar pe un byte implica 8 biti si deci 256 de posibilitati; in cazul numerelor intregi avem gama -32768 pana la 32767, adica 65435 variante si sunt necesari 2 bytes; pentru cazul real avem un domeniu vast si anume -10³⁸, +10³⁸, cu o precizie de 7 cifre semnificative, pe 4 bytes. De cele mai multe ori este suficienta

o reprezentare interna pe un byte (situatie intalnita si la imaginile satelitare). Insa anumite prelucrari asupra hartilor conduce la necesitatea reprezentarii in numere reale. Numarul de bytes utilizati in reprezentare, va decide volumul ocupat pe disc.

Figura 10 Modelul raster infatisat ca o matrice de numere

			Figura 12 Impartirea in quadrante
	Figura 11 Structura quad-tree

Se observa ca o succesiune de numere asa cum am facut mai sus este cu totul neeconomica. In consecinta s-a adoptat un sistem de reprezentare 'impachetat' de genul: 3,0,3,1,1,2,2,1,2, 0,2,1,3,3 care semnifica 3 valori de 0, 3 de 1, o valoare de 2 etc. In acest mod avem o economie importanta daca valorile se repeta mult in secventa.

O alta metoda mai eficienta de stocare a datelor raster este cea bazata pe structura ierarhica cunoscuta sub numele de quad-tree. Principiul este urmatorul: imaginea este impartita in patru, rezultand patru dreptunghiuri sau patrate mai mici (pe care le vom numi quadrante), fiecare quadrant se imparte din nou in patru. Procedeul se repeta pana cand se obtin quadrante cu o structura omogena (adica au aceeasi valoare a pixelilor). Mai precis, in momentul in care un quadrant are o aceeasi valoare pe intreaga suprafata descompunerea este oprita pe acesta ramura, ea continuand pentru quadrantele care prezinta valori diferite ale pixelilor. In orice caz procesul se opreste la nivel de pixel (Figura 11). Am ales pentru exemplificare o reprezentare booleana adica 1 si 0 (1 pentru negru si 0 pentru fond), asa cum este infatisata in figura 12. Structura arborelui este data in figura 13. Pentru imagini cu valori diferite ale pixelilor, structura este similara, doar ca este mai complexa. Aceasta metoda de stocare este eficienta cand imaginea contine suprafete mari de o aceeasi valoare. Imaginea raster va fi asociata cu un tabel de pointere care localizeaza quadrantul din cadrul descompunerii si un tabel de indici care arata de cate ori a fost impartit quadrantul.

	Figura 13 Structura arborescenta quad-tree

Fisierul imagine poate fi stocat in format ASCII, binar, binar impachetat, quad-tree, sau intr-o codificare proprie. Formatul ASCII nu este cel mai economicos, dar prezinta avantajul ca poate fi vizualizat si modificat cu comenzi ale Norton Commander sau Notepad din Windows. Formatul binar este, de obicei, formatul standard de lucru cu fisierele imagine. Formatul binar impachetat este un format special de compresie pentru fisiere binare intregi sau byte. Se utilizeaza, de regula, pentru economisirea spatiului pe disc.

O multime de pixeli invecinati formeaza linii si arii poligonale. In acest sistem liniile si ariile poligonale nu conserva continuitatea spatiului real, de unde rezulta o deformare a realitatii spatiale. Marimea acestei deformari este in functie de rezolutia utilizata. La ora actuala, la sistemele de mare rezolutie aceasta deformare este acceptabila.

Calitatea imaginilor raster este pusa in valoare atunci cand se reprezinta fenomene de mare variabilitate. De exemplu, altimetria si batimetria se preteaza mai bine la o astfel de reprezentare. Analiza la nivel de celula permite evidentierea unor proprietati importante ale terenului, cum ar fi depistarea unor arbori bolnavi. Aceasta depinde si de scara la care se lucreaza. Datorita simplitatii lor, reprezentarile raster se preteaza la anumite tipuri de analiza. Daca o celula nu poate sa aiba decat o singura valoare, nu inseamna ca nu este posibila combinarea mai multor pixeli din imagini diferite, prin suprapunere. Combinarea straturilor face obiectul Analizei Spatiale. Programele care compun procedurile de calcul pe imagini raster sunt mai simple decat cele corespunzatoare modelelor vectoriale. Timpul de executie, insa, poate fi mai scurt sau mai lung, functie de marimea fisierului si de performantele procesorului.

Caracteristici ale hartilor digitale

Rezolutia in sistem vector, reprezinta cel mai mic increment pe care il poate detecta un digitizor. Sau altfel spus, distanta cea mai mica dintre doua puncte care este sesizata prin sistemul de coordonate, ca fiind diferite. Aceasta caracteristica depinde de echipamentul si softul utilizat in crearea hartii precum si de prelucrarea si afisarea ei pe monitor sau plotter. Acest increment, referit in teren, este dependent de scara hartii. La o scara mica distantei dintre doua puncte ii corespunde o distanta reala mai mare. De exemplu la o scara 1:500000 un digitizor cu un increment de 0.1 mm va produce o distanta reala de 50 m. Deci nu se pot sesiza caracteristici geografice sub aceasta dimensiune. Aparitia unor caracteristici care au dimensiuni sub 50 m, cum ar fi de exemplu reteaua de drumuri, este dictata de scopul pentru care a fost facuta harta. Drumurile sunt reprezentate prin semne conventionale si deci nu reprezinta o dimensiune reala in teren la aceasta scara. La scara 1:25000 un acelasi increment de 0.1 mm va produce in teren o distanta reala de 2.5 m. In aceasta situatie drumurile vor reprezenta caracteristici geografice reale (si nu conventionale) avand definita si latimea, intr-o marja de eroare de 2.5 m. De cele mai multe ori si la aceasta scara se folosesc tot semne conventionale. Precizam faptul ca, rezolutia digitizoarelor este mult mai buna decat valoarea data ca exemplu, problema preciziei find transferata abilitatii operatorului.

In sistemul raster rezolutia reprezinta dimensiunea maxima din teren care ii corespunde unui pixel (definitia este aceeasi cu cea a rezolutiei unei imagini digitale). De exemplu o rezolutie de 10 m inseamna ca, un pixel este asociat cu o suprafata de 10x10 mp. Si in sistem raster situatia este similara, adica nu se sesizeaza caracteristici geografice sub rezolutia hartii. Deoarece sistemul raster se utilizeaza in special pentru reprezentarea suprafetelor continue nu se folosesc semne conventionale pentru caracteristici geografice liniare. In cadrul unor proiecte se utilizeaza combinatii intre vector ti raster, cum ar fi suprapunerea unei harti vectoriale peste o imagine raster, in vederea unei analize. Evident, se presupune ca acestea reprezinta un acelasi areal la aceeasi scara.

Exista o legatura stransa intre georeferentiere (vezi mai jos) si rezolutie. Cand se face asocierea unor puncte de coordonate geografice cunoscute din teren cu componentele de pe o harta, precizia asocierii este la limita rezolutiei. Cu alte cuvinte, determinarea cu o precizie mai buna a unui punct din teren decat rezolutia hartii devine un lucru util. De exemplu la o harta de 1:25000 un punct este suficient daca este determinat un punct cu o precizie de 2.5 m.

Acuratetea este distanta la care o valoare estimata difera de valoarea reala. Acuratetea este strans legata de precizie, cu care deseori se confunda. In masuratorile fizice precizia reprezinta numarul de cifre semnificative exprimate intr-un anumit sistem. Acuratetea este exprimata in mod obisnuit in termeni ai unui interval. De exemplu, 24.510.03 cm indica faptul ca valoarea adevarata se gaseste intre 24.48 cm si 24.54 cm.

Acuratetea pozitionala este una din problemele esentiale ale georeferentierii. In cartografia traditionala acuratetea este invers proportionala cu scara. De exemplu, o harta la scara 1:10000 are o acuratete mai buna decat una la 1:100000. In cazul hartilor digitale situatia este mai complexa deoarece in cadrul GIS putem avea harti in diferite sisteme de coordonate (in cazul vector) sau diferite rezolutii (in cazul raster), iar problema considerarii lor iese din cadrul lucrarii de fata.

GEOREFERENTIEREA DATELOR SPATIALE

Procesul de asociere a hartilor digitale cu coordonate geografice reale poarta numele de georeferentiere. Exista si aplicatii in care nu este necesara trecerea la coordonate reale, fiind suficient un sistem local de coordonate (carteziene).

In sistem vector, procesul consta in identificarea cu mare precizie a coordonatelor reale a patru puncte, iar apoi transformarea tuturor punctelor se face pe baza formulelor de transformare. Acest proces poarta denumirea de georeferentiere continua. Formulele de transformare cel mai des utilizate sunt cele ale transformarii afine:

X_c = A + BX_d + CY_d

Y_c = D + EX_d + FY_d

Prin precizarea a trei puncte cu coordonate cunoscute se formeaza un sistem de sase ecuatii cu sase necunoscute, rezolvarea acestuia generand si coordonatele geografice reale.

In cadrul sistemului raster, procedeul este asemanator, doar ca se identifica cu precizie coordonatele unui pixel din imagine, ceea ce prezinta un grad de dificultate mai ridicat.

Acest lucru este determinat de faptul ca pixelul reprezinta o suprafata de teren. Cu cat aceasta suprafata este mai mare (rezolutia hartii este mai mica), cu atat coordonatele vor fi mai incerte (mai inexacte). Dupa identificarea a patru astfel de pixeli, transpunerea hartii in coordonate reale se face utilizand formulele de transformare.

In aceasta situatie transformarea este mult mai dificila si experienta utilizatorului este foarte importanta deoarece o harta in format analogic poate suferi o serie intreaga de deformari, formulele de transformare utilizate depinzand in mare masura de acestea.

Geocodificarea. Baza de date Geografica.

Asocierea datelor tabelare cu cele spatiale este o operatie mai speciala si de fapt reprezinta partea care deosebeste un GIS de produse soft pentru cartografie digitala (care au ca scop doar crearea de harti digitale si reproducerea lor pe suport de hartie), de un SGBD traditional, de produsele CAD sau de programele de grafica cum ar fi Corel Draw sau Freehand. Procesul de legare (asociere) a celor doua categorii de date se numeste geocodificare. Operatiunea este diferita de la un sistem la altul. La sistemul vector fiecare primitiva grafica este asociata cu un tabel, care se numeste tabel atribut si care contine date alfanumerice referitoare la caracteristici ale respectivei primitive grafice.

Trebuie remarcat faptul ca, la crearea hartii digitale vectoriale se creeaza automat si tabela de atribut care contine un minim de informatie referitoare la ceea ce reprezinta primitiva grafica. Ulterior se permite modificarea continutului campurilor, precum si adaguarea altor tabele suplimentare la tabela de atribut la aceasta.

In sistemul raster, tabela de atribut va contine drept cod numarul asociat pixelului, iar procesul decurge similar. O particularitate a sistemului raster este ca, atributul poate sa fie continut in imagine.

Tehnici de intoducere a datelor spatiale

Introducerea datelor cartografice nu este simpla. Daca datele disponibile sunt in forma analogica, cum ar fi harti pe suport de hartie sau fotograme ele trebuie convertite in forma digitala inainte de a fi importate in GIS. Sunt doua cai pentru a realiza aceasta conversie: digitizarea si scanarea.

	Figura 27 Digitizorul sau tableta grafica

Procesul de digitizare consta in transformarea datelor grafice din format analogic in format digital. Aceasta actiune presupune existenta unui digitizor conectat la un calculator si prevazut cu un soft specializat.

Procesul de digitizare

Procesul de digitizare propriu-zis presupune urmatoarele etape:

Fixarea punctelor de control si apoi digitizarea lor. Dupa aceasta operatiune se va afisa o eroare calculata prin metoda celor mai mici patrate (RMSE - Root Mean Square Error). Daca eroarea este acceptata, se va trece la pasul urmator, in caz contrar procesul se reia.

Fixarea dinensiunilor hartii.

Digitizarea punctelor.

Digitizarea arcelor.

Digitizarea poligoanelor (daca este permis in acel strat).

Salvarea fisierului.

Procesul de digitizare include si introducerea codurilor de identificare ale primitivelor grafice care permit legarea acestora cu datele atribut. Acestea se introduc de la tastatura sau cu ajutorul butoanelor de pe cursor, daca acest lucru permite si a fost stabilit dinainte.

Scanarea

Procesul de scanare consta in conversia datelor din format analogic (cum sunt hartile traditionale pe suport de hartie, imagini aeriene, sau orice alta imagine) in format digital. Modul in care se realizeaza scanarea este urmatorul: imaginea este impartita in puncte (matrice de puncte) fiecaruia atribuindu-i-se un numar in conformitate cu nuanta de gri sau culoarea de pe original. Procesul este analog cu fotocopierea. Un fotocopiator scaneaza imaginea si apoi o reproduce imediat pe hartie. Un scaner copiaza imaginea si apoi o stocheaza intr-un fisier raster, care ulterior poate fi prelucrat utilizand un produs de procesare de imagini. Cel mai uzual format este TIFF (Tag Image File Format). Rezultatul va fi un fisier in sistem de reprezentare raster. Acest fisier se poate utiliza fie pentru o simpla afisare sau in combinatie cu alte elemente ale BDS (harti vectoriale sau imagini), fie pentru a obtine o harta vectoriala.

Dupa scanare, urmatoarea faza este editarea, in care, dupa ce am determinat precis, cele trei categorii de date: date utile (puncte, linii, poligoane), simboluri (adnotatii sau semne conventionale) si zgomot se procedeaza la urmatoarele operatiuni:

indepartarea zgomotului;

indepartarea simbolurilor (daca este necesar);

vectorizarea;

adaugarea de date suplimentare (daca este necesar);

corectia erorilor;

geocodificarea;

crearea topologiei;

georeferentierea.

"Zgomotul" este un termen preluat din acustica, si reprezinta date care sunt inregistrate si nu sunt utile, datorita unor perturbatii aparute in procesul de scanare. Daca fisierul raster rezultat va fi folosit doar ca o simpla imagine compilata, doar zgomotul trebuie indepartat. In cazul in care aceasta se doreste a fi un strat tematic (coverage) trebuie indepartate si simbolurile. La o prelucrare si o imprimare ulterioara acestea vor fi adaugate pe harta conform regulilor produsului GIS folosit.

Date preluate prin GPS

Capacitatea de a cunoaste pozitia exacta si distanta fata de un anumit obiectiv este cruciala pentru foarte multe activitati. De-a lungul timpului, mai multe tipuri de tehnologii au incercat, cu mai mult sau mai putin succes, sa ajute la realizarea acestui deziderat. Dintre toate acestea, una a reusit sa schimbe in mod radical sistemul de pozitionare. Actualmente este posibil sa se masoare pozitia geodezica a unui punct de pe suprafata Pamantului, cu o eroare de cativa centimetri, fara a utiliza reperele geodezice existente.

Dezvoltat de catre Departamentul Apararii al S.U.A, GPS (Global Positioning System) este un sistem de orientare global bazat pe 24 de sateliti care orbiteaza deasupra Pamantului. Sistemul are la baza procedeul numit si triangulatie spatiala, in care pe langa statia mobila de la sol sunt implicati inca patru sateliti.

Statiile GPS utilizeaza acesti sateliti pentru a calcula pozitia cu o precizie mai mare de un metru. De fapt, cu forme avansate ale GPS se pot face masuratori cu o precizie mai mare de un centimetru. Deoarece satelitii sunt pe o orbita foarte inalta, ei evita erorile cauzate de suprafata terestra si, fiind concepute in principal pentru scopuri strategice, produsele GPS au o rezistenta mare la interferente de unda.

Statiile GPS sunt in prezent mai mici si mai economice decat inainte, devenind cu adevarat accesibile oricui. Datorita caracteristicilor si accesibilitatii sale, aplicatiile GPS sunt aproape nelimitate: oameni de stiinta, militari, personalul din transporturi si oameni din multe alte domenii utilizeaza GPS pentru a-si face munca mai productiva si mai usoara.

Principiile fundamentale ale GPS sunt destul de simple. In primul rand, pentru a afla pozitia exacta, sistemul foloseste ca metoda de baza triangulatia. Pentru a face triangulatia, o statie GPS masoara distanta pana la satelit, calculand cat timp ii este necesar semnalului radio emis de satelit sa ajunga la ea. Acest interval de timp poate fi usor determinat, deoarece undele electromagnetice circula cu viteza luminii. Un element care daca nu este stabilit clar poate genera erori este determinarea exacta a momentului cand semnalul radio pleaca de la satelit. Pentru a face acest lucru constructorii sistemului GPS au sincronizat satelitii si receptoarele astfel incat ele genereaza acelasi semnal radio codificat (pseudo - random code) materializat printr-o succesiune de cifre binare (0 si 1), pe o lungime de unda in domeniul radio, in acelasi moment. Ulterior se primesc codurile de la satelit si se masoara intervalul de timp scurs pana cand receptorul genereaza acelasi cod.

Pentru a determina pozitia exacta receptoarele calculeaza distantele masurate pana la patru sateliti diferiti. De fapt masuratorile de la trei sateliti sunt suficiente pentru a stabili o pozitionare tridimensionala (latitudine, longitudine, altitudine). Oricum, cea de-a patra este folosita pentru a verifica semnalul si pentru eventuale corectii.

Aceasta se datoreste faptului ca statiile statiile de la sol nu folosesc un sistem precis de masurare a timpului asemanatoare celor instalate pe sateliti (ceasuri atomice), ci ceasuri cu cuart, care au o precizie de 10^-9 secunde (in cazul de statiilor performante). Pentru ca acesti sateliti sa poata fi utilizati ca sisteme de referinta pentru masuratorile de distanta, trebuie cunoscuta pozitia lor exacta.

'Constelatia' satelitilor GPS (dupa P.H.Dana, 1994)

(21 de sateliti, 3 sateliti operationali de rezerva, 6 planuri orbitale, 55 inclinare,

20200 km altitudine, perioada de rotatie12ore)

Orbitele foarte stabile si exacte ale satelitilor la 20000 km altitudine, precum si monitorizarea foarte exacta a lor, asigura acuratetea semnalului radio. La sfarsitul masuratorilor trebuie executate corectii asupra usoarelor perturbatii ale semnalului.

Unul dintre principalii perturbatori ai semnalului este atmosfera terestra, care poate deregla semnalul la trecerea prin ea. Dupa cum se stie, patura inalta a atmosferei, ionosfera, contine particule incarcate si influenteaza propagarea undelor electromagnetice. Cu cat lungimea de unda este mai mare, cu atat semnalul este mai franat (poate genera erori de pana la 10 m). Troposfera poate induce erori in semnal cu circa 1 m datorita faptului ca ea inregistreaza modificari de temperatura, presiune si umiditate. Un alt factor perturbator sunt vaporii de apa din atmosfera, dar acest fenomen este aproape imposibil de corectat.

O alta cauza perturbatoare poate fi prezenta unor obstructii locale (cladiri inalte) pe care semnalul le intalneste inainte de a ajunge la statie.

In unele cazuri chiar si pozitionarea satelitilor poate produce erori: cu cat satelitii folositi in masuratori sunt mai apropiati, cu atat rezultatul masuratorii poate fi mai slab.

La aceste perturbatii se mai adauga faptul ca Departamentul Apararii al SUA, in scopuri strategice, reduce acuratetea semnalului in mod intentionat, introducand o unda perturbatoare.

In scopuri militare sunt folosite canale speciale de transmitere a datelor, in timp ce pentru ceilalti utilizatori exista un cod standard numit C/A code (Course/Acquisition code) numit si cod civil. Evident domeniul acesta este afectat de perturbatii. Aceasta actiune poarta denumirea de disponibilitate selectiva (Selective Availability) si poate conduce la o eroare de cateva sute de metri.