Geodata Աշխարհագրական տվյալներ (Geodata)

Աշխարհագրական տվյալների մասին

Աշխարհագրական տվյալները ԱՏՀ-ի հիմքն են․ առանց դրանց ԱՏՀ-ը ոչ մի բան չունի մշակելու, վերլուծելու կամ պատկերավոր ներկայացնելու։ Աշխարհագրական տվյալները իրենց մեջ կրում են երկու հիմնական տիպի տեղեկություն՝ տարածական և թեմատիկ։ Տարածական տեղեկությունը պարունակում է դիրք, որը կապվում է որոշակի հղման համակարգի հետ և պատասխանում է «Որտե՞ղ» հարցին։ Թեմատիկ տեղեկությունը պատասխանում է «Ի՞նչ» հարցին՝ նկարագրելով այն երևույթը կամ օբյեկտը, որն առկա է տվյալ տարածքում։

Աշխարհագրական տեղեկության հետ կապված կարևոր հասկացություն է չափումը։ Պահվող տարրերը տատանվում են պարզ կետերից (0D) մինչև եռաչափ ծավալներ (3D)

Աշխարհագրական տվյալներ տարբեր չափումներով, ինչպես սովորաբար ներկայացվում է ԱՏՀ-ում։ Աղբյուր՝ OLAYA, Víctor. Ներածություն ԱՏՀ։ 2018, CC-BY։

ԱՏՀ-ում որևէ ուսումնասիրվող տարածքի վերաբերյալ տեղեկատվությունը բաժանվում է մի քանի մակարդակների։ Նույն վայրին վերաբերելու դեպքում անգամ, տարբեր երևույթների մասին տեղեկությունները պահվում են առանձին։ Այսինքն՝ տվյալ տարածքի համար գոյություն ունեն տարբեր տեղեկատվական բլոկների հավաքածուներ, որոնցից յուրաքանչյուրն ընդգրկում է որոշակի փոփոխական կամ տարրերի բազմություն։ Այս բլոկներից յուրաքանչյուրն անվանում ենք շերտ։ Շերտի հասկացությունը հիմնարար է ԱՏՀ-ը հասկանալու համար և օգնում է ճիշտ կառուցել ու կառավարել տարածական տեղեկատվությունը։ ԱՏՀ-ում կիրառվող բոլոր աշխարհագրական տվյալները լինելու են շերտերի տեսքով։ Դրանք կարող են կիրառվել առանձին կամ մեկտեղ՝ միաժամանակ։

GIS համակարգի հիմնական առավելությունն այն է, որ այն կարողանում է թափանցիկ կերպով ինտեգրել տարբեր տարածքների տվյալները և ստեղծել ամբողջական, շարունակական խճանկար (mosaic)՝ շնորհիվ տվյալների և դրանց վիզուալիզացիայի տարանջատման։

Վիզուալիզացիայի համար տվյալներ անհրաժեշտ են, սակայն այս երկու հայացքները GIS համակարգում ներկայացնում են տարբեր բաղադրիչներ՝ հստակ տարանջատմամբ։ Սա նշանակում է, որ տվյալներն օգտագործվում են վիզուալ արդյունք ստեղծելու համար, սակայն իրենք՝ տվյալները, որևէ արժեք չեն պարունակում դրանց արտապատկերումը և տեսողական ներկայացումը սահմանելու առումով։

Այսպիսով, հնարավոր է համադրել տարբեր տվյալներ և այնուհետև այդ համադրությունն ամբողջական կերպով ներկայացնել։

Աշխարհագրական տվյալների մոդելներ

ԱՏՀ-ում աշխարհագրական տվյալները կարող են ներկայացվել տարբեր մոդելներով։ Ներկայացման մոդել նշանակում է որոշակի գաղափարի կոդավորումը սահմանափակ տարրերի բազմությամբ։ Գոյություն ունեն երկու հիմնական ներկայացման մոդել՝ ռաստերային մոդել և վեկտորային մոդել։ Այս մոդելներով ստեղծված շերտերն անվանում են համապատասխանաբար՝ ռաստերային շերտեր և վեկտորային շերտեր։

Ռաստերային մոդելի ամենատարածված ձևը հիմնված է քառակուսի բջիջների ցանցի վրա, որոնք հաճախ կոչվում են պիքսելներ։ Ընդհանրապես, պիքսելները կարող են պարունակել ցանկացած տեսակի տեղեկատվություն, սակայն սովորաբար դրանց արժեքը լինում է թվային կամ թվային արժեքների բազմություն։ Եթե արժեքները թվային են, ապա ռաստերային շերտը կարելի է դիտարկել որպես մատրիցա և օգտագործել համապատասխան մաթեմատիկական գործիքներ դրա վերլուծության համար։ Յուրաքանչյուր պիքսելում պահպանվող արժեքների քանակը որոշում է տվյալ ռաստերային շերտի՝ խմբերի (bands) քանակը։ Թվային ֆոտոխցիկով արված պատկերները լավ օրինակ են։ Գունավոր պատկերում յուրաքանչյուր պիքսել կրում է երեք արժեք՝ կարմիր, կանաչ և կապույտ գույների համար։ Այսպիսով՝ նման պատկերը ունի երեք խումբ։ Երբեմն պատկերը կարող է վերափոխվել սև-սպիտակ պատկերով, այս դեպքում այն կունենա միայն մեկ խումբ, և արժեքը կներկայացնի գորշության հագեցվածությունը (սպիտակից մինչև սև)։ Ռաստերային մոդելի մեկ այլ բնորոշ կիրառությունն է թվային բարձրության մոդելները (DEM – Digital Elevation Models), որոնք նկարագրում են որոշակի տարածքի ռելիեֆը։ DEM-երը միշտ միախումբ շերտեր են։

Ռաստերային մոդելը հարմար է նաև եռաչափ օբյեկտներ ներկայացնելու համար։ 3D բջիջը, որը 2D պիքսելի համարժեքն է, խորանարդաձև բջիջ է, որը երբեմն կոչվում է վոքսել (voxel)։

Ռաստերային մոդելը հարմար է նաև եռաչափ օբյեկտներ ներկայացնելու համար։ 3D բջիջը, որը 2D պիքսելի համարժեքն է, խորանարդաձև բջիջ է, որը երբեմն կոչվում է վոքսել (voxel)։

Ռաստերային շերտի պատկեր, որը բաղկացած է 3x3 պիքսելներից (9 բջիջ) և ունի երեք խումբ (band):
Աղբյուր՝ GIS Geography , https://gisgeography.com/spatial-data-types-vector-raster

Վեկտորային մոդելի դեպքում գոյություն չունեն բջիջների նման հիմնական միավորներ, որոնք բաժանում և ծածկում են մոդելավորված տարածքը։ Դրա փոխարեն, նկարագրված տարրերի երկրաչափությունն ու բնութագրիչները մոդելավորվում են՝ օգտագործելով հատկություններ (features)։ Հատկությունները պարունակում են երկու տեսակի տեղեկատվություն՝

• երկրաչափություն, որը տարածական (spatial) տեղեկատվությունն է,
• ատրիբուտներ, որը թեմատիկ տեղեկատվությունն է։

Մեկ շերտը սովորաբար ներառում է բազմաթիվ ատրիբուտներ։ Ատրիբուտները կապված են հատկանիշների (features) հետ, կարող են ունենալ տարբեր տեսակի տեղեկատվություն և ավելի բազմազան են, քան ռաստերային շերտերին վերագրվող արժեքները, որոնք սովորաբար պարունակում են միայն թվային արժեքներ։ Վեկտորային մոդելի այս յուրահատուկ կառուցվածքի (ատրիբուտների համախումբ, կապված մեկ հատկանիշի հետ) շնորհիվ, թեմատիկ բաղադրիչը կարող է ներկայացվել որպես աղյուսակ և պահվել տվյալների բազայում։ Բացի այդ, այն կարող է վերլուծվել անկախ տարածական բաղադրիչից։

Տարբեր երկրաչափություններով առանձնացող հատկանիշների համեմատություն՝ ներկայացված թե՛ վեկտորային, թե՛ ռաստերային մոդելներում։
Աղբյուր՝ Polat, Zeynel & Alkan, Mehmet (2019)։ Design and Develop GIS for Regional and Urban Planning.

Ռաստերային և վեկտորային ներկայացման մոդելները երկուսն էլ կարող են օգտագործվել աշխարհագրական ցանկացած տեղեկատվության պահպանման համար։ Թվային բարձրության մոդելները (DEM) ռաստերային շերտերի բնորոշ օրինակ են։ Բարձրությունը ռաստերային շերտով ներկայացնելը շատ առավելություններ ունի, հատկապես վերլուծությունների համար, սակայն դա միակ տարբերակը չէ։ Կարող է լինել նաև վեկտորային շերտ՝ կետերով (այդպես կլինի, եթե բարձրության տվյալները ստացվել են տեղագրական չափագրումից), կամ գծային շերտ՝ հորիզոնական գծերով (ամենատարածված եղանակը բարձրությունը ավանդական քարտեզում ներկայացնելու համար)։ Ընդհանուր առմամբ, չկա մի ներկայացման մոդել, որը մյուսից ավելի լավ է։ Կախված տվյալ դեպքից՝ մեկը կարող է ավելի նպատակահարմար լինել, քան մյուսը։

Ընդհանուր առմամբ, ավելի նպատակահարմար է օգտագործել ռաստերային շերտեր շարունակական փոփոխականների համար, ինչպիսին է բարձրությունը, որպեսզի հնարավոր լինի դրանց հիման վրա հեշտությամբ վերլուծություն իրականացնել։ Մյուս կողմից՝ դիսկրետ փոփոխականները ավելի լավ է ներկայացնել վեկտորային եղանակով։

Կան ալգորիթմներ, որոնք թույլ են տալիս փոխարկում իրականացնել ռաստերային և վեկտորային ներկայացման մոդելների միջև, այնպես որ եթե մեր տվյալները առկա են դրանցից մեկում, հնարավոր է ստանալ նոր շերտ, որը օգտագործում է մյուս մոդելը և կարող է ավելի հարմար լինել մեր աշխատանքի համար։

Աշխարհագրական տվյալների ձևաչափեր (Geodata Formats)

Ռաստերային և վեկտորային տվյալները կարող են պահպանվել տարբեր ձևաչափերով, որոնք տարբերվում են իրենց ներքին կառուցվածքով, ընթեռնելիությամբ, հնարավորություններով, ծավալով և համատեղելիությամբ։ Աշխարհագրական տվյալների համար լայնորեն կիրառվող ձևաչափերից են՝

• GeoJSON (վեկտոր) – Թեթև JSON հիմքով ձևաչափ՝ պարզ աշխարհագրական օբյեկտներ պահելու համար, հաճախ կիրառվում է վեբ քարտեզագրման ծրագրերում։
• Shapefile (վեկտոր) – Հնացած, բայց դեռևս լայնորեն օգտագործվող ESRI ձևաչափ, որը աշխարհագրական օբյեկտները պահում է առանձին ֆայլերում (.shp, .shx, .dbf), բայց չունի առաջադեմ տվյալների տիպերի և մետատվյալների աջակցություն։
• GeoPackage (վեկտոր և ռաստեր) – Ժամանակակից, մեկ ֆայլով SQLite հիմքով ձևաչափ, որը ապահովում է բարդ աշխարհագրական տվյալների և հատկանիշների աջակցություն, նախագծված է արդյունավետ պահեստավորման և շարժական սարքերի օգտագործման համար։
• KML (վեկտոր) – XML հիմքով ձևաչափ՝ հիմնականում կիրառվում է Google Earth-ում աշխարհագրական տվյալների ցուցադրման համար։ Կենտրոնանում է ներկայացման վրա, այլ ոչ թե բարդ տվյալների կառավարման։
• GML (վեկտոր) – Հզոր XML հիմքով ձևաչափ, որն ապահովում է բարդ աշխարհագրական օբյեկտների աջակցություն, հաճախ օգտագործվում է տարբեր ԱՏՀ համակարգերի համատեղ աշխատանքի համար։
• GPX (վեկտոր) – Ձևաչափ՝ հիմնականում նախատեսված GPS տվյալների համար՝ պահում է կանգառներ, ուղիներ և երթուղիներ, օպտիմիզացված նավիգացիոն սարքերի համար։
• TIF (ռաստեր) – Բարձր որակի ռաստերային ձևաչափ՝ աջակցում է գեոռեֆերենսավորում (GeoTIFF), հաճախ օգտագործվում է արբանյակային պատկերների և մանրամասն քարտեզների համար։
• JPG (ռաստեր) – Լայնորեն կիրառվող սեղմված պատկերային ձևաչափ, որը չունի բնիկ գեոռեֆերենսավորում։ Հարմար է պարզ տեսողական քարտեզների համար, բայց ոչ վերլուծական ԱՏՀ աշխատանքների։
• TXT (վեկտոր կամ ռաստեր) – Հիմնական տեքստային ձևաչափ, որը կարող է պարունակել աշխարհագրական կոորդինատներ կամ հատկանիշային տվյալներ՝ չկառուցված տեսքով։ Հաճախ օգտագործվում է արագ տվյալների փոխանցման համար։
• CSV (վեկտոր կամ ռաստեր) – Պարզ տեքստային ձևաչափ՝ աղյուսակային կառուցվածքով տվյալների պահպանման համար։ Հաճախ օգտագործվում է հատկանիշային տվյալների կամ պարզ աշխարհագրական կոորդինատների (լայնություն և երկայնություն) համար, սակայն չունի բարդ աշխարհագրական կառուցվածքների կամ մետատվյալների բնիկ աջակցություն։

Վեկտորային տվյալների ստեղծում և խմբագրում QGIS-ում

QGIS-ում նոր վեկտորային շերտ ստեղծելը բավականին հեշտ է։ “Layer” ընտրացանկից ընտրիր “Create Layer”: Առաջարկված տարբերակներից ընտրիր համապատասխան ձևաչափ՝ շերտ ստեղծելու համար։ Եթե վստահ չես՝ օգտագործիր GeoPackage, որը մեծամասամբ հարմար է։ Եթե ցանկանում ես փորձարկել՝ կարող ես օգտագործել ժամանակավոր “Scratch Layer” շերտ։ “Scratch Layer”-ը հեռացվում է, երբ փակում ես QGIS-ը, բայց հնարավոր է այն դարձնել մշտական՝ պահպանելով սկավառակում։

QGIS-ում վեկտոր շերտ ստեղծելու մենյուն:

Եթե դուք ստեղծում եք նոր մշտական շերտ (Geopackage, Shapefile և այլն), անհրաժեշտ է նշել այն տեղակայումը, որտեղ ցանկանում եք պահել աշխարհագրական տվյալները։ Այնուհետև դուք պետք է ընտրեք այն օբյեկտների երկրաչափությունը, որոնք ցանկանում եք ստեղծել այս շերտում։ Ըստ ավանդույթի՝ յուրաքանչյուր շերտ պարունակում է միայն մեկ տեսակի երկրաչափություն բոլոր օբյեկտների համար։ Դուք նաև պետք է նշեք տարածական հղման համակարգը, որի մեջ երկրաչափությունը ներկայացվելու է։ WGS84-ը համաշխարհային ճանաչում ունեցող տարբերակ է, սակայն քանի որ այն աշխարհագրական կոորդինատային համակարգ է, ունի սահմանափակումներ ճշգրտության և մակերեսների կամ ծավալների հաշվարկման հարցում։ Եթե անհրաժեշտ է կոորդինատների ավելի բարձր ճշգրտություն, անհրաժեշտ է ընտրել տեղային պրոյեկտված տարածական հղման համակարգ։ Այս փուլում դուք կարող եք նաև նշել, թե ինչ հատկանիշներ՝ այստեղ կոչվող դաշտեր (fields), պետք է պարունակի նոր շերտը։ Այս քայլը կարող եք բաց թողնել, քանի որ նոր հատկանիշների սյունակներ հնարավոր է ավելացնել հետագայում։

QGIS-ում Geopackage ձևաչափով նոր վեկտորային շերտ ստեղծելու պատուհան։

ԱՏՀ-ում, եթե ցանկանում ես ստեղծել նոր օբյեկտներ՝ հիմնվելով այլ շերտի վրա, օրինակ՝ հիմքային քարտեզի կամ արբանյակային պատկերների, ապա անհրաժեշտ է այդ շերտ(եր)ը նախապես ավելացնել նախագծի մեջ։ Օրինակ՝ կարելի է ներմուծել OpenStreetMap կամ արբանյակային պատկերների շերտ, որպեսզի հեշտացվի նոր տարրերի ճշգրիտ նշումը։

Այդ գործընթացը, երբ նոր վեկտորային շերտի վրա կրկնօրինակում ես օբյեկտները ռաստերային շերտից, անվանվում է վեկտորացում։

Նոր ստեղծված շերտը որևէ օբյեկտ (feature) չի պարունակում։ Որպեսզի կարողանաս ավելացնել օբյեկտներ շերտում, նախ անհրաժեշտ է միացնել խմբագրման ռեժիմը՝ սեղմելով վերին գործիքագոտում գտնվող մատիտ պատկերակին։ Խմբագրման ռեժիմում կարելի է ավելացնել նոր օբյեկտներ, փոփոխել կամ ջնջել առկա օբյեկտները։ Միաժամանակ կարելի է խմբագրել միայն մեկ շերտ, և դա կլինի այն, որը ընտրված (հաստատված) է «Layers» վահանակում։

Խմբագրման ռեժիմը միացնելու կոճակը գործիքակազմում, որը տվյալ պահին ակտիվացված է։

Երբ խմբագրման ռեժիմը միացված է, գործիքակազմում հասանելի են դառնում նոր կոճակներ։ Դրանցից մեկը թույլ է տալիս նկարել նոր օբյեկտներ կտավի վրա։ Կարելի է նկարել միայն այն երկրաչափությամբ օբյեկտներ, որը սահմանվել է շերտը ստեղծելիս։

Նոր բազմանկյուն նկարելու համար խոշորացրու քարտեզը՝ մոտենալով հիմնաշերտին, ապա սեղմիր քարտեզի վրա՝ համար ցանկալի բազմանկյան սահմանները։ Նկարը ավարտելու համար աջ սեղմիր մկնիկով։ Դրանից հետո QGIS-ը կխնդրի մուտքագրել նոր օբյեկտի նույնականացման համարը (fid = feature ID)։ Դա անհրաժեշտ է, քանի որ յուրաքանչյուր օբյեկտ պետք է ունենա յուրահատուկ նույնականացուցիչ ատրիբուտների աղյուսակում։ Եթե թողնես «Autogenerate» արժեքը, ապա QGIS-ը ավտոմատ կերպով կտրամադրի պարզ ու եզակի ID-ներ, երբ պահես քո խմբագրումները։

Նոր օբյեկտը ստեղծված է և ներկայացնում է մի դաշտ։ Նրա ID-ն ավտոմատ կկցվի, երբ խմբագրումները պահվեն։

Երբ նոր օբյեկտներ ես գծում, դրանք դեռ չեն պահպանվում քո շերտում և համարվում են ժամանակավոր տարրեր։ Խմբագրումները մշտական դարձնելու համար պետք է սեղմել գործիքակազմի սկավառակ պատկերով կոճակը։ Այն կպահի քո փոփոխությունները (ավելացումներ, փոփոխություններ կամ ջնջումներ) տվյալ շերտում։ Փոփոխությունները պահպանելուց հետո կարող ես կամ շարունակել խմբագրումը, կամ անջատել խմբագրման ռեժիմը, եթե ավարտել ես։

«farm» շերտում վեկտորացված են մի քանի դաշտեր և ցուցադրվում են մուգ կանաչ գույնով՝ OpenStreetMap հիմքային քարտեզի վրա։

GIS-ում շերտերի հետ աշխատելիս շատ տարածված գործողություններից մեկն է շերտի հատկանիշներով թերթելը։ GIS-ում հատկանիշները սովորաբար ցուցադրվում են հատկանիշների աղյուսակում։ Այս աղյուսակը յուրաքանչյուր հատկանիշը ներկայացնում է որպես աղյուսակի մեկ տող (որը երբեմն կոչվում է «գրառում»), իսկ հատկանիշների տվյալները՝ առանձին սյունակներում։ Հատկանիշների աղյուսակները սովորաբար հասանելի են միայն վեկտորային շերտերի համար, սակայն QGIS-ը նաև հնարավորություն է տալիս կցել հատկանիշների աղյուսակ ռաստերային տվյալներին VAT.TBF կողային ֆայլի միջոցով։

Վեկտորային շերտի հատկանիշների աղյուսակը բացելու գործընթացը։

Հատկանիշների աղյուսակը հնարավորություն է տալիս զննել հատկանիշները և տեսնել դրանց արժեքները։ Կարող եք նաև խմբագրել հատկանիշները կամ կատարել տվյալների ընտրություն։ Արժեքները խմբագրելու, սյունակներ կամ տողեր (օբյեկտներ) ավելացնելու կամ ջնջելու համար կրկին պետք է միացնել խմբագրման ռեժիմը։ Սա արվում է տվյալների վրա պատահական փոփոխություններից խուսափելու համար։

Նոր վեկտորացված շերտի հատկանիշների աղյուսակը բովանդակությամբ հարուստ չէ։ Այն պարունակում է միայն օբյեկտների նույնացուցիչներ։ Երբ մտնում եք խմբագրման ռեժիմ, կարող եք նոր սյունակ ավելացնել հատկանիշների աղյուսակում՝ սեղմելով «New field» կոճակը։

Խմբագրման ռեժիմում բացված հատկանիշների աղյուսակ, որտեղ «New field» կոճակը ակտիվացված է։

Դաշտ ավելացնելիս անհրաժեշտ է նշել դրա անունը և տվյալների տեսակը։ «Text (string)» տիպը պետք է ընտրել տեքստային տվյալների համար, ինչպիսիք են նկարագրությունները, անունները կամ կարգերն ու դասերը։ Տեքստային տիպի դեպքում պետք է սահմանել նաև առավելագույն երկարությունը, քանի որ դա հետագայում հնարավոր չէ փոխել, ուստի նշեք երկարությունը՝ հաշվի առնելով այն արժեքները, որոնք նախատեսում եք մուտքագրել։ «Decimal number (real)» տիպը հարմար է բոլոր տեսակի թվային արժեքների (ներառյալ տասնորդականների) համար, օրինակ՝ մակերես, հողի pH կամ միջին տեղումներ։ «Integer (32 bit)» և «Integer (64 bit)» տիպերը հարմար են այնպիսի թվերի համար, որոնք միայն ամբողջ թվային արժեքներ ունեն, օրինակ՝ բնակչության քանակ, փոստային ինդեքս կամ կենդանիների թիվ։

Տեքստային հատկանիշի դաշտ՝ մշակվող մշակաբույսի տեսակը նշելու համար։

Երբ նոր դաշտ է ավելացվում, այն նախնականապես լրացվում է «NULL» արժեքով։ «NULL»-ը հատուկ պահպանված արժեք է, որը նշանակում է «բացակա արժեք» կամ «տվյալներ չկան»։ Կարող եք լրացնել արժեքները պարզապես ցանկալի արժեքները մուտքագրելով բջիջների մեջ (նաև պետք է լինեք խմբագրման ռեժիմում)։ Երբ ավարտեք հատկանիշների խմբագրումը, պետք է պահպանեք փոփոխությունները՝ ինչպես երկրաչափությունների մուտքագրման / խմբագրման դեպքում։ Դրանից հետո կարող եք դուրս գալ խմբագրման ռեժիմից։

Վեկտոր շերտի «ֆերմա» հատկության աղյուսակը՝ «մշակաբույս» դաշտով, որը լրացված է մշակաբույսերի տեսակներով։ Յուրաքանչյուր տող ներկայացնում է ֆերմայի մեկ դաշտ։