ტუტორიალი - ნაწილი 1

ამ ნაწილში გავეცნობით სივრცითი მონაცემების ტიპებს, მათი შენახვისა და გაზიარების ფორმებს. ასევე, მოკლედ შევეხებით გეორეფერენსირების, კოორდინატთა სისტემის და სხვა მნიშვნელოვანი ტერმინების მნიშვნელობას.

1.1. ვექტორული მონაცემები

ვექტორული მონაცემები წარმოადგენს ბუნებრივი გარემოს, ლანდშაფტისა და მისი ელემენტების რეპრეზენტაციის საშუალებას (იხ. სურ. 1.1.ა). იგი ეყრდნობა გეომეტრიულ ელემენტების, წერტილებისა (ვერტექსი - ინგლ. point, vertex) და ხაზების (ინგლ. polyline) წყობას. ვექტორული მონაცემები ასევე წარმოდგენილია პოლიგონების (ინგლ. polygon) სახით. პოლიგონი წერტილებისა (ვერტექსები) და ხაზების ერთობლიობაა და ქმნის შეკრულ გეომეტრიას.
შესაბამისად, ვექტორული მონაცემები მკაცრად შემოსაზღვრული და გამიჯნულია სივრცეში. მაგალითად, არ არის აუცილებელი შენობები, გზები ან წერტილოვანი ინფორმაცია ერთმანეთთან შეკავშირებული იყოს.

თითოეულ ვექტორულ მონაცემს მოყვება ე.წ. ატრიბუტული ინფორმაცია, რომელიც ტექსტის ან/და რიცხობრივი ფორმით GIS პროგრამაში ორგანიზებულია ატრიბუტული ცხრილის (ინგლ. Attribute Table) სახით (იხ. სურ. 1.1.ბ.). ატრიბუტული ინფორმაცია გამოიყენება კონკრეტული გეომეტრიული ელემენტის რუკაზე შესაბამისი სიმბოლებით გამოსახატად.

1.1.1. წერტილი (ვერტექსი)

ვერტექსი აღწერს კონკრეტულ ლოკაციას სივრცეში X, Y და (ხანდახან) Z ღერძებზე. X და Y ღერძები გეოგრაფიაში ასევე ცნობილია განედისა და გრძედის სახელით, ხოლო ამ ღერძებზე მოთავსებული წერტილები როგორც კოორდინატები. გეომეტრიულ ელემენტს ასევე შესაძლებელია მოჰყვებოდეს ინფორმაცია Z ღერძის შესახებ, რომელიც აღნიშნავს კონკრეტულ წერტილზე სიმაღლის ან სიღრმის ნიშნულს. ასეთ წერტილს ასევე უწოდებენ 2.5D - იგი მხოლოდ მოიცავს ინფორმაციას და არ გამოსახავს მას ვიზუალურად. გამოსახვის შემთხვევაში, ის უკვე 3D ობიექტად მიიჩნევა.

როდესაც სივრცითი მონაცემის გეომეტრია მხოლოდ ერთ ვერტექსს მოიცავს, მას წერტილი ეწოდება.

მაგალითისთვის, ქვემოთ მოცემულ სურათზე (1.1.ა) ლურჯად გამოსახულია გარეთ არსებული ხეები, წითელი ფერით კი განათების ბოძი. X და Y ღერძები მიუთითებს მათ კონკრეტულ ლოკაციას (კოორდინატებს) სივრცეში, ხოლო Z მის სიმაღლეს. აქვე, მოცემულია წერტილის ატრიბუტული ინფორმაცია, რომელიც აღწერს მას. Id მიუთითებს წერტილის ნუმერაციას, Name მის პირობით სახელს (ხე ან განათების ბოძი), ხოლო Description დამატებით ინფორმაციას ტექსტური ფორმით მათი მდებარეობის შესახებ (ოთახის გარეთ ან შენობის შესასვლელთან).

1.1.2. ხაზი

ხაზები ერთმანეთთან აერთებს წერტილებს და ქმნის ერთგვარ ბილიკს - თანმიმდევრულ და უწყვეტ კავშირებს წერტილებს შორის. ეს წერტილები კი უკვე იქცევიან ხაზების შემაკავშირებელ ვერტექსებად (ინგლ. მრავლ. Vertices). როგორც უკვე ითქვა, ხაზებით გამოისახება ისეთი ფიზიკური ელემენტები, როგორებიცაა გზები, მდინარეები, მილსადენები, მოძრაობის მარშრუტები, იზოჰიფსები და ა.შ. წერტილების მსგავსად, ხაზების ატრიბუტული ცხრილი შეიძლება შეიცავდეს ინფორმაციას მათი მახასიათებლების შესახებ. მაგალითად, გზის საფარის, ზოლების რაოდენობის, დაშვებული სიჩქარის შესახებ და ა.შ.

ქვემოთ, სურათზე 1.1.2.ა გამოსახულია ხაზებით შეკავშირებული ვერტექსები, რომლებიც მთლიანობაში ქმნიან ერთ გეომეტრიულ ელემენტს, ხაზოვან მონაცემს.

1.1.3. პოლიგონი

პოლიგონები იქმნება როდესაც ვერტექსები და ხაზები ერთმანეთთან თანმიმდევრულადაა დაკავშირებული. პოლიგონში საწყისი და საბოლოო ვერტექსები ერთსა და იმავე ადგილასა დასმული, ანუ მათ უნდა ჰქონდეთ ერთნაირი კოორდინატები X და Y ღერძებზე, გრძედსა და განედზე. მხოლოდ ამის საშუალებით შეიკვრება პოლიგონი ერთ კონკრეტულ გეომეტრიულ ელემენტად. პოლიგონებს შესაძლებელია ჰქონდეთ საზიარო საზღვარი. მაგალითად, ორი შენობა ერთმანეთზე მიბჯენით თუ არის დასმული რეალურ სამყაროში, რუკაზეც მათი შესაბამისი ვერტექსები და ხაზები ერთმანეთს დაემთხვევა. პოლიგონის მეშვეობით გამოისახება შენობები, საზღვრები და სხვა ისეთი რამ, რაც ფართობებში გამოისახება. მაგალითად, მიუხედავად იმისა, რომ გზა შეიძლება რუკაზე ხაზის სახით იყოს დატანილი, უფრო დეტალურ მასშტაბში, მისი ზედაპირის გამოსათვლელად, შესაძლებელია გზის კონტურის პოლიგონად მონიშვნა. მიწათსარგებლობის გეგმებზე, ხშირ შემთხვევაში სწორედ ამ ფორმით გვხვდება გზები, ქუჩები, პარკები, შენობები, ურბანული ბლოკები და ა.შ. როგორც ხაზებს და წერტილებს, პოლიგონებსაც გააჩნიათ ატრიბუტული ინფორმაცია, რომელიც შეიძლება მოიცავდეს შენობის სიმაღლის, სართულიანობის, მასალის და სხვა რელევანტურ ინფორმაციას.

სურათზე 1.1.3.ა გამოსახულია ორი პოლიგონი, რომლებიც ორ სხვადასხვა ობიექტს ასახავენ.

1.2. რასტრული მონაცემები

რასტრული მონაცემები ინფორმაციას ინახავს ერთი ზომისა და ფორმის პიქსელების მეშვეობით (ინგლ. pixel, grid cells) (იხ. სურ. 1.2.ა). თითოეულ პიქსელს მინიჭებული აქვს შესაბამისი რიცხვითი ან კატეგორიზებული მნიშვნელობა (RGB ფერები). ამ ფორმატში მონაცემების შენახვა ღირებულია იმ მხრივ, რომ წარმოადგენს განგრძობითი ინფორმაციის შენახვის ეფექტურ საშუალებას. მაგალითად, როდესაც საქმე გვაქვს რელიეფის ანალიზთან (სიმაღლე, დახრილობა და ა.შ.) ამ დროს იყენებენ რასტრულ ფორმატში შენახულ რელიეფის ციფრულ მოდელს (Digital Elevation Model ან DEM), რომლის თითოეული პიქსელი შეიცავს ინფორმაციას სიმაღლის შესახებ. როგორც წესი, სატელიტური თუ ორთოფოტოებიც რასტრულ ფორმატში ინახება. რასტრულ ფორმატშივე ინახება ტემპერატურის თუ დაბინძურების შესახებ ინფორმაცია, რომელიც სივრცეში განგრძობითი, უწყვეტი ფორმით გვიჩვენებს შესაბამის მაჩვენებელს.

1.3. განსხვავება ვექტორულ და რასტრულ მონაცემებს შორის

ვექტორულ და რასტრულ მონაცემებს შორის მთავარი სხვაობაა ინფორმაციის რეპრეზენტაციის ფორმა. თუკი ვექტორული მონაცემები მკაფიოდ გამოსაზღვრული შეიძლება იყოს, რასტრული მონაცემები განგრძობითი, თანმიმდევრული ხასიათისაა, წარმოდგენილია პიქსელების მეშვეობით და ატარებს კონკრეტულ მახასიათებელს სიმაღლის ნიშნულის, მიწის გამოყენების თუ სხვა რაოდენობრივი თუ თვისებრივი კატეგორიების მიხედვით. მასშტაბის შემცირებასთან ერთად ვექტორული ინფორმაცია უფრო დეტალური ხდება, მაშინ როცა რასტრულის შემთხვევაში ვიზუალი უფრო დაპიქსელებული ჩანს. ვიზუალური მაგალითი მოცემულია სურათზე 1.3.ა.

ვექტორული მონაცემების შესახებ უფრო დეტალური ინფორმაცია იხილეთ ამ ბმულზე. რასტრული მონაცემების შესახებ უფრო დეტალური ინფორმაცია იხილეთ ამ ბმულზე.

1.4. 3D მონაცემები

მონაცემების სამგანზომილებიან სივრცეში სიმულაცია, ანალიზი და ვიზუალიზაცია GIS-ის ერთ-ერთი უმნიშნველოვანესი ფუნქციაა. უნდა აღინიშნოს რომ ამ მხრივ, QGIS-ით მუშაობა შედარებით არაკომფორტული შეიძლება აღმოჩნდეს მომხმარებლისთვის. მისი ფასიანი ალტერნატივა, ArcGIS მნიშვნელოვნადაა დახვეწილი, რამეთუ გვთავაზობს 3D ვიზუალიზაციისთვის მოქნილ ხელსაწყოს ArcScene ან განახლებულ ArcGIS Pro მეშვეობით, რომელსაც ჩაშენებული აქვს 3D ფუნქცია. არსებობს სხვა ალტერნატივაც. მათ შორის, ერთ-ერთი ყველაზე ხელსაყრელია Mapbox.

სამგანზომილებიან ობიექტად შეიძლება ვაქციოთ ნებისმიერი ვექტორული მონაცემი, განსაკუთრებით პოლიგონები (მაგალითად, შენობები). ამ შემთხვევაში მივმართავთ extrusion (ქართ. ამოზიდვის) ფუნქციას, რომელიც ატრიბუტულ ინფორმაციაზე დაყრდნობით კონკრეტული შენობის სართუალიანობის თუ სიმაღლის (მეტრებში) მიხედვით არენდერებს მას შესაბამისად (იხ. სურ. 1.4.ა).

წერტილოვან ან ხაზოვან ინფორმაციაზე დაყრდნობით, რომელსაც მაგალითად აქვს სიმაღლის ატრიბუტული მონაცემი (Z ღერძი. მაგალითად ე.წ. ტოპო), შეიძლება შეიქმნას ე.წ. mesh, ან როგორც სხვანაირად ეწოდება TIN (ინგლ. Triangulated Irregular Network). იხილეთ სურათი 1.4.ბ.

უფრო მეტი ამ მეთოდის შესახებ იხილეთ აქ.

სამგანზომილებიანი ვიზუალიზაციისთვის შესაძლებელია ასევე გამოყენებული იქნეს რელიეფის ციფრული მოდელიც (Digital Elevation Model). ამ შემთხვევაში, რელიეფის ციფრული მოდელი ყოველთვის რასტრულ ფორმატშია და მისი თითოეული პიქსელი შეიცავს ინფორმაციას სიმაღლის შესახებ. მეტი თვალსაჩინოებისთვის იხილეთ სურათი 1.4.გ.

1.5. გეორეფერენსირება

ჩვენი პროექტისთვის, მონაცემების შესაგროვებლად ვიყენებთ საბჭოთა ტოპოგრაფიულ რუკას 1:2 000 მასშტაბით, რომელიც რასტრულ ფორმატშია მოცემული. ეს რუკა წარმოადგენს ბეჭდური ვარიანტის დასკანერებულ ვერსიას და მორგებულია იმ სივრცით განზომილებას (გარკვეული ცდომილებით), რომელიც რეალურ სამყაროში გააჩნია მასზე დატანილ ყველა ობიექტს. ამ ოპერაციას GIS სამყაროში ეწოდება გეორეფერენსირება, ანუ კოორდინატებში დასმა. მაგალითისთვის, იხილეთ სურათი 1.5.ა.
პროექტის სპეციფიკიდან გამომდინარე, არ მოგვიწევს მონაცემების გეორეფერენსირება, რადგან ყველა მონაცემი უკვე რეფერენსირებულია სივრცეში.

1.6. რუკის პროექცია და კოორდინატთა სისტემა

რუკის პროექცია გულისხმობს სამგანზომილებიანი სამყაროს კომპიუტერის ეკრანზე ან ქაღალდზე, ორგანზომილებიან სივრცეში გადმოტანას. კოორდინატთა სისტემა განსაზღვრავს GIS-ში წარმოდგენილი ორგანზომილებიანი ინფორმაცია როგორ ებმის რეალურ სამყაროს, ადგილებს დედამიწაზე. კოორდინატთა სისტემის გამოყენება დამოკიდებულია იმ გეოგრაფიულ რეგიონებზე, რომელთა შესახებაც არსებულ სივრცით მონაცემებს ვამუშავებთ. მაგალითისთვის, საქართველო იყენებს WGS 84 / UTM zone 38N კოორდინატთა სისტემას, გამომდინარე იქიდან რომ ქვეყნის დიდი ნაწილი ხვდება ჩრდილოეთ განედის 38˚-ში. შავი ზღვის სანაპიროს მცირე ნაწილი ხვდება ჩრდილოეთ განედის 37˚-ში.
პროექტის სპეციფიკიდან გამომდინარე, კოორდინატთა სისტემასთან შეხება მინიმალურად გვექნება და მხოლოდ, მონაცემების შექმნისას დაგვჭირდება მისი მითითება.
დაინტერესების შემთხვევაში, უფრო მეტი პროექციასა და კოორდინატთა სისტემის შესახებ იხილეთ ამ ბმულზე.

1.7. მონაცემთა შენახვისა და გაზიარების ფორმები

არსებობს მრავალი ფორმატი ვექტორული და რასტრული ინფორმაციის შესანახად და მათი გამოყენება დამოკიდებულია მონაცემების სიზუსტეზე, ზომაზე, კონტექსტზე და იმ გარემოებაზე, თუ რა ფორმით გვინდა იგი გავუზიაროთ სხვებს.

ჩვენს შემთხვევაში, გამოვიყენებთ შეიპფაილის (shapefile, .shp)ფორმატს ვექტორული მონაცემების შესაქმნელად - შენობების ამოსახაზად. ამ ფორმატის თავისებურება ისაა, რომ dwg ფორმატისგან განსხვავებით, რომელიც ერთი ფაილის სახით ჩანს კომპიუტერში, მას რამდენიმე დამატებითი ფაილი მოჰყვება, რომელიც ინახავს სხვადასხვა ატრიბუტულ ინფორმაციას, კოორდინატებს და ა.შ. შესაბამისად, შეიძლება ითქვას, რომ შეიპფაილი წარმოადგენს რამდენიმე ფაილის ერთობას, რომლის ერთი ნებისმიერი ნაწილის წაშლის შემთხვევაში, მონაცემები გამოუსადეგარი ხდება.

QGIS-ში შემოტანისას, ვიყენებთ მხოლოდ .shp გაფართოების ფაილს, თუმცა ყველა ატრიბუტული ინფორმაცია, რომელიც დამატებით ფაილებშია შენახული, მას თან მოჰყვება ავტომატურად.

სურათზე გამოსახულია როგორ გამოიყურება ერთი ვექტორული მონაცემის (მაგალითად, შენობების) შეიპფაილის ‘ნაკრები’.

რაც შეეხება რასტრულ მონაცემებს, ჩვენი პროექტის მიზნებიდან გამომდინარე, გამოვიყენებთ გეორეფერენსირებულ საბჭოთა ტოპოგრაფიულ რუკას, რომელიც შენახულია .tif ფორმატში. იმის გამო, რომ .tif ფაილს მიბმული აქვს გეოგრაფიული კოორდინატები, ეს მონაცემები ინახება დამატებით ფაილებში, რომელიც შეიპფაილის მსგავსად მოჰყვება მას (იხ. სურ. 1.7.ბ.). ამ შემთხვევაშიც, საჭიროა მხოლოდ .tif ფორმატის ფაილის დამატება QGIS-ის მენიუდან.

1.8. შეჯამება

ამ ნაწილში გავეცანით გეოგრაფიული ინფორმაციული სისტემების გამოყენებისთვის აუცილებელ საბაზისო ცნებებსა და ტერმინებს, რომელიც მნიშვნელოვანია ვიცოდეთ QGIS-ში მუშაობისას. შემდეგ ნაწილში დეტალურად გავივლით არსებული ვექტორული და რასტრული ფაილების შემოტანას. ასევე, გავეცნობით ვექტორული პოლიგონური მონაცემების შექმნასა და შენახვას ატრიბუტული ინფორმაციის თანხლებით.