Пространственное соединение
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( январь 2023 г. ) |
Пространственное соединение — это операция в географической информационной системе (ГИС) или пространственной базе данных , которая объединяет таблицы атрибутов двух пространственных слоев на основе желаемого пространственного отношения между их геометриями. [1] Это похоже на операцию соединения таблиц в реляционных базах данных при слиянии двух таблиц, но каждая пара строк коррелируется на основе некоторой формы совпадения местоположения, а не на основе общего значения ключа . [2] Это также похоже на операции наложения векторов , распространенные в программном обеспечении ГИС, таком как Intersect и Union, при объединении двух наборов пространственных данных, но выходные данные не содержат составную геометрию, а только объединенные атрибуты.
Пространственные соединения используются в различных приложениях пространственного анализа и управления, включая распределение людей по районам и статистическое агрегирование. Пространственное соединение встречается в большинстве, если не во всех, программах ГИС и пространственных баз данных, хотя этот термин не всегда используется, а иногда его приходится получать косвенно путем комбинации нескольких инструментов.
Предикаты пространственных отношений
[ редактировать ]
Фундаментальным моментом операции пространственного соединения является формулировка пространственной связи между двумя геометрическими примитивами в виде логического предиката ; то есть критерий, который можно оценить как истинный или ложный. [3] Например, утверждение «А находится на расстоянии менее 5 км от В» будет истинным, если расстояние между точками А и В составляет 3 км, и ложным, если расстояние составляет 10 км. Эти предикаты отношений могут быть двух типов:
- Топологическое отношение — это качественная связь между двумя формами, не зависящая от измеримого пространства (то есть координат). Общие примеры таких предикатов включают в себя: «А полностью внутри В», «А перекрывает В», «А примыкает к В» (т. е. имеет общую границу, но не имеет внутренней части) и «А не пересекается с В» (не соприкасается в точке). все). Они обычно определяются в соответствии с той или иной формой модели 9-пересечений . [4] который включен в международную спецификацию простого доступа к функциям (ISO 19125-2). [5]
- Метрическое отношение — это количественное (измеримое) отношение между двумя фигурами в координатном пространстве, чаще всего расстоянием или направлением. Типичные примеры включают: «А находится к северу от Б» или «А находится менее чем в 5 км от Б». Не все реализации программного обеспечения поддерживают метрические отношения.
Обратите внимание, что некоторые отношения являются коммутативными (например, A перекрывается с B тогда и только тогда, когда B перекрывается с A), а другие нет (например, A находится внутри B, не означает, что B находится внутри A).
Геометрические примитивы, участвующие в этих отношениях, могут иметь любое измерение (точки, линии или области), но некоторые отношения могут иметь значение только в определенных измерениях. Например, фраза «A находится внутри B» имеет четкое значение, если A — точка, а B — область, но бессмысленно, если и A, и B являются точками. Другие отношения могут быть расплывчатыми; например, расстояние между двумя областями или двумя линиями можно интерпретировать как минимальное расстояние между их ближайшими границами или среднее расстояние между их центроидами. [6]
Операция
[ редактировать ]Как и в соединении реляционных таблиц , определенном в реляционной алгебре , предоставляются два входных слоя или таблицы (далее X и Y ), а выходными данными являются таблицы, содержащие все столбцы каждого из входов (или их подмножество, если выбрано). пользователем). Строки новой таблицы представляют собой подмножество перекрестного соединения или декартова произведения двух таблиц, все возможные пары строк {X1-Y1, X1-Y2, X1-Y3, X2-Y1, X2-Y2, X2-Y3, X3-Y1, X3-Y2, X3-Y3, ...}. Вместо того, чтобы включать все возможные комбинации, каждая пара оценивается в соответствии с заданным пространственным предикатом; те, для которых предикат истинен, считаются «совпадающими» и сохраняются, а те, для которых предикат ложен, отбрасываются.
Например, рассмотрим следующие две таблицы:
| идентификатор студента | Фамилия | средний балл | Место жительства: точка |
|---|---|---|---|
| 1 | Рафферти | 3.56 | • |
| 2 | Джонс | 2.75 | • |
| 3 | Гейзенберг | 3.98 | • |
| 4 | Робинсон | 1.56 | • |
| 5 | Смит | 2.67 | • |
| 6 | Уильямс | 3.46 | • |
| Идентификатор школы | Название школы | Район: полигон | Здание: точка |
|---|---|---|---|
| 31 | Белнап Начальная школа | □ | • |
| 33 | Начальная школа Парквью | □ | • |
| 34 | Смит элементарный | □ | • |
| 35 | Центральная элементарная школа | □ | • |
При выполнении пространственного соединения направление присоединения должно быть указано по двум причинам: 1) данный пространственный предикат может не быть коммутативным, и 2) между строками часто существует отношение многие-к-одному (например, многие учащиеся находятся в каждом школьном округе). В приведенном выше примере общей целью было бы присоединить таблицу школ к таблице студентов ( целевая таблица ) с предикатом отношения «студент.резиденция в пределах школы.район». Предполагая, что округа не перекрываются, каждый балл учащихся будет относиться не более чем к одному школьному округу, поэтому выходные данные будут содержать те же строки, что и таблица учащихся, с прикрепленными соответствующими школьными атрибутами, например:
| идентификатор студента | Фамилия | средний балл | Место жительства: точка | Идентификатор школы | Название школы |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Рафферти | 3.56 | • | 33 | Начальная школа Парквью |
| 2 | Джонс | 2.75 | • | 34 | Смит элементарный |
| 3 | Гейзенберг | 3.98 | • | 35 | Центральная элементарная школа |
| 4 | Робинсон | 1.56 | • | 33 | Начальная школа Парквью |
| 5 | Смит | 2.67 | • | 34 | Смит элементарный |
| 6 | Уильямс | 3.46 | • | 33 | Начальная школа Парквью |
Обратная операция, в данном случае присоединение информации об учащихся к таблице школ, не так проста, поскольку необходимо объединить несколько строк в одну. Некоторое программное обеспечение ГИС не позволяет эту операцию, но большинство реализаций допускают агрегатное соединение , в которое могут быть включены агрегатные сводки совпадающих строк, такие как массивы, счетчики, суммы или средние значения. [7] Например, таблица результатов может выглядеть так:
| Идентификатор школы | Название школы | Район: полигон | Здание: точка | Студентов_COUNT | средний балл_MEAN |
|---|---|---|---|---|---|
| 31 | Белнап Начальная школа | □ | • | 0 | NULL
|
| 33 | Начальная школа Парквью | □ | • | 3 | 2.86 |
| 34 | Смит элементарный | □ | • | 2 | 2.71 |
| 35 | Центральная элементарная школа | □ | • | 1 | 3.98 |
Другой вариант при наличии нескольких совпадений — использовать какой-либо критерий для выбора одной из строк из набора совпадений, обычно это критерий пространственной оптимизации. [2] [8] Например, можно объединить точки школьного строительства (не районы) с точками проживания учащихся, выбрав ближайшую к каждому учащемуся школу. Не все программы реализуют эту опцию напрямую, хотя в некоторых случаях ее можно реализовать с помощью комбинации инструментов.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Инструмент Пространственное соединение в ArcGIS Pro
- Объединение атрибутов с помощью инструмента определения местоположения в QGIS
- Объединение атрибутов ближайшим инструментом в QGIS
- Пространственное соединение в ГИС многообразия
- Пространственные соединения в PostGIS
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лонгли, Пол А.; Гудчайлд, Майкл Ф.; Магуайр, Дэвид Дж.; Ринд, Дэвид В. (2011). Географические информационные системы и наука (3-е изд.). Уайли. п. 360.
- ^ Jump up to: а б Кэмпбелл, Джонатан; Шин, Майкл (2011). Основы географических информационных систем . Фонд Сэйлора. п. 182. ИСБН 9781453321966 . Проверено 5 января 2023 г.
- ^ «Объединить атрибуты с помощью инструмента местоположения» . Документация QGIS 3.22 . ОСГео . Проверено 4 января 2023 г.
- ^ Эгенхофер, MJ; Херринг, младший (1990). «Математическая основа для определения топологических отношений» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 июня 2010 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Открытый геопространственный консорциум. «Простой доступ к функциям. Часть 2: опция SQL» . Стандарты Открытого геопространственного консорциума . Проверено 4 января 2023 г.
- ^ Уорбойс, Майкл; Дакэм, Мэтт (2004). ГИС: вычислительная перспектива (2-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 195. ИСБН 0-415-28375-2 .
- ^ «Пространственное соединение (анализ)» . Документация ArcGIS Pro . Эсри . Проверено 5 января 2023 г.
- ^ «Объединить атрибуты ближайшим инструментом» . Документация QGIS 3.22 . ОСГео . Проверено 4 января 2023 г.