1.1. ISTORICUL GIS. PERSPECTIVE CRITICE ncercarea de a prezenta un istoric a unei tehnologii cum este GIS prezint dou deficiene n care cel care ncearc acest demers poate uor s cad. Prima ar fi o prezentare mai mult sau mai puin exhaustiv a evenimentelor care au marcat evoluia GIS. Unii autori au tendina de determinism tehnologic (Feenberg, 1995) n ideea c progresul tehnic este unilinear i nu este afectat de alte fore (cum ar fi societatea). A doua, ca o reacie la acest determinism, ali autori au ncercat s demonstreze legturile dintre factorii sociali i culturali i dezvoltarea tehnologic, care dus la extrem ar plasa ntreaga structur n domeniul social. De aceea considerm c o poziie echilibrat ar putea fi cea mai potrivit pentru aceast abordare. De aceea, pentru nceput vom trece cronologic n revist cteva dintre cele mai reprezentative momente ale evoluiei GIS i ulterior cteva aprecieri critice privind acest domeniu, iniial vzut ca o simpl tehnologie i care i-a ctigat, recent, prin implicaiile tiinifice pe care le are, statutul de tiin. Waldo Tobler n 1959 schieaz un model simplu numit MIMO (hart n - hart afar) pentru utilizarea calculatorului n cartografie. Principile sistemului MIMO au fost baza pentru geocodare, capturarea de date, analiza datelor i afiarea acestora. Sistemul MIMO coninea prile componente standard gsite n GIS. n 1963 a fost fondat CGIS (Canada GIS), condus de Roger Tomlinson. Sistemul era utilizat pentru inventarierea cadastrul naional i coninea, de asemenea, multe din aspectele premergtoare a unui GIS. De altfel, Roger Tomlinson este considerat Printele GIS. Tot n 1963 a fost fondat URISA (Asociaia Sistemelor Informatice Urbane i Regionale) care i propunea s foloseasc tehnologia informaiei la rezolvarea problemelor de planificare, utiliti, mediu, servicii de urgen pentru USA i pentru administraiile locale. Este prima asociaie care a utilizat i a integrat tehnologia informaiei spaiale pentru a mbunti calitatea vieii urbane i a mediului la nivel regional. n 1964 este nfiinat Laboratorul Harvard pentru grafic computerizat de ctre Howard Fisher. Acest laborator a reprezentat un important centru de cercetare, crend software de pionierat pentru manipularea datelor spaiale. Muli dintre fondatorii diferitelor companii de GIS au studiat acolo. Printre acetia menionm: David Sinton (firma Intergraph), Jack Dangermond (fondator ESRI), Lawrie Jordan i Bruce Rado (cofondatori ERDAS) .a. ntre 1965-1968 au fost dezvoltate de ctre diferite agenii guvernamentale americane siferite sisteme informaionale pentru cartare computerizat (SYMAP, DIME, ECU, AUTOMAP), rezultatele fiind hri tematice simple, formate din poligoane i linii dar care aveau elemente de geocodare, acestea fiind tiprite pe imprimante matriciale. n 1969 se nfiineaz firma ESRI (Environmental Systems Research Institute) de ctre Jack & Laura Dangermond. Tot atunci apare i firma Intergraph, fondat de ctre Jim Meadlock. Este tiprit primul tratat de GIS (Design with Nature) de ctre Ian McHarg i care popularizeaz evoluia i dezvoltarea tehnicilor overlay de cartare computerizat.

n 1970 devine operaional CAGIS (Sistemul Informaional Geografic Canadian), Departamentul Agriculturii al USA dezvolt sistemul MIDAS (Map Information and Display System) care avea posibilitatea de calcul tabelar i printare a hrilor simple i a straturilor tematice suprapuse. n Elveia apare GEOMAP bazat pe un sistem de manipulare de tip raster care au produs pentru prima dat hri prin metoda umbririi. Este finalizat Atlasul urban al Ierusalimului i spre sfritul aceluiai an s-a organizat primul simpozion internaional de GIS n data de 28 septembrie 1970, la Ottawa, Canada. n 1972 este lansat primul satelit LANDSAT (cunoscut iniial sub numele de ERTS-1) pentru ca un an mai trziu s nceap dezvoltarea sistemului GIRAS (Geographical Information Retrieval and Analysis System) pentru managementul i analiza uriaelor baze de date care erau create privitoare la resursele terestre. n 1978 a fost fondat firma ERDAS, de ctre Lawrie Jordan i Bruce Rado. n acelai an a nceput proiectul GPS (Global Positioning System) faza II, prin lansarea primului din cei patru satelii NAVSTAR, n 1979 apare primul GIS n format vectorial, dezvoltat la laboratorul Harvard (ODYSSEY GIS), iar n 1980 Dana Tomlin dezvolt n cadrul tezei sale de doctorat de la coala de Silvicultur de la Yale sistemul MAP (Map Analysis Package) care era un GIS n format raster i devenise popular n anii (80) fiind instalat i utilizat n cteva mii de locaii din toat lumea. n 1981 ESRI a lansat prima versiune de ARC/INFO iar GPS-ul a devenit operaional prin nglobarea a 12 satelii, iar n 1982 a fost nfiinat compania SPOT Image prima companie comercial de distribuie a informaiilor geografice la nivel mondial de la sistemul de satelii de observare a Pmntului. n 1984 se ine primul simpozion de manipulare a datelor spaiale i apare cartea Lecturi de baz n GIS scris de Marble, Calkins i Peuquet, n 1985 ncepe dezvoltarea proiectului GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) de ctre Laboratoarele de cercetare n construcii a armatei USA, pentru ca n 1986 s fie fondat firma Microimages cu produsul TNTMips, apoi MAPINFO, apare tratatul lui Peter Borrough Principii de GIS pentru evaluarea resurselor terestre i este lansat primul satelit SPOT. n 1987 a fost publicat Raportul Chorley n Marea Britanie care a stimulat foarte mult dezvoltarea GIS n acast ar; ncepe proiectul IDRISI de ctre Ron Eastman de la Universitatea Clark; apare primul software al firmei TYDAC, numit SPANS GIS. n 1988 a fost publicat de ctre biroul de recensamnt al USA prima versiune a TIGER (Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing) care ar nsemna Referin i Codare Geografic Integrat Topologic al datelor spaiale, ceea ce a reprezentat un pas uria n filozofia managementului datelor spaiale pentru USA. n acelai an este fondat in USA, NCGIA (1 nov., 1988) (National Centre for Geographic Information and Analysis) adic Centrul naional de informaii i analiz geografic. Acesta reprezint un consoriu format din 3 universiti (University of California at Santa Barbara, the State University of New York at Buffalo, i the University of Maine at Orono). Obiectivul lor principal este de a depi 3 impedimente majore ale GIS-ului: posibilitile reduse de manipulare a datelor spaiale, posibiliti reduse de analiz i modelare i nu n ultimul rnd slaba nelegere a aplicabilitii GIS i a acceptrii acestuia de ctre utilizator. Cercetrile efectuate n acest centru se concentreaz pe precizia bazelor de date spaiale, dezvoltarea de limbaje adecvate pentru interogarea i/sau identificarea relaiilor spaiale, problema scrilor relative n

reprezentarea diferitelor aspecte catrografice i poate cel mai important lucru valoarea/importana informaiei geografice n luarea de decizii. Se vor contura iniiative colaterale care decurg din rezolvarea problemelor iniiale. Centrul va funciona ca un incubator pentru formarea de experi GIS i analiz geografic prin crearea de programe educaionale care vor crete cantitatea i calitatea absolvenilor GIA/GIS. Centrul va fi un rezervor pentru diseminarea informaiilor, cercetrilor, predrii i a aplicaiilor n GIS i domeniilor conexe precum i popularizarea analizelor bazate pe GIS n ntreaga comunicate tiinific. Centrul va reduce diferenele dintre teorie, tehnologie i aplicaiile GIA/GIS n domeniile tehnice, naturale i sociale. Acest lucru va completa necesitile de a captura, procesa i analiza informaiile geografice pentru a sprijini cercetarea tiinific, analiza mediului, n administraiile locale i noile direcii care vor apare n acest secol. n 1989 apare o carte de referin n GIS i anume GIS o perspectiv managerial, autor Stan Aronoff, pentru ca n 1991 sa apar un primul tratat fundamental n GIS i anume GIS: principii i aplicaii, autori Maguire, Goodchild i Rhind. n iunie 1993 a aprut prima aplicaie de hart interactiv pe internet, dezvoltat de Steve Putz (Xerox PARC Map Viewer) n 1998 a fost lansat TerraServer, sub forma unui proiect la care au participat Aerial Images, Inc., firma Microsoft, USGS i firma Compaq. Proiectul a fost dezvoltat pentru a rezolva dou necesiti, de a vinde imaginile satelitare online iar Microsoft avea nevoie de o baz de date extins pentru a demonstra capacitile noului su software de administrare a datelor. n 1999 apare a doua ediie revizuit a primului tratat intitulat GIS: principii, tehnici, aplicaii i management de ctre Longley, Goodchild, Maguire i Rhind. n mod cert industria i dezvoltarea GIS este dominat de USA i care eclipseaz oarecum contribuiile din domeniu din alte pri ale lumii. Pe tot parcursul evoluiei GIS se poate remarca faptul c experimentele i mbuntirile aduse n tehnologia GIS de ctre Europa au fost totui substaniale, dei ele sunt mai puin evideniate i evidente la o prim analiz. Pe plan mondial, situaia a fost diferit n ceea ce privete recunoaterea limitelor din cadrul procesrii datelor dar i a percepiei potenialului datelor spaiale lucru evident la o analiz comparat ntre Europa i USA Acest lucru se poate remarca la nivelul ageniilor naionale de cartografie care n Europa ajung la circa 30 de agenii, fa de USA unde exist doar o singur agenie naional civil i alta militar. Ageniile europene, de obicei, au mult mai multe sarcini dect simpla cartare, deseori incluznd cartri cadastrale generale, cadastru special, .a. fa de responsabilitaeta strict a USGS de a carta. Unele agenii (cum ar fi cea din Suedia i Austria) au nceput de timpuriu experimentarea un baze de date computerizate pentru cartare cadastral. Serviciul de cadastru al UK (Ordnance Survey) a nfiinat un laborator pentru a explora noua tehnologie. IGN Frana a creat un laborator puternic de cercetare i dezvoltare, n Germania ageniile de cartare ale landurilor au nfiinat un consoriu pentru a face trecerea efectiv de la cartarea i organizarea cadastral tradiional la o structur modern bazat pe prelucrarea electronic a datelor. Acestea sunt doar cteva exemple ale celor mai importante eforturi orientate n acest sens.

Chiar dac la prima vedere par a avea implicaii restrnse, dup 20 de ani, aceste laboratoare experimentale au avut efecte profunde asupra organizaiilor care le-au fondat: att serviciul cadastral britanic ct i institutul naional de geografie francez i-au mutat ntr-o proporie considerabil produsele lor n era electronic i sunt lideri n producia de informaii digitale spaiale. Se pare c sunt, nc, singurele ri unde teritoriul naional este acoperit complet cu hri digitale la scar mare. n Romnia, tehnica informaional n accepiunea de azi, a putut ptrunde dup 1989, la nceput foarte timid, dar a devenit tot mai pregnant mai ales n ultimii 10 ani odat cu scderea drastic a preurilor la sistemele de calcul. n paralel, piaa de software s-a extins i ea dar, din diferite motive, mai ales economice, rata pirateriei software in Romnia este nc destul de ridicat, peste 85%, dar cu evidente tendine de scdere. Datorit preurilor destul de ridicate, softul GIS i implementarea lui n diferite structuri i instituii a penetrat destul de greu societatea romneasc. n prezent exist un numr n cretere de diferite licene de software GIS, achiziionate n special de ctre universiti, institute de cercetare, armat, agenii guvernamentale i administraii locale. Numrul acesta va crete destul de repede avnd n vedere reglementrile impuse de ctre aquis-ul comunitar i de necesitatea informatizrii complete si de dorit n cel mai scurt timp a managementului datelor spaiale. Doar un singur exemplu n acest sens. n luna ianuarie 2005 a fost votat o lege prin care toate oficiile de cadastru judeene vor trebui sa-i dezvolte propria baz de date digital cu privire la cadastrul general, lucru care va avea implicaii profunde n domeniul imobiliar, al bonitrii terenurilor, n planificare teritorial, urbanism etc. n Romnia exist unele ncercri de a dezvolta programe de GIS, cu aplicabilitate limitat (mai ales cadastral), create de unele firme de software din Bucureti, Sibiu, Iai, sau altele care au devenit dealeri de software GIS, ale unor firme recunoscute pe plan mondial. O abordare critic a evoluiei sistemelor informaionale geografice ne duce la conturarea ctorva aspecte majore. Revoluia GIS din ultimele 3 decenii a modificat fundamental att geografia ca domeniu tiinific ct i meseriile cu implicaii spaiale. Doar dac facem o scurt explorare a web-siteului celui mai important productor de software GIS, ESRI, ne indic faptul c GIS-ul este utilizat n domenii extrem de diverse cum ar domeniul bancar, aprare, educaie i arheologie (http://www.esri.com/industries/index.html). Potenialul de dezvoltare a GIS-ului este foarte mare. Se estimeaz c circa 85% din ntregul volum de date existent are mcar o component spaial, ceea ce nseamn c pot fi reprezentate utiliznd un GIS. Dup cum aprecia un utilizator optimist al GIS-ului la nceputul anilor 90 c nu este exagerat n a aprecia c pn la sfritul secolului 20 GIS-ul va fi utilizat zilnic, de ctre oricine din trile dezvoltate pentru operaiuni de rutin GIS (Chan, Y. and Easa, S. (2000). Looking Ahead. In S. Easa and Y. Chan (eds.), Urban Planning and Development Applications of GIS. Reston, Virginia: American Society of Civil Engineers). Chiar dac aceast apreciere a fost uor exagerat este clar c utilizarea tehnologiei GIS pentru stocarea datelor i analiza spaial are posibiliti vaste (McGuire quoted in Pickles, J. (1995). Representations in an Electronic Age: Geography, GIS, and Democracy. In J. Pickles (ed.), Ground Truth. New York: The Guilford Press., 1995: 4). n acelai timp, ns, expansiunea rapid a GIS nu a dezvoltat n paralel un discurs academic critic. Literatura de specialitate s-a caracterizat printr-un pozitivism permanent,

tendine pompieristice i un accent exagerat pe posibilitile tehnice i progresele de viitor. Doar n ultimul deceniu un grup restrns de geografi i sociologi au nceput s examineze impactul social, politic i etic al informaiilor geografice digitale asupra societii (Flowerdew, R. (1998). Reacting to Ground Truth. Environment and Planning A 30(2), 289-301). Dup cum observa un autor (Sheppard, E. (1995). GIS and Society: Towards a Research Agenda. Cartography and Geographic Information Systems 22: 7.) tehnologiile nu sunt doar ancorate n societate dar au i consecine sociale. La un anumit nivel exist modificri subtile dar fundamentale n modul n care noi abordm informaia i reacionm la aceasta deoarece acestea sunt modificate pentru a ne ajusta n mod adecvat la soluiile gndite i cuprinse n tehnologia pe care noi o utilizm n viaa cotidian. GIS este mai mult dect un instrument nou care crete eficiena analizei vechilor probleme. Are rsunet n modul n care informaiile sunt colectate, analizate i utilizate. Atunci cnd modelele spaiale sunt folosite pentru a lua decizii n planificare, structura GIS are potenial de a influena acele rezultate, deci, de a influena societatea n ansamblul ei. n prezent tehnologia GIS pe plan mondial este o afacere multimiliardar i se afl ntr-o cretere accelerat. Utilizarea GIS se democratizeaz, devine tot mai accesibil iar valenele sale par a fi nc nelimitate. nainte de a defini noiunea de Sistem Informatic Geografic (Geographical Information System - GIS), este bine s clarificm cteva noiuni, pentru a fixa cadrul subiectului. De multe ori n discuii curente, se fac referiri la noiuni greit definite sau interpretate, genernd astfel confuzii care duc la ambiguiti i n final, la concluzii fr obiect. Nu ne propunem s dm definiii formale sau care s nu suporte anumite completri, ci definiii de coninut, pentru a evidenia esena noiunii respective. Una dintre confuziile cele mai frecvente este cea care apare ntre dat i informaie. Data reprezint o descriere simbolic a unui obiect, fenomen sau a unei aciuni. Simbolurile urmeaz o structur bazat pe o sintax prestabilit, nregistrat pe un suport material i care poate fi prelucrat manual, electronic sau combinat. n cazul abordrii de fa vom avea date spaiale (reprezentri digitale ale hrilor) i date atribut (date alfanumerice organizate sub form de tabele pe linii i pe coloane asociate cu datele spaiale) acestea fiind nregistrate sub form de fiiere pe suport magnetic. Semnificaia transmiterii acestora omului n urma prelucrrii, constituie informaia. Cu alte cuvinte informaia este o dat care aduce un plus de cunoatere i servete la luarea deciziilor. Informaia tebuie s fie: consistent (suficient de cuprinztoare), relevant (s furnizeze cunotinele necesare), exact, oportun (s fie furnizat la timp) i accesibil ca mod de prezentare. Rezultatul unei prelucrri a datelor este deci, o informaie. Aceasta devine o dat n momentul n care nu mai aduce un plus de cunotine. Ea poate fi supus unor prelucrri ulterioare (postprocesare), obinndu-se o nou informaie. Acest ir de prelucrri, cu rezultate intermediare, duce la considerarea datei ca informaie de unde i expresia "prelucrarea informaiei". Cu toate acestea, majoritatea tratatelor de specialitate, consider c folosirea unui termen n locul celuilalt este admis. Noiunea de Sistem Informaional, cel puin n literatura tiinific romneasc, este asociat cu sistemele economice, mai precis cu managementul ntreprinderii. Datorit extinderii sistemelor informaionale n variate domenii de activitate, ne conduce

la o definiie mai scurt i mai cuprinztoare. Astfel putem defini un Sistem Informaional ca fiind totalitatea datelor, a mijloacelor de tratare a lor, precum i a informaiilor obinute (sau a informaiilor care potenial pot fi obinute), mpreun cu echipamentul destinat s fac aceasta, pentru un domeniu precizat care servete la luarea deciziilor. Dac prelucrarea este preponderent automatizat, spunem c este vorba de un Sistem Informatic (INFORMaional + automATIC). Deoarece la ora actual toate sistemele de prelucrare a datelor au o mare pondere de prelucrare i transmisie automat, putem spune c avem doar sisteme informatice. Deci i n ceea ce privete GIS vom nelege un sistem informatic i nu informaional, aa cum se mai utilizeaz uneori n vorbirea curent. n literatura anglo-saxon apare doar termenul Informational System, care prin traducere direct nseamn Sistem Informaional. n aceeai viziune, Geographical Information System a fost tradus prin Sistem Informaional Geografic. Lsm la o parte alte utilizri ale termenului, cum ar fi Sistem de Informare Geografic, care denot o lips total de cunotine n domeniu. Aa cum am menionat, informatica a ptruns n cele mai variate domenii. Astfel se poate vorbi de Sisteme Informatice Medicale, Sisteme Informatice Energetice, Sisteme Informatice Biologice etc. Toate acestea ns nu au consistena i unitatea Sistemelor Informatice Geografice aa cum vom vedea mai departe. Privit la modul i mprejurrile n care se utilizeaz noiunea de GIS, trebuie s mai facem cteva precizri. n primul rnd nu se folosete la singular i anume Sistemul Informatic Geografic, ca i cum ar fi unul singur. Se creeaz astfel o confuzie ntre un software GIS i o aplicaie realizat cu acesta, aplicaia referindu-se la o baz de date geografic i la prelucrri specifice asupra acestora ntr-un context precizat. Se poate spune, de exemplu, c am realizat un Sistem Informatic Energetic utiliznd tehnologia GIS. Sau dac vrei, am realizat un proiect GIS energetic. Se poate proiecta un astfel de sistem fr a utiliza un soft GIS, sau s se utilizeze doar parial. n continuare, vom face referire la produs GIS, cnd vorbim de un pachet de programe (software), cum ar fi de exemplu TNTMips, Arc/Info, Intergaph, AutoCAD Map, GRASS, ERDAS, IDRISI, SPANS, BENTLEY etc, i proiect GIS atunci cnd vorbim de o aplicaie, care se realizeaz cu acestea. Ca s ncheiem irul de precizri i definiii, ne vom opri la noiunile geomatic i geoinformatic. Dup International GIS Dictionary (Mc Donnell, Kemp, 1995), geomatic este un termen inventat n Canada pentru a descrie activiti legate de toate mijloacele privitoare la introducerea i gestionarea datelor spaiale din domeniul tiinific, administrativ i tehnic, implicate n procesul produciei i managementul informaiei spaiale. Acesta a fost preluat att de comunitatea tiinific din celelalte ri anglosaxone (geomatics) ct i francofone (geomatique). n noile accepiuni, geomatic mai include i activiti privitoate la msurtori topografice i geodezice, prin utilizarea de echipament specializat precum i softuri specializate. Acronimul poate proveni de la GEOmetrie autoMATIC, GEOgrafie inforMATIC, dup preferine. Geoinformatic nu apare n dicionarul mai sus amintit, dar este din ce n ce mai folosit mai ales n ri anglo-saxone (geoinformatics), subnelegndu-se n esen, acelai lucru. Deci, ntre acestea nu exist o relaie de dependen, cum uneori se mai folosete. Exist mai multe definiii pentru GIS dintre care am ales pe cea considerat mai general i cuprinztoare. Un GIS este un sistem informatic ce permite captarea

(introducerea), stocarea, integrarea, manipularea, analiza i vizualizarea datelor care au referin spaial. O schematizare a acestei definiii, poate fi pus n forma: - date geografice (cu distribuie spaial); sisteme de programe (software, ce nglobeaz proceduri de analiz i management specific); sisteme de calcul (hardaware). Alte definiii: n cel mai strict sens, un GIS este un sistem informaional capabil de a introduce, stoca, manipula i afia informaii refereniate geografic, adic date identificate dup localizarea acestora. Practicienii consider de asemenea un GIS ca incluznd operatorii i datele care intr n acest sistem (USGS) "In the strictest sense, a GIS is a computer system capable of assembling, storing, manipulating, and displaying geographically referenced information, i.e. data identified according to their locations. Practitioners also regard the total GIS as including operating personnel and the data that go into the system." (USGS) Un Sistem Informaional Geografic (GIS) este un instrument informaional pentru cartarea i analiza obiectelor care exist i evenimentelor care se produc pe Pmnt. Tehnologia GIS integreaz operaiuni obinuite cu baze de date cum ar interogrile i analiza statistic, cu avantajele unor vizualizri unice i a analizei geografice oferit de ctre hri (ESRI) "A geographic information system (GIS) is a computer-based tool for mapping and analyzing things that exist and events that happen on earth. GIS technology integrates common database operations such as query and statistical analysis with the unique visualization and geographic analysis benefits offered by maps." (ESRI) GIS este un sistem complex de echipamente electronice, software i personal specializat care integreaz date topografice, demografice, utiliti, imagini i alte tipuri de informaie care sunt georefereniate (NASA). "GIS is an integrated system of computer hardware, software, and trained personnel linking topographic, demographic, utility, facility, image and other resource data that is geographically referenced." NASA Pentru a ne face o imagine de ansamblu a ceea ce este un GIS, s evideniem cteva din ntrebrile la care poate s rspund un astfel de sistem. Ce este la -? adic localizarea unei anumite caracteristici. O locaie poate fi descris n mai multe feluri. De exemplu, ce reprezint un anumit areal, care sunt coordonatele geografice ale unui anumit punct etc. Unde se gsete - ? adic exprimarea unei condiii. Mai precis, n loc s identificm ce este la o anumit locaie, dorim s tim n ce locaii sunt satisfcute anumite condiii. De exemplu unde se afl o zon defriat mai mare de 1 km2. Ce s-a schimbat la -? adic evoluia. Se determin variaiile n timp ale unui areal. De exemplu ce cantiti de precipitaii zilnice cad pe o anumit suprafa n decursul unui an. Ce se ntmpl dac -? adic modelarea. De exemplu ce impact asupra mediului este determinat de adugarea unei osele la reeaua de drumuri. Sau ce se ntmpl cu clienii unui furnizor de servicii dac n zon apare un nou competitor. Sau ce modificri se produc n structura pieei n cazul n care se nfiineaz un nou magazin.

Produsele GIS au un larg evantai de aplicaii, n cele mai diferite domenii. Practic tot ce este legat de teritoriu intr, mai mult sau mai puin, sub incidena programelor nglobate ntr-un GIS. Vom enumera pe scurt cteva domenii i aplicaii posibile. 1.2. GIS un domeniu interdisciplinar GIS se afl la grania ntre domeniile tehnologice i disciplinele tradiionale. GIS a fost denumit i o tehnologie potenatoare datorit potenialului pe care l ofer pentru un cmp larg de discipline care manipuleaz datele spaiale, ele avnd o pondere mai mare sau mai mic n diferite faze de proiectare sau utilizare. Fiecare din domeniile implicate furnizeaz tehnici care sunt nglobate ntr-un GIS. Multe dintre aceste domenii nrudite se concentreaz asupra colectrii datelor. GIS integreaz toate aceste domenii i se concentreaz pe integrarea, modelarea i analiza datelor. Fiind un domeniu integrator, GIS deseori pretinde a fi tiina informaiilor spaiale (Geographic Information Science). Principalele domenii implicate n crearea unui GIS sunt: Geografia are o lung tradiie n analiza spaial i ofer un spectru larg de aplicaii. Este preocupat n general cu nelegerea lumii i locul omului n aceasta. Furnizeaz tehnici n realizarea analizei spaiale i o perspectiv spaial asupra cercetrilor. Cartografia furnizeaz principala surs de intrare pentru datele geografice sub form de hri; cartografia digital deine metode de reprezentare digital i de manipulare a caracteristicilor geografice precum i metodele de vizualizare. Teledetecia deine tehnici de achiziie, procesare i corecie a imaginilor aeriene i satelitare; analiza de imagini conine funcii sofisticate; imaginile sub form digital sunt o surs important pentru constituirea bazei de date spaiale; interpretarea imaginilor luate prin teledetecie pot fi asociate cu alte date (hri tematice) din GIS. Fotogrammetria - este sursa majoritii datelor topografice prin folosirea aerofotogramelor i a tehnicilor de msurtori de precizie pe acestea Geodezia ofer metode pentru controlul poziional avnd un rol important pentru obinerea unei acuratee bune a datelor spaiale. Statistica furnizeaz soluii importante pentru determinarea erorilor n datele geografice; majoritatea modelelor construite cu GIS sunt de natur statistic; multe tehnici statistice sunt folosite pentru analiz. Informatica

- furnizeaz hard-ul i soft-ul necesar proiectrii i exploatrii GIS; -ofer proceduri avansate de grafic, utilizndu-se limbaje de programare, pentru reprezentare intern, manipulare, prelucrare i afiare a datelor geografice; - SGBD conine proceduri i funcii pentru proiectarea, manipularea i reprezentarea unui volum mare de date; - CAD (Computing Aided Design - Proiectarea asistat de calculator) furnizeaz proceduri de intrare/afiare att n 2D ct i n 3D; - tehnicile de inteligen artificial pot emula inteligena uman constituind un factor decizional n diferite situaii. Matematica Multe ramuri ale matematicii se folosec pentru proiectarea GIS precum i pentru analiza datelor geografice. - geometria computaional se utilizeaz n grafic; - logica bivalent este folosit n realizarea operaiilor pe hri (de exemplu algebra hrilor); - topologia i teoria grafelor se utilizaez n modelele topologice vectoriale; teoria probabilitilor i mulimile fuzzy ofer instrumentele de evaluare a mrimilor cu un anumit grad de incertitudine; - cercetrile operaionale pun la dispoziie tehnici de optimizare n luarea deciziilor; - modelarea i simularea unor fenomene geografice sunt realizate prin intermediul ecuaiilor difereniale i a proceselor stochastice. Menionm c aceste discipline, cu ramurile amintite sunt implicate att n proiectarea ct i n exploatarea GIS. Unele ramuri au o pondere mai mare n proiectare, altele n exploatare. Este greu s se fac o selectare precis a ramurilor tiinelor respective pentru a ti ce fel de cunotine sunt necesare unui anumit utilizator. Considerm c noiunile de baz din disciplinele mai sus amintite sunt indispensabile n utilizarea corespunztoare a unui proiect GIS. n plus, mai sunt necesare un bagaj de cunotine specifice domeniului cercetat (mediu, agricultur, cadastru etc). Cunotinele din domeniul de cercetare sunt decisive n interpretarea corect a rezultatelor. 1.3. Domeniile de aplicabilitate ale GIS Utiliti. Aplicaiile din aceast categorie fac parte din domeniul cunoscut sub numele Automated Mapping and Facilities Management (AM/FM). Este vorba de gestiunea reelelor de ap, gaz, electricitate, telecomunicaii etc. Aceste aplicaii necesit hri foarte precise, iar modelele vectoriale domin acest domeniu. Tot aici putem include amplasarea staiilor de emisie/recepie din sistemul de telefonie celular. La acest gen de aplicaii, configuraia terenului este extrem de important. Modelele raster tind s fie predominante n acest sector. Mediu. ntr-o prim variant, produsele GIS sunt folosite pentru inventarierea teritoriilor afectate de poluare (ap, sol, aezri). La un nivel mai ridicat se pot face studii privitoare la procesele de eroziune, alunecri de teren, studii de impact, studiul calitii apei (care pot fi corelate cu diferite softuri specifice) etc.

Amenajarea teritoriului. Consiliile locale sau judeene pot beneficia de aportul adus de GIS n monitorizarea terenului, planuri de amenajare urbanistice, comunale, judeene, regionale, interregionale. Ca exemplu amintim: studiul amplasrii unor blocuri de locuine (coroborat cu date provenite de la utiliti; hri ale conductelor de gaz, ap, informaii privitoare la dimensionrile acestora i deci, posibilitatea controlului transportului de ap i gaz pe acestea). Agricultur i silvicultur. Inventarierea solurilor nsoite de date atribut privitoare la tipul de sol, calitate, utilizare. Monitorizarea terenurilor agricole n vederea obinerii de producii maxime. Inventarierea pdurilor, a zonelor geografice protejate (rezervaii, parcuri naionale). Studiul privitor la oportunitatea amplasrii exploatrilor de cherestea i a fabricilor de prelucare a lemnului. Studii privitoare la conservarea patrimoniului forestier naional. Proiectele GIS din acest domeniu sunt dublate de prelucrarea imaginilor satelitare. Resurse naturale. n ultimii ani, se investete din ce n ce mai mult n proiecte care conduc la depistarea resurselor naturale (minereuri, petrol, gaz, ap) utiliznd produse GIS. i acesta activitate este dublat de prelucrarea imaginilor digitale sau aeriene. De fapt, acest domeniu a beneficiat din plin de programele de teledetecie Skylab din anii '70, cnd s-au descoperit multe resurse naturale exploatate n momentul de fa (petrol i gaz n Marea Nordului, petrol n Marea Neagr, etc). Transport. GIS are un potenial considerabil n gestiunea i optimizarea transportului urban sau regional (trasee optime pentru autobuze, tramvaie, trenuri, la care se adaug determinarea numrului optim de mijloace de transport pe perioade de timp). Tot aici putem include alegerea traseelor optime pentru mainile de intervenie (pompieri, salvare, poliie). n transportul maritim hrile electronice (electronic charts) le nlocuiesc tot mai frecvent pe cele tradiionale, iar orientarea navelor se face automat cu ajutorul unor echipamente specializate de poziionare cunoscute sub numele de GPS (Global Positionning System - sistem de poziionare global), acestea fiind direct legate de hrile digitale. Demografie. Baze de date privitoare la populaie (pe vrste, religii, profesii, nvmnt, sntate etc) asociate cu o hart administrativ la nivel de comun, produc diferite hri privitoare la distribuia teritorial a unor variate tipuri de informaii, rezultatul fiind o hart n cartograme sau coroplete. Marketing. Avnd o hart a unui ora asociat cu o baz de date ce conin recensminte, plus localizrile firmelor, se pot face studii referitoare la corelaii dintre clieni i ofertanii de servicii. Se poate merge pn la simularea amplasrii unui magazin ntr-o anumit zon. Rezultatul este o hart care prezint modificarea clientelei magazinelor nvecinate, sugernd deci oportunitatea amplasrii sau nu a acelui magazin. Cadastru. Inventarierea i ntreinerea datelor spaiale i atribut a tuturor terenurilor. Odat realizat un sistem cadastral informatizat, ntreinerea datelor se face mult mai uor iar obinerea de date asupra terenurilor se face imediat i cu precizie de ordinul milimetrilor. Proiectele GIS de anvergur au scopul de a obine informaii n vederea lurii deciziilor. Modelarea i simularea reprezint concepte de baz n cadrul analizei spaiale i, de fapt, raiunea de a fi a unui GIS.

2. Structura SIG Sistemele Informaionale Geografice, ca unelte pentru rezolvarea problemelor spaiale, servesc n general la furnizarea informaiilor pertinente necesare pentru luarea deciziilor i ntreprinderea de aciuni. Furnizarea de astfel de informaii este condiionat de disponibilitatea datelor, de posibilitile tehnice ale echipamentelor i programelor i de nivelul profesional al utilizatorului sistemului. Pentru a fi utilizabil, un SIG trebuie s rspund urmtoarelor cerine fundamentale: - s accepte datele necesare; - s stocheze datele introduse; - s prelucreze i analizeze datele stocate; - s afieze informaia produs. Astfel, un SIG poate fi definit ca un ansamblu de subsisteme care s rspund acestor cerine (fig. 2). Desigur c, datorit progreselor tehnologice ce au loc n mod susinut, extinznd n mod continuu funcionalitatea i posibilitile SIG, schema propus de H. Calkins poate fi supus unor permanente completri. Astfel, se poate aduga un modul de telecomunicaii, necesar n vederea utilizrii bazelor de date distribuite, modulele de stocare i prelucrare a datelor pot fi subdivizate funcie de formatul datelor cu care lucreaz (raster, vector sau alfanumeric), etc. De remarcat este ns faptul c aceste completri sau rafinri i gsesc n mod natural locul n subsistemele descrise, astfel nct la acest nivel schema poate fi considerat ca fiind complet. O descriere amnunit a subsistemelor de prelucrare i analiz a datelor este prezentat pentru prima dat n 1983 de ctre J. Dangermond, ce consider c procedurile descrise ofer funcionalitatea de baz a SIG. Descrierea trebuie privit cu ochi critic, datorit poziiei autorului, J. Dangermond fiind fondatorul (1967) companiei Environmental Systems Research Institute (ESRI), productoarea primului pachet comercial de programe SIG (ARC/INFO, lansat pe pia n 1982). Astfel, se poate reproa faptul c a fost pus accent pe prelucrarea datelor n format vectorial i alfanumeric, formatului raster i respectiv prelucrrii imaginilor acordndu-li-se mai puin importan - ceea ce corespunde dealtfel funcionalitii software-ului comercializat n acea perioad de ESRI. Din punct de vedere al echipamentelor utilizate, un SIG tipic este prezentat n fig. 3. Se remarc prezena unor dispozitive de intrare specifice, cum ar fi planeta de digitizare i aparatura pentru preluarea datelor prin msurtori n teren. Gama de echipamente utilizate depinde n cea mai mare msur de formatul datelor de intrare (materiale cartografice, imagini de teledetecie, date statistice, etc.) i de scopul pentru care a fost implementat SIG respectiv. Primul determin n cea mai mare msur tipul de dispozitive de intrare utilizate: de la simple cititoare de discuri sau band magnetic pn la instalaii de radiorecepie a imaginilor de teledetecie de la satelii. Scopul implementrii SIG este hotrtor pentru alegerea dispozitivelor de stocare (din punct de vedere al capacitii i vitezei de transfer), puterii de calcul necesare i dispozitivelor de ieire. GIS poate fi privit i ca un set de subsisteme (dup H. Calkins).: - Subsistemul de procesare a datelor care cuprinde: achiziia datelor din hri, aerofotograme, imagini satelitare i cercetri n teren; introducerea datelor informaiile

trebuie preluate de pe materialul surs i trecute n baza de date digital; stocarea datelor ct de des sunt utilizate, cum trebuie actualizate i care este confidenialitatea lor? - Subsistemul de analiz a datelor care cuprinde: extragere i analiz care pot fi simple rspunsuri la interogri sau analize statistice complexe a unor volume imense de date; prezentarea informaiilor analizate/procesate cum s fie reprezentate rezultatele? Sub form de hri sau tabele? Informaiile rezultate trebuie s fie nglobate ntr-un alt sistem digital? - Subsistemul de utilizare a informaiilor: utilizatorii pot fi cercettori, planificatori, manageri, factori de decizie politic, etc.; este necesar o strns colaborare ntre grupul GIS i utilizatori pentru a elabora procedurile analitice i structura bazelor de date - Subsistemul de management care cuprinde: rolul organizaional seciunea GIS este deseori organizat ca o unitate separat n cadrul unei agenii de management a resurselor i care ofer baze de date spaiale i servicii de analiz a acestora conform cu cerinele clienilor; personalul cuprinde managerul de sistem, managerul bazei de date, operatorul de sistem, analistul de sistem, personal introducere date un astfel de centru GIS poate avea, n mod obinuit, 5-7 angajai; proceduri pentru ca sistemul s funcioneze n condiii optime este necesar s existe o cooperare strns n cadrul grupului GIS.

Fig. nr. 2 Structura unui Sistem Informaional Geografic (modificat dup H. Calkins).

Administrative Boundaries Utilities Zoning Buildings Parcels Hydrography Streets Digital Orthophoto

Viitorul este aiciCateva date pe propriul PC...

si pretutindeni

Alte cateva date pe alt PC...

3. Date spaiale Datele spaiale constituie partea central a unui GIS i conine hri sub form digital. Acestea sunt materializate prin fiiere coninute ntr-o baz de date spaial (BDS). 3.1. Sisteme de reprezentare a datelor spaiale Problema care a aprut era: cum s introducem o hart n calculator, adic cum s fie ea reprezentat intern? Fiind vorba de un calculator numeric, este evident c stocarea trebuie fcut sub form de coduri numerice. Dup experiene ndelungate, s-a convenit ca reprezentarea intern a unei hri s se fac n dou concepte sau sisteme: sistemul vector i sistemul raster. n sistemul vector harta este construit, n mare, din puncte i linii, fiecare punct i extremitile liniilor fiind definite prin perechi de coordonate (x,y). Acestea pot forma arce, suprafee sau volume (n cazul n care se mai ataeaz nc o coordonat). Caracteristicile geografice sunt exprimate prin aceste entiti: o fntn va fi un punct, un punct geodezic va fi de asemenea un punct; un ru va fi un arc, un drum va fi de asemenea un arc; un lac va fi un poligon dar i o suprafa mpdurit va fi un poligon. n sistemul raster, imaginile sunt construite din celule numite pixeli. Pixelul, sau unitatea de imagine, este cel mai mic element de pe o suprafa de afiare, cruia i se poate atribui n mod independent o intensitate sau o culoare. Fiecrui pixel i se va atribui un numr care va fi asociat cu o culoare. Entitile grafice sunt construite din mulimi de pixeli. Un drum va fi reprezentat de o succesiune de pixeli cu aceeai valoare; o suprafa mpdurit va fi identificat tot prin valoarea pixelilor care o conin. ntre cele dou sisteme exist diferene privind modul de stocare, manipulare i afiare a datelor. n figura 1 am nfiat, ntr-un mod simplificat, cele dou sisteme de reprezentare ale aceleiai realiti. Ambele sisteme au avantaje i dezavantaje. Principalul avantaj al sistemului vector fa de cel raster este faptul c memorarea/stocarea datelor este mai eficient. n acest sistem, doar coordonatele care descriu trsturile caracteristice ale imaginii trebuiesc codificate. Se folosete, de regul, n realizarea hrilor la scar mare. n sistemul raster fiecare pixel din imagine trebuie codificat. Diferena ntre capacitatea de memorare nu este semnificativ pentru desene mici, dar pentru cele mari ea devine foarte important. Grafica raster se utilizeaz n mod normal atunci cnd este necesar s integrm hri tematice cu date luate prin teledetecie.

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1

2

H

Conceptul de Vector i Raster3 4 5 6 7 8 R T 9 R R R T R R R T T T T H

R R R R

Fig.nr. 1. Conceptul de vector i raster

Reprezentarea RasterFig.nr. 2. Reprezentarea vector i raster a elementului punct Fig.nr. 3. Reprezentarea vector i raster a elemetului linie

Fig.nr. 4. Reprezentarea vector i raster a elementului poligon

3.2. Sistemul vector Sistemul vector se bazeaz pe primitive grafice (elemente grafice simple). Primitiva grafic este cel mai mic element reprezentabil grafic utilizat la crearea i stocarea unei imagini vectoriale i recunoscut ca atare de sistem. Sistemul vectorial se bazeaz pe cinci primitive grafice: - punctul; - arcul (sau linia ce unete cel puin 2 puncte); - nodul (punct care marcheaz capetele unui arc sau care se afl la contactul dintre arce); - poligonul (arie delimitat de arce); - corpul (volum determinat de suprafee). Obiectele cartografice simple sunt alctuite din primitive. Obiecte cartografice mai complexe precum i obiectele geografice sunt obinute din combinarea obiectelor simple, n continuare vom detalia aceste noiuni ntr-o manier simplificat avnd drept scop nelegerea lor i nu tratarea sub toate aspectele care pot apare ntr-un soft GIS.

- punctul este unitatea elementar n geometrie sau n captarea fotogrammetric. Nu trebuie confundat cu celula din reprezentarea raster, deoarece el nu are nici suprafa, nici dimensiune. El reprezint o poziionare n spaiu cu 2 sau 3 dimensiuni. n figura 2 am redat modul de afiare al punctelor. Fiind vorba de un calculator numeric, nregistrarea pe suport magnetic se va face sub form de numere. Mai precis, fiecare punct va fi nregistrat ntr-un fiier sub form de tabel care conine dou coloane. n prima coloan va apare un numr de identificare (care este unic), iar n a doua coloan coordonatele punctului n sistemul de referin ales. Pentru ca aceste puncte s fie afiate pe monitor sau imprimant, se scrie un program (ntr-un limbaj de programare) care va conine instruciuni privitoare la configurarea ecranului, instruciuni de citire din fiier a numerelor care reprezint coordonatele i n final, instruciunile de afiare pentru echipamentul de ieire (monitor sau imprimant). n cadrul produselor GIS aceste programe sunt nglobate ntr-o structur mare (care reprezint de fapt software GIS) i care este apelat prin comenzi ce apar fie sub form de meniuri, fie sub form de icoane. De exemplu o comand pe care putem s o numim View poate realiza afiarea pe ecran, iar o comand Print va produce listarea la imprimant sau plotter, funcie de driverul instalat pe calculatorul respectiv. Aceasta este, n mare, modul cum este organizat un produs G1S ce privete afiarea unui grafic. In mod similar se efectueaz i afiarea arcelor sau a poligoanelor.

2) ARCUL este o succesiune de jonciuni (legturi) ntre o succesiune de puncte. Este vorba de o entitate dubl, el fiind format din una sau mai multe jonciuni, ele nsele reunind dou puncte sau mai multe puncte. De cele mai multe ori jonciunea este o dreapt. Astfel, un arc este, n general, o linie frnt ce unete direct dou puncte ale parcursului. O linie frnt poate aproxima suficient de bine orice curb prin micorarea segmentelor. Un arc este orientat direct n sensul parcursului, de la punctul iniial la cel final. In figura 3 am nfiat dou arce cu tabelul corespunztor. Ca i n cazul punctelor, nregistrarea pe disc se va face sub form tabelar. n prima coloan vom avea numrul de identificare, iar n coloana a doua vor fi trecute toate coordonatele segmentelor care formeaz arcul. Aici nu s-au pus n eviden nodurile (vezi modelul spagheti). Arcul este o entitate de baz m modelele vectoriale i este asociat cu entitatea nod (vezi modele topologice de reea).

3) NODUL este definit ca o extremitate de arc i nu trebuie confundat cu conceptul de punct abordat mai sus. Un arc este obligatoriu mrginit de un nod de origine i un nod destinaie (vezi modelul topologic de reea). Nodurile indic sensul de parcurgere al arcului. Astfel definit, fiecare nod este un vrf al unui graf. Un graf este planar nu dac este n plan, ci dac toate interseciile dintre arce formeaz noduri. n fisura 4 am schiat o reprezentare posibil a unor arce n care s-au identificat nodurile. n aceast situaie fiierul conine n plus dou coloane, care vor conine nodul de nceput i respectiv nodul final. Dei arcele 2 i 3 formeaz un poligon, aici acesta nu este recunoscut ca atare.

4) POLIGONUL este delimitat de un parcurs de arce, ele nsele fiind conectate de noduri definite ntr-un graf planar. Unui poligon i este ataat n mod obligatoriu un nod izolat, numit centroid. Acest nod privilegiat permite construirea suprafeelor n jurul lui, pn la limitele formate de arcele ntlnite. In figura 5 am redat dou poligoane cu tabelul corespunztor fr a se specifica proprietile lor topologice. Combinaii de poligoane formeaz suprafee bidimensionale sau tridimensionale (vezi DEM). 5) VOLUMELE, ca i primitive grafice, sunt tratate mai puin de produsele soft, de aceea nu le vom detalia. Amintim doar faptul c, anumite pachete de programe ofer posibilitatea de a lua n considerare, de a calcula i de a reprezenta prisme sau volume simple. Ele aproximeaz cu o precizie suficient volumele de pe hrile reprezentate n trei dimensiuni (3D). Reprezentarea uzual a unei suprafee n 3D se face prin diferite tehnici cum ar fi izoliniile. 3.3. Modele vectoriale Modelul este o reprezentare convenional a structurilor de date mtr-un context precizat, n care se identific natura datelor (aici primitivele grafice), operatorii care acioneaz asupra structurilor de date, precum i restriciile impuse pentru meninerea corectitudinii datelor (reguli de integritate).

Sistemul de reprezentare vector a generat mai multe modele, dintre care vom prezenta trei, ele fiind i cele mai importante i cele mai reprezentative: 1) modelul spaghetti, care utilizeaz numai primitivele punct i arc; 2) modelul topologic de reea (topologic liniar), care adaug la spagheti primitiva nod; 3) modelul topologic de suprafa (topologic n dou dimensiuni), care la precedentul adaug primitiva poligon. Modelul topologic de volum (topologic n 3D), actualmente n curs de dezvoltare, nu va fi abordat. 1. Modelul spaghetti este un model relativ simplu privitor la gestiunea geometriei obiectelor, avnd ca scop principal de a le desena. Aa cum am precizat acest model utilizeaz primele dou primitive menionate: PUNCTUL i ARCUL. Aa cum am mai amintit, noiunea de arc este specific modelelor vectoriale topologice, care n mod implicit (dac lum definiia din teoria grafurilor) trebuie s aib o orientare, adic un punct de start i un punct de sfrit. Aici arcul este de fapt o simpl linie frnt. Uneori se folosete i termenul de polilinie. Poate c apare o anumit ambiguitate n definirea arcului. Acest lucru este similar cu confuzia dintre dat i informaie. Stricto senso noiunea de arc nu poate fi utilizat n modelul spagheti, situaie care nu se respect ntotdeauna. Este important de menionat faptul c, n acest model, poligonul este un rezultat al nchiderii unui arc i nu este privit ca o primitiv grafic, deci nerecunoscut ca atare. Neajunsuri ale modelului spagheti: graful nu este ntotdeauna planar (poligoanele se pot suprapune); fiecare arc este independent (pot apare linii dublate);

- fiecare poligon poate fi descris n mod independent de celelalte poligoane prin arcul care l delimiteaz, mai precis el este recunoscut prin

n figura 6 am nfiat cteva situaii posibile n cazul modelului spagheti care pot crea probleme n gestiunea datelor spaiale. n general fiierele DXF sunt de tip spagheti. Ele pot fi citite i afiate de produsele GIS, dar nu i prelucrate. Pentru a putea fi prelucrate acestea trebuiesc supuse unor operaii (conversii), rezultatul fiind un fiier propriu al produsului GIS respectiv. Urmtoarele dou modele se numesc modele topologice. Termenul a fost mprumutat din matematic. n ceea ce ne privete, putem accepta faptul c topologia studiaz poziia relativ a obiectelor independente de forma lor exact, de localizarea lor topografic i de mrimea lor. Astfel liniile pot fi conectate, suprafeele pot fi adiacente etc. Cu alte cuvinte topologia exprim relaia spaial dintre primitivele grafice. De exemplu topologia unui arc include definirea nodului de origine i a nodului de destinaie (n cazul modelului topologic de reea) i respectiv a poligonului din stnga i dreapta (n cazul modelului topologic de suprafa). 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 fr coordonate. Existena relaiilor topologice permite o analiz geografic mai eficient, cum ar fi modelarea scurgerii lichidelor pe reelele de ap / canal, combinarea poligoanelor (suprafeelor) cu caracteristici similare. 2. Modelul topologic de reea adaug modelului spagheti entitatea numit nod. Exist noduri izolate, independente de reeaua de conexiuni, precum i noduri legate. Un arc are obligatoriu un nod origine i un nod destinaie. Pe traseul unui arc pot exista mai multe noduri, acestea ns aparin numai la un singur arc (atunci cnd avem intersecii de arce i graful este planar). Se utilizeaz cu precdere n hrile ce reprezint distribuii ntr-o reea (cabluri telefonice, electricitate, gaz etc.) n figura 7 avem un exemplu de codificare topologic de reea. Reprezint o hart posibil a unei reele de drumuri. Se observ c nregistrarea const din dou tabele: unul pentru codificarea topologic i altul pentru lista coordonatelor punctelor ce formeaz arcele, respectiv reeaua.

3) Modelul topologic de suprafa este cel mai complet. El adaug modelului topologic de reea poligoanele delimitate la stnga i la dreapta fiecrui arc. n plus suprafaa este construit obligatoriu n jurul unui nod izolat, care nu aparine parcursului arcelor.

Apariia suprafeei induce dou asociaii suplimentare: un arc are obligatoriu un singur poligon la stnga i un singur poligon la dreapta. Invers, un poligon este situat, fie la stnga, fie la dreapta unui arc sau a mai multor arce. n fine, graful acestui model este obligatoriu planar. n figura 8 avem un caz posibil de hart vectorial n codificarea topologic de suprafa. Nodurile nu au fost numerotate deoarece, n acest caz nu mai este necesar.

Modelul topologic de suprafa formeaz o acoperire, adic reuniunea tuturor suprafeelor este egal cu suprafaa total a hrii, de unde i noiunea de coverage care, n traducere nseamn acoperire. n Arc/Info de exemplu, o hart vectorial topologic se numete coverage. n figura 9 avem reprezentat o hart real n care s-au evideniat noduri, arce i poligoane.

3.4. Sistemul raster Sistemul raster genereaz un singur model numit model raster, sau model matricial. Un raster este un obiect este o structur de date (o matrice bidimensional) care conine rnduri i coloane de numere de un singur tip. Fiecare numr din raster reprezint valoarea unui parametru oarecare cum ar fi rspunsul spectral, o culoare, altitudine, utilizarea terenului sau concentraia chimic a unei substane. Aa cum am vzut, acesta este compus din celule mici de form ptrat sau dreptunghiular, avnd o suprafa de regul egal cu rezoluia sistemului. Am spus de regul, deoarece nu ntotdeauna pixelul este considerat ca unitatea de referin, ci celula convenional, care este format din mai muli pixeli. Acest lucru este relevant atunci cnd pe o hart n sistem raster se face o scalare (adic se aplic un factor de multiplicare a imaginii) pe o poriune din ea. Imaginea va fi constituit din ptrate, iar continuitatea se pierde. n prima sa form, sau dac vrei n forma original, pentru a satisface cerinele de acuratee, harta digital raster va avea celula egal cu un pixel. nc o dat precizm c este vorba de reprezentarea intern a hrii, care poate s coincid sau nu cu rezoluia monitorului sau a altor echipamente (plotter, imprimant). n cazul n care monitorul are o rezoluie mai slab dect cea reprezentat intern, harta vizualizat va avea acurateea monitorului, adic mai slab. Invers, dac monitorul are o rezoluie mai bun, afiarea va fi la nivelul rezoluiei interne. Totui exist o anumit corelare ntre posibilitile programelor de manipulare a datelor i de performanele echipamentelor periferice. De altfel, fiecare produs soft ofer o list cu echipamentele I/E cu care este compatibil. Orice abateri de la aceste reguli conduce la imposibilitatea funcionrii corecte a programelor.

n general sistemul raster este un mare consumator de resurse. Pentru a ilustra necesarul de suport n stocarea unei hri n format raster, vom da cteva exemple. O imagine format A4 (210x297 mm), reprezint, cu o rezoluie a unei imprimante laser, aproximativ 9 milioane de celule (300 dp.i = 12 puncte/mm i 12x12 = 144 puncte/mm 2 i 144x210x297=8981280). Modelul raster este simplu, el coninnd dou entiti: celula i imaginea. Este important de notat c o celul nu are dect o singur valoare i c aceast valoare este valabil pe toat suprafaa celulei, chiar dac n procesul de actualizare sunt disponibile informaii mai fine. Poziia ei este definit prin numr de linie i numr de coloan ntr-o imagine i numai una. Este clar c n aceast entitate nu intr obiectele geografice. Acestea din urm nu pot fi recunoscute dect dup tema imaginii i valoarea de atribut a fiecrei celule. O imagine presupune una sau mai multe celule. Fiecare imagine este definit de tenta sa i de un numr de imagine. Teritoriul care conine aceast imagine este definit de coordonate i de extremiti. Aceste caracteristici conin i unitatea de msur i atributul fiecrei celule. Dup cum ai observat, se uziteaz denumirea de imagine raster i nu de hart raster. Aceasta deoarece imaginile digitale sunt n format raster. Atragem atenia de pe acum c, o imagine satelitar digital nu este propriu-zis o hart. Ci din aceast imagine, n urma procesrii ei i a codificrii proprii unui soft cartografic (sau GIS) va rezulta o hart digital. Deci trebuie s fim ateni atunci cnd vorbim despre imagine raster s se neleag exact ce reprezint aceasta. ntr-o o hart raster pixelii sunt reprezentai prin numere. Aceste numere crora, n fond le corespund anumite caracteristici cantitative de pe suprafaa Pmntului, se convertesc la o afiare pe un monitor, n culori. Aceasta este aa-numita reprezentare logic a hrii. Aa cum am amintit mai sus, un pixel este definit de un numr de linie i un numr de coloan. Spre deosebire de modelele vector n care originea este n stnga jos, aici originea este n stnga sus (0,0). Aceasta se materializeaz printr-un fiier care va conine numerele respective. Numrtoarea celulelor merge de la stnga la dreapta i de sus n jos. nregistrarea fizic a imaginii este o singur coloan lung de numere format, n 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 ntregi sau numere reale. Reprezentarea unui numr pe un byte implic 8 bii i deci 256 de posibiliti; n cazul numerelor ntregi avem gama -32768 pn la 32767, adic 65435 variante i sunt necesari 2 bytes; pentru cazul real avem un domeniu vast i anume -1038, +1038, cu o precizie de 7 cifre semnificative, pe 4 bytes. De cele mai multe ori este suficient o reprezentare intern pe un byte (situaie ntlnit i la imaginile satelitare). ns anumite prelucrri asupra hrilor conduce la necesitatea reprezentrii n numere reale. Numrul de bytes utilizai n reprezentare, va decide volumul ocupat pe disc. Anumite prelucrri asupra hrilor conduce la necesitatea reprezentrii n numere reale. Numrul de bytes utilizai n reprezentare, va decide volumul ocupat pe disc. Pixelii din obiectele raster pot fi de 1 bit, 4, 8, 16, 32 sau 64 bii fie numere ntregi sau reale. Exist i rastere de 128 bii care sunt folosite pentru scopuri speciale, cum ar fi transformrile Fourier, care opereaz cu componente reale i imaginare ale numerelor complexe. Se observ c o succesiune de numere aa cum am fcut mai sus este cu totul neeconomic. n consecin s-a adoptat un sistem de reprezentare mpachetat de genul:

3,0,3,1,1,2,2,1,2, 0,2,1,3,3... care semnific 3 valori de 0, 3 de 1, o valoare de 2 etc. n acest mod avem o economie important dac valorile se repet mult n secven.

O alt metod mai eficient de stocare a datelor raster este cea bazat pe structura ierarhic cunoscut sub numele de quad-tree. Principiul este urmtorul: imaginea este mprit n patru, rezultnd patru dreptunghiuri sau ptrate mai mici (pe care le vom numi quadrante), fiecare quadrant se mparte din nou n patru. Procedeul se repet pn cnd se obin quadrante cu o structur omogen (adic au aceeai valoare a pixelilor). Mai precis, n momentul n care un quadrant are o aceeai valoare pe ntreaga suprafa descompunerea este oprit pe acesta ramur, ea continund pentru quadrantele care prezint valori diferite ale pixelilor. n orice caz procesul se oprete la nivel de pixel (Figura 11). Am ales pentru exemplificare o reprezentare boolean adic 1 i 0 (1 pentru negru i 0 pentru fond), aa cum este nfiat n figura 12. Structura arborelui este dat n figura 13. Pentru imagini cu valori diferite ale pixelilor, structura este similar, doar c este mai complex. Aceast metod de stocare este eficient cnd imaginea conine suprafee mari de o aceeai valoare. Imaginea raster va fi asociat cu un tabel de pointere care localizeaz quadrantul din cadrul descompunerii i un tabel de indici care arat de cte ori a fost mprit quadrantul.

Fiierul imagine poate fi stocat n format ASCII, binar, binar mpachetat, quadtree, sau ntr-o codificare proprie. Formatul ASCII nu este cel mai economicos, dar prezint avantajul c poate fi vizualizat i modificat cu comenzi ale Norton Commander sau Notepad din Windows. Formatul binar este, de obicei, formatul standard de lucru cu fiierele imagine. Formatul binar mpachetat este un format special de compresie pentru fiiere binare ntregi sau byte. Se utilizeaz, de regul, pentru economisirea spaiului pe disc. De exemplu, in TNTMips se poate lucra cu rastere de 2 miliarde de linii pe 2 miliarde de coloane, indiferent de adncimea pixelului (1 bit sau 128 bii). Pentru a realiza mrimea unui astfel de raster gndii-v la Africa de Sud, care msoar aprox. 1.200 pe 1.500 km. Pentru a fi acoperit cu imagini SPOT cu rezoluia de 10 m, ar fi nevoie de un raster de doar 120.000 pe 150.000 de celule. La limita maxim la care poate lucra programul, ntreaga Afric de Sud ar fi reprezentat cu mrimea pixelului de mai puin 1mm n teren. O mulime de pixeli nvecinai formeaz linii i arii poligonale. n acest sistem liniile i ariile poligonale nu conserv continuitatea spaiului real, de unde rezult o deformare a realitii spaiale. Mrimea acestei deformri este n funcie de rezoluia utilizat. La ora actual, la sistemele de mare rezoluie aceast deformare este acceptabil. Cu ct un raster are mai muli bii n fiecare celul cu att exist posibilitatea de a fi reprezentate mai multe culori, adic o cantitate sporit de informaie. Un raster cu adncimea pixelului de 1 bit va putea afia imagini doar n alb i negru. Cea de 8 bii sau de 1 byte poate avea valori ale pixelului n plaja de la 0 la 255, i imaginea va fi n tonuri de gri. Un raster cu adncimea de 16 bii va avea pixelii cu valori cuprinse ntre 0 i 65.536, iar i o palet fix de culori de 32.768. La 24 bii se ajunge de ajunge la 16.777.216 culori, adic de combinaii posibile din cele trei culori principale RGB fiecare cu 256 niveluri de nuan. Desigur, nu toate imaginile raster sunt menite a fi folosite s afieze culori. Rasterele de 16 bii pot stoca informaii privind altitudinea. Rasterele de 32 bii pot stoca rezultatele unor algoritmi sofisticai de prelucrare. Cum este MNT, unde fiecare pixel stocheaz, pe lng valorile altitudinale parametrii de expoziie i pant n stare brut. In TNTMips se utilizeaz 2 tehnologii care influeneaz viteza de afiare i stocarea imaginilor: piramidarea i compresia.

Piramidarea v permite s mrii i s micorai rapid imaginea atunci cnd o afiai. Aceasta adaug cam 7% informaie suplimentar la fiierul original, dar reduce extrem de mult timpul de ateptare pentru a afia acel fiier. Compresia este folosit pentru a micora spaiul ocupat de rastere, care sunt importate n mediul GIS. Foarte utilizat e compresia JPEG cu diferite opiuni. data type descriptions binary (0,1) classification output, dithered print (0 to 15) unsigned integer (0 to 255) signed integer (-128 to 127) composite color (0 to 255, requires color palette) unsigned integer (0 to 65,535) signed integer (-32,768 to 32,767) composite color (RGB or BGR packed) composite color (RGB or BGR packed) unsigned integer (0 to 4,294,967,295) signed integer (-2,147,483,648 to 2,147,483,647) floating point floating point complex number (magnitude/phase) complex number (real/imaginary pair) complex number (magnitude/phase) complex number (real/imaginary pair) pixel data depth 1-bit 4-bit 8-bit 8-bit 8-bit 16-bit 16-bit 16-bit 24-bit 32-bit 32-bit 32-bit 64-bit 64-bit 64-bit 128-bit 128-bit

Calitatea imaginilor raster este pus n valoare atunci cnd se reprezint fenomene de mare variabilitate. De exemplu, altimetria i batimetria se preteaz mai bine la o astfel de reprezentare. Analiza la nivel de celul permite evidenierea unor proprieti importante ale terenului, cum ar fi depistarea unor arbori bolnavi. Aceasta depinde i de scara la care se lucreaz. Datorit simplitii lor, reprezentrile raster se preteaz la anumite tipuri de analiz. Dac o celul nu poate s aib dect o singur valoare, nu nseamn c nu este posibil combinarea mai multor pixeli din imagini diferite, prin suprapunere. Combinarea straturilor face obiectul Analizei Spaiale. Programele care compun procedurile de calcul pe imagini raster sunt mai simple dect cele corespunztoare modelelor vectoriale. Timpul de execuie, ns, poate fi mai scurt sau mai lung, funcie de mrimea fiierului i de performanele procesorului. 3.5. Caracteristici ale hrilor digitale Rezoluia n sistem vector, reprezint cel mai mic increment pe care l poate detecta un digitizor. Sau altfel spus, distana cea mai mic dintre dou puncte care este sesizat prin sistemul de coordonate, ca fiind diferite. Aceast caracteristic depinde de echipamentul i softul utilizat n crearea hrii precum i de prelucrarea i afiarea ei pe monitor sau plotter. Acest increment, referit n teren, este dependent de scara hrii. La o scar mic distanei dintre dou puncte i corespunde o distan real mai mare. De

exemplu la o scar 1:500000 un digitizor cu un increment de 0.1 mm va produce o distan real de 50 m. Deci nu se pot sesiza caracteristici geografice sub aceast dimensiune. Apariia unor caracteristici care au dimensiuni sub 50 m, cum ar fi de exemplu reeaua de drumuri, este dictat de scopul pentru care a fost fcut harta. Drumurile sunt reprezentate prin semne convenionale i deci nu reprezint o dimensiune real n teren la aceast scar. La scara 1:25000 un acelai increment de 0.1 mm va produce n teren o distan real de 2.5 m. n aceast situaie drumurile vor reprezenta caracteristici geografice reale (i nu convenionale) avnd definit i limea, ntr-o marj de eroare de 2.5 m. De cele mai multe ori i la aceast scar se folosesc tot semne convenionale. Precizm faptul c, rezoluia digitizoarelor este mult mai bun dect valoarea dat ca exemplu, problema preciziei find transferat abilitii operatorului. n sistemul raster rezoluia reprezint dimensiunea maxim din teren care i corespunde unui pixel (definiia este aceeai cu cea a rezoluiei unei imagini digitale). De exemplu o rezoluie de 10 m nseamn c, un pixel este asociat cu o suprafa de 10x10 mp. i n sistem raster situaia este similar, adic nu se sesizeaz caracteristici geografice sub rezoluia hrii. Deoarece sistemul raster se utilizeaz n special pentru reprezentarea suprafeelor continue nu se folosesc semne convenionale pentru caracteristici geografice liniare. n cadrul unor proiecte se utilizeaz combinaii ntre vector i raster, cum ar fi suprapunerea unei hri vectoriale peste o imagine raster, n vederea unei analize. Evident, se presupune c acestea reprezint un acelai areal la aceeai scar. Exist o legtur strns ntre georefereniere (vezi mai jos) i rezoluie. Cnd se face asocierea unor puncte de coordonate geografice cunoscute din teren cu componentele de pe o hart, precizia asocierii este la limita rezoluiei. Cu alte cuvinte, determinarea cu o precizie mai bun a unui punct din teren dect rezoluia hrii devine un lucru util. De exemplu la o hart de 1:25000 este suficient dac un punct este determinat cu o precizie de 2.5 m. Acurateea este distana la care o valoare estimat difer de valoarea real. Acurateea este strns legat de precizie, cu care deseori se confund. n msurtorile fizice precizia reprezint numrul de cifre semnificative exprimate ntr-un anumit sistem. Acurateea este exprimat n mod obinuit n termeni ai unui interval. De exemplu, 24.510.03 cm indic faptul c valoarea adevrat se gsete ntre 24.48 cm i 24.54 cm. Acurateea poziional este una din problemele eseniale ale georeferenierii. n cartografia tradiional acurateea este invers proporional cu scara. De exemplu, o hart la scara 1:10000 are o acuratee mai bun dect una la 1:100000. n cazul hrilor digitale situaia este mai complex deoarece n cadrul GIS putem avea hri n diferite sisteme de coordonate (n cazul vector) sau diferite rezoluii (n cazul raster), iar problema considerrii lor iese din cadrul lucrrii de fa. 3.6. Sisteme de coordonate i proiecii cartografice O hart care este tiprit pe hrtie sau afiat pe un monitor este o reprezentare bidimensional a suprafeei curbate a Pmntului. De aceea, crearea unei hri necesit o metod de transferare a caracteristicilor suprafeei curbe a Pmntului pe o suprafa plan. Sunt folosite diferite metode care sunt numite proiecii cartografice. Pentru a preciza poziia exact a diferitelor obiecte de pe suprafaa terestr i corespondena

acestora pe har este necesar crearea unui caroiaj sau al unui sistem de coodronate. Proieciile cartografice i sistemele de coordonate alturi de geoid, elipsoid i datum (suprafaa de referin) sunt proprieti fundamentale ale hrilor i sunt indisolubil legate ntre ele.

Un punct m spaiu poate fi localizat prin 3 sisteme de coordonate: coordonate carteziene, coordonate geografice i coordonate n proiecie.

1. Coordonatele carteziene n plan sunt definite de proieciile razei vectoare pe cele dou axe, iar n spaiu de proieciile razei vectoare pe cele trei axe. n figura 14 am reprezentat cele dou tipuri de coordonate n sisteme rectangulare (cu axe perpendiculare). Cele bidimensionale comport o origine arbitrar fa de care se face referire i de regul are poziia fixat n partea stng jos astfel nct s avem doar valori

pozitive pentru Ox i Oy. n cazul tridimensional originea se ia n centrul Pmntului, axa Oz fiind confundat cu axa de rotaie. Coordonatele unui punct se exprim prin proieciile sale pe cele trei axe, fiind un triplet (x,y,z). Uneori este mai comod s se lucreze m coordonate polare n plan sau coordonate sferice n spaiu. In cazul n care avem tripletul (r,(p,9), adic distana la origine i unghiurile formate de raza vectoare cu axa Ox, respectiv cu Oz.

2. Coordonatele geografice se exprim ntr-un sistem de referin cu originea n centrul Pmntului, axa fundamental fiind axa de rotaie, iar plan fundamental planul ecuatorului terestru. Sistemul de coordonate geografice este asemntor cu sistemul de coordonate sferice, cu originea tot centrul Pmntului, meridianul Greenwich este coninut n planul xOz i ecuatorul este coninut n planul xOy. In cazul coordonatelor geografice altitudinea nu este exprimat prin lungimea razei vectoare (adic distana de la centrul Pmntului la punct) deoarece originea este greu de precizat, ci este exprimat fa de o suprafa de referin numit nivelul mrii, care implic faptul c Pmntul este considerat un geoid. Suprafaa de referin nu este cunoscut exact dect la nivelul mrilor i oceanelor. Sub continente, geoidul este o form teoretic care trebuie reconstituit prin msurtori.

Coordonatele geografice sunt:

- latitudinea (