Formatul de date raster Constă din celule care rezultă din intersecţia rândurilor şi coloanelor, fiecare celulă stocând o singură valoare. Datele raster pot îngloba imagini, ca în carefiecare celulă va conţine o culoare unică. Alte valori înregistrate pentru celule pot fi: modul de utilizare a terenurilor, temperatură. Rândurile şi coloanele care desemnează celulele reprezintă un grid, motiv pentru care aceste date mai sunt denumite şi în format grid. Celulele gridului sunt similare cu pixelii unei fotografii. Combinaţia acestor pixeli creează o imagine unică. Datele în format raster sunt dependente de rezoluţie, această rezoluţie nu poate fi modificată fără o micşorare a calităţii imaginii. Cu cât dimensiunea celulei gridului este mai mică cu atât calitatea imaginii este mai bună, însă se măreşte dimensiunea acesteaia ceea ce îngreunează manipularea. În sens invers o mărire a celulei gridului conduce la o micşorare a calităţii imaginii, dar mărimea imagnii se va micşora ceea ce micşorează timpul de procesare. În practică trebuie dimensionată corect extensiunea celulei de grid realizând un optim între desimea datelor şi calitatea imaginii ce va fi obţinută. Datele raster sunt stocate în formate foarte variate ca de exemplu: TIF, JPEG, IMG, etc., informaţiile conţinute fiind stocate într-o bază de date realaţionale. Date raster sau date vectoriale: avantaje şi dezavantaje Datele în format raster şi vector prezintă numeroase avantaje şi dezavantaje în reprezentarea realităţii. Datele raster înmagazinează valorile pentru toate punctele dintr-o regiune, şi ca urmare necesită un spaţiu foarte extins pentru stocare. Spe deosebire de acestea, datele ăn format vectorial stochează valorile, doar acolo unde este nevoie. Datele raster sunt mai uşor valorificate combinaţii de acoperire cu alte teme, dar sunt mai greu de reprezentat în format clasic de tipul hărţilor, unde în funcţie de rezoluţie, anumite elemenete pot fi mai greu distinse (exemplu, râuri, granie), în cazul datelor vectoriale reprezentarea pe hartă este mult mai accesibilă. Datele vectoriale pot fi foarte uşor captate, reproduse la scară, reproiectate, aceasta uşurează combinara datelor vectoriale din diferite straturi tematice provenite din surse diferite. Datele vectoriale sunt mult mai combatibile cu bazele de date relaţionale, aceste date pot fi stocate sub forma unor tabele şi accesate de utilizatori multipli. Datele vectoriale ocupă în situaţia stocării, un spaţiu mult mai mic decât datele raster, aspect care uşurează transferul acestora. Datele raster pot fi în funcţie de rezoluţie de 10 sau 100 de ori mai mari decât datele vectoriale. Un alt avantaj al folosirii datelor vectoriale este posibilitatea actualizării şi administrării mult mai uşoare decât cele raster. Datele vectoriale sunt mult mai pretabile pentru analize complexe decât cele raste. De exemplu construirea unei noi şosele poate fi usor reprodusă în format vectorial prin aducerea vectorului cu segmentul de drum nou, în timp ce datele rster vor trebui complet refăcute, prin obşinerea unei noi aerofotograme sau imagini satelitare corespunzătoare noii situaţii. Dacă la o bază de date existentă se solicită introducerea unui nou atribut, aceasta se va face in timp minim pentru datele vectoriale prin adăugarea unei coloane de atribute la baza de date. Datele raster stochează informaţii continue
ale formelor de relief analizate, ca urmare ele sunt mult mai pretabile analizele morfometrice şi urmărirea dinamicii proceselor. Formatul de date vectorial Datele vectoriale descriu lumea sub forma unui spaţiu populat de linii în variate aspecte şi feluri: puncte, linii, poligoane (Robinson, 1995). Fiecare dintre acestea au atriubute care le deosebesc unele de altele. Spre deosebire de datele raster care stochează informaţii continuu, chiar şi acolo unde valorile lipsesc (no data), datele vectoriale înregistrează informaţii discontinuu, ele înregistează valori doar acolo unde acestea există, sau au loc schimbări ale mărimii acestora. Sunt stocate numai valorile care definesc punctele, ce compun liniile sau poligoanele, iar tot spaţiul în afara acestora este non-existent. Datele vectoriale marchează valori izolate, prin precizarea coordonatelor spaţiale x, y în sistemul cartezian şi x, y, z în cel geometric, şi a valorilor stocate. În reprezentarea reliefului este suficientă precizarea poziţiei altitudinale z, ca datele vectoriale să fie valide. Din acest punct de vedere, datele vectoriale sunt similare datelor clasice folosite pentru realizarea hărţilor convenţionale: linii, puncte, suprafeţe. Realizarea unei hărţi prin folosirea datelor vectoriale poate fi asemuită unui grafic, abstractizare realizată prin folosirea teoriei grafice. Punctul reprezintă cel mai simplu mod de reprezentare a datelor vectoriale. Acesta înmagazinează valori abstracte, izolate, prin precizarea coordonatelor x, y, şi adese z. Punctul reprezintă o abstratcizare adimensională, întrucât acesta nu are mărime, şi este definit, doar prin coordonatele x şi y. Punctul în mod normal reprezintă o formă geografică prea mică pentru a fi afişată ca o linie sau o suprafaţă. Exempul un izvor, care nu poate fi marcat print-o suprafaţă şi care este reprezntat pe hartă doar prin precizarea coordonatelor sale şi simbolizat printr-un punct. Linia, reprezintă un set ordonat de puncte, rezultă din înşiruirea a cel puţin două puncte, pentru care sunt definite coordonatele x, y. Este folosită pentru reprezentarea elementelor geografice foarte înguste pentru a fi reprezentate sub forma unei suprafeţe. Exemplu o stradă sau un râu sunt reprentate printr-o linie care se compune dintr-o înşiruire de segmente, fiecare segment rezultând din unirea a două puncte pentru care se precizează coordonatele x, y. Linia este folosită de asemenea pentru reprezentarea tridimensională a obiectelor, prin precizarea valorilor z, pentru punctele care o definesc. (spaţial valorile z, pot reprezenta atât altitudinea cât şi adâncimea). O linie este sinonimă cu un arc în modulul Workstation al programului ArcGis. Poligonul, reprezintă o formă pentru reprezentarea suprafeţelor. Un poligon este definit de linii care scot în evidenţă limitele sale. Poligonul prezintă la fel ca şi celelate elemente atribute care descriu elementele geografice pe care acestea le reprezintă. De esemplu un poligon este folosit pentru decierea formei unui lac, dar precizează şi suprafaţa acestuia.
Legătura geometrică dintre date În GIS, datele se interconectează sub forma unei reţele similar legăturilor care se realizează între acestea în lumea reală. Astfel între datele vectoriale reprezentate prin punct, linie şi poligon, vor capăta, în relaţie cu elementele din vecinătate un nou sens. - Punctele se transformă în vertexi, noduri şi puncte finale - Liniile se transformă în reţele de legătură şi capătă sens - Intersecţia dintre două suprafeţe devine o muchie Exemplu: O linie este folosită pentru reprezentarea unui curs de apă, care se desfăşoară între două puncte izvor şi vărsare care reprezintă punctele finale ale râului. Linia care reprezintă cursul de apă nu este rectilinie, ci este formată din mai multe segmente care se racordează în punctele de schimbare a direcţiei, aceste puncte de inflexiune reprezintă vertexii. Râul nu este izolat ci face parte dintr-o reţea hidrografică, aşadar se va intersecta cu alte râuri tributare. Aceste intersecţii din punctele de confluenţă sunt denumite noduri de legatură (junction node). Râul curge numai într-un anumit sens, aspect care va trebui precizat, pentru corectitudinea modelării reliefului în programe GIS avansate. Suprafaţa bazinului hidrografic aferent cursului de apă se învecinează cu un alt bazin hidrografic şi prezintă o limită comună pe o anumită porţiune, aceasta va deveni o muchie, în reţeaua geometrică abstractizată folosită în GIS Modelul acesta de interconectare a datelor vectoriale este folosit şi pentru explicarea modului în care datele sunt combinate pentru reprezentarea realităţilor geografice şi realizara hărţilor. Modelarea celei de-a treia dimensiune În analiza reliefului, înţelegerea morfologiei acestuia şi a proceselor de modelare nu poate fi concepută fără intuirea aspectului spaţial al acestuia. Folosirea curbelor de nivel de pe hărţile plane este dificilă pentru începători şi poate conduce în lipsa timpului necesar pentru fundamentarea matematică şi geometrică (noţiuni de matematică avansată, geodezie şi topografie, care nu fac obiectul geomorfologiei) a reprezentării la o percepţie eronată a reliefului. Cu toate că datele reprezentate pe hartă (în plan), înglobează această a 3-a dimensiune, reprezentarea sa nu este posibilă decât prin ralizarea unei proiecţii ortogonale sau de blocdiagrame, care simulează viziunea spaţială a reliefului. Însuşi monitorul calculatorului constituie o suprafaţă plană, iar nu toate programele au capacitatea de reprezentare 3D. Această reprezentare devine vitală, dacă ne gândim că anumite aspecte morfometrice sunt strict mărimi valorice dar şi spaţiale: panta sau orientarea versanţilor. De exemplu: distribuţia proceselor geomorfologice de pantăşi a formelor de relief dezvoltate poate fi mult mai uşor evaluată prin modelarea 3D cu ajutorul programelor de calculator. Reprezentarea 3D este dificilă, întrucât solicită implicit o reprezentare 3D a relaţiilor topologice dintre elemente. Ea este de cele mai
multe ori, departe de perfecţiune întrucât depinde de performanţele calculatorului şi algoritmi folosiţi de program. Noţiunea de topologie Termenul a fost introdus pentru a defini relaţiile geometrice care se stabilesc între obiecte şi care nu se modifică în timpul transformărilor şi sunt indepenente de orice sistem de coordonate. Aceasta uşurează modul de percepere a lumii digitale prin introducerea unei relaţionări între elemente, similar modului de structurare al lumii reale (Bernhardsen, 1999, citat de Heywood, 2006). Elementele topologice care caracterizează un obiect sunt de asemenea independente de scara de măsură (Chrisman, 2002, citat de Heywood, 2006). Topologia este compusă din trei elemente care definesc relaţiile spaţiale dintre componente: adiacenţă, conţinut şi conectivitate (Bourrough, 1986 citat de Heywood, 2006). - Adiacenţa este specifică poligoanelor şi descrie legătura de vecinătate între două suprafeţe, atunci când acestea au un hotar comun. O latură a celor două poligoane este comună, constituin în acelaş timp parte integrantă a fiecărui poligon. Este cazul reprezentării suprafeţelor ce desemnează proprietatea (Robinson, 1995). Aceste relaţii abstracte sunt folosite inclusiv în lumea reală pentru identificarea şi intabulara unei suprafeţe prin precizarea limitei şi a vecinilor. - Conţinutul (în unele citări poligoane insulă) este de asemenea specific poligoanelor şi specifică includerea completă a unui poligon în altul exterior mai extins. Exemplu o insulă, reprezentată sub forma unui poligon este înconjurată din toate părţile de mare, reprezentată sub forma unui poligon care îl include pe primul (Robinson, 1995). - Conectivitatea este particulară liniilor şi indică legătura între două segmente. Exemplu un afluent care se conectează într-un nod cu un râu. DTM Digital Terrain Models, DEM Digital Elevation Model, DEMs Digital Elevation Matrix, DSM Digital Surface Model Cei doi termeni DTM şi DEM, sunt sinonimi, desemnând acelaşi lucru, modelarea suprafeţei topografice prin reprezentarea altitudinii, apropiată acestora este abrevierea DEMs Digital Elevation Matrices (Heywood, 2006), şi care reprezintă un model altitudinal raster. Dacă DTM şi DEM-ul redau numai suprafaţa scoarţei terestre, exceptând ale elemente ca vegetaţia sau clădirile DSM sau Digital Surface Model, pe lângă suprafaţa topografică şi toate elementele de la nivelul acesteia: vegetaţie, clădiri, căi de comunicaţie, etc. Acesta este folosit pentru modelarea suprafeţelor urbane, aplicaţii vizuale, etc. Această prescurtare (DTM) este folosită pentru a descrie o înşiruire digitală de date care sunt folosite pentru modelarea suprafeţei topografice pe baza altitudinii (Heywood, 2006). Modelarea suprafeţei terestre la dimensiunea reală solicită un număr infinit de puncte de
observaţie, lucru imposibl de realizat, fapt pentru care se porneşte de la un numărt finit de puncte de observaţie, iar datele sunt extrapolate, fapt care determină inprecizia modelelui realizat (Heywood, 2006). Rezoluţia DTM-ului realizat depinde de frecvenţa punctelor de observaţie. Această frecvenţă se transpune prin desimea punctelor de observaţie, şi în cazul când acest parametru se cere să fie introdus se dă o valoare egală cu frecvenţa punctelor de observaţie. În cazul în care acest DTM se realizează prin interpolarea curbelor de nivel digitizate de pe o hartă topografică, rezoluşia sa va fi egală cu echidistanţa dintre curbele de nivel. Întotdeauna forţarea rezoluţiei prin introducerea unei valori mai mici, nu va contribui la îmbunătăţirea calităţii DTMului obţinut, în schim va deforma eronat suprfafeţele, şi va mări gradul de incertitudine. DTM-ul se realizează prin folosirea datelor spaţiale ca încorporează poziţia şi altitudinea punctelor conţinute (x,y, z). Datele folosite sunt foarte variate în funcţie de sursa de provenienţă, şi constau în: puncte, linii şi chiar valori raster. Cele mai folosite date sunt curbele de nivel şi punctele, provenite de pe hărţile topografice. Datele altitudinale pot proveni din interpretări stereoscopice ale perechilor de imagini ale suprafeţei terestre care pot fi aerofotograme sau imagini satelitare. Altă sursă de date provenită din măsurători de teledetecţie determină altitudinea folosind radarul sau senzori laser de scanare. De exemplu Synthetic Aperture Radar (SAR), Light Detection and Ranging (LiDAR), şi Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Aceste ultime instrumente au avantajul de a produce direct un model altitudinal de tip raster (DEMs), compatibil cu sistemele GIS. O sursă de date topografice foarte la îndemână, şi a căror calitate s-a îmbunătăţit considerabil o reprezintă măsurătorile GPS, care înregistrează puncte prin precizarea coordonatelor x,y,z. SRTM- Shutle Radar Topography Mission SRTM- reprezintă abrevierea Shutle Radar Topography Mission, proiect realizat cu sprijinul comunităţii ştiinţifice internaţionale pentru obţinerea Modelului Digital al Terenului (DEM), pentru aproape întreaga suprafaţă a Terrei (80%), între 56 S şi 60 N. Proiectul a fost supervizat de către National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) şi U.S. National Aeronautics and Space Administration (NASA). Reprezintă cel mai complet model altitudinal de medie rezoluţie, care redă suprafaţa Pământului. SRTM-ul reprezintă unu sistem radar modificat care a fost trimis în spaţiu la bordul navetei spaţiale Endeavour, timp de 11 zile, în timpul misiunii STS - 99, din februarie 2000. Sistemul a fost compus din două antene fixate una (cea principală) în cala navetei şi a doua fixată la exteriorul navei prin intermediul unui catarg telescopic lung de 60 metri. Tehnica folosită este denumită Interferometric Synthetic Aperture Radar. Arhitectura SRTM, s-a bazat pe patru subsisteme: C- band Synthetic Aperture Radar (C- Radar), X-band Synthetic Aperture Radar (X-Radar), sistemul de mecanism al antenei (AMS) şi sistemul pentru Determinarea Altitudinii şi Orbitei Avionice (AODA).
În cursul misiunii, naveta s-a poziţionat la o altitudine de 239 km, cu o înclinare de 57 şi o viteză de 7,5 km/s, şi a înconjurat Pământul longitudinal de 149 de ori, iar lăţimea benzii înregistrate la sol a fost de 225 km. Pentru realizarea unei imagini tridimensionale, este necesară realizarea unei diferenţe de distanţă între cele două imagini radar, care este obţinută mult mai precis şi eficient prin folosirea principiilor interferometriei. Fiecare antenă radar realizează o imagine a suprafeţei terestre dintr-un punct de vizare diferit. Radarul este un sistem de înregistrare care calculează distanţa pe baza măsurării timpului de întoarcere al razelor după de au lovit suprafaţa terestră. Dacă imaginile obţinute cu cele două antene sunt recepţionate în acelaşi timp, iar punctele de vizare sunt situate la distanţă suficient de apropiată, atunci timpul de întoarecere al semnalului de la suprafaţa terestră la antenă, pentru fiecare punct de la suprafaţa terestră va fi identică. Cunoscând poziţia celor două antene (baza interferometrică), dimensiunile triunghiului interferometric pot fi determinate cu precizie, şi de asemenea altitudinea unui punct dat. Modelul altitudinal este aşezat asemei ţiglelor, fiecare acoperind un grad latitudinal şi un grad longitudinal, denumite după coordonatele colţului sud-vestic. Spre exemplu scena satelitară cu indexul "n45e006" se desfăşoară între 45 N 6 E şi 46 N 7 E. Rezoluţia modelului este de aproximativ 1 (o secundă = 30 metri), rezoluţie valabilă însă numai pentru teritoriul S.U.A., pentru restul globului, este valabilă o rezoluţie de trei arce de secundă, adică aproximativ 90 metri. Eroarea verticală a DEM-ului este mai mică de 16 metri, iar eroarea relativă de geolocaţie este mai mică de 15 metri; modelul conţine de asemenea găuri lipsite de date (nodata), pentru regiunile acoperite de apă sau foarte umbrite. Aceste goluri lipsite de date iau valori ale pixelilor de -32767/-32768, în funcţia de versiunea datelor. Fiecare scenă satelitară, de un arc de secundă, conţine 3 601 rânduri, fiecare conţinând 3601 celule, fiecare celulă masoară 16 biţi. Fig.xx; Exemplu de imagini radar, obţinută de navetă în cele două benzi: L, respectiv C. http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/
Dimensiunea a trei arce de secundă (rezoluţia de 90 metri), este de trei ori mai mică 1201 rânduri cu 1201 celule. Modelul altitudinal derivat din SRTM, este valabil gratis pe internet, iar formatul TIF, în care poate fi downloadat este suportat de majoritatea softwarelor. Este utilizat în o serie de aplicaţii web, care redau online, suprafaţa terestră: Google Earth sau NASA World Wind, unde suferă şi acoperirea cu utilizara terenurilor prin Landsat ETM+. Grupuri de cercetători au încercat realizara unui algoritm pentru îmbunătăţirea rezoluţiei modelului altitudinal derivat din SRTM, care să apropie această valoare de cea originală. Două site-uri redau o rezoluţie îmbunătăţită a modelului terenului: CGIAR-CSI (http://srtm.csi.cgiar.org/) şi USGS Hydro SHEDS ( http://hydrosheds.cr.usgs.gov/). CGIAR- CSI versiunea 4, furnizează cea mai bună acoperire pentru rezoluţia originală a SRTM-urilor. Datele HydroSHEDS, au fost generate pentru aplicaţii hidrologice în aprecierea drenajului şi curgerii apei. De pe acest site pot fi downloadate şi alte date, cum ar fi reţeau hidrografică împreună cu bazinele hidrografice în format vectorial, regiunile de acumulare şi regiunile de dreanj, în format raster, pentru Europa şi Orientul Apropiat.