de Dana Kővari, Florian Petrescu
Sistemele informatice geografice (GIS) si cele dedicate proiectării asistate de calculator (CAD) sunt tehnologii fundamental diferite. Deosebirile tehnice dintre ele provin din faptul că sunt destinate să facă lucruri deosebite. Cu toate acestea, aplicatiile lor si datele pe care le creează si utilizează au multe lucruri în comun; de aceea, multi utilizatori au nevoie de functionalitatea oferită atât de GIS cât si de CAD.
Facilitătile GIS si CAD răspund unor cerinte functionale specifice. Astăzi, mai mult ca oricând în trecut, GIS si CAD sunt considerate drept tehnologii complementare si nu mutual exclusive. Compartimente distincte din cadrul organizatiilor utilizatoare înteleg din ce în ce mai bine beneficiile ce rezultă din coordonarea implementărilor GIS si CAD; însăsi cerintele utilizatorilor, din ce în ce mai complexe, au în comun părti din ce în ce mai mari. Se creează astfel o presiune crescândă asupra producătorilor GIS si CAD pentru a oferi solutii complete si cu adevărat integrate.
Tehnologia CAD a fost initial destinată automatizării procesului de realizare a desenelor si schitelor. Modelul CAD consideră informatiile spatiale ca desene digitale constituite din entităti grafice organizate pe straturi. Pe măsură ce sistemele CAD s-au maturizat, modelele de date au devenit mai inteligente. Unele sisteme CAD au inclus functii de bază pentru stocarea, interogarea si manipularea atributelor negrafice.
Desi multi utilizatori au obtinut rezultate semnificative folosind sisteme CAD în aplicatii cartografice (desenarea automată a hărtilor si prelucrarea generală a informatiilor cartografice), tratarea completă a datelor spatiale - asa cum se efectuează în sistemele GIS - necesită structuri de baze de date si tehnologii software diferite de solutiile CAD care, într-o anumită măsură, depăsesc functionalitatea grafică a unui sistem CAD.
Sistemele informatice geografice îsi propun, în esentă, tratarea informatiei referite spatial (geografic) - indiferent de caracterul său cartografic, alfanumeric, imagine sau sunet; ceea ce este important este caracterul definit de referirea spatială, de obicei realizată prin coordonate. Fără a intra în detalii tehnice, accentuăm importantă structurilor de date GIS care trebuie să fie apte pentru a fi folosite în cadrul unor procese automate de analiză, cel putin de complexitatea celor efectuate clasic de către operatori umani.
De aceea, într-un asemenea sistem, componenta reprezenta tă de baza de date spatială este extrem de importantă. De proiec tarea, încărcarea, si întretinerea sa tine în mare măsură calita tea proceselor de analiză efectuate ulterior. În acest sens, prezentăm opinia autorizată a coordonatorului din partea U.S. Geological Survey al studiului privind eficienta utilizării GIS în aplicatii guvernamentale (1995), Stephen Gillespie: “.... datele spatiale di gitale nu au nici o valoare ele însele. Nu pot fi consumate la masa de prânz, nici nu pot fi îmbrăcate într-o zi geroasă de iar nă. Nu pot fi atârnate pe perete pentru a fi admirate, nici nu-ti produc o plăcere strecurându-le printre degete. Sunt valoroase numai pentru că oamenii le pot introduce în calculator PENTRU A FACE CEVA CU ELE. Valoarea lor este dată de beneficiile obtinute în urma utilizării lor folosind tehnologia GIS.”
Un GIS este o colectie de operatori spatiali care actionează asupra unei baze de date spatiale pentru a referi geografic o mare varietate de informatii reale. Un model de date GIS este complex pentru că trebuie să reprezinte si să interconecteze atât date grafice (hărti) cât si date tabelare (atribute). In plus, chiar prin natura sa, un GIS complex este utilizat pentru a simula situatii si evenimente reale extrem de complicate. Acest fapt solicită si mai mult capacitatea modelului GIS de a reda perfect evenimentele si fenomenele din realitate.
O abordare GIS implică în mod necesar tratarea unitară într-o bază de date unică si neredundantă a componentelor grafice, cartografice, topologice si tabelare. Desi au un rol important în cadrul GIS, elementele de grafică pe calculator reprezintă numai una dintre modalitătile de consultare sau raportare a continutului unei baze de date spatiale. Baza de date permite o gamă diversă de alte tipuri de explorare ce necesită în special capacitate de tratare si de prelucrare pe criterii geografice si analitice.
Cuvântul “integrare” este unul dintre cei mai folositi termeni în anii ‘90 în industria calculatoarelor. Există de fapt două abordări ale integrării: 1)“sisteme închise” - tipică pentru sistemele dezvoltate în anii ‘70 si ‘80 si 2)“sisteme deschise” - adoptată din ce în ce mai mult în anii ‘90 de către producătorii de pe piata calculatoarelor, ea reprezentând viitorul domeniului.
Abordarea “sisteme închise” constă în combinarea într-un singur tot functional a componentelor hardware, software si aplicatii iar acest tot poartă numele de pachet “integrat”. Pro blema acestei abordări constă în sacrificarea individualitătii fiecărei componente aplicative; acest neajuns a condus la declinul acestei abordări la sfârsitul anilor ‘80.
Abordarea “sisteme deschise” permite realizarea unei integrări în care componentele aplicative sunt interfatate cu celelalte componente. Astfel, utilizatorul foloseste fiecare sub-sistem asa cum a fost el gândit, la întreaga sa capacitate. Aplicând cu grijă si inteligentă tehnicile specifice ingineriei programării nu se sacrifică nimic din partea nici uneia dintre componentele aplicative ale sistemului.
Sistemele GIS moderne oferă un mediu integrat si o interfată comună tuturor surselor de date tabelare sau grafice. Un sistem CAD este ideal pentru desenare, proiectare si unele aplicatii cartografice. Un GIS este conceput astfel încât să realizeze orice aplicatii ce tin de cartografie, analiză spatială si prelucrarea datelor tabelare. Prin urmare, ce este de făcut în cazul în care aveti nevoie să utilizati atât CAD cât si GIS?
1. Modele de date hibride CAD/GIS: o solutie incompletă. Diversi producători au încercat să rezolve problemele generate de diferentele dintre tehnologiile CAD si GIS construind anumite functii de tip GIS în cadrul modelului de date CAD. Aceste încercări pot fi calificate drept integrări incomplete ale celor două tehnologii ce constau într-un compromis din partea uneia (GIS) pentru a putea fi acceptată de către cealaltă (CAD).
Din punct de vedere tehnic, orientarea acestei abordări este fundamental diferită de cea necesară unui GIS ca atare. Desi producătorii CAD satisfac partial nevoile pietii de desenare automată a hărtilor, astfel de sisteme nu reprezintă o solutie GIS deoarece lipsesc functiile de analiză si prelucrare specifică a datelor spatiale.
Încercările cele mai ambitioase ale producătorilor s-au îndrep tat către utilizarea modelului de date CAD drept cadru pentru construirea unor aplicatii utile în rezolvarea unor pro bleme de realizare automată a hărtilor si în anumite tipuri restrânse de ana liză spatială. Aceste încercări au avut un succes care poate fi calificat drept cel mult partial deoarece, în fapt, au fost implemen tate doar functii asemănătoare unui GIS în cadrul limitat de potentialul modelului de date CAD. Lipsa topologiei si a altor caracteristici GIS de bază conduce la li mitări severe asupra functionalitătii GIS si, în special, asupra tipurilor de prelucrări si analize spatiale ce se pot efectua asupra datelor. Alte încercări au constat în implementarea unor structuri de date asemănătoare topologiei sau partial topologice; aceste structuri permit efectuarea mai multor tipuri de analiză spatială dar sunt departe de structura complet topologică necesară unui adevărat GIS.
Aceste sisteme pot fi considerate acceptabile pe termen scurt, ca “aplicatii” GIS realizate cu suport software CAD, în scopul satisfacerii câtorva cerinte specifice; pe termen lung, odată cu maturizarea aplicatiei si diversificarea cerintelor, neajunsurile unui astfel de sistem încep să iasă la iveală. Pe măsură ce producătorul aduce noi îmbunătătiri unui astfel de sistem, se dovedeste că limitările introduse de modelul de date CAD mutilează aplicatia. Astfel de sisteme pot evolua doar atâta timp cât nu se trece la o extindere majoră sau la o reproiectare a functionalitătii sistemului.
2. Transferul de date: o solutie pentru unii utilizatori. Pentru multi utilizatori, transferul de date si formatele de schimb de date reprezintă o solutie mai acceptabilă si mai robustă decât un sistem bazat pe un model de date hibrid CAD/GIS. Transferul de date lasă pe seama utilizatorului atât alegerea sistemelor cât si a modelelor de date cele mai potrivite pentru aplicatiile proprii. Se obtine astfel mai degrabă o coexistentă pasnică decât o integrare reală a celor două tehnologii.
Totusi, pentru unii utilizatori, conversia datelor poate să nu reprezinte o solutie completă. O parte din informatia sau “inteligenta” inerente unui anumit format de date poate fi pierdută în procesul conversiei. De fapt, acesti utilizatori au nevoie de o legătură, care să nu incomodeze - ca si când n-ar exista, între CAD si GIS. Această legătură trebuie să permită ambelor sisteme să lucreze asupra aceleiasi baze de date logice fără a compromite integritatea celor două modele.
3. Integrarea completă CAD si GIS. Ultima solutie, către care se îndreaptă actualmente o parte din producători, constă într-o integrare reală a celor mai bune sisteme CAD si GIS. Această abordare este total diferită de construirea unei aplicatii GIS peste un sistem CAD. Ea constă în implementarea unei tehnologii GIS mature si stabile astfel încât să poată lucra în tandem cu un sistem CAD existent. In acest mod, modelul de date GIS nu este pus în situatia de a functiona în cadrul limitărilor impuse de modelul CAD; se obtine astfel un model de date complet GIS care lucrează într-un mediu CAD si, prin urmare, nu suferă nici din cauza limitărilor si compromisurilor inerente unui model hibrid CAD/GIS. O astfel de solutie permite aplicatiilor CAD si GIS să prelucreze aceeasi bază de date logică. Utilizatorul poate stoca date sau în format GIS sau în format CAD sau în ambele. Nu se obtine numai o facilitate de transfer de date. Această solutie este singura care pune la dispozitie un GIS cu functionalitate completă într-un mediu CAD.
ArcCAD face legătura între ARC/INFO, cel mai utilizat software GIS si AutoCAD, cel mai răspândit software CAD. Utilizând facilitătile ADS (AutoCAD Development System) proprii AutoCAD, au fost implementate în mediul AutoCAD functiile specifice ARC/INFO pentru crearea, actualizarea si analiza relatiilor topologice, necesare analizei geografice.
Pe baza facilitătilor ADS s-a dezvoltat un sistem care permite utilizatorului ca, de la nivelul AutoCAD să beneficieze de functiile GIS si modelul de date specifice ARC/INFO, ope rând direct asupra bazelor de date spatiale. In celălalt sens, Arc CAD permite utilizatorilor ARC/INFO să adreseze imediat (fără nici o conversie de date) produsele grafice gene rate prin facilităti AutoCAD. In plus, ArcCAD permite dezvoltarea de aplicatii AutoCAD (în C, LISP) cu apelarea functiilor ARC/INFO.
Interfata cu utilizatorul, sistemul de meniuri si ecranele de dialog implementate în ArcCAD sunt cele familiare utilizatorilor AutoCAD.
1. Conceptele ArcCADCel mai important concept al modelului de date ArcCAD îl constituie legătura creată explicit între modelul de date AutoCAD si modelul de date ARC/INFO. In acest mod, bazele de date GIS în format ARC/INFO sunt în corespondentă cu geometria desenelor tinute în bazele de date AutoCAD.
În ArcCAD, baza de date CAD este utilizată pentru a stoca re prezentările grafice (desenele) asociate datelor spatiale (geogra fice) stocate în baza de date GIS. Baza de date GIS este optimi zată pentru a facilita stocarea si analiza tuturor tipurilor de obiecte geografice (punct, linie si poligon) si a relatiilor topolo gice dintre acestea (conectivitate, continuitate, definirea arii lor). Topologia facilitează implementarea functiilor de analiză, cum ar fi: modelarea curgerii unui fluid într-o retea, combinarea poligoanelor învecinate având caracteristici similare, identifica rea obiectelor vecine, suprapunerea obiectelor geografice (overlay).
O temă (“theme”) este un principiu de organizare a datelor în ArcCAD conform căruia sunt grupate mai multe entităti având o caracteristică comună. Tema extinde functionalitatea unui desen AutoCAD adăugând suport pentru obiecte geografice definite topologic si având atribute asociate (mode lul de date georelational utilizat de ARC/INFO). Tema este legătura dintre un strat (‘layer’’) AutoCAD si un tip de obiect (‘feature’’) ARC/INFO. Tema este implementată utilizând straturile (‘coverages’) ARC/INFO. Există 6 tipuri de teme în ArcCAD: puncte, linii, poligoane, adnotări, puncte de registratie (având coordonate cunoscute precise în teren) si înre gistrări. Înregistrările corespund unor tipuri speciale de obiecte care nu au reprezentare grafică si fac legătura între obiecte reprezentate grafic si valorile atributelor acestora stocate în fisiere dBASE (informatii descriptive).
ArcCAD mentine automat relatiile dintre entitătile grafice ale desenelor AutoCAD si obiectele geografice definite într-o temă. Astfel, desenul este utilizat la crearea, editarea si afisarea obiectelor geografice apartinând unei teme ArcCAD, obiecte care sunt legate de entitătile AutoCAD stocate în desenele bazei de date CAD. Tema este utilizată pentru analiza geografică si gestionarea atributelor obiectelor geografice.
Modelul de date ArcCAD este reprezentat în figura următoare:
2. Functiile ArcCADArcCAD implementează operatiile necesare creării si editării topologiei seturilor de date geografice reprezentând o zonă de teren. In ArcCAD, straturile de date geografice pot fi create si/sau editate prin utilizarea functiilor grafice AutoCAD, iar apoi, pentru crearea, editarea si analiza topologiei datelor sunt apelate functiile CLEAN si BUILD specifice ARC/INFO. Arc CAD include facilităti pentru semnalarea si corectarea erori lor de topologie ale bazei de date spatiale, precum si pentru anali za geometriei datelor (identificarea intersectiilor de linii, genera lizarea liniilor, eliminarea automată a erorilor de digitizare).
ArcCAD permite gestionarea automată a informatiilor des criptive asociate obiectelor geografice utilizând propriul său sistem DBMS. Pe lângă functiile de creare, editare, interogare a tabelelor de atribute, există si functii pentru accesul static sau dinamic la fisiere dBASE externe (functiile JOINITEM si res pectiv RELATE).
ArcCAD permite interogarea/analizarea bazelor de date geografice pe criterii specifice GIS, lucru imposibil de reali zat în mod direct, imediat, în AutoCAD. Selectia unui set restrâns de obiecte din baza de date geografice se poate face pe baza oricărei combinatii de criterii spatiale (localizare geografică), grafice (layer, culoare, tip linie, etc.) si descriptive (atribute) exprimate sub forma unei succesiuni de expresii logice.
ArcCAD constituie un mediu integrat pentru studiul fenomenelor geografice reale prin definirea si aplicarea de modele geografice. Functiile de analiză geografică oferite de ArcCAD permit generarea de noi informatii geografice prin efectuarea combinatiilor de poligoane, de linii sau puncte si poligoane (UNION, INTERSECT, IDENTITY), studiilor pe vecinătăti (BUFFER, DISSOLVE), etc. Aceste operatii pot fi combinate in secvente logice pentru a modela realitatea geografică. In urma aplicării unor astfel de modele, se pot evidentia noi relatii spatiale între obiectele din baza de date, pot rezulta noi obiecte geografice sau se pot simula diverse procese.
Procesul manual, obositor în AutoCAD al creării de legende cartografice, devine automat în ArcCAD. Simbolizarea hărtilor la diverse scări se face imediat apelând la facilitătile ArcCAD de simbolizare dinamică. ArcCAD permite generarea de repre zentări 3-D pe baza valorilor oricărui atribut asociat elemente lor grafice (cotă, cost, număr de locuitori, volum recoltă, etc.).
Ca si ARC/INFO, ArcCAD include o mare varietate de transformări de coordonate între diverse sisteme de proiectie cartografice (peste 30) si utilizând diversi elipsoizi.
CAD si GIS sunt tehnologii fundamental diferite si, în acelasi timp, complementare. Desi ele au fost initial destinate unor scopuri deosebite, utilizarea amândurora în cadrul aceleiasi organizatii se răspândeste pe scară din ce în ce mai largă, creând astfel o presiune crescândă asupra producătorilor care sunt pusi în situatia de a integra complet cele două tehnologii.
Implementarea unui model de date hibrid CAD/GIS repre zintă numai o solutie partială, care poate conduce la un compromis periculos, atât conceptual cât si functional. Transferul de date, o modalitate fiabilă si utilizată în mod curent în multe locuri, este adesea o cale acceptabilă de integrare a celor două tehnologii. Totusi, solutia bazată pe transferul de date nu este adecvată pentru utilizatori care au nevoie de o legătură completă si interactivă între sistemele si bazele de date GIS si CAD.
Solutia completă pentru integrare implică adaptarea aplicatiilor CAD si GIS existente în scopul unei strânse cooperări. Odată cu adoptarea de către producători a abordării sistemelor deschise, utilizatorii au acum posibilitatea să aleagă nes tingheriti acele sisteme CAD si GIS care sunt cele mai potri vite aplicatiilor lor, fără să fie pusi în situatia în care decizia lor să depindă de utilizarea unei anumite platforme hardware sau de utilizarea unui anumit format al datelor.
Solutia firmei ESRI (Environmental Systems Research Institute) de integrare completă CAD si GIS este produsul ArcCAD. Bazele de date create în ArcCAD pot fi exploatate cu oricare din sistemele ARC/INFO, AutoCAD sau ArcView. Astfel, ArcView devine un sistem interactiv pentru vizualizarea, interogarea si analiza atât a straturilor ARC/INFO cât si a desenelor AutoCAD.
Pentru dezvoltarea de aplicatii complexe specifice domeniului GIS, ArcCAD permite utilizarea tuturor facilitătilor ADS si AutoLISP din AutoCAD precum si a functiilor specifice GIS incluse în bibliotecile de programe ArcCAD. Ca si AutoCAD, ArcCAD permite construirea interfetei utilizator în alte limbi diferite de engleză.
ArcCAD se adresează organizatiilor care:
Exemple de aplicatii tipice ArcCAD: