SIP - zorganizowany zestaw: sprzętu komputerowego, oprogramowania, danych przestrzennych oraz ludzi – wykonawców i użytkowników – stworzony w celu efektywnego [!] pozyskiwania, przechowywania, przetwarzania, prowadzenia analiz, obrazowania i udostępniania danych, które [zwykle] są odniesione do układu referencyjnego na powierzchni Ziemi

Różnice pomiędzy SIG a SIT

System Informacji Geograficznej(SIG)– system informacyjny służący do wprowadzania, gromadzenia, przetwarzania oraz wizualizacji danych geograficznych, którego jedną z funkcji jest wspomaganie procesu decyzyjnego.

System Informacji o Terenie (SIT)– system wchodzący w skład kategorii systemów informacji przestrzennej. Służy do podejmowania decyzji o charakterze prawnym, gospodarczym, politycznym. Zawiera w sobie dane geoprzestrzenne, w tym informacje geograficzne, oraz metody i techniki służące systematycznemu zbieraniu, przetwarzaniu i aktualizowaniu danych geoprzestrzennych.

Różnica:

- Systemy Informacji Geograficznej (GIS, SIG) skala < 1 : 5000 (tj. np. 1: 50 000)

- Systemy Informacji o Terenie (SIT) skala > 1 : 5000

Mapa cyfrowa - w interpretacji wektorowej są to warstwy informacyjne złożone z obiektów. Mapa cyfrowa zawiera:

- lokalizacje obiektów geograficznych

- nieprzestrzenne informacje opisujące te obiekty, czyli atrybuty obiektów

Cechy warstwy informacyjnej

- jeden zakres treści (drogi, rzeki, miasta, jeziora, lasy, ...)

- jeden typ obiektów w warstwie (punkty, linie, powierzchnie)

- dowolność kompozycji i kolejności warstw

- posiada część atrybutową

- umiejscowienie w przyjętym układzie odniesienia

- czasem atrybuty graficzne obiektów

- na dysku reprezentowana przez zestaw plików

Modele danych przestrzennych

- wektorowy - podawanie współrzędnych punktów i sposobu ich połączeń w bardziej złożone struktury, jak linie i jednostki powierzchniowe (wieloboki)

- rastrowy - położenie i kształt obiektów są określane poprzez regularne pola (komórki). Model rastrowy odwzorowuje obiekty za pomocą regularnych powierzchni elementarnych (rastrów), w każdej komórce wpisana jest jedna wartość.

Baza danych w warstwie informacyjnej- uporządkowany zbiór informacji związanych z określonym tematem.

Część opisowa to tabela atrybutów

Wybrane cechy bazy danych:

- podstawowym elementem tabela: pola i rekordy

- bardzo ważne dobre zaprojektowanie zawartości bazy

- zdefiniowanie struktury bazy: określenie typu i własności pól; określenie sposobu połączeń (związków) pomiędzy tabelami

- dla zaawansowanych projektów: zdefiniowanie praw użytkowników; określenie zasad współużytkowania; wprowadzenie zabezpieczeń

Własności pól w bazie danych.

- baza danych to nie jest arkusz kalkulacyjny: każde pole ma nazwę; każde pole jest określonego typu; każde pole ma długość

- pole z kluczem (indeksem) – numer ID

- powinny mieć unikalne nazwy

- kolejność pól (i rekordów) nie jest stała

- mogą być: pola obowiązkowe; z kontrolą poprawności; z wartością domyślną

Typy pól w bazie danych

* liczbowe : całkowite, rzeczywiste * tekstowe (uwaga na szerokość!)* logiczne, binarne

* pole daty * inne

Wady i zalety bazy danych

Zalety komputerowej bazy danych:

- wymuszone uporządkowanie danych

- ograniczone rozmiary bazy

- łatwy dostęp do żądanych danych

- możliwość porządkowania wg zadanych kryteriów, grupowania i dokonywania obliczeń

- możliwość zmiany formy prezentacji danych (tabela / wykres)

- krótki czas dołączania, uzupełniania, modyfikowania i usuwania zestawów danych

- możliwość ochrony zasobów i współużytkowania

Wady komputerowej bazy danych:

- konieczność posiadania sprzętu i oprogramowania

- konieczność przeszkolenia personelu

- konieczność stworzenia i wdrożenia projektu bazy

- zły projekt bazy →problemy ze wprowadzaniem danych + dodatkowe niespodziewane koszty

Typy modeli wektorowych

PROSTY MODEL WEKTOROWY- Model ten stanowi bezpośrednie, numeryczne przedstawienie obiektów świata rzeczywistego przez odpowiadające im geometryczne obiekty w modelu danych przestrzennych. Obiektami prostego modelu wektorowego jest zbiór nie powiązanych ze sobą obiektów punktowych, liniowych i powierzchniowych.

TOPOLOGICZNY MODEL WEKTOROWY - oprócz informacji geometrycznych definiuje położenie i kształt obiektów zawiera również informacje o wzajemne powiązania między obiektami. Obiekty złożone składają się z elementarnych (poligony z linii, linie z punktów), geometria mapy jest zapisana za pomocą informacji o położeniach obiektów elementarnych i ich wzajemnych połączeniach. obiektami. W topologicznym modelu wektorowym wyodrębnia się trzy rodzaje elementów topologicznych: zerowymiarowe - punkty węzłowe, jednowymiarowe - linie graniczne, dwuwymiarowe - obszary,

Cechy modelu rastrowego

- komórki mają kształt kwadratów lub prostokątów

- mapa rastrowa opisuje obszar prostokątny

- w każdej komórce jedna wartość

- w komórce liczba całkowita lub rzeczywista

- konieczność kodowania braku danych

- informacje o mapie rastrowej: rozdzielczość, zasięg

- pola bazy danych lub statystyki wartości rzeczywistych

- + standardowe metadane dla danych przestrzennych

Analiza map rastrowych (działania arytmetyczne na mapach, arytmetyka logiczna, funkcje lokalne, strefowe, sąsiedzkie)

• „mapmathics”, (mapomatyka?) – działania arytmetyczne na mapach, np.:

- odejmowanie poziomu wód podziemnych od NMT → głębokość zalegania wód podziemnych

- odejmowanie NMT od wysokości powierzchni śniegu → szacowanie grubości pokrywy, objętości lawiny

- dodawanie mapy wilgotności gruntu do mapy opadów → szacowanie ilości wody, która będzie infiltrować do gleby

• arytmetyka logiczna – mapy binarne, będące wynikiem zapytania np.:

- pokaż wysokości > 2500 m n.p.m.

- pokaż zanieczyszczenia wyższe niż wartość progowa

- pokaż wody zalegające poniżej 10 m p.p.t.

- pokaż gęstość zaludnienia poniżej 10 osób / km² i tereny leśne

- pokaż temperatury mniejsze od 0 lub większe od 30 stopni

• arytmetyka logiczna – dygresja

• funkcje lokalne – działają na zasadzie „komórka po komórce” z kilku map wejściowych,

- mapa maksymalnego odwodnienia terenu – na wejściu scenariusze różnych wariantów poboru wody → wybór minimalnego poziomu

• funkcje strefowe (zonal) – własności 1. mapy zebrane strefami zapisanymi w 2. mapie, np.:

- mapa opadu pyłu z podaniem statystyk dla poszczególnych typów użytkowania gruntu

- funkcje „sąsiedzkie” (focal) – każda komórka uzależnia swoją wartość od komórek sąsiednich, np.:

- „filtrowanie” mapy w celu jej wygładzenia, np. filtr 3x3

Mapy rastrowe

Mapa odległości: jest to mapa rastrowa w której w każdym rastrze zapisana jest odległość od najbliższego obiektu

Mapa bliskości: mapa w której w rastrze jest zapisane bliżej którego obiektu jesteśmy

Mapa kosztów:

Wejście: mapa kosztów ← mapa użytków

Mapa kosztów zakumulowanych:

Mapa kierunków: w którym kierunku jest komórka o najmniejszym koszcie

Mapy pochyłości- mapa pokazująca jak w danym miejscu jest stromo

Mapy ekspozycji- mówi o ekspozycji danego miejsca na kierunki świata, np. ten stok jest bardziej na północ

Mapa widoczności- informuje nas co z danego punktu jest widoczne a co nie

Numeryczny model terenu

Wartość komórki interpretowana np. jako średnia wysokość tej komórki nad ustalonym poziomem.
Mapa pochyłości, ekspozycji, widoczności.

Funkcje hydrologiczne (na podstawie NMT):

-określanie kierunków spływu

-wyznaczanie zlewni

-wyznaczanie struktury sieci rzecznej

-obliczanie rzędów cieku

Problemy z konwersją danych z formatu rastrowego na wektorowy i odwrotnie

W → R:

- rozdzielczość!

- zawsze wiąże się z utratą danych

R → W:

- tylko dla map „dyskretnych”

- konieczność nadzorowania procesu

- pożądane wygładzenie linii

- konieczność budowy topologii

Wady i zalety modeli danych wektorowych i rastrowych

Zalety modelu rastrowego:

- prosta struktura danych

- prosty sposób definiowania

- łatwość nakładania warstw tematycznych

- łatwość modelowania zjawisk przestrzennych i prowadzenia analiz

- łatwość łączenia z danymi z teledetekcji

- dobre odwzorowanie płynnych granic

Wady modelu rastrowego:

- duże objętości zbiorów danych

- przybliżone wyniki obliczenia obwodu i powierzchni

- zmniejszona precyzja lokalizacji obiektów liniowych i punktowych

- utrudniona analiza struktur sieciowych

- jednakowa wielkość elementu ogranicza odwzorowanie zmienności przestrzennej

Zalety modelu wektorowego:

- dobre odtworzenie położenia obiektów

- zachowanie topologii w modelach struktur sieciowych

- łatwa aktualizacja danych

- intuicyjnie łatwe posługiwanie się obiektem

Wady modelu wektorowego:

- utrudnione modelowanie

- trudne nakładanie warstw poligonowych (poligony resztkowe...)

- zróżnicowanie przestrzenne nie jest przedstawione w sposób pełny – „ostre” granice obiektów, obwód jest łamaną

Metody interpolacji (deterministyczne i statystyczne)

Deterministyczne:

• poligony Thiessena (teor.): inaczej wieloboki Thiessena, jest to metoda dokładana, schodki na granicy strefy.

• liniowa:

- metoda dokładna

- widoczne ostre krawędzie

• odwrotnych odległości z(P) = ∑ z_i·(1/D_i^m) / ∑ (1/D_i^m)

- prosta, intuicyjna

- dokładna

- parametry: liczba punktów; promień poszukiwań; kierunek poszukiwań

- uśrednia wejściowe wartości

- dla dowolnych danych

- może powodować „wyspy”

• wielomianowa

- niedokładna (nie przechodzi przez punkty pomiarowe)

- dopasowuje wielomian do punktów pomiarowych

- parametry: promień, liczba punktów → globalna lub lokalna; rząd wielomianu; wyłącznie do łagodnych powierzchni; ekstrapoluje wartości

• funkcji sklejanych, „splajnów”

- dokładna

- dla każdego punktu funkcja przechodząca przez ten punkt i dopasowana do sąsiednich „przeprowadzanie gumowej membrany przez punkty pomiarowe tak, by zminimalizować jej krzywiznę”

- parametry: promień, liczba punktów; stopień wygładzenia powierzchni

- dla gładkich powierzchni, niewłaściwa przy gwałtownych zmianach

- ekstrapoluje wartości

Statystyczne:

- wymagają świadomego stosowania,

- wagi jak w IDW, lecz obliczane na podstawie statystycznych zależności między wartościami różnych punktów

- wieloetapowe:

- obliczenie semiwariogramu (obraz współzależności punktów): miara autokorelacji

wartości między punktami

- dopasowanie modelu: liniowy, sferyczny, eksponencjalny, potęgowy, gaussowski. Dla

różnych zjawisk różne modele, dobre dobranie modelu jest trudne i ważne,

- rozwiązanie równania macierzowego → obliczenie przewidywanej, szukanej wartości

- pozwala na podanie statystycznych miar np. błędu oszacowania

- nie do każdego typu powierzchni: kriging; cokriging

Digitalizacja

Digitalizacja, cyfryzacja - proces przenoszenia informacji zawartej na tradycyjnej mapie (analogowej, papierowej) do formatu cyfrowego (komputer):

-skanowanie + wektoryzacja

-bezpośrednia wektoryzacja podkładu

Kalibracja obrazu rastrowego

Przeniesienie zbioru danych przestrzennych (zwykle obrazu rastrowego) do zadanego układu współrzędnych.
Etapy:
-znalezienie punktów kontrolnych (GCP, Ground Control Points), tj. punktów o znanych współrzędnych
-zestawienie znanych współrzędnych punktów z GCP z nieznanymi

-transformacja całego obrazu:

- liniowa – min 3 punkty

- 2-go rzędu – min 6 punktów

- 3-go rzędu – min 10 punktów

-kontrola błędu, ewentualne powtórzenie kalibracji

Teledetekcja (definicja i podział metod teledetekcyjnych)

Teledetekcja – proces polegający na gromadzeniu informacji o obiekcie, obszarze czy zjawisku bez fizycznego kontaktu z nim. Źródłem informacji o obiektach jest odbicie, emisja bądź efekt rozpraszania fal elektromagnetycznych

Metody teledetekcyjne – podział

- wg kierunku przesyłania energii: aktywne (radar, laser); pasywne (fotografia)

- wg nośnika aparatu teledetekcyjnego: lotnicze; satelitarne; bezzałogowe obiekty latające

- wg rodzaju aparatu: tradycyjne kamery na filmy zwojowe; kamery cyfrowe; skanery laserowe; skanery radarowe;

- wg parametrów: rozdzielczość przestrzenna; rozdzielczość spektralna

Nawigacyjne systemy satelitarne (zasada działania, segmenty, przykłady)

• zasada pomiaru: określenie odległości (czasu przebiegu fali) między odbiornikiem a satelitą; wymagane min. 4 satelity

• 3 segmenty

- kosmiczny (satelity nawigacyjne)

- naziemny (zespół stacji): zarządzanie systemem; ustalanie i utrzymywanie orbit satelitów; kontrola kondycji technicznej satelity; optymalne: 4 stacje na równiku

- użytkownika (odbiorniki): lądowe, morskie, lotnicze

• przykłady: GPS, GLONASS, GALILEO

Podział metod odwzorowania kształtu ziemi

Według rodzaju zniekształcenia:

- wiernokątne (najdokładniejsze)

- wiernoodległościowe

- wiernopowierzchniowe

- umowne

Według kształtu powierzchni odwzorowania:

- walcowe

- stożkowe

- płaszczyznowe

- pochodne

Według położenia powierzchni:

- azymutalne (punkty styczne do bieguna)

- poprzeczne (punkty styczne do równika)

- ukośne

Układy współrzędnych używane w Polsce

„1992”: jednostrefowe, dla małych skal, nowoczesne

„1942”: zwykle dwustrefowe, uniwersalne

„1965”: 5-strefowe, niepraktyczne, nie zalecane

„2000”: podstawowe, dla map zasadniczych

inne: GUGiK-80, lokalne

Elementy mapy topograficznej

- siatka kartograficzna – obraz wybranych południków i równoleżników w danym odwzorowaniu
- siatka topograficzna – kilometrowa

- oś X – południk

- początek układu-dostatecznie duże liczby dodatnie

- mapy topograficzne do 1:200 000 włącznie (w teorii)

- skala, podziałka liniowa

- legenda

- symbol, oznaczenie, godło mapy

- informacje o układzie i prawach autorskich