Imię i nazwisko, zestaw II rok Nawigacji Grupa Data

……………………………………… ……………….. …………………….

1. Definicje pojęć geoinformatyka, geomatyka, geoinformacja.

Geoinformatyka - dyscyplina naukowo-techniczna zajmująca się pozyskiwaniem, przetwarzaniem, analizowaniem i udostępnianiem (wizualizacją) informacji geoprzestrzennej.

Geomatyka - matematyka Ziemi, tj. nauka o pozyskiwaniu, analizie i interpretacji danych, zwłaszcza pomiarowych, które odnoszą się do powierzchni Ziemi.

Geoinformacja - informacja (w sensie zdefiniowanym przez informatykę) uzyskiwana na drodze interpretacji danych geoprzestrzennych. Cechą wyróżniającą geoinformację od innych rodzajów informacji jest odniesienie do określonego miejsca względem Ziemi.

1. Definicje SIP,SIT,GIS.

System informacji przestrzennej to system pozyskiwania, przetwarzania i udostępniania danych zawierających informacje przestrzenne oraz towarzyszące im informacje opisowe o obiektach w części przestrzeni objętej działaniem systemu.

System informacji o terenie składa się z bazy danych o terenie, dotyczącej określonego obszaru, oraz procedur i technik do systematycznego zbierania, aktualizacji i udostępniania danych.

GIS (ang. Geographic Information System, Geographical IS) to zorganizowany system składający się z komputera, oprogramowania, danych geograficznych i obsługi, zaprojektowany w celu efektywnego przechowywania, uaktualniania, przetwarzania, analizowania i wyświetlania wszystkich form informacji mających odniesienie geograficzne.

System informacji geograficznej charakteryzuje się: liniowym przetwarzaniem danych; określonym czasem użytkowania; stopniem szczegółowości odpowiadającym mapom średnioskalowym i małoskalowym.

1. Zadania GIS i jego elementy składowe.

Zadania GIS:

Wprowadzanie, weryfikowanie i wstępne opracowanie danych.

Przechowywanie danych i zarządzanie bazą danych.

Przetwarzanie danych i modelowanie przestrzenne.

Wyprowadzanie danych - wizualizacja, wydruk etc.

Elementy składowe:

Wiedza (ludzie, przeszkolony personel).

Baza danych.

Sprzęt (hardware): komputer, drukarka, ploter, skaner, digitizer, modem i inne.

Oprogramowanie (software).

1. Projekt geobazy – etapy.

Identyfikacja uwarunkowań zewnętrznych i lokalnych, które definiują cel i zakres systemu oraz jego warunki środowiskowe, techniczne, ekonomiczne, prawne, organizacyjne i inne;

Projektowanie, obejmujące dokładne i jednoznaczne sformułowanie, w sposób ogólny i niezależny od platform narzędziowych, modelu systemu, którego rolą jest zagwarantowanie jednolitości, spójności i zgodności dowolnej liczby opartych na nim realizacji i zastosowań na różnych platformach;

Realizacja (implementacja) systemu na określonych platformach za pomocą dostępnego na nich oprogramowania;

Wdrożenie (eksploatacja) systemu, które obejmuje wypełnienie bazy danych konkretnymi danymi oraz przejście do praktycznej rutynowej eksploatacji systemu.

Poznanie i analiza modelu danych stosowanego przez użytkownika.

Definicja obiektów (encji) i relacji pomiędzy nimi, które mają być modelowane w geobazie.

Wybór odpowiednich modeli przestrzennych do reprezentacji poszczególnych grup danych.

Wybór elementów geobazy do reprezentacji poszczególnych obiektów.

Określenie struktury geobazy.

1. Wybór elementów geobazy do reprezentacji poszczególnych obiektów

Wyróżniamy następujące typy obiektów:

punkt ( point, simple junction, complex junction)

linia (line, simple edge, complex edge)

obszar (poligon)

powierzchnia (TIN, raster)

obraz rastrowy (raster)

obiekt nieprzestrzenny (object)

obiekty niestandardowe (custom features)

Określenie relacji pomiędzy klasami obiektów w bazie danych

Definicja atrybutów obiektów

1. Podstawowe elementy geometryczne.

Wyróżniamy elementy geometryczne:

0 - D - zerowymiarowe - punkt,

1 - D - jednowymiarowe - linia,

2 - D - dwuwymiarowe – obszar,

3 - D – trójwymiarowe – bryła.

1. Źródła danych dla GIS.

Pomiary bezpośrednie (geodezyjne, hydrograficzne) – wysoka jakość ale ilość danych jest z reguły ograniczona do niewielkich powierzchni terenu. Przykładowe źródła danych do automatycznej rejestracji to systemy satelitarne, laserowy skaning lotniczy, echosondy, laserowe stacje pomiarowe.

Teledetekcja/Fotogrametria – pokrywa duże powierzchnie jednak dokładność zależy od jakości fotografii i metody próbkowania.

Mapy analogowe – dostarczają danych dla dużych obszarów jednak ich precyzja jest niska przy opracowaniach małoskalowych.

Źródłem informacji geograficznej mogą być także zewnętrzne bazy danych, z których przenosimy dane do systemu geoinformacyjnego.

Integracja danych może wymagać ujednolicenia skali i odwzorowania kartograficznego, tak więc dobry system geoinformatyczny powinien mieć funkcję przeliczania współrzędnych z zachowaniem zadowalającej dokładności.

W wielu krajach utworzono narodowe agencje kartograficzne, które zajmują się opracowaniem cyfrowych map topograficznych.

1. Porównać model wektorowy i rastrowy.

1. Zastosowanie

Model wektorowy – opis obiektów o wyraźnie zaznaczonych granicach,

Model rastrowy - Analiza zjawisk przestrzennych o charakterze ciągłym.

1. Skalowalność

Model wektorowy – nie traci na jakości,

Model rastrowy - Traci na jakości przy powiększeniach większych niż +/- 10 razy

1. Wykorzystanie pamięci komputera

Model wektorowy – oszczędne

Model rastrowy – pamięciochłonne

1. Dostęp do informacji

Model wektorowy – Obszerne dane z baz danych przyporządkowane pojedynczym obiektom.

Model rastrowy - Brak wyodrębnienia obiektów. Jeden obraz rastrowy przedstawia jedną cechę przestrzenną.

1. Konwersja map wektorowych na rastrowe i odwrotnie.

W procesie pozyskiwania danych jest stosowana metoda zamiany zapisu rastrowego na wektorowy (tzw. wektoryzacja) lub zamiana danych wektorowych na rastrowe ( tzw. rasteryzacja).

Znacznie trudniejsza jest wektoryzacja ponieważ spotykamy się tu z problemem uzyskania danych wektorowych o dużej dokładności współrzędnych, na podstawie informacji pochodzącej z mniej dokładnego zapisu rastrowego a także to, że topologia połączeń miedzy elementami geometrycznymi jest zapisana w sposób jawny czego brakuje w zapisie rastrowym.

Programy do automatycznej wektoryzacji wykorzystują metody analizy obrazu.

1. Definicja i właściwości ortofotomapy.

Ortofotomapa jest to mapa uzyskana przez zmianę odwzorowania zdjęcia lotniczego do rzutu równoległego, co likwiduje zniekształcenia wywołane rzeźbą i nachyleniem terenu.

Zdjęcie lotnicze jest obarczone zniekształceniami spowodowanymi kątem rejestracji, czy też deniwelacjami.

W odpowiednim procesie przetwarzania, takie zniekształcenia są eliminowane.

Ortofotomapa w przeciwieństwie do zdjęcia lotniczego charakteryzuje się:

rzutem ortogonalnym (a nie środkowym),

jednolitą skalą dla całej powierzchni terenu (skali nie mają jednak obiekty wystające ponad powierzchnię terenu np. domy, drzewa

1. Rodzaje oprogramowania systemów GIS, właściwości oprogramowania profesjonalnego.

Business GIS : Oprogramowanie nastawione na zastosowanie w marketingu gdzie spełnia rolę pomocniczą jako jeden z narzędzi do podejmowania decyzji.

Programy tego typu wyposażone są w bardzo proste funkcje do analizy danych rozmieszczonych na mapie.

Dzięki temu mogą być obsługiwane przez zupełnych laików.

Najczęściej systemy tego typu dostarczone są z gotowymi do używania mapami.

Można je określić jako programy pomagające uzyskać informacje powiązane z położeniem geograficznym osobom nie mającym pojęcia o systemach informacji geograficznej

Desktop GIS: Jest to najliczniej reprezentowana grupa produktów GIS.

Oprogramowanie to charakteryzuje się prostotą obsługi przy jednocześnie wysokiej funkcjonalności.

Można spokojnie korzystać z przeciętnego komputera biurowego.

Także do jego obsługi nie jest wymagany specjalista do spraw GIS, wystarczy osoba znająca dany program.

Producenci tego typu systemów przykładają największą uwagę do tego aby: był to system jak najbardziej uniwersalny i jak najłatwiejszy w obsłudze.

Professional GIS:

To programy w których wykorzystujemy bardzo zaawansowane funkcje do przetwarzania map cyfrowych typu:

konwersja danych rastrowych na wektorowe,

produkcja wysoko jakościowych map,

przetwarzanie bardzo dużych ilości danych

funkcje do edycji danych i tworzenie na ich podstawie map.

Aby w pełni wykorzystać ich duże możliwości powinny być obsługiwane przez osoby przeszkolone.

1. Oprogramowanie GIS firmy ESRI.

ArcGIS - jest linią produktów, które tworzą kompletny, skalowalny System Informacji Geograficznej, przyjazny użytkownikowi i oparty na uznanych standardach technicznych, dostosowany zarówno do potrzeb małych firm, jak i organizacji o zasięgu globalnym.

Pakiety z rodziny ArcGIS:

ArcReader - jest bezpłatnym produktem, pozwalającym na przeglądanie i drukowanie map,

ArcView -jest pakietem zapewniającym wysokiej jakości wizualizację kartograficzną, narzędzia do zarządzania i analizowania danych geograficznych oraz podstawowe narzędzia do tworzenia i edycji tych danych

ArcEditor - zawiera pełną funkcjonalność ArcView uzupełnioną o możliwość edycji wszystkich formatów danych ESRI w tym warstw informacyjnych i wielodostępnych geobaz.

ArcInfo -jest kompletnym systemem tworzenia, gromadzenia, aktualizowania, analizowania, tworzenia zapytań oraz wizualizacji i publikacji danych GIS.

1. Zastosowanie systemów GIS w administracji oraz inne zastosowania.

Administracja państwowa centralna i lokalna:

planowanie przestrzenne,

zarządzanie infrastrukturą,

ewidencja własności,

zarządzanie nieruchomościami,

podejmowanie decyzji (prawnych, ekonomicznych, administracyjnych).

Administracja (właściciele) budynków mieszkalnych i nieruchomości - opis, inwentaryzacja i ewidencja (kataster).

Urzędy statystyczne - ewidencja i lokalizacja sprawozdawców, demografia.

Architektura i budownictwo.

Służby specjalistyczne

Ratownicze - lokalizacja, ewidencja, statystyka, prognozowanie zagrożeń, planowanie dróg ewakuacji.

Służby celne - lokalizacja, ewidencja, statystyka, prognozowanie dróg i skali przemytu.

Obrona cywilna - lokalizacja, ewidencja, statystyka, prognozowanie zagrożeń, podejmowanie decyzji przy udzielaniu pomocy, planowanie dróg ewakuacji.

Policja, straż miejska, transport, służby komunalne, wojsko.

1. Zadania GIS realizowane przez służby geodezyjno-kartograficzne i hydrografię.

Opracowywanie map tematycznych.

Tworzenie baz danych.

Produkcja map papierowych i elektronicznych.

Kartografia trójwymiarowa

1. Omów ECDIS i WECDIS.

ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) jest nie tylko elektroniczną wizualizacją informacji kartograficznej ale jest kompleksowym systemem informacyjnym.

Standard ECDIS został opublikowany w specjalnym wydawnictwie IHO Nr 57 (S-57) i Nr 52 (S-52) i dotyczy map elektronicznych dla akwenów brzegowych i morza pełnego.

W ciągu ostatnich lat proces wdrażania elektronicznych map nawigacyjnych był kontynuowany i zaowocował wdrożeniem tych map na wielu jednostkach pływających.

Sprzyja temu stabilna sytuacja prawna oraz względy praktyczne i ekonomiczne.

Sprzyja temu również elektroniczny serwis dystrybucji poprawek i uaktualnień.

ECDIS to system przetwarzania map elektronicznych zawierający elektroniczne mapy nawigacyjne, mapy innych formatów, urządzenia nawigacyjne ARPA, log, żyrokompas, GPS, echosondę i inne urządzenia. Jest stosowany na statkach morskich.

WECDIS to odmiana systemu ECDIS w wersji wojskowej, wzbogacona o dane specjalne, wojskowe stacje radiolokacyjne, systemy dowodzenia oraz odpowiednio zabezpieczony przed awarią poprzez dublowanie urządzeń.

1. Sposoby odwzorowania kształtu Ziemi.

Kształt Ziemi jest tak bardzo zróżnicowany, że w praktyce nie da się określić formuły matematycznej mogącej go zobrazować.

Aby uprościć i ujednolicić rozumienie kształtu Ziemi wprowadzono dwa pojęcia:

Geoida to w przybliżeniu powierzchnia, którą utworzyłyby wody mórz otwartych rozciągnięte pod lądami wirującej Ziemi, z uwzględnieniem sił grawitacyjnych otaczających je, niejednorodnych pod względem gęstości mas.

Elipsoida obrotowa, czyli powierzchnia powstała w wyniku obrotu elipsy wokół jednej z jej osi; jest wystarczająco prosta do określenia analitycznego oraz w wystarczająco dużym stopniu przybliża kształt i wymiary globu Ziemskiego

1. Omów rodzaje układów współrzędnych.

Najczęściej stosuje się następujące układy współrzędnych:

Geograficzne na powierzchni kuli φ, λ i geodezyjne na elipsoidzie obrotowej B,L,

Prostokątne płaskie x,y, (w matematyce oś x jest pozioma, a układ lewoskrętny, w układzie geodezyjnym oś x jest pionowa, a układ prawoskrętny),

Biegunowe płaskie – punkt początkowy – biegun, kierunek i odległość.

1. Rodzaje odwzorowań kartograficznych.

Każde przekształcenie powierzchni elipsoidy na płaszczyznę powoduje zmianę relacji geometrycznych odwzorowywanego obrazu.

Pod względem rodzaju powierzchni odwzorowania wyróżniamy odwzorowanie płaszczyznowe, walcowe i stożkowe.

Pod względem zorientowania powierzchni odwzorowania wyróżniamy odwzorowanie normalne (biegunowe), poprzeczne (równikowe) i ukośne (horyzontowe).

1. Omów układy współrzędnych stosowane dotychczas w Polsce.

Układ 1942 – elipsoida Krassowskiego – obowiązywał do połowy lat 60-tych. Posiadał dwa podsystemy – pasy południkowe o szerokości 6 stopni (15 i 21) oraz pasy o szerokości 3 stopnie (15, 18, 21 i 24)

Układ 1965 – elipsoida Krassowskiego - obowiązywał od końca lat 60-tych w służbie cywilnej, 5-strefowy układ, cztery ćwiartki terytorium Polski oraz strefa piąta obejmująca województwo katowickie (granice sprzed 1975r.).

Układ GUGIK 80 – stosowany do map przeglądowych w skalach 1:100 000 i mniejszych – jednostrefowe odwzorowanie quasistereograficzne, punkt przyłożenia w środku Polski.

Układ WGS-84 – od początku lat 90-tych podjęto prace mające na celu włączenie obszaru Polski do europejskiego systemu odniesień przestrzennych ETRS (European Terrestrial Reference System)

WGS-84 – układ 1992 – przyjęto jednostrefowe odwzorowanie Gaussa Krugera z południkiem osiowym 19 stopni – stanowi podstawę do wykonania map w skalach 1:100 000 i mniejszych

WGS-84 – układ 2000 – przyjęto czterostrefowe odwzorowanie Gaussa Krugera z południkami osiowymi 15, 18, 21 i 24 stopnie.

WGS-84 – UTM Odwzorowanie uniwersalne poprzeczne Merkatora.

1. Omów układ współrzędnych WGS-84 – UTM.

WGS-84 – UTM Odwzorowanie uniwersalne poprzeczne Merkatora

UTM (Universal Transverse Mercator Projection) stosowane powszechnie na świecie do celów nawigacyjnych i wojskowych.

Jest to odwzorowanie Gaussa-Krügera w pasach 6 -stopniowych, ze skalą na południku środkowym m0 = 0,9996 (zniekształcenie na tym południku wynosi 40 cm/km).

Odwzorowanie to zostało wprowadzone pierwotnie na elipsoidzie Hayforda, obecnie zaś zarówno w zastosowaniach cywilnych, jak i wojskowych obowiązuje elipsoida WGS-84.

Współrzędne punktów początkowych układów współrzędnych prostokątnych w każdym pasie: E = 500 km, N = 0 km,

UTM stosuje się dla powierzchni kuli ziemskiej pomiędzy równoleżnikami 84° N a 80° S,

w UTM zniekształcenia długości są mniejsze i bardziej równomiernie rozłożone, a zatem powierzchnia elipsoidy jest wierniej odwzorowana na płaszczyźnie niż w odwzorowaniu Gaussa-Krugera.

1. Omów geokodowanie.

Najbardziej popularną formą przechowywania danych geograficznych jest adres.

Stąd też często stosuje się funkcję pozwalającą na automatyczne umieszczanie na mapie dowolnych obiektów na podstawie ich adresu (bez znajomości jego współrzędnych geograficznych).

Aby móc zrealizować funkcję geokodowania konieczne jest posiadanie warstwy ulic z następującymi atrybutami opisowymi:

nazwa ulicy;

numer od którego zaczyna się numeracja ulicy po lewej stronie;

numer na którym kończy się numeracja ulicy po lewej stronie;

numer od którego zaczyna się numeracja ulicy po prawej stronie;

numer na którym kończy się numeracja ulicy po prawej stronie.

1. Podaj parametry elipsoidy WGS-84.

Rok określenia – 1984

Półoś a – 6 378 137 m

Półoś b – 6 356 749 m

Spłaszczenie f – 1:298,257, gdzie f= (a-b)/a

Na zaliczeniu będzie wybranych 10 pytań. Przewidywana odpowiedź powinna zostać zawarta w zasadzie w nie więcej niż 2 – 3 zdaniach.

Czas zaliczenia około 35 minut.