Geomatyka jest dyscypliną naukowo-techniczną zajmująca się pozyskiwaniem, analizowaniem, interpretowaniem, upowszechnianiem i praktycznym stosowaniem geoinformacji.
Gemomatyka obejmuje i integruje liczne dziedziny wiedzy celem utworzenia szczegółowego a jednocześnie możliwie łatwego do zrozumienia obrazu otaczającego nas świata fizycznego i naszego miejsca w tym świecie. Należą do nich m.in.: geodezja, kartografia, teledetekcja, systemy informacji geograficznej, globalny system określania pozycji GPS.
Informacja geograficzna-geoinformacja to wszelkiego rodzaju informacja posiadająca odniesienie przestrzenne. Podaje położenie obiektu geograficznego, opisuje formę czy też wielkość obiektu i określa jego atrybuty opisowe.
Społeczeństwo informacyjne - społeczeństwo o wysokim poziomie rozwoju cywilizacyjnego, które dla swojego dalszego rozwoju stosuje odpowiednie zarządzanie, dostępną informację oraz techniki informacyjne i telekomunikacyjne.
GIS zapewnia powszechny dostęp do informacji: uświadomienie, zrozumienie, działanie (tworząc udział obywateli i e-administracji)
Rozporządzenie Clintona. W roku 1994 prezydent USA; Clinton wydał rozporządzenie "Koordynacja w zakresie pozyskiwania i udostępniania danych geograficznych" Państwowa infrastruktura Danych Przestrzennych - (National Spatial Data Infrastructure)
Standard kształcenia-minimum programowe MNiSzW Absolwent powinien być przygotowany do prowadzenia działalności inżynierskiej z zakresu geodezji, kartografii oraz systemów informacji o terenie, a także posługiwania się nowoczesnymi technikami pomiarów geodezyjnych, satelitarnych, fotogrametrycznych i teledetekcyjnych. Powinien być przygotowany do pracy w firmach geodezyjnych, administracji, prowadzić własną działalność gospodarczą.
Definicja działalności zawodowej inżyniera geodety wg. Międzynarodowej Federacji Geodetów (FIG) Inżynier geodeta jest specjalistą w zakresie geodezji posiadającym wykształcenie wyższe oraz techniczne, kompetencje dla prowadzenia działalności w co najmniej jednym z wymienionych zakresów: -Określanie, pomiar i przedstawianie powierzchni Ziemi oraz powiązanych z tą powierzchnią obiektów przestrzennych dyskretnych i ciągłych, -Gromadzenie i interpretacja informacji o terenie oraz informacji geograficznej, -Stosowaniu tych informacji w planowaniu oraz skutecznym administrowaniu gruntami, wodami i budowlami, -Prowadzenia prac badawczo-rozwojowych w zakresach podanych powyżej.
Przedmiot „Podstawy geomatyki” określi: - relacje pomiędzy przedmiotami kierunkowymi, - rolę geodezji i kartografii w naukach o Ziemi, -znaczenie geomatyki w gospodarce, administracji i dziedzictwie kulturowym, - kierunki rozwoju geodezji i kartografii.
Wprowadzenie. Podstawowe definicje. Relacje: geomatyka - geodezja - systemy informacji geograficznej (GIS). Organizacja geodezji w Polsce (administracja f irmy komercyjne, uprawnienia zawodowe).
Charakterystyka rozwoju techniki GIS. Podstawowe składniki systemów geoinformacyjnych. Przegląd zastosowań GIS. Cyfrowe metody reprezentacji środowiska przyrodniczego. Zasady modelowania danych.
Systemy lokalizacji obiektów w przestrzeni: - układ odniesień naturalnych, - układ współrzędnych geograficznych, - układy geodezyjne GRS'80, WGS-84, EUREF - 89, - układ współrzędnych ortokatrezjańskich, - odwzorowania kartograficzne. Zasada transformacji wyników pomiarów do przyjętego odwzorowania kartograficznego.
Metody pozyskiwania źródłowych danych geometrycznych i opisowych: - digitalizacja opracowań kartograficznych, - pomiary bezpośrednie, - pomiary fotogrametryczne i teledetekcyjne, - pomiary GPS.
Zagadnienie wiarygodności danych (aktualność, kompletność, dokładność). Urzędowe bazy danych (BDO, VmapLevel II, TBD, EGIB). Problematyka udostępniania danych w kraju ( ośrodki dokumentacji geodezyjnej
i kartograficznej, geoportal, Dyrektywa INSPIRE).
Organizacja służby geodezyjnej w Polsce
GŁÓWNY GEODETA KRAJU realizuje zadania poprzez Główny Urząd Geodezji i Kartografii -wojewodowie poprzez wojewódzkich inspektorów nadzoru geodezyjnego i Kartograficznego -marszałkowie poprzez geodetów województwa -starostowie i prezydenci miast poprzez geodetów powiatowych - prezydenci miast, burmistrzowie i wójtowie poprzez geodetów miejskich i gminnych
PAŃSTWOWY ZASÓB GEODEZYJNY I KARTOGRAFICZNY
-Centralny Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej, -Wojewódzkie Ośrodki Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej -Powiatowe Ośrodki Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej. Prace geodezyjne zlecane są w formie przetargów publicznych
Potencjał wykonawstwa Geodezyjnego.
W Polsce jest ok. 18 800 osób posiadających uprawnienia zawodowe dotyczące: -geodezyjnych pomiarów sytuacyjno-wysokościowych, realizacyjnych i inwentaryzacyjnych - 50%, -rozgraniczeń i podziałów nieruchomości (gruntów) oraz sporządzaniem dokumentacji do celów prawnych - 26%, -geodezyjnych pomiarów podstawowych - 14%, -geodezyjna obsługa inwestycji - 5%, -geodezyjnych urządzeń terenów rolnych i leśnych - 2%, -redakcji map - 2%, -prac fotogrametrycznych i teledetekcyjnych -1%.
Usługi geodezyjne i kartograficzne wykonują bezpośrednio jednostki wykonawstwa geodezyjnego i kartograficznego, zorganizowane jako przedsiębiorstwa prywatne; Potencjał ekonomiczny firm geodezyjno -
kartograficznych, oceniany przez pryzmat sprzedaży rocznej usług geodezyjnych i kartograficznych, to około 850 mln złotych sprzedaży rocznie (180 mln EURO);
Stowarzyszenia zawodowe: • Stowarzyszenie Geodetów Polskich, • Stowarzyszenie Kartografów Polskich, • Polskie Towarzystwo Fotogrametrii i Teledetekcji, • Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej.
Współczesny portal GIS to nowoczesne centrum geoinformacji. Obsługuje; • Zarządzanie metadanymi •Wyszukiwanie (oparte o standardy) • Przeglądanie • Wykorzystanie • Udostępnianie (umożliwia odkrywanie i integrację danych geoprzestrzennych)
Na system GIS składają się: -Technologia -Metody -Organizacja -Dane -Procesy
Systemy Informacji Geograficznej (GIS) GIS to system baz danych zawierające dane przestrzenne wraz z zestawem procedur do prowadzenia analiz i prezentacji ich wyników,
Składowe techniczne systemu GIS to: • sprzęt komputerowy, • sieć informatyczna, • oprogramowanie zarządzające i aplikacje do analiz, • urządzenia we/wyjścia.
Historia i rozwój systemów geoinformacyjnych
1957- pierwszy system do zautomatyzowanej produkcji map (Szwecja i Anglia), 1963 - Kanadyjski System Informacji Przestrzennej (dla określenia zasobów naturalnych), 1969 - opracowanie formatu danych GBF - DIME (Geographic Base File, Dual Independent Map Encoding ) - GUS - automatyzacja zbierania i gromadzenia danych USA, 1960-1970 - zautomatyzowane systemy orodukcji map, jednak pierwsza cyfrowa mapa kraju - 1995 Anglia, 1969 - powstanie firm ESRI i Integraph - oprogramowanie GIS, 1972 - wprowadzenie na orbitę systemu Landsat ( teledetekcja), 1980 - powstanie tzw. hipertekstu nastepnie World Wide Web (WWW), 1985 - powstanie satelitarnego systemu nawigacyjnego (GPS), 1992 - utworzenie cyfrowej mapy świata (1:1000 000 - 1.7GB), 1993 - początek udostępniania map w internecie, 1994 - powstanie konsorcjum OpenGIS (określa normy wymiany informacji geograficznej), 1996 - wprowadzenie oprogramowania współpracującego z Internetem, 1999 - wystrzelenie systemu Ikonos ( 82 cm rozdzielczości), 2003 - Portal Geospatial One_Stop (udostępnianie danych przestrzennych całego kraju z jednego miejsca).
Zastosowania systemów GIS Nasz Świat podlega gwałtownym zmianom . . . tworząc wiele wyzwań
Technologia GIS zmienia się . . . Tworząc nowe medium wymiany informacji Zapewniając powszechny dostęp do informacji geograficznej . . . Opisując nasz Świat Profesjonaliści GIS pracując razem . . . Stworzą i udostępnią swą wiedzę współpraca ta zmieni Świat . . . Przyniesie pokój, stabilizację i dobrobyt
Nigdy nie wątp, że mała grupa oddanych i troskliwych obywateli może zmienić Świat… . . . To jedyny czynnik jaki kiedykolwiek to osiągnął . . . ~ Margaret Mead
GIS pozwala lepiej zrozumieć
Modeluje fizyczne i kulturowe sfery naszego życia, Systematyzuje Świat na części i podsystemy . . . Dostarczając: -Systematycznej wiedzy
-Zintegrowanych baz -Analitycznych metod -Intuicyjnej wizualizacji
Rozwiązywanie wielu ważnych problemów; -Bezpieczeństwo
-Opieka medyczna -Edukacja -Obronność -Efekt cieplarniany -Urbanizacja -Zanieczyszczenie -Ochrona środowiska -Przestępczość
-Logistyka -Energia -Zarządzanie-Rolnictwo / Leśnictwo -Ochrona cywilna
Technologie wspomagające; • Szybsze przetwarzanie - wielordzeniowe
- klastrowe • Zwiększona przesyłowość • Większe pamięci masowe
• Standardy wymiany informacji • Technologie mobilne
GIS w edukacji myśleć geograficznie Dostarcza; -Oprogramowanie -Program nauczania -Szkolenie nauczycieli
Główne zastosowania GIS Podsumowanie; -opracowanie map, -pomiary kartometryczne, -planowanie przestrzenne,
-monitoring środowiska, -modelowanie, -zarządzanie.
Na system GIS składają się: -Technologia -Metody -Organizacja -Dane -Procesy
Baza danych-> sprzęt-> oprogramowanie-> organizacja / kadry
Rozszerzony model geobazy
dla różnych dziedzin nauki, technologii i metod pomiaru
-Większa precyzja współrzędnych -Modele terenu -Inteligentne obrazy -Dane katastralne -Dane kartograficzne
Baza danych przestrzennych
Baza danych to zbiór zintegrowanych danych z pewnej dziedziny, dane przestrzenne opisują czas, miejsce i atrybuty, atrybuty geograficzne dzielimy na nominalne, porządkowe, ilorazowe, interwałowe i cykliczne.
przykłady atrybutów:
nominalne - numeracja budynków może to być liczba, litera kolor, porządkowe - to takie, które wynikają z przyjętej klasyfikacji obiektów; klasa gruntów interwałowe - cechą wyróżniającą jest różnica pomiędzy ich wartościami; skala w stopniach Celsjusza ilorazowe - to atrybuty, dla których można obliczyć wzajemny stosunek; np.: masa
cykliczne - są to atrybuty zawierające informacje o kierunku lub mieć charakter cykliczny, np.: wskazania kompasu,
System zarządzania baza danych ( DBMS)
Bazy danych są fizycznie przechowywane w postaci plików lub w strukturach specjalnego oprogramowania nazywanego DBMS,
korzyści z takiego rozwiązania: - jedno miejsce występowania ( brak redundancji!), - lepsza organizacja, mniejsze koszty, - oprogramowanie niezależne od danych, - szybsze wdrażanie nowych rozwiązań,
- dane dostępne dla wielu użytkowników, - wzrost bezpieczeństwa danych (procedury dostępu), - korzystne dla dużych projektów wysokie koszty zakupu.
Składowe systemu zarządzania bazą danych ( DBMS)
-model danych, -importowanie i przechowywanie danych, -indeksy -język zapytań; SQL -procedury zapewniające bezpieczeństwo danych, -narzędzia aktualizacji danych, -tworzenie kopii zapasowych i odtwarzanie danych, -narzędzia administracji DBMS, -aplikacje, -narzędzia programowania aplikacji (api),
Rodzaje systemów zarządzania bazą danych ( DBMS)
+relacyjne (RDBMS) - baza danych składa się z dwuwymiarowych tabel zawierających atrybuty obiektów, - najbardziej popularna, +obiektowe (ODBMS) - baza przechowująca trwałe obiekty wraz z narzędziami do konstruowania zapytań zorientowanych obiektowo, +obiektowo-relacyjne (ORDBMS) - baza posiada strukturę relacyjną rozszerzoną o procedury umożliwiające obsługę obiektów,
Architektura oprogramowania GIS Systemy oprogramowania GIS z interfejsów użytkownika, narzędzi i systemów zarządzania danymi. Wyróżnia się cztery typy konfiguracji architektury systemu komputerowego: - desktop (komputer osobisty), - klient serwer,
- główny desktop, -główny serwer,
Warunki ramowe i trendy w technologii GIS
Warunki ramowe +cykle innowacyjne Sprzęt 2-5 lat (niedoszacowanie)
Oprogramowanie 5-19 lat (przeszacowanie) Pracownicy 10-20 lat (częste lekceważenie) Dane > 20 lat (solidny czynnik) +Stosunek kosztów
Sprzęt - oprogramowanie - dane = 10 - 10 - 80
Główne kryteria dla systemów
• Filozofia • Prawo/przepisy • Organizacja • Techniki
• Wykwalifikowane kadry
• Ekonomiczność • Standaryzacja
Kryteria dla jakości danych
• Kompletność • Aktualność • Dostępność/dostarczenie • Budowa
• Aktualizacja • Dostępność/Dostarczenie
• Ekonomiczność • Standaryzacja
Modele danych przestrzennych
Model danych jest uporządkowanym cyfrowym opisem służącym do reprezentacji wybranych cech świata rzeczywistego.
Uwaga ! Wybór modelu danych decyduje o przydatności projektu GIS. Zależą rodzaje analiz, jakie możemy przeprowadzić w tym systemie.
Modele danych geobazy
Baza Danych -Schemat -Reguły Topologiczne -Metadane -Symbolizacja Map -Dokumentacja
Tematyczne Modele Danych Rozszerzają Podstawowe Modele Danych
-Granice Administracyjne -Hydrologia -Wodociągi/Kanalizacja
-Ewidencja Gruntów -Infrastruktura -Transport -Obiekty Środowiska
-Szablony Wdrożeń -Tematyczne Modele Danych -Rozszerzają Podstawowe Modele Danych -Bioróżnorodność -Leśnictwo -Obronność
-Mapa Zasadnicza -Geokodowanie -Geologia
Poziomy abstrakcji związane z modelami danych GIS
(Człowiek) Środowisko przyrodnicze-> Model konceptualny -> Model logiczny ->Model fizyczny
Środowisko przyrodnicze :to rzeczywistość złożona z istniejących obiektów (budynki, ulice, jeziora itp.) - przy przyjętym poziomie uogólnienia czy generalizacji
Model konceptualny: Model wybranych obiektów lub procesów zapisany w sposób formalny np. w języku UML - ( Unified
Modeling Language ) zunifikowany język modelowania
Model logiczny: Jest to reprezentacja rzeczywistości stworzona
w celu rozwiązania konkretnego zagadnienia.
Ma często postać wykresów lub zestawień
Model fizyczny: Model fizycznie zrealizowany wirtualnie w komputerze pozwalający na realizację analiz przestrzennych typu GIS. Opisuje precyzyjnie pliki lub tabele bazy danych, w których przechowywane są dane, relacje między typami obiektów oraz możliwe do wykonania operacje.
Model danych stanowi wspólną płaszczyznę komunikacji pomiędzy twórcami i użytkownikami systemu.
-pozwala na równoległą prac wielu programistów, -umożliwia zasilanie danymi przez wielu wykonawców, -ułatwia tworzenie konkretnych aplikacji użytkownikom systemu GIS.
Podstawowe typy modeli danych przestrzennych:
Model danych -> Przykłady zastosowań
Projektowanie wspomagane komputerowo (CAD) -> zautomatyzowane projektowanie inżynierskie i sporządzanie szkiców
Proste programy graficzne -> tworzenie prostych map
Grafika rastrowa -> przetwarzanie obrazu i prosta analiza macierzy pikseli
Rastrowy/grid ->Analiza przestrzenna i modelowanie
zasobów środowiska przyrodniczego
Wektorowy/Topologiczny -> Operacje na geometrycznych
elementach wektorowych w kartografii, analizach zasobów
środowiska przyrodniczego oraz modelowaniu
Sieci -> Analiza sieciowa w transporcie, zarządzaniu infrastrukturą
Nieregularna sieć trójkątów (TIN) -> Operacje na wszystkich typach
elementów (raster/wektor/TIN)
Obiektowy -> Obrazowanie i modelowanie powierzchni terenu
Główne typy modeli logicznych:
model CAD: - obiekty rzeczywiste są reprezentowane symbolicznie w formie wektorowej przez punkty, linie i wieloboki, - nie pozwala na
analizy przestrzenne (brak topologii),
model rastrowy: -oczkom regularnej siatki (grid) są przypisywane tablice wartości (atrybutów) np. wyciągi spektralne obrazowania,
model wektorowy: - każdy element środowiska jest reprezentowany jako odpowiedni typ geometryczny, kodowany przy pomocy par współrzędnych w przestrzeni dwuwymiarowej,
Jednostki przestrzenne zakodowane zgodnie wektorowym
modelem danych nazywa się elementami (features).
Topologia: Dziedzina matematyki pozwalająca precyzyjnie formułować
reguły poprawności geometrycznej elementów wektorowych, przeprowadzać analizy sieci oraz sąsiedztwa wieloboków.
Przykład: rozciągnięcie mapy - powoduje zmiany odległości i kątów , a takie właściwości topologiczne jak sąsiedztwo albo zawieranie się pozostają niezmienne.
Topologia w GIS jest wykorzystywana do: - sprawdzania poprawności danych, edycji - modelowania zachowania elementów, - optymalizacji zapytań
Zasady lokalizacji obiektów przestrzennych
Wybrane systemy określenia położenia -nazwa geograficzna,
-adres pocztowy, -kod pocztowy, -telefoniczny numer kierunkowy,
-system katastralny, -układ współrzędnych naturalnych, -Geodezyjny System Odniesienia 1980, -Globalny system pozycyjny - GPS,
Odwzorowania kartograficzne: 1. układ współrzędnych lokalnych,
2. układ współrzędnych UTM ( Universal Transverse Mercator),
3. krajowy układ współrzędnych 1992, 4. krajowy układ współrzędnych 2000
Metryczne metody określania położenia obiektu pozwalają kreślić mapy i wykonywać na nich pomiary.
Pojęcie karometryczności mapy: wzajemna lokalizacja obiektów
z dokładnością 0.2 ÷ 0.3 mm w skali mapy
Pojecie geokodowania: Współrzędne obiektu są niezbędnym elementem
danych przestrzennych.
Są one podstawowym wyróżnikiem systemów geoinformacyjnych, pozwalającym na wykonywanie pomiarów kartometrycznych , wyszukiwanie obiektów oraz prowadzenie analiz na wielu warstwach
jednocześnie.
Nazwa geograficzna:Najprostsza metoda określenia położenia,
stosowana już od czasów społeczeństwa łowiecko - zbierackiego,
obecnie istnieje w postaci: państwowego rejestru nazw geograficznych,
wady: niestety nie jest jednoznaczna
Adres i kod pocztowy:
System rozwinięty przez pocztę w XIX wieku ze względu na:
- mieszkaniec każdego domu/lokalu może być
odbiorcą przesyłki pocztowej, -domy są ponumerowane wzdłuż ulic zgodnie z przyjętym porządkiem, - ulice mają nazwy unikatowe w danej dzielnicy, -dzielnice mają nazwę unikatową w mieście, - miasta mają nazwę unikatową w danym państwie.
System kodów pocztowych: Wprowadzony w wielu państwach pod koniec XX wieku w celu zautomatyzowania procesu sortowania przesyłek pocztowych.
Zastosowanie sześciocyfrowego kodu pozwala na zidentyfikowanie grupy 10 budynków jednorodzinnych, większego przedsiębiorstwa
lub pojedynczy budynek wielorodzinny
System lokalizacji liniowej:
System ten stosowany jest w obiektach sieciowych i przy pomocy odległości od wyróżnionego punktu (węzła) odniesienia lokalizuje obiekt.
Stosowany jest obecnie przez służby utrzymania dróg dla jednoznacznej lokalizacji mostów, przepustów drogowych itp..
w takim systemie prowadzona jest statystyka wypadków drogowych !
System katastralny:
Kataster jest rejestrem państwowym, w którym są przechowywane dane o własności terenu.
Podstawową jednostką katastru jest działka.
Działka posiada unikalne oznaczenie/kod, który nie ulega zmianie. Oznaczenie to może być stosowane jako identyfikator w systemach typu
GIS.