Kamery cyfrowe - rejestracja obrazu odbywa się nie na kliszy, ale na matrycy światłoczułych detektorów-matryca CDC.
Światło pada na filtr barwny i odpowiednio przez niego skorygowane dociera do czujników elektronicznych matrycy.
Matryca wysyła impulsy elektryczne o odpowiednim natężeniu przetwornika analogowo-cyfrowego, który przetwarza analogowe sygnały dane cyfrowe. Następnie ma miejsce ewentualna kompresja i zapis danych na nośniku.
Na matrycy barwnej znajduje się filtr przy pomocy którego uzyskuje się odpowiednie kolory na zdjęciu. Najbardziej popularny jest filtr mozaikowy, wykorzystujący tzw. wzór Bayera, w którym co drugi element tego filtru jest zielony (50%), niebieski (25%), czerwony (25%). Wynika to z faktu, że ludzkie oko jest najbardziej czułe na światło z zakresu zieleni. Poszczególne elementy filtru ułożone są w taki sposób, aby każdy z nich znajdował się dokładnie nad odpowiednim czujnikiem.
W kamerach cyfrowych sensorem może być linijka CCD lub prostokątna matryca CCD. Sensory CCD są uczulone na promieniowanie w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni.
Innym typem matryc w kamerach cyfrowych są matryce typu CMOS. W tym rozwiązaniu każdy element matrycy zapisuje obraz oddzielnie, zwiększa to wszechstronność matrycy ponieważ może zostać ona wykorzystana nie tylko do rejestracji obrazu, lecz także do określenia parametrów naświetlania, a także automatycznego ustawiania ostrości.
Zalety obrazowania kamerami cyfrowymi:
- wyeliminowanie kosztownego filmu i obróbki foto-labolatoryjnej
- wyeliminowanie etapu skanowania zdjęć
- lepsza reprodukcja barw
- łatwiejsza droga do obrazowania wielospektralnego
- skrócony czas dostarczania obrazów do odbiorców
obrazowanie w zakresie mikrofalowym
W zakresie mikrofalowym wykorzystuje się:
- techniki radarowe
- radiometry mikrofalowe
Radar bocznego wybierania - SLAR
Typy SLAR:
- radar bocznego wybierania z anteną rzeczywistą RAR
- radar bocznego wybierania z anteną syntetyzowaną SAR
Systemy radarowe są szeroko wykorzystywane do obrazowania powierzchni Ziemi z pułapu lotniczego i satelitarnego.
Są to systemy aktywne, same wysyłają wiązkę promieniowania mikrofalowego, która „ośwetla” teren, obraz tworzą odbite od obiektów terenowych „echa” tych impulsów.
Technika jest nie zależna od warunków oświetleniowych - pogodowych, a promieniowanie mikrofalowe bez przeszkód przenika przez chmury, mgłę i inne przeszkody.
Radary bocznego wybierania SLAR znane są już od lat 50-tych.
Obrazowanie w zakresie radarowym polega na wysyłaniu w bok od trajektorii lotu samolotu silnej i skupionej w „wachlarz” wiązki mikrofal i pomiarze powracającego echa.
Zarejestrowana różnica czasu powrotu odbitego sygnału, odpowiadająca różnej odległości nachylonej od obiektów terenowych tworzy linię obrazu.
Kolejno wysyłane impulsy tworzą kolejne linie, a w rezultacie obraz pasa terenu równoległy do trajektorii lotu, o szerokości kilkanaście, kilkadziesiąt kilometrów.
Postępem w obrazowaniu mikrofalowym jest radar z anteną syntezowaną SAR.
W tym systemie wysyłana wiązka jest spójna, a w odbieranym echu rejestruje się zarówno amplitudę jak i fazę sygnału odbitego.
Ponieważ wysyłana wiązka nie jest tak bardzo skupiona jak w systemie SLAR, więc każdy punkt terenowy będzie „oświetlony” przez kilka kolejno wysyłanych impulsów.
Odbicia od obiektów tworzą tzw. hologram mikrofalowy albo obraz pierwotny.
Skomplikowana obróbka tego obrazu daje po wizualizacji wynikowy obraz radarowy (obraz wtórny) o zdolności rozdzielczej rzędu kilku metrów, co przy systemie SLAR wymagałoby użycia anteny o długości kilkaset metrów-kilka kilometrów.
techniki niefotograficzne
Interferometria radarowa InSAR
Istotą interferometrii radarowej jest odbiór ech radarowych niezależnie przez dwie anteny. Z uzyskanych obrazów radarowych tworzy się interferogram zawierający różnice faz odpowiadających sobie pikseli obu obrazów.
Taki interferogram zawiera informacje przestrzenne o obiekcie i może być podstawą do pomiarów wysokościowych i budowy numerycznego modelu pokrycia terenu oraz numerycznego modelu terenu.
Skaninig laserowy
Ideę skaningu laserowego można sprowadzić do zasady laserowego pomiaru odległości z lecącego samolotu do punktów powierzchni terenu.
Jeżeli gęstość terenowych punktów pomiarowych jest tak duża, że ich średnia odległość wynosi ok. metra do kilku metrów to w efekcie uzyskuje się guasi (?) - ciągłą przestrzenną reprezentację powierzchni terenu.
Zalety skaningu laserowego:
Skaner laserowy jest systemem aktywnym (ma własne źródło „oświetlania”) co czyni go całkowicie niezależnym od warunków oświetleniowych.
Wśród ograniczeń skaningu laserowego można wymienić:
- brak odbić od powierzchni wody, co utrudnia lokalizację linii brzegowej
- trudności określania linii szkieletowych i linii nieciągłości terenu
- stosunkowo wysoki koszt samej aparatury i usługi
Zastosowanie:
- budowa precyzyjnego NHT dla różnorakich potrzeb (numeryczne modele terenu)
- pomiar wysokości szaty roślinnej
- opracowanie wysokościowe obszarów zagrożonych powodzią
- inwentaryzacja obszarów zagrożonych erozją i lawinami
- kartowanie lodowców
- obrazowanie obszarów kopalń odkrywkowych dla oceny wielkości urobku, kontroli zwałowisk, rekultywacji, itp.
- budowa przestrzennego modelu aglomeracji miejskich (tzn. model miasta 3D) dla potrzeb telekomunikacji, urbanistów, planistów, itd.
- inwentaryzacja i konserwacja linii energetycznych, dróg rurociągów, wałów przeciwpowodziowych, innych wydłużonych obiektów infrastruktury.
Rozdzielczość:
Poziom dokładności danych teledetekcyjnych jest określony m.in. przez rozdzielczość.
W informatyce oznacza liczbę pikseli, z których składa się obraz. Im rozdzielczość jest większa tym jest ich więcej - tym lepsza jest jakość obrazu.
Rozdzielczość określa się w jednostkach dpi - punktach (pikselach) na cal, zarówno w pionie jak i poziomie.
W teledetekcji ze względu na przestrzenną złożoność informacji obrazowej rozróżnia się rozdzielczość:
Przestrzenną
Czasową
Radiometryczną
Spektralną
a) Rozdzielczość przestrzenna
Jest to parametr określający liniowy wymiar fragmentu terenu, który jest reprezentowany przez jeden piksel obrazu teledetekcyjnego.
Podawany jest w metrach.
Można mówić o lepszej rozdzielczości, gdy liczba ją określająca jest mniejsza. Rozdzielczość 5m jest lepsza niż 50m. Obecnie osiągana rozdzielczość przestrzenna jest poniżej 1metra.
b) Rozdzielczość czasowa
Tak nazywany jest parametr, który określa jak często ten sam fragment terenu może zostać zarejestrowany przez czujnik teledetekcyjny.
Podawany jest w jednostkach czasu.
Rozdzielczości czasowe różnych czujników mogą się wahać od 15minut do 45 dni.
Początkowo rozdzielczość czasowa była równa okresowi rewizyty satelity nas tym samym terenem.
Wprowadzenie urządzeń pozwalających na wykorzystanie zobrazowań nachylonych umożliwia rejestrację tego samego terenu z różnych orbit.
W efekcie można zwiększyć częstotliwość pozyskiwania zobowiązań.
c) Rozdzielczość radiometryczna
Jest parametrem określającym liczbę poziomów (wartości jasności), na które podzielony jest zakres sygnałów odbieranych przez system rejestrujący w każdym z kanałów.
Wyrażona jest w liczbie bitów.
Rozdzielczość 8-bitowa pozwala na podzielenie sygnału na 256 wartości jasności.
7-bitowa na 128 wartości, 6-bitowa na 64 wartości
d) Rozdzielczość spektralna
Parametr określający liczbę zakresów promieniowania elektromagnetycznego rejestrowanego przez czujnik.
Jedna satelita zazwyczaj rejestruje kilka określonych zakresów promieniowania, nazywanych kanałami.
Można wyróżnić np. 3, 4, 5, 7, 8, 15, 36 czy 220
Podział sztucznych satelitów ze względu na przeznaczenie:
- satelita badawczy (astronomiczny, biologiczny, geodezyjny, geograficzny, jonosferyczny, oceanograficzny)
- satelita meteorologiczny
- nawigacyjny
- technologiczny
- telekomunikacyjny
- wywiadowczy
Podział satelitów ze względu na rodzaj orbity:
- biegunowy
- stacjonarny (geostacjonarny)
- równikowy
- synchroniczny (np. synchroniczny ze słońcem)
Systemy teledetekcyjne:
Satelita LAND SAT
Satelita SPOT
NOAA (?)
IZS
IKONOS
Quick Bird
a) LANDSAT
- dostarczają wielu bardzo cennych informacji o ukształtowaniu poziomym terenu, stanie upraw rolniczych i lasów i o skażeniu środowiska naturalnego.
- obrazy wykonane w poszczególnych kanałach były przeznaczone do określonych celów, np. kanał 4 - promieniowanie zielone (500-600nm) służył do badania przezroczystości wody, analizy form podwodnych oraz pomiarów biometrycznych; kanał 5 - promieniowanie czerwone (600-700nm) analiza zjawisk antropogenicznych; kanał 6 - promieniowanie podczerwone (700-800nm) do badania obszarów rolniczych, struktury głównych upraw, łąk.
b) System SPOT
- seria satelitów europejskich (powstała we współpracy Francji, Belgii i Szwecji)
- pierwszy w 1986
c) NOAA
- seria satelitów przeznaczonych do celów meteorologicznych i monitoringu środowiska w skali globalnej
- na ich pokładzie znajduje się skaner AVHRR obrazujący w zakresie promieniowania czerwonego, bliskiej i średniej podczerwieni.
d) IRS
- satelita indyjski
e) IKONOS
- pierwszy cywilny satelita wysokorozdzielczy
- może pozyskiwać obrazy panchromatyczne z rozdzielczością 1m oraz obrazy wielospektralne o rozdzielczości 4m
f) Quick-Bird
- jest to obecnie system komercyjny o najwyższej rozdzielczości przestrzennej
Systemy aktywne:
- ERS i ENVISAT (Europejskiej Agencji Kosmicznej)
- JERS (Japonia)
- Almoz (Rosja)
- Radarsat (Kanada)
OBRAZY CYFROWE
=> przetwarzanie obrazów cyfrowych
Oryginalne obrazy teledetekcyjne posiadają szereg zniekształceń radiometrycznych i geometrycznych, których źródłem jest wiele czynników związanych z charakterem badanego obiektu, jego oświetlenia, a także sposobem rejestracji.
Wszystkie te „błędy” powodują, że niezbędne jest „poprawienie” zarówno wartości jasnych zapisanych w pikselach, jak i ich położenia w macierzy obrazu.
=> Korekcja obrazów cyfrowych
Proces korekcji obrazów, nazywany też odtwarzaniem lub rekonstrukcją składa się z dwóch etapów:
Korekcji radiometrycznej
Korekcji geometrycznej
a) Korekcja radiometryczna
Niejednorodność radiometryczna obrazów cyfrowych ma wiele źródeł:
- czynniki środowiska:
*zmiany stanu źródła promieniowania (słońca)
* zróżnicowanie ukształtowania terenu (topografia)
* kierunkowość odbicia lub emisji promieniowania od powierzchni Ziemi
* absorpcja (pochłanianie)
* rozproszenie w atmosferze
-właściwości systemów teledetekcyjnych (np. czułość systemów nieliniowa i zmienna w czasie, zakłócenia)
Etapy korekcji radiometrycznej:
Obraz cyfrowy
Kalibracja detektorów korekcja systematyczna błędów skanera
Korekcja wpływu atmosfery uwzględnia stan atmosfery
Korekcja słoneczna
Korekcja topograficzna
Korekcja błędów: prążkowanie, wady, zakłócenie jakości pikseli, opuszczenie linii
Korekcja geometryczna
Obrazy cyfrowe bardzo często zawierają różnego rodzaju błędy spowodowane przez zniekształcenia geometryczne, które wynikają z:
- własności sensorów
- platform teledetekcyjnych
- rejestrowanych obiektów
Poprawianie jakości obrazów wielospektralnych
Poprawianie jakości obrazów nazywane jest wzmocnieniem i ma na celu zwiększenie możliwości rozróżniania obiektów i zjawisk w procesie interpretacji.
Do najczęściej stosowanych tu metod należą:
- zmiana kontrastu i jakości
- filtracje w dziedzinie obrazu i w dziedzinie częstotliwości
- operacje między kanałami spektralnymi (tworzenie kompozycji barwnych, przetwarzanie przestrzenne barw, indeksy spektralne i indeksy wegetacyjne)
=> Obiekty o małej jasności zapisywane są za pomocą liczb z dolnego zakresu skali, obiekty jasne otrzymują wartości bliższe drugiemu końcowi skali. Jasność pikseli jest wartością bez wymiarową.
Analizę kontroli i jasności obrazów cyfrowych przeprowadza się na podstawie histogramów.
Histogram przedstawia na poziomej osi odciętych wartości jasności pikseli z zakresu 0-255. Na osi pionowej możemy odczytać liczbę pikseli w każdym stopniu jasności.
W celu poprawienia jasności obrazu można zmienić wartości w poszczególnych pikselach o pewną stałą wartość.
=> Oprócz jasnością wielkością charakteryzującą obraz jest kontrast
Obrazy kontrastowe charakteryzują się dużą rozpiętością wartości jasności dzięki czemu odbieramy ją jako czytelne, bogate w szczegóły.
=> Wyrównanie histogramu
Innym rodzajem transformacji często stosowanym w systemach przetwarzania obrazów jest operacja wyrównania histogramu.
Wyrównanie ma na celu spowodowanie, aby każda wartość jasności była reprezentowana w obrazie z jednakowym podobieństwem.
=> Progowanie i kwantowanie
Polegające na zmianie jasności, są zaliczane do operacji z tzw. algebry obrazowej lub w systemach GIS do działań na warstwach danych.
Operacja progowania polega na utworzeniu obrazu w którym występują wyłącznie dwie warstwy - 0 lub 1.
Progowanie może być stosowane jako prosta metoda klasyfikacji treści obrazów najczęściej jednak występuje jako element bardziej złożonych operacji na obrazach.
Kwantowanie jest operacją podobną do progowania, z taką jednak różnicą, że w nowym obrazie (wynikowym) występuje kolka poziomów jasności.
Może być stosowane także do wydzielenia z obrazu pikseli o określonych poziomach jasności, na przykład, gdy chodzi o wyeliminowanie jakiegoś obiektu.
=> Filtracja
Obrazy cyfrowe są poddawane filtracji w celu:
- odseparowania i usunięcia zakłóceń, które powstają w systemie rejestracyjnym lub podczas transmisji danych
- wyodrębnianie granic i konturów w obiektach
- lokalnego wzmacniania kontrastu
- zwiększania ostrości obrazu
Wyróżnia się 2 rodzaje filtracji:
- w dziedzinie obrazu, polegającą na analizie wartości pikseli obrazu pierwotnego
- w dziedzinie częstotliwości, wykorzystującą model matematyczny, który opisuje obraz jako zjawisko falowe
Filtr górnoprzepustowy
=> Łączenie obrazów
Łączenie danych jest bardzo szeroką dziedziną działań praktycznych, w których występuje wiele typów danych zakresów promieniowania, platform teledetekcyjnych, algorytmów matematycznych i zastosowań.Łączenie obrazów jest tworzeniem kombinacji dwóch lub więcej różnych obrazów, przy użyciu określonego algorytmu, w celu stworzenia nowego obrazu.
Korzyści wynikające z łączenia obrazów:
- wzmocnienie obiektów i polepszenie efektów klasyfikacji
- zwiększenie wyrazistości obrazu
- detekcja zmian (wykrywanie)
- uzupełnienie braku informacji
- zwiększenie dokładności rejestracji w układzie współrzędnych
- tworzenie wizualizacji trójwymiarowych
=> Kompozycje barwne utworzone z różnych kanałów satelity Lanoset ETH+
3,2,1, kompozycja w barwach naturalnych używa przede wszystkim na wyświetlania obrazów w formie ułatwiającej….
Indeksy wegetacyjne (spektralne) służą do ilościowej i jakościowej oceny stanu roślinności, a także do korekty obrazów pod względem radiometrycznym ze względu na wpływ rzeźby terenu, atmosfery lub różnego oświetlenia.
Klasyfikacja treści obrazów cyfrowych ma na celu wyodrębnienie (wskazanie położenia) różnych obiektów terenowych lub zjawisk. Polega na przypisaniu każdego piksela obrazu do jednej z klas (grup) obiektów.
W zależności od trybu postępowania można wyróżnić dwie grupy metod klasyfikacji wielospektralne:
- nienadzorowana - przebiega bardziej automatycznie, mniejszy udział człowieka
- nadzorowana - tworzy się tzw. pola treningowe
Wielkość obrazu przedmiotu zależy przede wszystkim od skali zdjęcia, natomiast jego odwzorowanie na zdjęciu zależy od zdolności rozdzielczej materiału światłoczułego i obiektywu kamery.
Podczas interpretacji dąży się do znalezienia takich przedmiotów, których wymiary były znane (np. domy, drzewa). Za pomocą takich wzorów można określić wielkość poszczególnych obiektów, odczytać prawidłowo.
Kształt - na jego podstawie stwierdza się istnienie danego obiektu, szybkość i wiarygodność rozpoznania kształtu obiektu są uzależnione od jego kontrastu z tłem i od samego kształtu. Niekiedy należy uwzględniać zniekształcenie obiektów wywołane rzutem środkowym.
Kształt obiektu może być związany z jego genezą. Obiekty wytworzone przez człowieka często mają kształt zbliżony do figur geometrycznych obiekty -nat. - nieregularne.
Cień - nadaje plastykę danemu obiektowi.
Cień własny pokrywa nieoświetloną promieniami słonecznymi część obiektu.
Podkreśla on trójwymiarowość obiektu.
Cienie rzucane powstają na powierzchni terenu lub na innych obiektach. Odtwarzają one kształt obiektów i stwarzają wrażenie, że zdjęcie jest bardzo plastyczne.
Struktura obrazu- najczęściej gładka, drobno i gruboziarnista.
Tekstura - przedstawia przestrzenne ułożenie poszczególnych obiektów (elementów obrazu) w określony wzór, rysunek czy odcień.
Tekstura może być mozaikowa (pola uprawne), plamista (gleby o różnym stopniu uwilgotnienia), rowkowa (obraz roślin okopowych).
GIS- czyli system informacji geograficznej jest skrótem od angielskiego terminu Geographic Information system wprowadzony w II polowie lat 60 przez kanadyjskiego geografa Rogera Tomlinsona.
GIS oznacza system pozyskiwania, gromadzenia, aktualizacji, zarzadzania, analizowania i udostępniania danych odniesionych przestrzennie do powierzchni Ziemi . Możliwość analizowania odróżnia GIS od kartografii
Oprogramowanie wykorzystywane w GIS:
Arc Info, Arc View, GEOMEDIA, GRASS, INDRISI, Mapinfo
W GIS wyróżniamy dane przestrzenne, - które mówią nam o położeniu obiektu, atrybuty, opisowe tzw. atrybuty opisowe są to dane ilościowe lub jakościowe dołączone do obiektów przestrzennych np. kto jest właścicielem działki, rodzaj gleb, rodzaj drzew rosnących w danym lesie.
Komponenty GIS:
-sprzęt komputerowy
-oprogramowanie
-dane
-procedury do zarządzania i analizowania danych
-ludzie
GIS może funkcjonować na:
-komputerach przenośnych
-stacjonarnych komputerach personalnych
-stacjach roboczych
-komp. o dużej mocy obliczeniowej
-pojedynczym kom.
-komputerach połączonych w sieć
Oprogramowanie posiada funkcję do:
-wprowadzanie danych
-przechowywanie
-zarządzanie bazą danych
-analizowanie przestrzennych przestrzennych
W systemie informacji geo. wyróżniamy dane przestrzenne, które mówią nam o poł. opisowe atrybuty opisowe) - dane ilościowe lub jakościowe dołączone do obiektów przestrzennych.
Dane przechowywane są w bazie danych. Należy gromadzić jedynie dane niezbędne, pozwalające uzyskac określone wyniki w możliwie krótkim czasie , przy minimalnym koszcie.
Pozyskanie danych jest kosztowne, można stanowić ok. 80% kosztu całego systemu
Dane charakteryzuje:
-dokładność - szczegółowość danych
-aktualność - zgodność z modelowym światem
-wiarygodność - mówi o zaufaniu do danych
-kompletność - zgodność zgromadzonych danych z postawionymi na wstępie wymaganiami dot. teści jak i obrazu.
Ludzie są b. istotny komponentem GIS, oni system planuja, użytkują oraz podejmują decyzję w oparciu o dane zgromadzone w systemie.
Sukces czy niepowodzenie wdrożenia GIS w dużo większym stosunku zależy od czynnika „ludzkiego” niż od środków technicznych.
Zastosowanie GIS
Banki i instytucje finansowe:
-analiza rozmieszczenia klientów; posiadaczy kont, pożyczkobiorców; analiza wpływu lokalizacji, placowek na jej działalność; ocena penetracjirynku, udziału w rynku, analiza informacji o konkurencji; wspomaganie wyboru nowej placówki; analiza zachowan klientow, badania demograficzne i marketingowe; udostępnienie klientom możliwości wyszukiwania placowek bankow na interaktywnych mapach.
Nieruchomości:
-ewidencja gruntów i budynków; prezentacja lokalizacji i jej otoczenia klientowi; wybór lokalizacji i jej ocena ( ilosc potencjalnych pracownikow i/lub klientow, sieć drogowa).
Telekomunikacja
- projektowanie i utrzymanie sieci; marketing; zarządzanie kontaktem z klientem; serwisy usługowe dla telefoni komorkowej
Handel:
- marketing bezpośredni i marketing precyzyjny; wybór lokalizacji punktu sprzedazy; analiza rynku i konkurencji; alokacja zasobow w sieci handlowej
Górnictwo:
- poszukiwanie złóż; zarządzanie infrastrukturą obiektów; monitoring wpływu na środowisko; projektowanie i monitorowanie rekultywacji
Transport:
- planowanie, projektowanie utrzymanie sieci transportowych (dróg, kolei); planowanie operacji logistycznych; planowanie połączeń i tras transportu publicznego; analiza ruchu pasażerskiego i towarowego.
Ochrona zdrowia:
-lokalizacja przypadków zachorowań, zasięgu epidemii, narazenie populacji; optymalizacja rozmieszczenia placówek służby zdrowia; możliwość lokalizacji najbliższej placowki za pomoca Internetu czy serwisu komorkowego.
Walka z przestępczością
- przestrzenna analiza wystepowania przestępstw; lokalizacja jednostek patrolowych w czasie rzeczywistym.
Archeologia:
-dokumentowanie znalezisk; integracja i analiza informacji pochodzących z róznych źródeł( m.in. map historycznych, map topograficznych, zdjęć lotniczych i satelitarnych); tworzenie modeli prognozujących możliwośc wystepowania znaleziska, udostępnianie informacji o znaleziskach
Rolnictwo:
-dobór odpowiednich upraw; szacowanie plonow; rolnictwo precyzyjne ( dzieki połaczeniu GPS i GIS pozyskiwana jest w skali gospodarstw informacja np. o wystepowaniu szkodnikow, chorobach, niedoborze składników pokarmowych, wilgoci itp., wykorzystanie nastepnie do precyzyjnego wykorzystania zabiegow agrotechnicznych); przeciwdziałanie erozji wodnej; kartografia gleboznawcza; zarzadzanie subsydiami.
Leśnictwo:
-inwentaryzacja zasobów; planowanie i zarzadzanie; ochrona przeciwpozarowa; walka ze szkodnikami; planowanie udotepniania lasu
Zarzadzanie sytuacjami nadzwyczajnymi i kryzysowymi;
- ocena ryzyka dla ludzi i obiektow; ocena skali i zasiegu zagrozenia; monitorowanie rozprzestrzeniania się zagrozenia; sporządzanie planow dzialania; kordynacja akcji ratunkowych; szacowanie strat.
Źródła danych przestrzennych
Do najpopularniejszych źródeł danych przestrzennych zalicza się:
- obrazy satelitarne
- zdjęcia lotnicze
- zdjęcia naziemne
- odbiorniki GPS - wyznaczanie położenia
- automatyczne stacje pomiarowe (systemy monitoringu) np. temp, opady
- pomiary geodezyjne - najdokładniejsze dane
- pomiary i prace terenowe
- materiały publikowane
- państwowe i komercyjne zasoby danych np. roczniki statystyczne
- internetowe bazy danych
- inne bazy danych
Modele danych przestrzennych:
Raster
Wektor
Świat realny
a) W modelu rastrowym świat jest przedstawiony jako powierzchnia składająca się z regularnej siatki komórek.
Jest naturalnym modelem danych cyfrowych.
Każda komórka zawiera wartość reprezentującą przynależność do kategorii, wartość pomiarową lub zinterpretowaną.
Mapa rastrowa składa się z komórek rastrowych (pikseli).
Wielkość komórek jest zdefiniowana.
Liczba wierszy i kolumn jest zdefiniowana.
Położenie rastra jest określone w danym układzie współrzędnych przez określenie położenia jednego z punktów rastra (bądź komórki; rastra są statyczne do osi układu).
Cechy charakterystyczne:
- prosta struktura zapisu danych
- prostsza implementacja szeregu analiz przestrzennych np. nachylenie terenu
- odpowiedni do reprezentacji zjawisk o charakterze ciągłym
- potrzeba dużej mocy obliczeniowej do przetwarzania danych rastrowych
- potrzeba dużej pojemności nośników danych do składania obrazów
Przykłady rastrów:
- mapy( cywilna mapa topograficzna, wojskowa, zasadnicza, ewidencyjna, tematyczna i inne)
- zdjęcia ( lotnicze, satelitarne, fotogrametria naziemna)
Zalety:
- najprostszy format danych
- łatwość zrozumienia
- łatwość wykonywania operacji matematycznych i „nakładkowania”
- łatwo rejestrować, włączać do GIS obrazowe dane lotnicze i satelitarne
- lepsza prezentacja danych „ciągłych”
- łatwość przechowywania
Wady:
- duży rozmiar plików do wysokorozdzielczych danych
- możliwość opisu rzeczywistości zależy od rozdzielczości rastra (tzn. wielkości piksela)
- deformuje obwody i powierzchnie
- tylko jeden atrybut jest przypisywany pikselowi
Im mniejszy jest rozmiar komórki rastra, tym większa rozdzielczość danych i bardziej szczegółowa mapa.
Rastry zawsze generalizują dane przestrzenne:
- funkcja rozmiaru piksela (mniejszy piksel = większa rozdzielczość)
- określa dokładność, przetwarzanie i rozmiar plików
Dane rastrowe obejmują:
Obrazy rastrowe (podkłady rastrowe)
Gridy (mapy rastrowe)
Gridy reprezentują dane pochodne, zinterpretowane, używane często do dalszych analiz i modelowania.
Mogą być tworzone na podstawie próbek punktowych jak np. powierzchnie przedstawiające zanieczyszczenia chemiczne gleb albo w oparciu o klasyfikację obrazów jak np. grid pokrycia terenu.
Gridy mogą być:
- zmiennoprzecinkowe czy też rzeczywiste - wartość każdej komórki jest liczba rzeczywista. To naturalny sposób zapisu informacji o charakterze ciągłym np. wysokości terenu nad poziomem morza, temperaturą na jakimś obszarze, itp.
- całkowite - wartości w komórce to liczby całkowite. Do zapisu informacji o charakterze dyskretnym np. rodzaj gleby, użytkowanie, roślinność.
Podkłady rastrowe - rysunki, które nie moją w komórce liczb, ale np. zdjęcia; stanowią tło, podkład do tworzenia nowych map, rastrów.
Do danych mogą być dołączone tabele atrybutów czyli bazy danych. Każdy obiekt może mieć swój rekord w tabeli atrybutów. W tabelach są dane dodatkowe.
Niektóre mapy rastrowe nie mają tabel atrybutów, głównie mapy typu rzeczywistego.
W komórkach rastra mogą być wartości oraz puste - bez danych (NoData).
Mogą być wyświetlane lub nie.
Tabela atrybutow
Mapa typu całkowitego może mieć tabele atrybutow> kazda kategoria wartości komórek może mieć w takiej tabeli swój swój rekord dzieki czemu wiadomo:
- jakie sa te wartości (pole Value)
- ile Komorek liczy kazda kategoria wartości (pole Mount)
- jakie sa atrybuty kategorii Komorek
Jeśli w tworzonej mapie całkowitej znajduje się zbyt duzo unikalnych wartości, tabela atrybutow nie jest tworzona.
Mapy rastrowe typu rzeczywistego nie maja tabeli atrybutow, bo wartości na mapie jest bardzo duzo (tabela bylaby bardzo rozbudowana)
Model wektorowy
Podstawną koncepcją wektorowego modelu danych jest możliwość opisu obiektów geograficznych za pomocą:
- punktów (węzłów)
- linii (łuków)
- wieloboków (powierzchni, poligonów)
Zalety:
- dokładne określenie położenia, najlepszy model dla obiektów o jednoznacznie określonych granicach, np. drogi
- zwarty format zapisu - niewielka ilość pamięci
- można dołączyć nieskończoną ilość atrybutów
- łatwa aktualizacja danych
Wady:
- bardzo słaba możliwość prezentacji danych ciągłych
- złożona struktura danych wymagająca mocnych „silników obliczeniowych”
- wiele formatów danych wektorowych - potrzebne procedury konwersji
Format danych wektorowych:
- model prosty - położenie za pomocą współrzędnych
- model topologiczny
prosty model wektorowy
-punkt (point)- położenie definiowane jest para współrzędnych(x,y)
-linia (line)- definiowana jest dwiema parami współrzędnych punktow pocztkowego (x1, y1) i koncowego (x2, y2)
-polilinia (polyline)- definiowane jest n-parami współrzędnych punktow węzlowych.
-poligon (region)- definiowany jest n+1 parami współrzędnych punktów węzłowych.
Topologiczny model węzlowy
- posiada zapis określający dokładne polozenie i geometrie obiektu- dzieki czemu wiadomo, które obiekty granicza ze soba, jakie sa wspolne krawędzie w wielobokach, które punkty wyznaczaja przebieg granicy.
Wszystkie dane w GIS sa przepisywane w strukturze warstwowej, ulatwia to prowadzenie analiz.
Dane gromadzone są w formie warstw (tematów). Warstwa obejmuje zespół tematycznie powiązanych obiektów.
- rzeki
- punkty hydrologiczne
- zlewnie
- mapa pokrycia terenu
- przekroje poprzeczne
- cyfrowa mapa wysokości
- zatrzymanie opadu
- zdjęcie lotnicze
Warstwy są integrowane ze sobą za pomocą ich położenia w przestrzeni.
Numeryczny model terenu- (NMT, DEM, DTM) definiuje się ją jako numeryczna, dyskretna prezentacje powierzchni terenowej, utworzonej poprzez zbiór odpowiednia wybranych punktow lezacych na tej powierzchni oraz algorytmow interpretacyjnych umożliwiających jej odtworzenie w określonym obszarze .
Przy modelowaniu powierzchni można dodatkowo uwzględnić;
-Linie szkieletowe (grzbiety, cieki)
- linie nieciągłości (skarpy, urwiska)
- powierzchnie wyłączeń ( jeziora, budynki)
- punkty umieszczone w miejscach o ekstremalnych wysokościach (szczyty, dna dolin)
Dane do stworzenia numerycznego modelu terenu uzyskiwane sa przede wszystkim z 3 zrodel
-bezposrednich pomiarow terenowych
-pomiary fotogrametryczne
-digitalizacji istniejących mas
Bezpośrednie pomiary terenowe
Pomiary bezpośrednie charakteryzuja się wysoką dokładnością, a punkty wysokościowe w latwy sposób sa wprowadzane do systemow informatycznych. Pomiary te sa pracochłonne, kosztowne.
Pomiary fotogrametryczne
Za pomoca instrumentow fotogrametrycznych lub zaawansowanych programow komputerowych możliwe jest automatyczne pozyskiwanie wysokości na zbudowanym..?. najczęściej wysokości sa pozyskane na siatce protokatow lub kwadratow.
Ponieważ w ten sposób pozyskane wysokości nie oddaja w pelni złożoności form terenowych można ? automatyczne zageszczenie siatki przy dużych zmianach wysokości. Przy interwencji operatora możliwe jesy pozyskanie linii strukturalnych.
Digitalizacja map ( skanowanie)
Dane uzyskuje się poprzez digitalizacje poziomic, która ma zawsze charakter probkowania stad dane te sa obarczone większymi bledami niż w przypadku pomiarow terenowych czy fotogrametrycznych. Dodatkowo NMT obarczony jest bledami określania i odczytania wysokości.
Numeryczny model rzezby terenu może być wykorzystany do:
-Wyznaczenia wysokość
- wyznaczenie spadkow i ekspozycji
-tworzenia przekrojow terenowych
- analizy widoczności
- tworzenia warstwic
- cieniowania
- obliczania objętości
- wizualizacji 3D
Metoda biegunowa:
1. Identyfikujemy po 2 punkty na zdjęciu i mapie obiekty znajdujące się w pobliżu obiektu który chcemy podnieść
2. Na zdjęciu lotniczym oznaczamy środek przenoszonego obiektu - punkt p
3. Na zdjęciu łączymy ze sobą punkty a i b oraz jeden z nich , np. a z punktem p. Odcinki ab oraz ap tworzą ze sobą kąt β.
4. Po połączeniu na mapie punktów A i B przenosimy kąt β przy wierzchołku A. Znalezione w ten sposób drugie ramie kąta wyznacza p kierunek do przenoszonego punktu.
5. Na wyznaczonym poprzednio kierunku odkładamy zredukowany do skali mapy odcinek ap i w ten sposób znajdujemy punkt p.
Metoda rzędnych i odciętych:
1. Identyfikujemy na zdjęciu i na mapie punkty (a,b - na zdjęciach i A,B na mapie w przybliżeniu na tej samej wysokości.
2. Na zdjęciu zaznaczamy przenoszony punkt p
3. Na zdjęciu rzutujemy przenoszony punkt p na prostą przechodzącą przez punkty a i b rzut tego punktu oznaczamy symbolem p
4. Na mapie wyznaczamy prostą przechodzącą przez punkty A i B od jednego z nich A odmierzamy odcinek ap ze zdjęcia ale zredukowany do skali mapy. Otrzymamy tym samym położenie punktu P'
5. Z punktu P' wystawiamy prostopadłą i na niej odkładamy zredukowany do skali mapy odcinek pp' ze zdjęcia, znajdując w ten sposób położenie punktu P.
Metoda cięcia wstecz
1.Identyfikujemy na mapie i zdjęciu 3 punkty a, b, c oraz punkt p leżący mniej więcej w środku tych punktów.
2.na kalce przyłożonej do zdjęcia wykreślany z punktu p proste do punktu a, b, c
3.Kalkę zdjęciową przykładamy do mapy i manewrujemy w taki sposób aby kierunki pa, pb, pc, na kalce zdjęciowej przechodziły przez odpowiedni pkt A, B, C na mapie i odkładamy szpilką P przeniesiony
Metoda cięcia w przód
1. Identyfikujemy na zdjęciu lotniczym i na mapie topograficznej 2 punkty a,b i na mapie AB dopasowane do północy
2. zataczamy łuk z a do p i z b do p na mapie
1