plik

Systemy Informacji Przestrzennej / SIP

Geographic Information Systems / GIS

dr Paweł Sowiński

Katedra Gleboznawstwa i Ochrony Gleb / UWM w Olsztynie

pawels@uwm.edu.pl

program

1. organizacja / wstęp do SIPu / przykłady

2. dane rastrowe

3.   dane wektorowe
4.   bazy danych
5.   współrzędne i geokodowanie
6.   projekty SIP, zarządzanie, metadane, dokumentacja
7.   numeryczny model krajobrazowy
8.   teledetekcja
9. SIP - oprogramowanie, wymaganie sprzętowe

Systemy Informacji Przestrzennej / SIP

warstwy rastrowe

~1980 ca. 26 x 18 cm

1865 120 x 80 cm

~1902 30 x 20 cm

1997 ca. 21 x 22 cm

1) podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

2) cyfrowe zachowywanie danych rastrowych

3) wartość / barwa / znaczenie

4) przykłady danych rastrowych

Systemy Informacji Przestrzennej / SIP

Geographic Information Systems / GIS

=> dane rastrowe - definicja i właściwości <=

1) podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

2) cyfrowe zachowywanie danych rastrowych

3) wartość / barwa / znaczenie

4) przykłady danych rastrowych

Systemy Informacji Przestrzennej / SIP

Geographic Information Systems / GIS

=> dane rastrowe - definicja i właściwości <=

Dobers 08.2007

podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

Tso & Mather 2001

1. odbicie promenia słońca
2. mierzenie promienia przez sensor

a) rozdzielczość geometryczna
b) rozdzielczość sensora

3. zachowywanie w pamięci

sensor / czujnik:

oko, kamera/film, skaner,
sensor spektralny (np. satelita),
termosensor, itp.

podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

1. odbicie promenia słońca

2. mierzenie promienia przez sensor

a) rozdzielczość geometryczna
b) rozdzielczość sensora

3. zachowywanie w pamięci

Tabela: Część względna odbitego promienia dla różnych powierzchni

odbicie widzialnego promienia

materiał powierzchni

(albedo)

ciemny las

5 - 15 %

droga asfaltowa

8 %

łąka (sucha)

14 %

piasek (mokry)

18 %

piasek (suchy)

31 %

beton (chropowaty, suchy)

35 %

śnieg (stary)

42 - 70 %

śnieg (świeży)

80 - 90 %

podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

1. odbicie promenia słońca

2. mierzenie promienia przez sensor

a) rozdzielczość geometryczna
b) rozdzielczość sensora

3. zachowywanie w pamięci

powstawanie koloru
nierówne odbicie promienia w
poszczególnych częściach spektrum
widzialnego (ang. VIS)

IR - infrared

(podczerwień)

UV - ultraviolett

(ultrafiolet)

podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

1. odbicie promenia słońca

2. mierzenie promienia przez sensor

a) rozdzielczość geometryczna

b) rozdzielczość sensora

3. zachowywanie w pamięci

rozróżnienie elementów graficznych
dpi - dots per inch / kropki na cal
ppi - pixel per inch / piksele na cal

1 cal = 25.4 mm

rozdzielczość maksymalna

skaner normalny         2,400 (- 9,200) dpi
skaner profesjonanly       12,000 dpi
skaner dla slajdów             4,000 dpi

oko człowieka ~10,000 ppi
oko ptaka drapieżnego ~25,000 ppi

50 dpi

38 KB

100 dpi

152 KB

200 dpi

607 KB

400 dpi

2,425 KB

podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

1. odbicie promenia słońca

2. mierzenie promienia przez sensor

a) rozdzielczość geometryczna

b) rozdzielczość sensora

3. zachowywanie w pamięci

... to zależy od szczegółów na mapie!

(1) ocena wizualna! (siedząc przed skanerem) => trial and error

(2) ocena teoretyczna

... rysowanie map` => linii o szerokości 0.1 mm

50 dpi => 50:25.4 [piksel*mm

-1

] => 1.97 [piksel*mm

-1

] => 0.51 [mm*piksel

-1

]

100 dpi => 100:25.4 [piksel*mm

-1

] => 3.94 [piksel*mm

-1

] => 0.25 [mm*piksel

-1

]

200 dpi => 200:25.4 [piksel*mm

-1

] => 7.87 [piksel*mm

-1

] => 0.13 [mm*piksel

-1

]

250 dpi => 250:25.4 [piksel*mm

-1

] => 9.84 [piksel*mm

-1

] => 0.10 [mm*piksel

-1

]

300 dpi => 300:25.4 [piksel*mm

-1

] => 11.81 [piksel*mm

-1

] => 0.08 [mm*piksel

-1

]

50 dpi

38 KB

jaka rozdzielczość jest potrzebna dla skanowania map ?

podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

1. odbicie promenia słońca

2. mierzenie promienia przez sensor

a) rozdzielczość geometryczna

b) rozdzielczość sensora

3. zachowywanie w pamięci

... to zależy od szczegółów na zdjęciu!

(1) ocena wizualna! (siedząc przed skanerem) => trial and error

(2) ocena teoretyczna

... slajd / negatyw 24 x 36 mm => 864 mm

600 dpi => 23.6 piksela*mm

-1

=> 558 pikseli*mm

-2

=> 0.5 MB

1200 dpi => 47.2 piksela*mm

-1

=> 2,232 pikseli*mm

-2

=> 1.8 MB

4000 dpi => 157.5 piksela*mm

-1

=> 24,800 pikseli*mm

-2

=> 20.4 MB

5 Megapiksel => 5,000,000 ~ 864 mm

=> 5,787 piksela*mm

-2

=> 1,932 dpi

50 dpi

38 KB

jaka rozdzielczość jest potrzebna dla skanowania zdjęć ?

kolor

... x 3

1 bit => 2 możliwości

2 bit => 4 możliwości

1. odbicie promenia słońca

2. mierzenie promienia przez sensor

a) rozdzielczość geometryczna

b) rozdzielczość sensora

3. zachowywanie w pamięci

rozdzielczość sensora

RGB

czerwony (R)

zielony (G)

niebieski (B)

1. odbicie promenia słońca

2. mierzenie promienia przez sensor

a) rozdzielczość geometryczna

b) rozdzielczość sensora

3. zachowywanie w pamięci

256*256*256 =

1) podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

2) cyfrowe zachowywanie danych rastrowych

3) wartość / barwa / znaczenie

4) przykłady danych rastrowych

Systemy Informacji Przestrzennej / SIP

Geographic Information Systems / GIS

=> dane rastrowe - definicja i właściwości <=

miarą dokładności danej warstwy rastrowej w SIPie

nie jest skala tylko rozdzielczo

ść

- definicja geometryczna warstw rastrowych -

współrzędne & liczba W i K

=> rozdzielczo

ść

rastru

[ wymiar/obszar piksela ]

warstwy rastrowe

min. współrzędna X
min. współrzędna Y

maks. współrzędna X
maks. współrzędna Y

liczba wierszy i kolumn

piksel lub
element rastrowy

1) warto

ci w pikselach (=> pamięć komp.)

1, 2, 3, 4, 5

warstwe rastrowe

- piksele lub elementy obrazowe (ang. picture elements => pixel) -

w: 12

k: 8

max x: 439

min x: 559
max y: 1029

min y: 1209

1 1 3 2 5 5 5 5

2 1 2 5 5 5 5 5

2 2 1 2 2 3 4 4

5 4 2 1 2 2 4 4

5 3 3 3 1 2 4

5 3 3 3 2 1 2 2

5 4 4 4 2 2 1 2

5 5 4 4 4 4 1 2

5 5 5 4 4 2 1 2

5 5 5 5 5 5

2 1

5 5 5 5 4 4 2 1

2) barwy dla wyświetlenia

n.p.

1 niebieski / 2 jasno zielony

3 pomarańczowy / 4 brązowy
5 ciemno zielony

lub

1 czarne / 2 jasno zielony

3 niebieski / 4 ciemno zielony
5 brązowy

min.

: 439 [m]

min.

: 1029 [m]

maks.

: 559 [m]

maks.

: 1209 [m]

współrzędne & liczba W i C

=> rozdzielczo

ść

rastru

[ 15x15 m ]

(=> granica dokładności !!)

13 x wart. 1 => 2925 m

rzeki

23 x wart. 2 => 5175 m

łąki

8 x wart. 3 => 1800 m

teren zabudowany

20 x wart. 4 => 4500 m

grunty orne

32 x wart. 5 => 7200 m

lasy

cały raster: 96 pikseli => 21600 m

warstwy rastrowe

- definicja geometryczna warstw rastrowych -

liczba wiersz (12) i kolumn (8)

definicja przestrzenna warstwy rastrowej

- macierz pikseli
- prostokąt
- pionowy
- każdy piksel ma swoją wartość

numeryczny model terenu (NMT)

NMT (wszystkie dane wyświetlone / '0' znaczy 'brak danych')

NMT (wszystkie informacje wyświetlone / '0' znaczy 'brak danych' / '0' przezroczysty)

definicja przestrzenna warstwy rastrowej

- brak danych / wartość „NULL“ -

[(0) komputery dzisiaj są rezultatem rozwoju komputerów ]

(1) pierwsze komputery używano do przeliczania i przetwarzania tekstów

=> dane/informacja => litery i liczby

=> 95 różnych znaków potrzebnych (znaki ASCII)

=> American Standard Code for Information Interchange

(2) komputery potrzebują prądu

dane i informacje w komputerze (1)

95 znaków ASCII

- komputery potrzebują prądu

- prąd jest lub go nie ma => dane zachowywane są w strukturach "jest" / "nie ma"

=> włączony = "1" / wyłączony = "0"

- podstawową formą w pamięci dla "0/1"-struktur jest BIT

- nazwa BIT pochodzi z binary digit [ ang. binary system ~ system dualny ]

- bit jako fundament systemu dualnego ma dwa stany ("jest" / "nie ma")

- wartość bit-u można przetłumaczyć jako np. ...

... 1 / 0
... włączony / wyłączony
... prawda / fałsz
... istnieje / nie istnieje
... itp.

- bit jest podstawową jednostką

w teorii informacji (information theory)

dane i informacje w komputerze (2)

95 znaków ASCII

typy danych warstw rastrowych

i potrzebna dla nich pamięć

typ danych

wartości

bajt na piksel

unsigned
Boolean

0 / 1

1 bajt* (1 bit)

byte / 8-bit

0 .. 255

1 bajt

signed
short integer

-128 .. +127

1 bajt

integer

-32 768 .. +32 767

2 bajty

long integer

-2 147 483 648 .. +2 147 483 647

4 bajty

floating point
single precision

7 liczb po przec. (np. 4,3426235) 4 bajty

double precision 16 liczb po przec. (5,34262354393273) 8 bajtów

- ćwiczenie -

warstwa rastrowa

typ danych

bajt na piksel

wysokość terenu (NMT) / 45 - 215 m

wysokość terenu (NMT) / -8 - 215 m

wysokość terenu (NMT) / -8 - 2.134 m

wysokość ter. (NMT) / 45,25 - 67,75 m

pokrycie terenu [ 6 kategorii ]

skan czarno-biały [256 stopni]

skan kolorowy [RGB, 256 stopni]

obszar chroniony [ tak / nie ]

typy danych warstw rastrowych

i potrzebna dla nich pamięć

byte

integer

single precision

byte

byte (każdy kanał)

1 (*3)

Boolean

1 (1 bit)

1) podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

2) cyfrowy zachowywanie danych rastrowych

3) wartość / barwa / znaczenie

4) przykłady danych rastrowych

Systemy Informacji Przestrzennej / SIP

Geographic Information Systems / GIS

=> dane rastrowe - definicja i właściwości <=

wyświetlenie rastrów

np. zdjęcie lotnicze czarno-białe

przetłumaczenie wartości na kolory
(1 bajt/piksel => 256 możliwości)

wyświetlenie rastrów

np. zdjęcie lotnicze czarno-białe

raster NMT (na tle warstwice)

warto

ci wysoko

ci (typ danych: floating point) - 4 bajty/piksel

np. raster NMT

wartości =>

liczby (zawsze)

wyświetlenie =>

256 stopni szarości / kolorów

znaczenie =>

wysokość terenu

wyświetlenie rastrów

np. numeryczny model terenu (NMT)

czerwony

zielony

niebieski

warstwa inf. niebieskiej

=> kolor czerwony

warstwa inf. zielonej => kolor zielony

warstwa inf. czerwonej

=> kolor niebieski

warstwa inf. niebieskiej

=> kolor czerwony

warstwa inf. czerwonej

=> kolor zielony

warstwa inf. zielonej

=> kolor niebieski

warstwa inf. czerwonej => kolor czerwony

warstwa inf. zielonej => kolor zielony

warstwa inf. czerwonej

=> kolor niebieski

informacja kolorowa w warstwach rastrowych

- raster colour composite / raster false colour composite -

przetłumaczenie wartości w kolory

(3 bajt/piksel => 256*256*256 kolory)

16.777.216 kolory

(bajt)

np. raster RGB mapy topograficznej

wartości =>

liczba (zawsze!)

wyświetlenie =>

po 256 stopni kolorów R, G, B

znaczenie =>

zdefiniowane symbole mapy topograficznej

1) podstawy fizyki 'widzenia' obiektów

2) cyfrowy zachowywanie danych rastrowych

3) wartość / barwa / znaczenie

4) przykłady danych rastrowych

Systemy Informacji Przestrzennej / SIP

Geographic Information Systems / GIS

=> dane rastrowe - definicja i właściwości <=

różne warstwy rastrowe

~1980 ca. 26 x 18 cm

1865 120 x 80 cm

~1902 30 x 20 cm

1997 ca. 21 x 22 cm

satellite image of Olsztyn region

[ ETM+ / 31.07.1999 / VIS (bd123) ]

warstwa rastrowa - zdj

cie satelitarne RGB

odległość

warto

ci odleg

ci (floating point)

distance [m]

ytkowanie terenu (1, 2, 3,

, 5)

klasyfikowanie

1=0 / 2=0 / 3=0 / 4 = 1 / 5=0

warstwa Bool-a (0/1)

różne warstwy rastrowe

numeryczny model terenu

(raster)

różne warstwy rastrowe (NMT i in.)

spadki terenu

(raster)

input raster - spadki terenu

przydatność dla sportów zimowych
klasa min

maks

1         0.1        1.8
2         1.9        3.9
3         4.0        5.9
4         6.0       100

różne warstwy rastrowe (NMT i. in.)