Analiza przestrzenna

[Wpisz podtytuł dokumentu]

Spis treści:

1. Analiza przestrzenna i informacja przestrzenna
2. Analiza danych przestrzennych
3. Rodzaje analizy przestrzennej
4. Funkcje analizy przestrzennej
5. Bibliografia

1

ANALIZA PRZESTRZENNA

I

INFORMACJA PRZESTRZENNA

Istotę Systemów Informacji Geograficznej stanowi

dokonywania analiz o charakterze przestrzennym.

Analiza przestrzenna – spatial analysis – ma ona na celu ujawnienie lub uzyskanie nowej
informacji przestrzennej, zwłaszcza geograficznej.

1

Analiza przestrzenna jest procesem w którym surowe dane są przekształcane w użyteczną
informacje przestrzenna. W wielu ośrodkach geograficznych zagadnienia analizy
przestrzennej były jeszcze niedawno uznawane za czysto teoretyczne, obecnie są
przedmiotem badan w szerokim zakresie aplikacyjnym .

2

Analiza przestrzenna ma wiele zastosowań naukowych, a jej celem jest wykrycie pewnych
prawidłowości w rozkładzie danych. Regularność w rozkładzie zjawisk może być pomocna w
odkryciu ich przyczyny.

3

Podstawą poprawności analiz przestrzennych jest dokładność przestrzenna danych w ramach
ustalonej skali.

4

Analizy przestrzenne – obszar zainteresowań:



monitoring,

1

Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej, Leksykon, Hasło: Analiza przestrzenna

2

David J. Maguire, David W. Rhind, GIS Teoria i praktyka, PWN, Warszawa 2006, s. 31

3

Ibid., str.321

4

Systemy Informacji Geograficznej GIS, Wykład nr 1, WSEiZ rok akademicki 2009/10, s. 36



kontrola i planowanie,



prognozowanie,



symulacje zmian i możliwości.

5

Istnieją różnorodne klasyfikacje analiz przestrzennych:

Analizy pionowe – badające zależności obiektów i zjawisk odnoszące się do różnych
powierzchni elementarnych, znajdujących się na różnych warstwach informacyjnych (np.:
zgodność roślinności rzeczywistej z siedliskiem).

Analizy poziome - badające zależności i zjawiska w ramach jednej warstwy informacyjnej
(np.: sąsiedztwo, kształt granicy, znalezienie najkrótszej drogi).

Analizy przestrzenne:

1. zapytania do bazy danych - nie następuje żadna zmiana danych, a wyszukiwane są

jedynie dane spełniające odpowiednie kryteria;

2. pomiary - analizy, w których wyznaczane są proste charakterystyki geometryczne

obiektów (np. długość, pole powierzchni, kształt);

3. przekształcenia – operacje, w których dane przestrzenne ulegają zmianie w wyniku

zastosowania operatorów geometrycznych, arytmetycznych lub logicznych;

4. statystyki i charakterystyki opisowe;
5. modelowanie (w tym optymalizacja i symulacja).

Informacja przestrzenna to każda informacja o środowisku geograficznym, o obiektach i
zjawiskach w przestrzeni otaczającej człowieka.

Geoinformacja (informacja geoprzestrzenna) jest „informacją o położeniu, geometrycznych
właściwościach i przestrzennych relacjach obiektów, które mogą być identyfikowane w
odniesieniu do Ziemi”.

Przez obiekty przestrzenne można rozumieć obiekty naturalne i sztuczne związane z
powierzchnią Ziemi oraz różne zjawiska (przyrodnicze, społeczne, ekonomiczne), które mogą
być rozpatrywane w odniesieniu do Ziemi. Geoinformacja powstaje w wyniku powiązania
informacji tekstowej o obiekcie z miejscem w przestrzeni geograficznej.

5

Paweł Strzeliński, Systemy Informacji Przestrzennej, Wydział Leśny UP w Poznaniu,2013/14,s. 60

2

ANALIZA DANYCH PRZESTRZENNYCH

Analiza jest procesem poszukiwania (wydobywania) informacji ukrytej w zbiorze danych.

1. Dane przestrzenne

Dane przestrzenne, graficzne - dane dotyczące obiektów przestrzennych, w tym zjawisk i
procesów, znajdujących się lub zachodzących w przyjętym układzie współrzędnych.
Przyjmuje się, że dane przestrzenne są dowolnymi danymi bezpośrednio lub pośrednio
odniesionymi do określonego miejsca lub obszaru geograficznego.

Dane przestrzenne dotyczą:

a) właściwości geometrycznych obiektu przestrzennego, a zwłaszcza jego położenia
względem przyjętego dwuwymiarowego lub trójwymiarowego układu współrzędnych;
b) charakterystyki obiektu pod względem czasu, np. daty jego utworzenia;
c) związków przestrzennych (topologicznych) danego obiektu z innymi obiektami
przestrzennymi;
d) wyróżnionych atrybutów opisowych obiektu przestrzennego, służących do jego
identyfikacji oraz określających jego podstawowe właściwości.

6

6

Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny

2. Analiza danych przestrzennych

Najprostszym przypadkiem analizy danych przestrzennych jest wzrokowa ocena ich
rozmieszczenia na podstawie zobrazowania w postaci tradycyjnej mapy. W opisanym
przypadku analizy dokonuje człowiek patrząc na mapę. W systemach informacji
przestrzennej zadanie to wykonuje komputer przy pomocy odpowiedniego oprogramowania
na podstawie zbioru danych, który zgodnie z przyjętym modelem opisuje rzeczywistość.

Analiza realizowana jest z zastosowaniem metod matematycznych, które stają się
„wzrokiem” komputera pozwalającym wyciągać wnioski. Wzrok komputera zbudowany jest z
elementarnych procedur matematycznych dostarczających odpowiedzi na najprostsze
pytania związane z relacjami obiektów w przestrzeni typu: czy odcinki się przecinają, po
której stronie odcinka leży punkt, czy punkt leży wewnątrz wielokąta itp.. W rezultacie
wymienione elementarne procedury po wykonaniu stosownych obliczeń dają odpowiedzi na
postawione pytania. Początkiem każdej analizy jest wybór danych, na podstawie których w
dalszym jej etapie wykonane zostaną odpowiednie działania prowadzące do otrzymania
wyniku.

Podejmowane w trakcie analizy działania mogą dotyczyć:



geometrii obiektów,



atrybutów opisowych,



powiązania geometrii z atrybutami opisowymi.

Wynikiem analizy może być jedynie wybranie interesującej nas (spełniającej warunki
zadania) grupy obiektów, utworzenie nowych obiektów lub modyfikacja atrybutów obiektów
istniejących.

3. Różnica miedzy danymi przestrzennymi a geograficznymi

Dane przestrzenne mają szersze znaczenie, ponieważ oznaczają wszelkiego rodzaju dane
odniesione do pewnego układu współrzędnych, podczas gdy dane geograficzne ograniczają
się tylko do naszego środowiska przyrodniczego.

Analiza danych przestrzennych jest swojego rodzaju kwintesencja systemów
geoinformacyjnych ponieważ dotyczy wszelkiego rodzaju przekształceń i obliczeń, których
celem jest odpowiednie przygotowanie informacji przestrzennej dla celów decyzyjnych i
naukowych.

4. Cechy danych przestrzennych:



ujawnia ukryte prawidłowości,



jest istotą programów GIS, umożliwia zmianę danych na użyteczną informacje,



podstawa właściwie wykonanej analiz przestrzennych jest dobrze przygotowany
użytkownik systemu geoinformacyjnego, a nie moc obliczeniowa komputera,



wspomaga nasze możliwości percepcji,



to zbiór procedur których wynik obliczeń zależy od poleżenia danych wejściowych.

7

5. Modele danych przestrzennych

Dane przestrzenne mogą być przedstawione w reprezentacji wektorowej lub rastrowej.
Systemy GIS zawierają narzędzia, które umożliwiają równoczesną wizualizację danych
pochodzących z warstw rastrowych i wektorowych. Można również przeprowadzać analizy
przestrzenne danych pochodzących z warstw różniących się sposobem reprezentacji.

Model rastrowy

W modelu rastrowym przestrzeń dzielona jest na regularne wypełniające w całości elementy
(tzw. komórki rastra lub piksele). Zwykle mają one postać kwadratów. Zakłada się,że każda
komórka jest homogeniczna - jednolita pod względem opisującego ją atrybutu.

Rozmiar pojedynczej komórki różni się w zależności od stopnia szczegółowości danych w
systemie - mogą to być zarówno centymetry jak i setki kilometrów.

Struktury rastrowe mogą być również wydajniej przetwarzane cyfrowo, w związku z czym
lepiej sprawdzają się w zastosowaniach wymagających zaawansowanych operacji
matematycznych z wykorzystaniem różnych warstw danych.

Model wektorowy

Systemy wektorowe z kolei posiadają przewagę tam, gdzie ważne jest dokładne
odwzorowanie granic obiektów (np. w ewidencji gruntów), szybkie sporządzanie różnego
rodzaju map zawierających wybrane warstwy tematyczne czy tzw. analizy sieciowe.

Dane zgromadzone w systemie mogą być na różne sposoby wizualizowane. Najczęściej
wizualizacja przybiera formę mapy.

Podsumowanie

Model wektorowy jest właściwszy dla analiz precyzyjnie określających kierunek przepływu
między punktami (droga, rzeka, kabel telefoniczny, rura) - dyskretnymi elementami, głownie
antropogenicznymi, których atrybuty stanowią kluczową rolę w określaniu całej sieci.

Model rastrowy jest korzystniejszy w przypadku gdy problemem jest znalezienie drogi przez
teren, gdzie nie znajdują się określone ścieżki oraz tam gdzie sieć nie składa się z wielu
warstw i atrybutowo zdefiniowanych kierunków, co czyni proces modelowania znacznie
bardziej złożonym.

7

David J. Maguire, David W. Rhind, GIS Teoria i praktyka, PWN, Warszawa 2006, s.31

Obydwa modele danych posiadają swoje wady i zalety, a wybór modelu zależy od
przeznaczenia systemu. Niewątpliwie systemy rastrowe nadają się lepiej do analizy zjawisk
ciągłych w przestrzeni.

6. Wybrane sposoby pozyskiwania danych

a) wprowadzanie współrzędnych przy pomocy klawiatury– arkusze kalkulacyjne,

systemy obsługi baz danych i inne,

b) dane z pomiarów GPS,
c) pomiary geodezyjne,
d) digitalizacja map,
e) skanowanie i wektoryzacja ekranowa,
f) obrazy satelitarne.

8

8

Justyna Górniak-Zimroz, Modele i edycja danych przestrzennych w systemach GIS,Wrocław 2009, s. 30

3

RODZAJE ANALIZY PRZESTRZENNEJ

1. Kwerenda

Kwerenda czyli zapytanie użytkownika bazy danych, nie następuje tu żadna zmiana danych, a
poszukiwane są jedynie dane spełniające odpowiednie kryteria.

9

Najprostszy rodzaj kwerendy wymaga interakcji pomiędzy użytkownikiem i systemem
geoinformacyjnym, który posługuje się różnymi metodami obrazowania wyniku zapytania.

Przeszukiwane bazy danych za pomocą kwerendy dostarcza różnych informacji zestawionych
według wymagań użytkownika.

10

Rodzaje

11

:

KWERENDA MODYFIKUJĄCA

Pozwala na wprowadzenie zmian w wielu rekordach. Istnieją cztery rodzaje kwerend
modyfikujących: usuwająca, aktualizująca, dołączająca i tworząca tabele.

KWERENDA USUWAJĄCA

Usuwa grupę rekordów z jednej lub kilku tabel. Użycie kwerendy usuwającej powoduje
usunięcie całych rekordów, nie zaś wybranych pól w rekordach.

9

David J. Maguire, David W. Rhind, GIS Teoria i praktyka, PWN, Warszawa 2006, s. 327

10

Ibid., s. 328

11

pwszjardefence.wikidot.com/1-wyja-nij-co-to-jest-kwerenda-i-podaj-ich-rodzaje, sesja: 16.11.2014, 21:58

KWERENDA AKTUALIZUJĄCA

Dokonuje globalnych zmian w grupie rekordów w tabeli lub kilku tabelach. Za pomocą
kwerend aktualizujących można zmienić dane w istniejacych tabelach.

KWERENDA DOŁĄCZAJĄCA

Dodaje grupę rekordów z tabeli lub tabel na końcu innej tabeli lub tabel. Kwerendy
dołączające są również przydatne w następujących sytuacjach:



dołączanie pól wybranych na podstawie kryteriów;



dołączanie rekordów w sytuacjach, gdy część pól jednej tabeli nie ma swoich
odpowiedników w drugiej tabeli.

KWERENDA TWORZĄCA TABELĘ

Tworzy nowa tabelę z wszystkich lub części danych znajdujących się w jednej lub kilku
tabelach.

KWERENDA KRZYŻOWA

Wyświetla zliczone wartości z pola i porządkuje wartości w wiersze i kolumny. Łączy analizy
zliczania oraz sumowania. Ma budowę zbliżoną do tabeli, gdyż składa się z wierszy i kolumn.
Każdy wiersz to oddzielny rekord, a kolumna to pole w danym rekordzie. Niekiedy kwerenda
powinna zawierać jedynie ograniczony zakres danych.

2. Pomiar

Pomiar wyznacza proste charakterystyki geometryczne obiektów

12

czyli:



długość,



pole powierzchni,



kształt.

Wiele analiz przestrzennych wymaga pomiarów kartometrycznych. Tradycyjne pomiary na
mapach są bardzo pracochłonne, jednak można je łatwo zautomatyzować, jeśli dysponujemy
mapami postaci cyfrowej.

13

12

David J. Maguire, David W. Rhind, GIS Teoria i praktyka, PWN, Warszawa 2006, s. 327

13

Ibid., s. 331

3. Przekształcenia

Przekształcenia to operacja w której dane przestrzenne ulegają zmianie w wyniku
zastosowania operatorów geometrycznych, arytmetycznych lub logicznych.

14

4. Charakterystyki opisowe

Celem charakterystyk opisowych jest opis zbioru danych za pomocą kilku liczb, sa one
przestrzennym odpowiednikiem parametrów statystycznych.

5. Metody optymalizacyjne

Metody optymalizacyjne są używane w celu wskazania najlepszej lokalizacji obiektu, na
podstawie dobrze zdefiniowanych kryteriów.

6. Testowanie hipotez

Testowanie hipotez to wnioskowanie na podstawie ograniczonego zbioru danych w celu
sformułowania pewnego uogólnienia odnoszącego się do populacji generalnej.

15

14

David J. Maguire, David W. Rhind, GIS Teoria i praktyka, PWN, Warszawa 2006, s. 327

15

Ibid., s. 328

4

FUNKCJE ANALIZY PRZESTRZENNEJ

Obiekty na mapie mogą być wizualizowane w sposób zależny od ich atrybutów opisowych.

Każdej unikatowej wartości jest przypisany jeden lub

więcej parametrów określających wygląd obiektu.

Funkcje analizy przestrzennej:

1. Wybór obiektów
2. Analiza związków zachodzących między wybranymi obiektami
3. Nakładanie warstw tematycznych

4. Buforowanie (analiza bliskości)

Wokół obiektów wyznaczana jest strefa o wielkości określanej za pomocą promienia
podanego przez użytkownika. W rezultacie otrzymujemy obszar o kształcie koła dla bufora
wokół punktu, korytarz wzdłuż obiektów liniowych i obszar wokół obiektów obszarowych.

16

16

Leszek Litwin, Grzegorz Myrda, System Informacji Geograficznej Zarzadzanie danymi przestrzennymi w

GIS,SIP,SIT,LIS, Helion, s. 39

Tabela warstwy buforowej zawiera atrybuty warstwy wyjściowej oraz dane o rozmiarach
strefy buforowej.

Dla punktów obszary koncentryczne:
•o określonym promieniu;
•o promieniu zależnym od wartości wybranego atrybutu;
•o kilku zakresach.

5. Analizy sieciowe

Analizy sieciowe to zestaw funkcji działających na obiektach liniowych umożliwiających
określenie np. najkrótszej drogi pomiędzy dwoma punktami czy optymalizacja trasy
przejazdu pomiędzy wieloma punktami.

Siec połączonych obiektów liniowych może posłużyć do analiz i symulacji rozpływu
określonego medium. Może to być zarówno szacowanie ruchu samochodowego, określanie
najkrótszej lub najszybszej drogi dojazdu, jak i symulowanie przepływu wody
w ciekach wodnych lub rurociągach.

17

Sieci składają się z elementów dwu rodzajów: z krawędzi (linie) i z łączników (węzłów).
Elementy te są powiązane topologicznie. Wzdłuż krawędzi odbywa się przepływ różnych
substancji, towarów, ludzi itp. Łączniki występują na przecięciu dwu lub więcej krawędzi i
pozwalają na przepływ pomiędzy różnymi krawędziami.
Tworzenie sieci polega na zdefiniowaniu własności poszczególnych jej elementów.
Przykład: droga dzielona jest na szereg krótszych odcinków, w zależności od zmienności
przypisanych do niej atrybutów.

Określane są:
•utrudnienia ruchu lub przepływu (opory – spowolnienie ruchu
w godzinach szczytu),
•warunki w węzłach (zakazy skrętów na skrzyżowaniach),
•bariery ( jednokierunkowość i przejezdność ulic).

6. Klasyfikacja według wartości atrybutów opisowych (mapy tematyczne)

17

Leszek Litwin, Grzegorz Myrda, System Informacji Geograficznej Zarzadzanie danymi przestrzennymi w

GIS,SIP,SIT,LIS, Helion, s. 39

7. Analiza w trzech wymiarach

Numeryczny model terenu – informacja o wysokości terenu nad poziomem morza.

Rzeźba terenu może być przedstawiona na mapie między innymi za pomocą poziomic,
metody hipsometrycznej i/lub cieniowania.

8. Generalizacja (zmiana skali)

Proces generalizacji polega na przekształcaniu danych w taki sposób, aby zawierały
zredukowaną liczbę szczegółów. W rezultacie zmniejsza się liczba punktów i odcinków,z
których zbudowane są linie i poligony. Istnieje szereg przyczyn przeprowadzania generalizacji
danych. Jedną z podstawowych jest prowadzenie analiz w zredukowanej skali, czyli skali
znacznie mniejszej niż odpowiadająca aktualnej dokładności danych. Czas i ilość pamięci
potrzebna do wykonania różnego rodzaju operacji zależy od ilości danych (liczby punktów z
których się składają).

18

Upraszczanie rysunku jest niezbędne przy zasadniczej zmianie skali mapy. Zachowanie
szczególnych cech zarysów lub powiększenie pewnych istotnych szczegółów może być
konieczne ze względu na przeznaczenie mapy.

9. Wizualizacja

Prezentacja danych GIS może przybierać postać interaktywnej mapy lub tabeli z atrybutami
opisowymi na ekranie monitora, może też polegać na drukowaniu map, tabel,
wykresów. Aby wydrukowana mapa przypominała tradycyjny produkt kartograficzny,
zwykle konieczne jest wyposażenie systemu GIS w bardziej zaawansowane funkcje
o profilu kartograficznym. W większości standardowych systemów GIS, które z założenia
nie są wyspecjalizowane w kierunku kartograficznym, większy nacisk kładzie się na
treść i związana z nią funkcjonalność analityczna, niż na formę prezentacji.

19

18

Urbański J.,GIS w badaniach przyrodniczych Domena Publiczna,2011,s.119

19

Leszek Litwin, Grzegorz Myrda, System Informacji Geograficznej Zaarzadzanie danymi przestrzennymi w

GIS,SIP,SIT,LIS, Helion, s. 39

10. Obliczanie powierzchni i długości

Naturalna cecha jest możliwość wyznaczenia dla każdego obiektu obszarowego i liniowego
takich wartości jak jego powierzchnia i długość. Wartości te nie musza być zapisywane
oddzielnie jako atrybut opisowy, chyba e nie odpowiada nam dokładność wyznaczanych
w ten sposób danych.

20

11. Geokodowanie

Adresy to najbardziej popularna forma przechowywania danych geograficznych. W związku

z tym istnieje funkcja pozwalająca na automatyczne umieszczanie na mapie dowolnych
obiektów na podstawie ich adresu. Możemy wiec umieścić obiekt na mapie nie znając jego
współrzędnych geograficznych, lecz tylko jego adres. Aby możliwe było zrealizowanie tej
funkcji, musimy być w posiadaniu warstwy adresowej z odpowiednimi atrybutami
opisowymi. Atrybutami tymi sa nazwa ulicy oraz numeracje budynków. Czasami system na
podstawie długości odcinka reprezentującego ulice sam będzie potrafił wyznaczyć numery
pośrednie.

Posiadając taka warstwę, możemy już korzystać z funkcji geokodowania i tworzyć kolejne
warstwy, których zawartość będzie się tworzyła automatycznie na podstawie plików, w
których zapisane będą w postaci tabelarycznej adresy kolejnych obiektów.

21

20

Ibid., s. 39

21

Leszek Litwin, Grzegorz Myrda, System Informacji Geograficznej Zaarzadzanie danymi przestrzennymi w

GIS,SIP,SIT,LIS, Helion, s. 40

BIBLIOGRAFIA

1. Książki

1.1.

David J. Maguire, David W. Rhind, GIS Teoria i praktyka, PWN, Warszawa 2006

1.2.

Leszek Litwin, Grzegorz Myrda, System Informacji Geograficznej Zarzadzanie

danymi przestrzennymi w GIS,SIP,SIT,LIS, Helion.

1.3.

Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny.

1.4.

David E.Davis, GIS dla każdego, ESRI POLSKA.

1.5.

Urbański J.,GIS w badaniach przyrodniczych Domena Publiczna,2011

2. Opracowania

2.1.

Systemy Informacji Geograficznej GIS, Wykład 1, WSEiZ rok

akademicki 2009/2010.

2.2.

Paweł Strzeliński, Systemy Informacji Przestrzennej, Wydział Leśny UP

w Poznaniu,2013/14.

2.3.

Justyna Górniak-Zimroz, Modele i edycja danych przestrzennych w systemach

GIS, Wrocław 2009.

3. Internet

3.1.

Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej, Leksykon, Hasło: Analiza

przestrzenna.

3.2.

pwszjardefence.wikidot.com/1-wyja-nij-co-to-jest-kwerenda-i-podaj-ich-

rodzaje, sesja: 16.11.2014, 21:58.