GEODEZJA

WYKŁAD

Systemy informacji

geograficznej

Katedra Geodezji im. K. Weigla

ul. Poznańska 2/34

Systemy informacji przestrzennej

Systemem informacji przestrzennej

(Spatial Information

System)

służy do pozyskiwania, przetwarzania i

udostępniania danych, w których zawarte są

informacje przestrzenne

oraz towarzyszące im

informacje opisowe o obiektach

Informacje przestrzenne

to informacje o położeniu,

relacjach obiektów i o geometrycznych
właściwościach, które mogą być identyfikowane w
odniesieniu do Ziemi. Przez

obiekty przestrzenne

rozumiemy naturalne i sztuczne związane z
powierzchnią Ziemi obiekty, a także zjawiska
(przyrodnicze, społeczne i ekonomiczne), które mogą
być zachodzić na powierzchni Ziemi.

1. Lokalne (SIT- System informacji terenowej),

2. Globalne (GIS - geograficzny system informacji)

zasięgu krajowego i regionalnego.

System Informacji geograficznej

Z Wikipedii: (GIS, Geographic Information System) –
System służący do wprowadzania, gromadzenia,
przetwarzania oraz wizualizacji

danych geograficznych,

W

przypadku, gdy System Informacji Geograficznej gromadzi
dane opracowane w formie

mapy wielkoskalowej

(w skali

1:5000 i większych), może być nazywany

systemem

informacji o terenie

(SIT lub LIS, Land Information

System).
Powstanie GIS jest wynikiem połączenia prac
prowadzonych w różnych dziedzinach: geodezji, geografii,
informatyce, elektronice.

Struktura danych geograficznych:

-

dane związane z

lokalizacją

obiektów geograficznych.

-opisy

obiektów geograficznych.

Składają się z dwóch części, zawierających dwa rodzaje
danych:
a)

dane przestrzenne

- zawierają informacje o kształcie i

lokalizacji bezwzględnej obiektów w wybranym układzie
odniesienia, i o ich rozmieszczeniu wzajemnym
(topologia),

b)

dane opisowe

(dane nieprzestrzenne lub

atrybuty

) –

opisują cechy ilościowe lub jakościowe obiektów
geograficznych nie związane z ich umiejscowieniem w
przestrzeni.
Uzupełnieniem informacji o obiektach Ziemi w

bazie

danych

są

symbole

(graficzny opis postaci, w jakiej

obiekty mają być przedstawiane).
Składnikiem GIS jest

cyfrowa geograficzna baza danych

.

Baza zawiera opisy obiektów geograficznych zapisanych
w polach rekordów bazy.

Baza danych

jest ściśle zintegrowana z modułami

funkcjonalnymi GIS, tzn. dostęp do niej jest możliwy tylko
poprzez GIS.
Połączenie pomiędzy poszczególnymi typami danych
opisujących obiekt geograficzny zapewnione jest przez

unikalny identyfikator

obiektu nadawany podczas

wprowadzania danych.

Struktura funkcjonalna GIS:

Geograficzny system informacyjny zawiera kilka grup
aplikacji (modułów) realizujących odrębne funkcje:
- wprowadzania i weryfikacji danych wejściowych,
- zarządzania i przetwarzania w obrębie bazy danych
(procedury zarządzania bazą danych),
- przetwarzania i analizy danych geograficznych,
- prezentacji graficznej, kartograficznej i tekstowej
danych,

-komunikacji z użytkownikiem.

Źródła danych:

Źródłem danych dla GIS są informacje, zebrane w
dowolnej formie: mapy, zdjęcia lotnicze, obrazy
satelitarne, ankiety statystyczne, dokumenty z pomiarów
geodezyjnych, zdjęcia z obserwacji terenowych, a także
informacje zapisane w postaci cyfrowej.

Metody pozyskiwania informacji dla systemów
informacji przestrzennej

W zależności od potrzeb i celu, dla którego budowany jest
system wykorzystane są różne metody zbierania danych.

Bazę geometryczną

systemu można budować na

podstawie:
- wyników pomiarów geodezyjnych;
- pomiarów fotogrametrycznych;
- przetwarzania obrazów wideo;
- pomiarów GPS (globalnego systemu satelitarnego);
- skanowania i digitalizacji istniejących map analogowych.

Modele danych przestrzennych

Istnieją systemy wektorowe, rastrowe oraz hybrydowe
(wektorowo - rastrowe).
W systemie wektorowym zapis punktów, linii i wieloboków
(poligonów) może być dokonany z pełną dokładnością w
określonym układzie współrzędnych. Taki zapis jzajmuje
niewielkie obszary pamięci nośników ale w przypadku
konieczności aktualizacji wymaga skomplikowanych
procedur.
Przy zapisie wektorowym istnieje możliwość dokładnego
przedstawienia granic elementarnych jednostek
przestrzennych, którym przyporządkowane są atrybuty
tematyczne. Jednostkami takimi są: działka, kontur
glebowy, budynek, park, jednorodna część parku,
wydzielone drzewostany itp.
Informację o przestrzeni można zapisać na

jednorodnych

warstwach

informacyjnych obrazu.

Ułatwia to późniejszą

aktualizację informacji i umożliwia poprawne określanie
relacji między obiektami.

Warstwy danych z przypisaniem kolorów

Wyprowadzanie i obrazowanie danych

Dane przestrzenne z dokumentów analogowych
wprowadza się do bazy za pomocą skanerów (mapa
rastrowa). Innym rozwiązaniem jest

wektoryzacja

map

analogowych i dokumentów po uprzednim ich
skanowaniu do postaci obrazu rastrowego.

Atrybuty nieprzestrzenne

w bazie danych, to zbiór nazw i

liczb, cech jakościowych lub ilościowych obiektów. Na
przykład, droga może być wprowadzona jako ciąg
punktów (w przypadku wykorzystywania rastrowego
formatu zapisu danych) lub jako macierz (ciąg
wektorów). Analizowany obiekt - droga może
charakteryzować się ustalonym sposobem prezentacji
graficznej w systemie, określonym przykładowo przez
takie cechy, jak kolor, grubość, rodzaj linii.

Wyprowadzanie i obrazowanie danych

Wyprowadzanie danych polega na ich przedstawianiu

w

formie zrozumiałej dla użytkownika

lub w formie

umożliwiającej ich

transfer do innego systemu

przetwarzania.
Najczęściej wykorzystywaną formą prezentacji jest

wyświetlenie na monitorze

w postaci okna.

Użytkownik wybiera obiekty do wyświetlenia. Kryterium
wyboru obiektów może być wskazanie na mapie lub
wartość atrybutów.
Ponadto dostępne są operacje

powiększania i

pomniejszani

a obrazu mapy, zmiana kolorów, zmiana

usytuowania napisów opisujących obiekty na mapie. Do
technik wizualizacji należy możliwość

prezentacji

trójwymiarowej

.

Uzyskanie trwałej kopii danych następuje w postaci druku
mapy. W systemie GIS urządzeniami wyjściowymi są

ploter

i

drukarka

.

 

Zastosowania GIS

Ewidencja

obiektów i zjawisk. Np. gruntów, budynków lub

wszelkiego rodzaju

innych zasobów

.

Szczegółowe informacje tego typu wykorzystują urbaniści,
geodeci, konstruktorzy, administracja.
Zastosowanie warstwowej organizacji map umożliwia
łatwą prezentację wybranych obiektów, bez konieczności
wprowadzania innej mapy.
Przetwarzania

informacji o lokalizacji

różnych zjawisk,

zwłaszcza tych cechujących się zmiennością w czasie.
GIS może być narzędziem do

rejestracji poziomów emisji

wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń. Dla monitoringu
środowiska naturalnego pozyskiwanie danych można
prowadzić z wykorzystaniem czujników i

teledetekcyjnych

urządzeń pomiarowych. GIS jest przydatny do analizy i
obrazowania danych o charakterze losowym
pochodzących z badań statystycznych, jak zagrożenia
powodziowe, występowanie chorób, struktura
zanieczyszczenia gruntów, wód, atmosfery itp.

GIS może być narzędziem do przetwarzania danych o

infrastrukturze technicznej terenu

- sieciach

wodociągowych, kanalizacyjnych, gazowniczych,
energetycznych, liniach komunikacyjnych. Dane takie
wymagają częstych modyfikacji i

aktualizacji

. Ponadto

wymagana jest ich duża

dokładność

i szybkość dostępu

do danych. GIS umożliwia spełnienie takich wymagań.

Rola systemów informacji przestrzennej w
miejscowym planowaniu przestrzennym.

SIT mogą wpływać na tworzenie

miejscowych planów

zagospodarowania przestrzennego

, mających obecnie

nadrzędne znaczenie w stosunku do planów regionalnych
i krajowych. W budowanych obecnie SIP dla gmin,
inwentaryzowane są

źródła danych

, analizowane

schematy przepływu

informacji i

potrzeby

w zakresie

informacji przestrzennej.
Jako przykład może posłużyć system SIT dla potrzeb
katastralnych wdrożony w gminie Bemowo (System
GEOMEDIA).

SYSTEM ZARZĄDZANIA ZASOBAMI

INFRASTRUKTURY DLA POTRZEB

KATASTRALNYCH

System zarządzania Zasobami Gminy

Baza danych graficznych

Baza danych opisowych

Interfejs użytkownika

Moduły dodatkowe

Dane wektorowe

Dane rastrowe

Działki

Budynki

Granice obrębów

Granice gminy

Plan

zagospodarowania

przestrzennego

Siatka ulic

Punkty adresowe

Mapa dyżurna

S, U, R, E

(1:500 i 1:1000)

Mapa sytuacyjna

Mapa

topograficzna

Zdjęcia lotnicze

(1:26000)

Zdjęcie satelitarne

(IKONOS)

Działki

Budynki

Podmiot

Raporty

Zapytania

Analizy

Udostępnianie

danych

INTERNET

System Geomedia

Baza ewidencji gruntów znajduje się w Wydziale Geodezji

Gminy Warszawa Bemowo

. Posiada bogate zestawy

narzędzi zdolne obsłużyć geometrię działek i innych
zasobów, a także posiada możliwość automatyzacji
różnych operacji. Grupy użytkowników z wydziałów urzędu
mają określone prawa dostępu do zasobów. Relacyjny
System Zarządzania Bazą Danych

Oracle

lub

PARADOX

.

Bazy danych funkcjonujące w urzędach są utworzone w

MS Access

.

Dane przechowywane w systemie podzielone zostały na
kilka kategorii.

Dane wektorowe

pozyskane z innych

systemów oraz utworzone na drodze skanowania i
pomiarów bezpośrednich wraz z danymi rastrowymi
stanowią

część graficzną systemu

. Jest ona połączona

relacjami z

częścią opisową

, która powstała na drodze

wprowadzania z dokumentów przechowywanych w Gminie
w różnorodnych formach.

Inwentaryzacja zasobów przyrodniczych gmin
dostarczająca danych dla potrzeb planowania
przestrzennego. Wykorzystuje się wyniki pomiarów
terenowych, mapy - topograficzne, glebowe, rolnicze,
leśne, hydrologiczne, geomorfologiczne, wyniki

monitoringu technicznego i biologicznego środowiska

,

dane gromadzone przez Państwową Inspekcję Środowiska
i Wojewódzkich Inspektorów Ochrony Środowiska do
budowy

Centralnej Bazy Danych o Środowisku

i tworzenia

systemu informacyjnego na poziomie Wydziału Ochrony
Środowiska urzędów wojewódzkich i ich odpowiedników w
gminach.

•Powstała koncepcja pod nazwą

Zintegrowany System

Informatyczny ŚRODOWISKO

z podsystemem

OCHRONA

PRZYRODY

, który jest podstawą dla aplikacji (GIS)

obszarów chronionych.

Instytut Ochrony Środowiska

w

Warszawie wspólnie z

Państwowym Instytutem

Geologicznym

wykonał digitalizację granic obszarów

chronionych w Polsce dla mapy sozologicznej.

System Informatyczny ŚRODOWISKO

Analiza wpływu projektowanych inwestycji

na środowisko

może być prowadzona na bieżąco wspomagana przez
dane z SIT dostarczając dane:
- dotychczasowy sposób użytkowania terenu (aktualna
mapa zagospodarowania i użytkowania terenu),
- degradację środowiska,
- zagrożenia (skażenia terenu),
- szatę roślinną,
- środowisko glebowe.

Schemat Systemu Informacji Przestrzennej

Przykład systemu informacji przestrzennej w

kształtowaniu i ochronie krajobrazu

Przykładem GIS w ochronie środowiska jest
opracowany przez SGGW system informacji
przestrzennej dla

parków zabytkowych

.

Cechy systemu:

- Obiektowy -

system tworzony dla parku,

elementem systemu jest drzewo, krzew, grupa
drzew i krzewów.

- Lokalny,

system obejmuje dane zgodne z

miejscowym planem zagospodarowania
przestrzennego, umożliwia prowadzenie analiz
mających na celu ochronę otoczenia

parku

.

Park jest obiektem punktowym, do którego
przypisana zostaje informacja o jego walorach,
stanie, ostatnio wykonanych zabiegach
rewaloryzacyjnych i ochronnych.

PRZYKŁAD SYSTEMU INFORMACJI PRZESTRZENNEJ

Mazowiecki System Informacji Przestrzennej

Celem jest zapewnienie powszechnego dostępu do
informacji.

SYSTEM

udostępnia dane i informacje o

województwie mazowieckim za pomocą interaktywnej

mapy numerycznej.

Struktura Systemu

1. Moduł metadanych

informacje o zasobach geodezyjno–kartograficznym
obligatoryjnych i fakultatywnych bazach danych
tematycznych prowadzonych przez jednostki administracji
i jednostki organizacyjne

2. Moduł georeferencyjny

obejmuje trzy poziomy baz danych geodezyjno–
kartograficznych: krajowy, wojewódzki i powiatowy

3. Moduł baz danych tematycznych

Obejmuje trzy poziomy baz danych:

- wewnętrzny,

obligatoryjny i fakultatywny tworzone

przez Departamenty Urzędu Marszałkowskiego oraz
wojewódzkie samorządowe jednostki organizacyjne

- zewnętrzny

- obejmujący tematyczne bazy danych

powiatowych i gminnych samorządowych jednostek
organizacyjnych, jednostek administracji rządowej.

- otwarty

- obejmujący bazy prowadzone przez osoby

fizyczne, prawne i pozostałe jednostki organizacyjne;
informacje.

Architektura Systemu

GIS w INŻYNIERII

.

Systemy informacji geograficznej

(GIS) służą do

- pełnego

rozpoznania stanu

środowiska, bieżącego

śledzenia, wykonywania i przewidywania zmian w nim
zachodzących oraz optymalizacji decyzji bieżących i
perspektywicznych,

- kompleksowego

badania stanu

i zmian środowiska

przyrodniczego, jego waloryzacji, ochrony i rekonstrukcji,

-

zarządzania

zasobami środowiskowymi jak i do

przeprowadzania różnych analiz przestrzennych,

- zarządzania zasobami przyrodniczymi w parkach
narodowych, zasobach lasów państwowych regionalnych
zasobach gospodarki wodnej.

Zaawansowane

analizy

przestrzenne

służą

do

kompleksowej,

wieloczynnikowej

analizy

stanów

przeszłych, aktualnych

oraz do

prognozowania

i

analizowania

stanów przyszłych

.

Przykład analizy zalania powodziowego.

Rozwiązanie zadania najczęściej wymaga przygotowania:
- modelu analitycznego zjawiska powodzi,
- modelowania zasięgu zalania powodziowego,
- map zalewowych opartych o analizy średnich
wieloletnich stanów wód,

-przekrojów podłużnych i poprzecznych dolin rzecznych.

Do zbierania danych przyrodniczych z terenu, obecnie
wykorzystywane są odbiorniki GPS.

SYSTEMY INFORMACJI PRZESTRZENNEJ W POLSCE

W 1993 r Centrum Informacji o Środowisku GRID-
Warszawa opracowało

Projekt Centralnej Bazy Danych

o Środowisku

oraz

Projekt Informatyczny Centralnej

Bazy Danych o Środowisku.

W ramach Programu PHARE opracowano

Master plan

wzmocnienia Państwowego Monitoringu
Środowiska

a w dalszych pracach projekt

Systemu

Zarządzania Środowiskiem

(EMS - Environmental

Management System).

System GIS w Tatrzańskim Parku Narodowym

GIS-TPN funkcjonuje od 2002 roku. W 2004 roku prace nad
udostępnianiem danych przestrzennych przez INTERNET
za pomocą ISDP (Internetowego Serwera Danych
Przestrzennych).

Użytkownicy systemu GIS-TPN posiadają stanowiska pracy
wyposażone w program

ArcGIS ArcView

do tworzenia oraz

aktualizacji warstw tematycznych mapy. Stanowiska
wyposażone są także w urządzenia do transmisji danych
pomiędzy odbiornikiem GPS a komputerem oraz
oprogramowanie do obsługi GPS.

Architektura systemu GIS-TPN

W roku 1993 rozpoczęła się budowa

Małopolskiego

Systemu Informacji Terenowej.

Firma ECOGIS

wykorzystuje m.in. MSEG i system RATUSZ. Przetwarzanie
informacji w Wojewódzkim Ośrodku Dokumentacji jest
wykonywane przy użyciu oprogramowania

MicroStation

i

programu

EwMapa

.

System Informatyczny Lasów Państwowych

ze

szczególnym uwzględnieniem nadleśnictwa (SILP).
Uporządkowany zbiór aktualnych informacji przyrodniczo-
leśnych i techniczno-ekonomicznych do zarządzania
gospodarką leśną na szczeblu nadleśnictwa. Podjęto
próbę ujednolicenia zakresu gromadzonych informacji i
wprowadzenia do nadleśnictwa kompletnego systemu w
zakresie: inwentaryzacji stanu lasu, zdarzeń
gospodarczych, kadr, płac, szacunków brakarskich i
obrotu drewnem.
Informacje ułatwiają ocenę stanu lasu, ułatwiając
wykrywanie zjawisk niekorzystnych (prognozy gradacji
szkodników) oraz usprawniają podejmowanie decyzji
dotyczących planowania (plany zalesień).

GIS NA ŚWIECIE

Najpopularniejszym w świecie jest system

ARC/INFO

wyprodukowany przez amerykański

Environmental

Systems Research Institute

(ESRI, Redlands-Kalifornia,

USA).

System ARC/INFO

został stworzony do wykorzystania

przy ewidencji gruntów i budynków, planowaniu
przestrzennym, urbanistycznym i regionalnym,
opracowywaniu map tematycznych, zarządzaniu
zasobami naturalnymi oraz

ochronie środowiska.

Największym konkurentem systemu

ARC/INFO

jest

system

MGE

(Modular GIS Environment)

firmy

INTERGRAPH. Jego ogromną zaletą jest efektowna
grafika oraz łatwość obsługi.
W Polsce popularny jest system

SICAD

produkcji firmy

SIEMENS, a także amerykańskie

MapInfo i Atlas

gis

.

Koniec wykładu