Definicja mapy cyfrowej (numerycznej).
model rzeczywistości geograficznej przedstawiony w postaci cyfrowej i przystosowany do komputerowego przetwarzania danych geograficznych oraz generowania map analogowych określonego obszaru, zbiór danych geograficznych reprezentujących ten model.
Rodzaje obiektów mapy cyfrowej i ich przykłady.
Obiekt - podstawowy element rysunku mapy (np. działka, budynek, latarnia itp.) Rodzaje obiektów:
- obiekt otwarty
- obiekt zamknięty
Obiektami w programie C-Geo są takie elementy jak: linie zamknięte, linie otwarte, łuki, okręgi, symbole i teksty
Metody pozyskiwania danych do budowania (zasilania) bazy danych wielkoskalowej mapy cyfrowej-
a) bezpośrednie pomiary terenowe w technologii total stadion,
b) adaptacja wyników wcześniejszych pomiarów bezpośrednich,
c) wykorzystanie cyfrowych opracowań fotogrametrycznych,
d) przetwarzanie graficzno-numeryczne map analogowych,
e) zastosowanie technologii satelitarnego wyznaczania pozycji
Prosty i topologiczny model wektorowy.
Prosty model wektorowy - model mapy wektorowej, w którym cechy przestrzenne definiowane są przy pomocy jednego z dopuszczalnych elementów przestrzennych, tj. punktu, linii, obszaru, tekstu. Jest nazywany modelem spaghetti. Ewentualne wspólne punkty obiektów są powtarzane – dla każdego obiektu niezależnie, co może prowadzić do błędów.
Punkt-opisana identyfikatorem (idP) para wsp (XY )przedstawiona w kartezjańskim układem współrzędnych
Linia- opisana identyfikatorem (idL), ciąg par współrzędnych punktów charakterystycznych tworzących łamaną otwartą (początek linii, punkt załamania, koniec linii)
Wielobok- opisany identyfikatorem (id0 )ciąg par współrzędne punktów charakterystycznych tworzących łamaną zamkniętą(początek linii = koniec linii)
Topologiczny model wektorowy - model mapy wektorowej, który różnym punktom przyporządkowuje różne punkty, zachowuje ciągłość. Każda informacja zapisywana jest jednokrotnie, w celu zidentyfikowania obiektów korzysta się z własności topologicznych.
Węzeł (odpowiednik punktu) - jest mającym identyfikator obiektem topologicznym, posiadającym lokalizację geograficzną, lokalizuje obiekty oraz miejsca przecięcia i łączenia się krawędzi lub ich przecięcia z brzegiem arkusza mapy (punkt – obiekt, punkt kontrolny, punkt pomiarowy)
Krawędź(linia)-posiada identyfikator, opisany zbiór par współrzędnych, obiekt topologiczny łączący dwa węzły
Poligon(wielobok) - powierzchniowy obiekt geograficzny opisany zbiorem par współrzędnych, zbudowany z łańcucha węzłów i krawędzi, posiada identyfikator
Wyspa-obiekt geograficzny otoczony całkowicie przez inny obiekt nie posiadający żadnych krawędzi łączących do z innymi obszarami, można jej przypisać identyfikator.
Etapy opracowania mapy cyfrowej w technologii przetwarzania graficzno-numerycznego map analogowych.
Zamiana informacji analogowych na cyfrowe następuje na drodze przetwarzania graficzno- numerycznego tj. skanowania lub digitalizacji. W procesie digitalizacji otrzymujemy obraz w postaci wektorowej, w czasie skanowania obraz uzyskany będzie w postaci rastrowej, który następnie podlega wektoryzacji. Digitalizację przeprowadza się przy pomocy urządzeń zwanych digitizerami. Zamieniają one dane graficzne na obraz cyfrowy poprzez zmianę pozycji kursora, będącego strzałką lub krzyżem kresek, na współrzędne płaskie X i Y. W następnej kolejności obraz cyfrowy poddawany jest obróbce, na którą składa się dodawanie opisów tekstowych, odpowiednia kolorystyka zobrazowania, zadany rodzaj grubości linii oraz inne w zależności od potrzeb. Istnieje wiele metod digitalizacji. Najpowszechniejsza jest metoda ręczna- polegająca na kolejnym wprowadzaniu współrzędnych każdego elementu mapy
Dane niezbędne do opracowania sytuacyjno-wysokościowej mapy wielkoskalowej
Dzielą się na: przestrzenne (geometryczne i topologiczne) i opisowe.
Atrybuty przestrzenne określają położenie względem przyjętego układu współrzędnych, kształt i wielkość obiektów, czas utworzenia oraz ich relacje przestrzenne (topologiczne).
Atrybuty opisowe określają nieprzestrzenne właściwości i relacje obiektów (np. dane o podmiotach – osobach w systemie katastralnym).
Dane mogą być pozyskane z pomiarów bezpośrednich w terenie metodami fotogrametrycznymi, w wyniku digitalizacji i wektoryzacji map analogowych itp. Dane powinny mieć odpowiedni format.
Definicja danych geograficznych i nie geograficznych.
Dane geograficzne – dane przestrzenne lub opisowe dotyczące obiektów geograficznych. Opisują położenie, kształt i wymiary obiektu, zjawiska przyrodnicze, społeczne i ekonomiczne oraz relacje przestrzenne między obiektami.
Dane niegeograficzne – nie związane z przestrzennym rozmieszczeniem i kształtem obiektów, np. dane o właścicielach obiektów, czasie powstania, przeznaczeniu itp.
Podział map cyfrowych oraz ich baz danych. Mapy numeryczne: rastrowe, wektorowe (plik graficzny, plik graficzny z bazą tekstową)Bazy tekstowe: opis warstwy, relacyjna, relacyjno-obiektowa, obiektowa. Bazy tekstowe mogą być wewnętrzne i zewnętrzne
Typy danych w polu tabeli bazy danych. Typ danej (ang. data type) - Typ danej (ang. data type) - rodzaj danej, czyli forma zapisu informacji, która może przyjąć typ
znakowy- dana może przybierać tylko wartości znaków pisarskich
liczbowy- dana może przechowywać tylko liczby
logiczny- dana może przybierać tylko dwie wartości: prawda, fałsz (tak, nie)
data- dana może przyjmować postać daty i czasu np. rok.miesiąc.dzień godz:min:sek
alfanumeryczny- dana może przybierać wartości znaków ASCII oraz cyfry
numeryczny - wartościami danej mogą być tylko cyfry i znaki: + (plus), - (minus).
walutowy- dana może przyjmować wartości liczbowe razem z symbolem waluty
notatnikowy- dana może być oddzielnym zbiorem tekstowym służącym do przechowywania dowolnych opisów.
binarny- dana może być np. plikiem dźwiękowym lub filmowym.
graficzny- dana przechowuje grafikę np. rysunki.
obiektowy- dana przechowuje obiekty do których dostęp dokonuje się za pomocą techniki OLE czyli obiektów tworzonych przez inne aplikacje.
Działania wykonywane na warstwach mapy cyfrowej- Służą do analizy przestrzennej map numerycznych – do pozyskiwania informacji geograficznych. Wyróżniamy następujące operacje na warstwach: nakładanie warstw, buforowanie, znajdowanie najkrótszej/ najszybszej drogi, selekcja obiektów na podstawie wartości atrybutów
Maska wprowadzania danych - ustala wzorzec wprowadzania wszystkich danych w polu, to znaczy sposób, w jaki są one wyświetlane podczas wprowadzania. Maska wprowadzania danych gwarantuje zachowanie reguły poprawności danych lub ustala domyślną wartość wpisywanych danych. Przykłady: 00-000 kod pocztowy, (000) 000-0000 numer telefonu.
Formaty plików służące do eksportu i importu danych przestrzennych- swing, tango, txt, nobel
Sposoby przenoszenia obiektów na warstwy- -przeniesienie kodów na inne warstwy, -skopiowanie, -zaznaczenie obiektu i przeniesienie na inną warstw
W jakiej postaci dołącza się obiekty OLE i jak system nimi zarządza? Obiekty OLE są to obiekty osadzone w bazie danych, pochodzące z innych aplikacji (np. dokumenty tekstowe, rysunki, wykresy). są one dostępne z poziomu bazy, ale ich edycja następuje po uruchomieniu aplikacji, w których zostały utworzone. Obiekty można dołączać w postaci: plików, obiektów dołączonych, obiektów osadzonych
Rodzaje operatorów w programie C-GEO. operatory arytmetyczne są to operatory służące formułowaniu działań matematycznych na danych:+ dodawanie, - odejmowanie, * mnożenie, / dzielenie, % dzielenie z resztą Operatory porównania są to operatory służące do porównywania danych, sprawdzania warunków, np.: <, >, =, <=, >=, <> Operatory logiczne służą do konstruowania wyrażeń logicznych i zapytań złożonych, np. and (i) or (lub)
Na przykładzie własnego przykładu omów budowę prostej bazy danych (uwzględnij pojęcie rekordu oraz typy danych atrybutowych). Baza danych jest złożona z różnych elementów. Najważniejszymi z nich jest rekord podzielony na kilka pól, w których są przechowywane informacje poszczególnych kategorii. Na przykład w książce adresowej każdy rekord to zbiór informacji na temat jednej osoby. Składa się on z kilku pól przechowujących takie informacje, jak: imię, nazwisko, adres, numer telefonu itp. W każdym polu zapisywane są dane oddzielonej kategorii. Dzięki temu komputerowe bazy danych umożliwiają szybkie sortowanie rekordów według poszczególnych kategorii lub wyszukiwanie informacji w obrębie tylko wybranych pól. Wiele systemów zarządzania bazami danych oferuje możliwość tworzenia masek wprowadzania danych atrybutowych , które służą do bardziej wygodnego wprowadzenia nowych informacji. Naturalnie można z nich zrezygnować i wpisywać dane do bazy wyświetlanej w postaci tabelarycznej.
Który z atrybutów zmienia się automatycznie w aktualizowanych obiekcie?
Jakie operacje mogą być wykonywane na obiekcie? Możemy wykorzystywać następujące operatory: -arytmetyczne -przypisania (=,+= ,-porównania ( true-1, false-2 )-logiczne !,&&, and, or
Metody wprowadzania danych do bazy mapy cyfrowej (na przykładzie GEO-INFO).
Metoda wsadowa,
wg kodu - Wprowadzono cztery formy podawania kodu obiektu na etapie wprowadzania obiektu do bazy danych:
- wprowadzenie kodu z klawiatury
- wybór z listy ostatnio używanych kodów
- wyszukiwanie kodu obiektu według słów kluczowych
- wybór z tematycznego katalogu
Definicja numerycznego (cyfrowego) modelu terenu (NMT)-(numeryczny model powierzchni terenowej)-to zbiór odpowiednio wybranych punktów powierzchni o znanych współrzędnych x,y,z oraz algorytmów interpolacyjnych umożliwiających odtworzenie jej kształtu dla określonego obszaru.
Zadania realizowane w oparciu o NMT- generowanie warstwic, generowanie przekrojów pionowych, obliczanie mas ziemnych, modelowanie terenu 3D, analizy terenów zalewowych
Numeryczny model terenu grid (definicja i charakterystyka). Model oparty jest na siatce kwadratów, której punkty węzłowe posiadają określone wysokości powierzchni terenowej. Struktura taka jest wyjątkowo łatwa do przetwarzania, zabiera bardzo mało pamięci, a algorytmy używane do modelowania terenu są stosunkowo proste. Im gęstsza siatka zostanie zastosowana tym otrzymany model będzie dokładniejszy. Zwiększając gęstość siatki prowadzi jednak do sytuacji, że jest ona również zwiększana w miejscach o małym urozmaiceniu terenu, powodując tym samym znaczny wzrost nic nie wnoszących danych. Rozwiązaniem jest uzupełnienie struktury o punkty charakterystyczne i linie szkieletowe lub zastosowanie siatki o strukturze hierarchicznej dostosowującej gęstość do stopnia skomplikowania rzeźby. Wysokości w punktach węzłowych mogą pochodzić bezpośrednio z pomiaru (bezpośredniego lub fotogrametrycznego) lub być wyznaczane z innych modeli powierzchni terenowych.
Charakterystyka dokładnościowa modelu grid i wynikające z niej wnioski dla dalszych opracowań.- Charakterystyka dokładnościowa modelu grid i wynikające z niej wnioski dla dalszych opracowań. Model GRID jest mniej dokładny od modelu TIN. Struktura modelu jest wyjątkowo łatwa do przetwarzania, zabiera bardzo mało pamięci-algorytmy używane do modelowania terenu są stosunkowo proste
W procesie tworzenia siatki mogą brać udział różne algorytmy interpolacyjne. Pozwalają one na wygenerowanie modelu powierzchni z różną dokładnością. Zależy ona od rodzaju użytego algorytmu, jego parametrów interpolacji oraz lokalizacji punktów pomiarowych wokół tworzonego węzła Istotne jest zatem przeanalizowanie sposobów umożliwiających porównanie dokładności modeli interpolacyjnych utworzonych przez różne algorytmy.
Im gęstsza siatka zostanie zastosowana tym otrzymany model będzie dokładniejszy.
Zwiększanie gęstości siatki prowadzi jednak do sytuacji, że jest ona również zwiększana w miejscach o małym urozmaiceniu terenu, powodując tym samym znaczny wzrost nic nie wnoszących danych.
Rozwiązaniem jest uzupełnienie struktury o punkty charakterystyczne i linie szkieletowe lub zastosowanie siatki o strukturze hierarchicznej dostosowującej gęstość do stopnia skomplikowania rzeźby.
Numeryczny model terenu TIN (definicja i charakterystyka)- model zawierający wszystkie charakterystyczne punkty powierzchni co daje możliwość wiernego odtworzenia charakterystycznych cech rzeźby. Sieć trójkątów powstaje w wyniku zastosowania algorytmu triangulacji Delaunay’a który daje w efekcie siatkę nie przecinających się nieregularnych trójkątów. Istnieją również wersja zmodyfikowane modelu TIN w których następuje odrzucenie trójkątów wysmukłych i wymuszanie interpolacji na niektórych bokach.
Zasady modyfikacji (korekty) modelu TIN.
Kalibracja umożliwia poprawienie ze skanowanych rysunków które straciły wierność geometryczną przy skanowaniu. Kalibracji podlega na wskazaniu pożądanego położenia dowolnej liczby punktów dostosowania na rastrze i wykonaniu transformacji. Dzięki kalibracji możemy dostosować skalę ze skanowanego rys. do skali mapy i uzyskać kartometryczny obraz na którym możemy odczytać współrzędne, rysować linie, pozostawić raster jako linie. Czyszczenie rastra polega na usunięciu błędów skanowania oraz niepotrzebnych elementów rysunku. Wektoryzacja polega na przypisaniu punktom odpowiednich współrzędnych i połączeniu ich w obiekty.
Modele danych przestrzennych
Prosty model wektorowy
Topologiczny model danych wektorowych
Rastrowy model danych przestrzennych
Prosty model wektorowy - model mapy wektorowej, w którym cechy przestrzenne definiowane są przy pomocy jednego z dopuszczalnych elementów przestrzennych, tj. punktu, linii, obszaru, tekstu. Jest nazywany modelem spaghetti. Ewentualne wspólne punkty obiektów są powtarzane – dla każdego obiektu niezależnie, co może prowadzić do błędów.
Punkt-opisana identyfikatorem (idP) para wsp(XY)przedstawiona w kartezjańskim układem współrzędnych
Topologiczny model wektorowy - model mapy wektorowej, który różnym punktom przyporządkowuje różne punkty, zachowuje ciągłość. Każda informacja zapisywana jest jednokrotnie, w celu zidentyfikowania obiektów korzysta się z własności topologicznych.
Rastrowy model danych wykorzystywany jest dla gromadzenia i przetwarzania danych pochodzących ze skanowania istniejących materiałów mapowych, zdjęć lotniczych i satelitarnych oraz obrazów teledetekcyjnych.
W modelu rastrowym dane o obiektach świata rzeczywistego przechowywane są w postaci regularnych elementów powierzchniowych zwanych pikselami (ang. pixel od picture element). Piksele przeważnie mają kształt kwadratu. Obraz tworzony przez piksele nazywany jest rastrem. Z natury rzeczy raster jest prostokątem, którego wymiary określone są w pikselach. Inaczej rzecz ujmując można powiedzieć, że piksel jest najmniejszą rozróżnialną powierzchnią rastra.
| Cecha | Model wektorowy | Model rastrowy |
|---|---|---|
| Wielkość zbioru danych | Mało miejsca na dysku- zapisane są tylko współrzędne identyfikatory elementów wektorowych | Dużo miejsca na dysku- każda komórka jest zapisana w formie liczbowej |
| Wymagany sprzęt | Małe wymagania ze względu na małą liczbę elementów jakimi operują dysk, pamięć RAM i procesor | Duże wymagania ze względu na wielkość zbiorów danych |
| Pozyskiwanie danych | Długotrwałe i pracochłonne, konieczne jest wprowadzenie każdego elementu wektorowego | Szybkie, świetnie nadaje się do analiz aktualizacyjnych i aplikacji kryzysowych |
| Koszt | Wysoki, wymagany jest cały proces od pozyskania danych do wprowadzenia i przetworzenia danych w komputerze | Niski względem koszu pozyskania danych wektorowych |
| Skala i rozdzielczość opracowania | Prawie nieograniczona | Silnie ograniczona możliwością sprzętową systemów pozyskiwania obrazów |
| Modelowanie obiektów rzeczywistych | Pełne- element wektorowy lub ich zbiór reprezentują obiekt z możliwością dopisania do niego atrybutów w bazie danych | Słabe- element rastrowy- piksel przeważnie nie reprezentuje obiektu, nie można więc dopisać do niego atrybutów obiektu, obiekt jest w tym modelu reprezentowany przez zbiór pikseli |
Charakterystyka mapy wektorowej i jej zastosowanie.
Jest to rysunek wektorowy zintegrowany z bazą danych atrybutów opisowych obiektów rysunku, w których każdy punkt jest określony przez współrzędne w odpowiednim układzie odniesienia i sposoby ich połączeń w obiekty: punktowe, liniowe, przestrzenne a także związki obiektowe (topologiczne). Mapa wektorowa jest stosowana w systemach informacji geograficznej do uzyskiwania informacji o obiektach, ich przestrzennym rozmieszczeniu i powiązaniach między nimi. Można na niej wykonywać pomiary.
Charakterystyka mapy rastrowej i jej zastosowanie.
Jest to bitmapa będąca cyfrową reprezentacją mapy wykonanej w konkretnej skali i odwzorowaniu kartograficznym, bez dołączonej bazy danych informacji o obiektach. Najczęściej tworzona poprzez skanowanie map analogowych. Ze względu na niską rozdzielczość może być stosowana do odwzorowania niewielkich obszarów o znikomym zniekształceniu kartograficznym, do wykonywania wydruków komputerowych, w amatorskich systemach GPS (np. samochodowych), do tworzenia map wektorowych (przez wektoryzację).
Charakterystyka mapy hybrydowej i jej zastosowanie.
Jest to mapa łącząca 2 rożne techniki grafiki komputerowej : rastrowa i wektorowa. Dla potrzeb IACS w systemie GEO-INFO realizowane jest hybrydowa numeryczna mapa ewidencyjna. Będzie się ona składać z 2 elementów:
- ze skanowanego obrazu dotychczasowej mapy ewidencyjnej
- baz danych tzw. centroidów
Budowa takiej mapy wymaga:
- skanowania i kalibracji analogowych map ewidencyjnych
- wprowadzenia centroidów czyli punktów reprezentujących działki wraz z numerem
-wprowadzenie granic obrębów
Jej docelowym zastosowaniem jest pełna wektoryzacja w celu uzyskania mapy numerycznej.