Systemy Informacji Geograficznej (GIS)

Wykład I + II

Cel zajęć: tematyka wykładów dotyczy teoretycznych problemów związanych z GIS, natomiast prowadzone równolegle ćwiczenia pozwolą na nabycie praktycznych umiejętności w zakresie obsługi i wykorzystania wybranego oprogramowania; student kończący przedmiot sprawnie posługuje się oprogramowaniem, potrafi zbudować bazę danych powiązaną z grafiką, zarządzać informacją i tworzyć mapy tematyczne.

MIEJSCE GIS WŚRÓD SYSTEMÓW INFORMACYJNYCH

System informacji geograficznej (GIS) jest to zorganizowany zestaw sprzętu komputerowego, oprogramowania, danych geograficznych (przestrzennych i nieprzestrzennych) oraz osób (wykonawców i użytkowników) stworzony w celu efektywnego gromadzenia, przechowywania, udostępniania, obróbki, analizy i wizualizacji wszystkich danych geograficznych.

Geoinformacja - nauka redefiniująca i rozwijająca dotychczasowe, uznane i przyjęte koncepcje, teorie i poglądy nauk geograficznych w kategoriach informatycznych, dające nowe możliwości interpretacyjne.

Kryteria podziału Systemów Informacji Przestrzennej (SIP):

• Kryterium obszaru

  • Systemy obiektowe, np. zakładu przemysłowego

  • Systemy lokalne, np. miejskie

  • Systemy regionalne, np. wojewódzkie

  • Systemy krajowe,

  • Systemy o zasięgu międzynarodowym,

  • Systemy globalne,

• Kryterium źródłowości informacji

  • Systemy informacji pierwotnej (źródłowej), np. systemy katastralne

  • Systemy informacji wtórnej (zagregowanej, przetworzonej), np. system planowania regionalnego,

• Kryterium zakresu użytkowania,

  • Systemy nastawione na obsługę informacyjną jednego użytkownika, np. wydziału komunikacji

  • Systemy, których zasoby informacyjne wykorzystywane są przez więcej niż jednego użytkownika

• Kryterium struktury funkcjonalnej

  • Systemy scentralizowane,

  • Systemy rozproszone

• Kryterium głównego przeznaczenia

  • Systemy ewidencyjne

  • Systemy redakcji i produkcji map

  • Systemy planowania przestrzennego

  • Systemy gospodarki terenowej

  • Systemy monitorowania środowiska przyrodniczego

  • Systemy o innych przeznaczeniach

Typy systemów GIS

• Professional GIS (ArcInfo, ArcGIS, Miscostation ERMapper)

• Desktop GIS (MapInfo, ArcView, AutoDesk World)

• Business GIS (Atlas GIS, Business Map)

• Education GIS (IDRISI)

• Open source GIS (GRASS, Quantrum GIS)

Wykład III

SKŁADNIKI GIS-U

• Dane geograficzne (przestrzenne i nieprzestrzenne)

• Sprzęt komputerowy (ang. Hardware)

• Oprogramowanie (ang. Software)

• Ludzie (twórcy i użytkownicy)

• Procedury

BRAK JEDNEGO Z TYCH PODSYSTEMÓW WYKLUCZA SPRAWNE DZIAŁANIE SYSTEMU JAKO CAŁOŚCI

Dane są zbierane jako warstwy tematyczne

Rodzaje danych:

• Punkt

• Linia

• Poligon

• Opisy

Wszelkie opisy które są nanoszone na nasz projekt są pobierane automatycznie

Najważniejsze pytania:

• Gdzie znajduje się coś?

• Co znajduje się w danym miejscu?

• Ile takich elementów występuje?

• Co się zmieniło (w określonym czasie)?

• Jaki układ przestrzenny występuje?

• Co będzie jeśli ... ?

GIS to nowy sposób zadawania pytań i poszukiwania odpowiedzi!!!

Przykładowe zastosowania GIS (Zapytanie: Plan miasta naszego otoczenia):

• Jaka jest najkrótsza droga autobusu z Dworca PKP do IG UMK

• Jaka jest najkrótsza droga dotarcia do pożaru?

• Planowanie najlepszej lokalizacji dla boiska sportowego

• Badanie natężenia ruchu w mieście

• GIS dla nekropolii

• GIS dla nadzoru pasa drogowego

• Jak wygląda „polityczna” rekonstrukcja granic Rosji

• Mapy przyrodnicze

• Analiza sieci rzecznej

• Szukanie miejsc zagrożonych lawiną

• Planowanie elektrowni atomowej i miejsca gromadzenia odpadów

• Planowanie najlepszej lokalizacji fabryki

• Mapy tematyczne

• Interaktywna mapa obwodów wyborczych

• Analizy i wizualizacja wyników wyborów (parlamentarnych, samorządowych)

„Wykorzystywanie GIS jest ograniczone

tylko wyobraźnią osób go używających” –

Jack Dagermond

Wykład IV

Model danych przestrzennych

Atrybut przestrzenny – umiejscowienie, lokalizacja obiektu

Dziedzina atrybutu – postać danych

• Informacja jest to wiedza o ideach, faktach i/lub procesach.

• Danymi są ciągi symboli reprezentujące informację dla celów przetwarzania i przekazywania.

• Informacja: wiedza dotycząca obiektów takich jak fakty zdarzenia, rzeczy, proces, pojęcia, koncepcje, która w określonym kontekście ma konkretne znaczenie.

• Dane: Interpretowalna i sformalizowana reprezentacja informacji, stosowana dla jej komunikowania, interpretowania lub/i przetwarzania.

• Informacja geograficzna: Informacja dotycząca zjawisk jawnie bądź niejawnie powiązanych z położeniem odniesionym do Ziemie.

• Dane geograficzne: Dane z jawnym bądź niejawnym odniesieniem do położenia względem Ziemi.

W potocznej terminologii polskiej:

Informacja geograficzna = informacja przestrzenna

Dane geograficzne = dane przestrzenne

TYPY OBIEKTÓW GIS

1. Obiekty dyskretne , które mogą być wyodrębnione na danym obszarze; rodzaje:

   1. Zerowymiarowe, tj. obiekty punktowe - mające miejsce w przestrzeni (x,y), ale nie posiadające długości (np. punkty geodezyjne, studnie, etc.)

   2. Jednowymiarowe, tj, obiekty liniowe (np. linie elektryczne, gazowe, etc.),

   3. Dwuwymiarowe, tj. obiekty powierzchniowe (poligonowe) mające długość, szerokość; (np. działki ewidencyjne, jeziora, etc.)

   4. Trójwymiarowe, tj. obiekty bryłowe (3D) mające długość, szerokość i głębokość (np. budynki w 3D)

2. Obiekty ciągłe - występują na całym rozpatrywanym obszarze; obiekty dwuipółwymiarowe, tj. powierzchnie terenu

SKALE POMIAROWE

Istnienie pomiaru wiąże się z istnieniem skał pomiarowych. Pomiar jest to przyporządkowanie liczb obiektom bądź ich własnością. Po raz pierwszy teorię skal pomiarowych podał Stevens.

Można wyróżnić cztery skale pomiarowe atrybutów obiektów:

1. Nominalna - liczby są identyfikatorami; można tylko mówić o zliczaniu obiektów, że jest tyle obiektów A a tyle obiektów B:

W gisie - pomiar jakościowy obiektów (np. teren leśny, teren zabudowany,..., pomiar zero-jedynkowy)

1. Porządkowa - znane jest położenie, ale nie znane są odległości (nie można dodawać etc.); np. ranking ocen

W gisie - pomiar jakościowy obiektów z ich uporządkowaniem (kolejnością): możliwość porównania obiektów o określonych cechach (np. dobre siedlisko, średnie siedlisko, słabe siedlisko)

1. Przedziałowa (interwałowa) - znane są odległości, ale nie znamy wartości zera bezwzględnego; można dodawać i odejmować wartości, ale nie można mówić o krotności

W gisie - pomier ilościowy, np. wielkość opadów w danym punkcie pomiarowym

1. Skala stosunkowa (ilorazowa, bezwzględna) - można mówić o krotności, znamy wartość zera bezwzględnego

w Gisie - pomiar ilościowy, możliwość mnożenia i dzielenia wartości cech

UWAGI O SKALACH POMIAROWYCH

1. Przy przejściu ze skali silniejszej do słabszej zatraca się część informacji nie ma sytuacji odwrotnej

2. Wszystkie wartości w skali silniejszej zawierają cechy skal słabszych

BŁĘDY W OBLICZENIACH

1. Przypadkowe (np. zaokrąglenie) - nieunikniony

2. Systematyczny (np. kelnerski) - niedopuszczalny!

RELACJE MIĘDZY OBIEKTAMI

Dane geograficzne (dane odniesione do powierzchni Ziemi) posiadają trzy podstawowe atrybuty:

1. Lokalizację (atrybut przestrzenny)

   • odniesienie do dowolnego układu współrzędnych płaskich (x,y)

   • dodatkowo podanie współrzędnej wysokości z dla danego obiektu,

   • relacje topologiczne, określające związki obiektu z innymi obiektami przestrzennymi

2. Cechy (element opisowy); może mieć charakter opisowy lub jakościowy (skale pomiarowe!)

3. Zmienność, dynamika w czasie (atrybut czasowy)

MODEL DANYCH jest to sposób przedstawiania różnorodności geograficznej w bazie danych; jest to reguła określająca organizację w bazie danych

• Sformalizowany

• Abstrakcyjny

• Zwięzły

• Czytelny

Abstrakcja - wyodrębnienie cech istotnych stałych przedmiotu (zjawiska) i rozpatrywanie ich w oderwaniu od cech nieistotnych, przygodowych.

Modele danych:

• Rastrowy

• Wektorowy

• TIN

Raster to dwuwymiarowa macierz (tablica), której wskaźniki xi y określają położenie danego piksela w stosunku do wybranego układu współrzędnych (a_xy); kolejne wymiary tej macierzy tworzą atrybuty opisowe.

• Teselacje regularne (2-D):

  1. Kwadraty (prostokąty)

  2. Trójkąty

  3. Sześciokąt

• Teselacje nieregularne

  • TIN

Raster to regularna bądź nieregularna siatka składająca się z pól podstawowych zwanych pikselami wypełniających cały badany obszar; położenie piksela określają współrzędne rzędu i kolumny; każdy piksel charakteryzowany jest przez jedną wartość. W modelu rastrowym punkt jest pojedynczym pikselem, linia ciągiem pikseli a poligon zbiorem pikseli

Teselacja (raster) Element podstawowy - piksel

Atrybuty opisowe przypisuje się pojedynczej komórce (pikselowi), stosując jedną z poniższych zasad:

• piksel jest w większej niż połowa części pokryty przez dane zjawisko (obiekt),

• dowolna część rastra pokryta jest przez dane zjawisko (obiekt),

• zjawisko zlokalizowane jest w geometrycznym centrum rastra

• raster przecięty jest przez granicę dodanego obiektu lub zjawiska (lub obiekt liniowy przecina raster).

MODEL RASTROWY > ZALETY Łatwość zrozumienia, Prosty sposób matematycznego definiowania Łatwość użycia (wizualizacji i przetwarzania), Łatwość przechowywania (dwuwymiarowa tablica)

MODEL RASTROWY > WADY Mała precyzja lokalizacji obiektów (rozdzielczość), Deformacja obwodów i powierzchni Brak możliwości analiz topologicznych Trudność w oddaniu zmienności przestrzennej zjawisk w przyrodzie Duża wielkość zbiorów danych Wiele zjawisk powierzchniowych lepiej jest oddawanych przez pola o innych kształtach, np trójkąty lub sześciokąty Nieodpowiedniość do prowadzenia modelowania lokalnych oddziaływań

Wektor - obrazowanie rzeczywistości za pomocą punktów, linii lub poligonów; reprezentowany jest przez serię współrzędnych z, y lub x, y, z

Wektor (element podstawowy - linia)

Prosty model wektorowy jest podstawowym formatem cyfrowego kodowania danych przestrzennych, nie uwzględniającym relacji topologicznych.

Topologia 2D w GIS = analiza sąsiedztwa, przecinania, połączenia i zawierania

Topologia opisuje porządek przestrzenny jest pewną matematyczną własnością obiektów

MODEL WEKTOROWY > ZALETY Mały rozmiar zbioru (łatwość przechowywania) Precyzyjna lokalizacja obiektów, Możliwość dowiązania atrybutów.	MODEL WEKTOROWY > WADY Duża złożoność struktury zbioru Trudniejsze wykonywanie analiz przestrzennych

Modele danych przestrzennych:

Krajobrazowy (bazodanowy - geometryczny - analityczny)

• Ścisła georeferencja

• Wierna topologia (geometryczny sposób zachowania relacji)

• Pełna zgodność położenia obiektów z oryginałem

• Podstawa analiz przestrzennych

• Podstawa i przedmiot uogólnień

• Zastosowania analityczne

Kartograficzny (znakowy)

• Konwencjonalny, urzędowy

• Topologia interpretowana

• Zredagowany (system znaków, generalizacja redakcyjna)

• Dostosowany do zasad percepcji

Poglądowy

• Pozaznakowy

• Nawiązuje do wyobrażeń własnych odbiorcy

ETAPY TWORZENIA GEOGRAFICZNEJ BAZY DANYCH

Tworzenie geograficznej (przestrzennej) bazy danych przebiega w kilkunastu etapach prowadzących od danych źródłowych do analizy i modelu odzwierciedlającego rzeczywistość. Są to:

• Wybór i zdefiniowanie encji (obiektów) Encja - to jakaś całość, która nie dzieli się na zjawiska tego samego rodzaju

• Stworzenie modelu logicznego

• Wybór modelu danych (wektor - raster)

• Wybór reprezentacji przestrzennej dla obiektów

• Wprowadzenie danych przestrzennych Wprowadzanie danych nie przestrzennych

• Powiązanie danych nie przestrzennych z danymi przestrzennymi

• Budowa topologii

• Edycja danych

• Obróbka danych

• Stworzenie modelu rzeczywistości

Przejście z modelu wektorowego na rastrowy > pasteryzacja

Z rastrowego na wektorowy > wektoryzacja

Formaty danych

• Wektor – Shp, Dwg, Dxf, Dgn, Tab, Gaf, Svg

• Raster – Img, Ers, Tiff, Pcx, Bmp, Jpeg, Wmf

Wykład V

CECHY DANYCH

W terenie, z map lub z innych materiałów źródłowych zbiera się informacje.

Informacje wczytane do komputera to dane. Dane są cyfrowymi reprezentacjami obiektów (encji) znajdujących się w otaczającym nas świecie, przechowywanymi w bazie danych.

INFORMACJA O OBIEKTACH W TERENIE (ENCJACH) > OBIEKTY W BAZIE DANYCH/DANE

Dane posiadają szereg właściwości z których do najważniejszych należą:

1. Powtarzalność - zgodność wartości na wejściu do systemu z wartością na wyjściu z systemu; dane muszą być tak wprowadzone, aby ich powtórne wczytanie dało dane równoważne.

2. Rozdzielczość - jest to zdolność wykrywania lub rozróżniania wielkości; cecha ta dotyczy przestrzeni, zakresu widma promieniowania lub czasu.

Rozdzielczość przestrzenna - to najmniejsza jednostka przestrzeni lub najmniejsza odległość w terenie, dla której są zapisane informacje w bazie danych; wielkość ta wyrażona jest rozmiarem piksela lub jednostką zliczania współrzędnych w digitizerze; duża rozdzielczość oznacza dużo informacji w bazie danych i odwrotnie; z rozdzielczością przestrzenną wiąże się również wielkość zbioru; rozdzielczość przestrzenna to również liczba pikseli, jaką można uzyskać na urządzeniu wyjścia, na monitorze lub na drukarce.

Rozdzielczość czasowa - to odstęp czasu pomiędzy poszczególnymi pomiarami.

1. Aktualność - różnica czasu pomiędzy momentem zmiany wartości atrybutu w rzeczywistości a momentem wprowadzenia tej nowej wartości do systemu; im większa aktualność danych tym większa wiarygodność wyników zastosowania GIS.

2. Dokładność - jest to największa bliskość wartości prawdziwej określona metodami teorii błędów i statystyki matematycznej.

3. Precyzja - zdolność dokładnego przedstawienia wielkości, wyrażająca się np. liczbą cyfr po przecinku w zapisie wartości; precyzja to coś innego niż dokładność: dane mogą być precyzyjne (ze względu na ich zapis) i jednocześnie mało dokładne (znacznie różniące się od wartości prawdziwych).

4. Kompletność - cecha ta może być wyrażona stosunkiem liczby danych posiadanych w systemie do
   liczby danych, które w systemie powinny być zawarte.

5. Dostępność - czas w którym można uzyskać dane z systemu, uzależniony od bardzo wielu czynników:

   • Rodzaju oprogramowania i sprzętu GIS,

   • Sprawności i wiedzy jego użytkowników,

   • Typu danych.

6. Odpowiedniość - wyraża stopień zaspokojenia potrzeb informacyjnych użytkownika korzystającego z danych systemu

7. Koszt - składa się z kosztów uzyskania, przetworzenia i dostarczenia ich użytkownikowi w określonej postaci; Uzyskanie i wczytanie danych, zwykle wielokrotnie przewyższają pozostałe koszty i stanowią barierę utrudniającą stosowanie GIS.

8. Wartość - dane mają wartość rynkową; można powiedzieć, że im więcej danych lub im większy teren pokrywają, tym więcej kosztują; wartość danych zależy od kosztów poniesionych przy ich pozyskaniu i konwersji.

9. Pochodzenie danych - bardzo ważne jest poznanie (kiedy kupujemy dane): kto, kiedy i w jaki sposób je zebrał, w jaki sposób zostały wprowadzone do bazy danych, jaka jest ich rozdzielczość, format zapisu itp.

10. Własność - informacje zarówno w formie analogowej, jak i cyfrowej posiadają swojego właściciela, nie zawsze jest jednak jasny.

Można wyróżnić:

• Dane publiczne - które są udostępnianie wszystkim, którzy ich zażądają;

• Dane prywatne - to dane należące do osób prywatnych lub też instytucji (nie zostały one wytworzone z myślą o ich rozpowszechnianiu

• Dane komercyjne - to dane przeznaczone na sprzedaż

Wykład VI

Źródła danych

Najważniejsze źródła danych dla GIS:

Bazy danych referencyjnych Mapy topograficzne Mapy tematyczne Inne opracowania kartograficzne Zdjęcia lotnicze Obrazy satelitarne Dane z GPS Dane z programów automatycznego wspomagania projektowania (CAD) Dane meteorologiczne	Dane hydrologiczne Dane ze sposobów powszechnych Dane z roczników statystycznych Dane z urzędów na temat ludności, infrastruktury Dane przyrodnicze zebrane w terenie Dane socjologiczne i ekonomiczne pochodzące z wywiadów Dane z opracowań naukowych Już istniejące dane cyfrowe, Inne źródła danych

WARUNEK KORZYSTANIA Z GIS – LOKALIZACJA GEOGRAFICZNA W PRZESTRZENI!

• Nie ma prawie takich danych, które nie miałyby odniesienia geograficznego i przestrzennego

• Ok. 80% decyzji administracyjnych ma powiązanie z GIS

Ogólnopolski System Informacji przestrzennej

Pod rządami nowelizowanej ustawy Krajowy System Informacji Przestrzennej jest rejestrem referencyjnym opartym na standaryzowanej bazie danych przestrzennych obejmujących całe terytorium kraju. Obejmuje on procedury i technologie systematycznego gromadzenia, aktualizowania, przetwarzania oraz udostępniania użytkownikom potrzebnych im danych przestrzennych.

Składniki Krajowego Systemu Informacji Geograficznej

• Baza Danych Ogólnogeograficznych (odpowiadającej skali 1:250 000 - 4 000 000)

• V-MAPa poziomu 2 w skali 1:50 000

• Tematyczne bazy danych w skali 1:50 000

• Baza Danych Topograficznych w skali 1:10 00

• Ortofotomapy ze zdjęć satelitarnych i lotniczych

• Baza Danych Katastralnych w skali 1:1 000 - 1:5 000

• Mapa zasadnicza 1:500 - 1:5 000

• Jednolity system odniesień przestrzennych

Instytucje odpowiedzialne

Na każdym z tych poziomów system jest prowadzony przez ośrodki dokumentacji geodezyjnej i kartograficznej na zasadach określonych przepisami wykonawczymi do ustawy. W ośrodkach tych wyodrębnione są grupy pracowników, dedykowanych do obsługi SIP. Ośrodki DGiK otrzymują do tego celu dane źródłowe, odpowiedniej jakości, pozyskiwane centralnie.

Termin „dane ogólnogeograficzne" zaczerpnięto z nomenklatury kartograficznej, gdzie odnoszą się do zobrazowań w małej skali, prezentujących wyłącznie najważniejsze obiekty i zjawiska geograficzne.

Cztery poziomy skali 1:250000 1:500000 1:1000000 1:4000000	Trzy typy baz danych Model przestrzenny (GIS) Mapa wektorowa (WEK) Mapa rastrowa (RAS)	23 wskaźniki w następujących grupach: Podział administracyjny Zamieszkanie Gospodarka wodna Rzeźba terenu Transport Pokrycie terenu Przeznaczenie terenu Nazwy geograficzne

Bank Danych Ogólnogeograficznych (BDO)

• Państwowy Rejestr Granic CODGiK

• Bank Danych Drogowych GDDKiA

• Krajowy System Obszarów Chronionych (Ministerstwo Środowiska)

• Komputerowa Mapa Podziału Hydrograficznego Polski IMiGW

• Rejestr Teryt GUS

Mapa wektorowa poziomu 2

• Fizjografia

• Granice

• Hydrografia

• Kultura

• Przemysł

• Roślinność

• Rzeźba terenu

• Transport

Szczegółowość w skali 1: 50 000

9 warstw tematycznych

110 klas obiektów

Mapy sozologiczne wskazują stan środowiska oraz negatywne i pozytywne rezultaty zmian tego środowiska, spowodowanych przez człowieka, lub procesy naturalne. Mapy sozologiczne obejmują informacje dotyczące np. formy działań na rzecz ochrony środowiska, stan degradacji środowiska i podjęte przeciwdziałania, tereny zanieczyszczone. Są w skali 1: 50 000.

Mapa hydrograficzna odzwierciedla aktualny stan cieków i zbiorników wodnych w odniesieniu do innych elementów środowiska. Mapa hydrograficzna pozwala na rozwiązanie szeregu problemów lokalnych: planowanie ujęć wodnych, lokalizacja zasobów mieszkalnych i inwestycji przemysłowych, turystyka i rekreacja. Mapa hydrograficzna zawiera informacje dotyczące m.in. topografii granic zbiorników wodnych, powierzchni wodnych, źródeł wód gruntowych, obiektów związanych z gospodarką wodną, itp.

Baza Danych Topograficznych 10K

Baza Danych Topograficznych (TBD) to oficjalna nazwa krajowego systemu zbierania, przetwarzania i udostępniania danych topograficznych, funkcjonującego zgodnie z obowiązującymi przepisami prawa.

TBD ma dwie części: bazodanowa i kartograficzna

Część bazodanowa składa się z trzech komponentów:

• Jednolita mapa wektorowa

• Ortofotomapa

• Cyfrowy model Terenu (DTM)

Część kartograficzną tworzą cyfrowe pliki map przeznaczone do masowego druku oraz mapy pojedynczego przeznaczenia, które mogą być automatycznie generowane z części bazodanowej, w celu wydruków dedykowanych.

Kataster

• Dane o nieruchomościach (o przedmiocie), a m.in. o:

• Położeniu, kształcie, powierzchni

• Szczególnych cechach jakościowych

• Użytkowaniu i przeznaczeniu

• Dane o własności i władaniu (o podmiocie)

  • Odpowiednio do II działu księgi wieczystej (jeśli została założona)

• Wartość katastralna

  • Według wyników Powszechnej Taksacji Nieruchomości

Wykład VII

Mapa analogowa stanowiąca model graficzny (rysunkowo - obrazowy) rzeczywistości geograficznej jest jednym ze źródeł danych dla systemów GIS.

Źródłami informacji są różne mapy analogowe (papierowe):

• Topograficzne

• Katastralne

• Tematyczne

• Inne

Najważniejsze właściwości map będącymi źródłami informacji:

• Odwzorowanie

  • Rzut kulistej powierzchni na płaską powierzchnię mapy, czyli transformacja powierzchni geoidy, wymaga zastosowania specjalnych algorytmów, różnych dla poszczególnych odwzorowań. Powierzchnia rzutowa obarczona jest zniekształceniami odległości, kątów i powierzchni.

• Układ odniesienia

  • Do określania położenia obiektów na powierzchni Ziemi, stworzono układ współrzędnych: siatkę południków i równoleżników określających szerokość i długość geograficzną lub siatkę kilometrową.

    • Długość geograficzna (λ): 0-180˚

    • Szerokość geograficzna (ф): 0-90˚

    • Współrzędne płaskie: x (pionowo) i y (poziomo)

• Symbole

  • Zróżnicowanie przestrzeni, tworzonej przez obiekty realnego świata obrazowane jest na mapach za pomocą abstrakcji jakimi są: sygnatury, kolory, napisy.

• Gęstość informacji (rozdzielczość)

  • Na małym arkuszu mapy topograficznej mieszczą się bardzo różnorodne informacje na temat: rzeźby, sieci hydrograficznej, osadnictwa. Bardziej jednorodną treścią i zwykle mniejszą gęstością informacji charakteryzują się mapy tematyczne. Gęstość informacji jest zależna od skali mapy oraz jej przeznaczenia.

• Dokładność

  • Dokładność mapy analogowej wpływa na dokładność powstałej z niej mapy cyfrowej.

Dane topograficzne - podstawowe informacje dla każdego GIS, oddające podstawowe cechy terenowe:

• Rzeźbę terenu

• Wody powierzchniowe (morza, jeziora, cieki)

• Pokrycie terenu (roślinność, zabudowa)

• Sieć komunikacyjna

• Linie energetyczne

• Kominy

• Punkty osnowy geodezyjnej

• Itp.

Wybrane elementy topograficzne powinny stanowić w każdej bazie danych geograficznych tło ułatwiające orientację przestrzenną.

Mapa topograficzna to mapa średnioskalowa tzn. mapa w przedziale skalowym przyjmowanym zazwyczaj od 1:10 000 do 1:200 000, o treści ogólno geograficznej ze szczególnym uwzględnieniem obiektów topograficznych. Podstawowe znaczenie mają obecnie mapy w skalach 1:10 000 i 1:50 000.

Rodzaje map topograficznych

Główne elementy definiujące układ współrzędnych geodezyjnych to:

• Elipsoida określona tak, aby najwierniej odzwierciedlać właściwości geometryczno -fizyczne geoidy w założonym obszarze Ziemi

• Odwzorowanie kartograficzne powierzchni przyjętej elipsoidy na płaszczyznę

Dla obszaru Polski Państwowa Służba Geodezyjno-Kartograficzna zdefiniowała dwa systemy współrzędnych geodezyjnych, w oparciu o które produkowano po roku 1945 mapy topograficzne zarówno cywilne jak i wojskowe.

• PUŁKOWO’42 – wykorzystujący elipsoidę Krasowskiego (układy 1942, 1965)

• EUREF-89 – oparty na geocentrycznej elipsoidzie GRS’80 (układy 1992, 2000, UTM)

Inne mapy tematyczne

• Mapy geologiczne

• Mapy hydrogeologiczne

• Mapy geomorfologiczne

• Mapy glebowe

• Mapy glebowo-rolnicze

• Mapy roślinności rzeczywistej…

10 marca w Nadleśnictwie Celestynów została odebrana ostatnia leśna mapa numeryczna (LMN) w Lasach Państwowych, kończąc tym samym proces tworzenia tego typu opracowań w tej instytucji.

Rozdzielczość obrazów satelitarnych. Typy rozdzielczości:

• Spektralna – liczba przedziałów rejestrowanego promieniowania elektromagnetycznego

• Przestrzenna – wielkość piksela rejestrowanego na obrazie, czyli minimalna wielkość obiektu przestrzennego, który może być na nim uwidoczniony

• Radiometryczna – wyraża liczbę poziomów promieniowania możliwych do zarejestrowania w każdym z przedziałów, określoną liczbę bitów

• Czasowa – częstotliwość pozyskiwania informacji z tego samego obszaru wyrażona długością trwania jednego obiegu Ziemi przez satelitę (w dniach)

Obrazy satelitarne – postać danych

• Obrazy satelitarne – postać cyfrowa; dwuwymiarowa tablica (macierz) cyfr

• Piksel – najmniejszy element obrazu

• Rozdzielczość terenowa – minimalny rozmiar obiektu możliwy do wyróżnienia na teledetekcyjnym obrazie terenu

GPS – składniki systemu

Segment kosmiczny – zbudowany z 31 satelitów podstawowych, poruszających się po sześciu pół-synchronicznych orbitach kołowych. Satelity NAVASTAR umieszczone są na wysokości około 20200 km nad powierzchnią ziemi, a czas obiegu satelity wokół ziemi wynosi około 12 godzin.

Podobny do NAVASTAR system o nazwie GLONASS został uruchomiony w byłym Związku Radzieckim. Składa się z 24 satelitów.

2002 – konkurencyjny dla NAVASTAR i GLONASS projekt 15 krajów Unii Europejskiej – Galileo. 6 mld dolarów, 30 satelitów, planowany na koniec 2018 roku.

2014 – projekt Chin – Compass

Wykład VIII

Tworzenie danych

• powiązanie obiektów graficznych z bazą danych - dane ilościowe i jakościowe charakteryzujące dane zjawisko

• warstwowa organizacja danych - tworzona przez różnotematyczne warstwy „kalki" informacji przestrzennej np. warstwa miejscowości

Podstawową zasadą odpowiedniej kompozycji warstw tworzących mapę cyfrową jest czytelność wszystkich obiektów informacji zawartych w widoku mapy. Wymaga to zachowania odpowiedniej kolejności warstw.

Zasady kolejności warstw:

• warstwy tekstowe - opisy (etykiety)

• warstwy punktowe

• warstwy linowe

• warstwy poligonowe

• warstwy rastrowe (przezroczyste)

• plik .shp - zawiera definicje obiektów wektorowych

• plik .dbf przechowuje dane zawarte w polach bazy danych

• plik .prj - przechowuje dane o układzie odniesienia danych

• plik .sbx - plik indeksowy

• plik .sbj - łącznikowy

• plik .shx - łącznikowy

• plik .xml - plik wymiany

Warstwy rastrowe - składają się z plików obrazów graficznych oraz plików nagłówkowych przechowujących informacje o odwzorowaniu i współrzędnych skrajnych

Nadawanie współrzędnych obrazom rastrowym

• rejestracja

• rektyfikacja w oparciu o tzw. punkty dopasowania (ground control points)

przy zastosowaniu układów odniesienia: ziemskich (dane georeferencyjne), kartezjańskich (kartometryczne)

Dla odpowiedniej rejestracji rastra musza być znane współrzędne punktów kontrolnych

• odczyt z mapy o znanym odwzorowaniu

• rejestracja „mapa do mapy" – dopasowanie mapy do wcześniejszej mapy dopasowanej jaką posiadamy

• odczyt z odbiorników GPS - mamy zdjęcie ale nie mamy mapy, lub jej dokładność jest zbyt mała. Każda firma która tworzy mapę ma swój bank danych współrzędnych namierza się za pośrednictwem odbiornika GPS jakieś obiekty w terenie

Pozyskiwanie danych:

• wektoryzacja ekranowa - przy użyciu myszy

• za pomocą digitizera (praca na danych analogowych)

• wektoryzacja automatyczna i półautomatyczna - automatyczne i półautomatyczne przekształcanie danych rastrowych w postać wektorową

• zdalne pozyskiwanie danych (GPS, tachymetr, skaning laserowy, etc.)

Geokodowanie jest procesem tworzenia obiektów wektorowych i łączenia ich odpowiednimi rekordami baz danych.

Typy geokodowania (podział z uwagi na zawartość baz danych określającą położenia obiektów):

• geokodowanie współrzędnych - polega na wykorzystaniu par współrzędnych X i Y obiektów zawartych w bazie danych do wygenerowania punktów

• geokodowanie nominalne (na podstawie nazw własnych) – rodzajem jest geokodowanie na mapy kodowe (wymaga ono posiadania odpowiednich map kodów adresowych w postaci poligonów)

• geokodowanie adresowe - najbardziej dokładne i wymagające jeśli chodzi o posiadane dane wejściowe. Wymaga:

  • istnienia w bazie danych nazw własnych ulic i numerów domów

  • posiadania specjalnie zorganizowanych danych wektorowych (planów adresowych) umożliwiających geokodowanie do konkretnego miejsca

Centroida obiektu

• środek ciężkości

• nie musi wypadać w środku geometrycznym

• decyduje o wyświetlaniu się etykiet i położeniu wykresu

• decyduje o wyświetlaniu się kartodiagramu

• decyduje o relacjach które będą zachodziły miedzy obiektami

Błędy rysunku wektorowego:

• podwójne węzły - należy używać tyle węzłów ile jest to konieczne ale nie za dużo

• niedociąganie węzłów, wierzchołków

• „przestrzelenie” werteksu

• „autoprzecięcie” węzłów

• nakładanie obiektów

• duplikacja obiektów

Analizy przestrzenne

Wybrane analizy przestrzenne:

• wybór elementów

• selekcja przestrzenne

• nakładanie warstw tematycznych

• buforowanie

• przecinanie, wycinanie łączenie obiektów

• łączenie danych opisowych na bazie położenia obiektów

• agregacja analizy danych

• analiza związków zachodzących między elementami

• klasyfikacja

• wizualizacja 3D

• analizy 3D

• analizy sieciowe

• inne

Numeryczny model terenu (numeryczna reprezentacja fragmentu powierzchni ziemskiej utworzona z reguły przez zbiór punktów tej powierzchni:

• wektorowe

  • punktowy

  • poziomicowy

  • triangulacyjny (TIN)

• rastrowe

Metody pozyskiwania NMT:

• metoda pomiarów terenowych (np. tachimetrem, GPS)

• skaning laserowy

• metoda fotogrametryczna

• metoda poziomicowa

• metoda radarowej interferometrii