System informacyjny (SI) - całokształt składników tworzących
system do przechowywania i operowania informacją. SI służy
do gromadzenia danych i ich przetwarzania w celu wytworzenia
nowych informacji, będąc jednocześnie kanałem przepływowym
danych i informacji. To całokształt składników tworzących system
do przechowywania i operowania informacją.
Systemy informacyjne podział
•Systemy informacji przestrzennej
•SIP
•SIP dane odniesione do Ziemi
-Systemy informacji geograficznej SIG / GIS (Dane wtórne -
pochodzące z wektoryzacji map topograficznych, tematycznych
lub uzyskane z pomiarów bezpośrednich o mniejszej
dokładności (np. odbiornik GPS bez korekcji zniekształceń) GIS
jest analogią do map o skali nmniejszej od 1:10 000
-Systemy informacji terenowej SIT (Dane pierwotne - pozyskiwane
technikami o najwyższej dokładności: pomiar geodezyjny
bezpośredni, pomiar fotogrametryczny na zdjęciach
wielkoskalowych. SIT jest analogią do map wielkoskalowych
o skali większej od 1:5000
-SIP - dane o innym odniesieniu przestrzennym
- pozostałe systemy informacyjne
SIT to system o ściśle określonym zakresie informacyjnym,
prowadzony jednolicie dla całego kraju, zasila pozostałe systemy
, ma dla nich charakter referencyjny
Dane są reprezentacją informacji, właściwą do komunikowania się
,interpretacji lub przetwarzania.Dane same w sobie nie
mają znaczenia, dopiero w drodze interpretacji przez człowieka
stają się informacją, która może być użyta do wzbogacenia wiedzy.
Informacja - wiedza uzyskiwana w drodze interpretacji danych
, która w ustalonym kontekście ma określone znaczenie i dotyczy
obiektów, takich jak fakty, zdarzenia, przedmioty, zjawiska,
procesy i idee.
abstrakcja obiektu geograficznego jako zjawiska świata
rzeczywistego, stanowi figurę geometryczną utworzoną przez
wyodrębniony zbiór punktów
w rozpatrywanej przestrzeni dwuwymiarowej lub trójwymiarowej
i opisany danymi przestrzennymi.
abstrakcja - wyodrębnianie cech istotnych, stałych przedmiotu
(zjawiska) i rozpatrywanie ich w oderwaniu od cech nieistotnych
, przygodnych. Model graficznej reprezentacji danych
przestrzennych jest to sposób przedstawienia położenia
przestrzennego i kształtu obiektów SIP (oraz opcjonalnie
relacji przestrzennych obiektów )
Obiekty proste są reprezentowane za pomocą jednego z
elementów geometrycznych tj. albo 0-D, albo1-D, albo2-D,
Obiekty złożone (kompleksowe) są reprezentowane przez
kombinację obiektów prostych, np. budynek na mapie zasadniczej,
dwie części parku narodowego
Obiekty ciągłe -występują na całym obszarze danego SIP, np.
numeryczny model terenu
Stosuje się dwa modele graficznej reprezentacji
-wektorowy Uporządkowane zbiory współrzędnych punktów
-rastrowy Macierzowo zorganizowane zbiory pikseli
Prosty model wektorowy
• nazywany jest modelem spaghetti (brak przestrzennych relacji)
• jeśli dwa obiekty się stykają (np. działki) to te same punkty
(współrzędne) są zapisywane w każdym obiekcie osobno
• związki przestrzenne trzeba ustalać na drodze analiz
(np. stykające się budynki czy działki nie wiedza o tym że sąsiadują)
topologiczny model wektorowy
• oprócz informacji o położeniu i kształcie zawiera dodatkowo
informacje o przestrzennych relacjach miedzy obiektami
• są trzy rodzaje elementów topologicznych: węzły, linie
graniczne, obszary (0D,1D,2D)
• płaszczyzna jest podzielona liniami L1,L2,.. na obszary P1,P2,
.. oraz na obszar P0 - zewnętrzny dla pozostałych
W rastrowej postaci danych:
punkt jest pojedynczym pikselem, linia - ciągiem pikseli, obszar -
grupą pikseli
cechy rastru
Ograniczona do rozmiarów piksela (komórki) rozdzielczość danych
przestrzennych
Duża objętość rastra (pliku) wynikająca z rozmiarów macierzy
(liczba wierszy x liczba kolumn)
Łatwość prowadzenia analiz przestrzennych
Postać wektorowa a rastrowa
Wektorowa
• Możliwość zapisu źródłowych współrzędnych
• Mała objętość danych, możliwość przechowywania w DBMS
• Skomplikowane i ograniczone analizy przestrzenne
Rastrowa
• Dokładność danych ogranicza rozmiar komórki
• Duża objętość danych
• Proste i nieograniczone analizy przestrzenne
Kompromis
Pozyskanie i przechowywanie danych w modelu wektorowym
. Generowanie modelu rastrowego tylko na potrzeby analiz
Przestrzennych
Skaner - urządzenie do zamiany mapy (zdjęcia) z
postaci analogowej(fotograficznej) na obraz w postaci cyfrowej.
Skanery dzielą się na stacjonarce i ręczne.W geodezji do
skanowania map stosowane są skanery stacjonarne,
wielkoformatowe o podwyższonej dokładności geometrycznej
(rzędu 0.05 - 0.10 mm), odpowiadającej dokładności mapy
Skanowanie map
Parametry skanerów wielkoformatowych
Rozdzielczość geometryczna:
rzeczywista (optyczna) do 500 dpi (dot per inch)
interpolowana np. 2 x większa od optycznej (500 →1000dpi)
Dokładność geometryczna (powtarzalność pozycji): 0,05 - 0,10 mm
Format - do A0
Rozdzielczość radiometryczna - liczba jasności/barw
przypisanych pikselom:
1bit - 21 (2) poziomy jasności (czarny, biały)
4 bity - 24 (16) poziomów jasności
8 bitów - 28 (256) poziomów jasności
3 x 8 bitów - 2563 = 16,7 mln poziomów jasności (RGB)
Modele transformacji
•Transformacja rzutowa przekształca dowolny czworokąt w prostokąt
•Transformacja afiniczna przekształca równoległobok w prostokąt
•Transformacja przez podobieństwo (Helmerta) przekształca prostoką
t w prostokąt podobny (przesunięcie, obrót i zmiana skali)
•Transformacja izometryczna przekształca prostokąt w prostokąt
(bez zmiany skali)
Transformacja izometryczna nie usuwa zniekształceń jakie zwykle
posiada skanowana mapa analogowa (skurcz papieru, deformacje
nieregularne). Proces skanowania wprowadza dodatkowe błędy .
Dlatego do kalibracji stosuje się zwykle bardziej złożone transformacje
: afiniczną rzutową lub wyższych rzędów.Zależnie od wybranego
modelu transformacji możemy eliminować w mniejszym lub większym
stopniu błędy rastra. Wybierając nieodpowiedni model możemy
też zadziałać w drugą stronę czyli zdegradować jakość oryginału
Transformacja Helmerta (liniowa transformacja konforemna) :
•Najprostszy model pozwala na przesunięcie, obrót i zmianę skali.
•Transformacja wiernokątna.
•Nie zmienia kształtu i nie deformuje.
•Eliminuje błędy i wpływ skurczu mapy w minimalnym stopniu.
•Obliczone odchyłki na punktach dostosowania mogą służyć
do szybkiego znalezienia błędów grubych.
•Minimalna liczba punktów dostosowania - 2
Transformacja afiniczna:
•Pozwala na przesunięcie, obrót i zmianę skali
•W większym stopniu eliminuje błędy skurczu mapy i błędy przypadkowe
•zmienia kształt rastra, jeśli punkty są skupione w jednym miejscu
arkusza możemy w znaczny sposób zdeformować raster.
•transformacja zachowuje równoległość lini i środki odcinków, zminia
natomiast długości odcinków i wartości kątów
•minimalna liczba punktów dostosowania-3
Transformacja rzutowa:
•Transformacja określająca zależność rzutową pomiędzy
punktami układu pierwotnego i wtórnego.
•Minimalna liczba potrzebnych punktów dostosowania - 4.
Powtórne próbkowanie (resampling)
Resampling jest typową operacją zakresu przetwarzania obrazów cyfrowych,
polegającą na utworzeniu nowego obrazu na podstawie obrazu pierwotnego
przekształcanego geometrycznie (zmiana skali, obrót)
Skanowanie mapy źródłowej (A) jest zamianą postaci analogowej na cyfrową
i polega na próbkowaniu jasności. Po matematycznym przekształceniu
mapy do geometrii docelowej przestaje być zbudowana z regularnych pikseli,
staje się dowolną siatką
Bazy danych:
•BD to zbiór powiązanych wzajemnie danych, które są dostępne dla wielu
użytkowników; w BD można prowadzić efektywne wyszukiwanie i aktualizację informacji.
•W potocznym ujęciu:
BD = dane + program komputerowy wyspecjalizowany do gromadzenia i przetwarzania
tych danych + interfejs dla użytkownika.Powiązania w BD są realizowane przez
odpowiednie struktury danych.Wyróżnia się bazy płaskie (plane) i systemy zarządzania
bazą danych (DBMS - Database Management System)
Bazy płaskie to odpowiednio zorganizowany zbiór plików, struktura jest zakładana i
eksploatowana przez określone narzędzie GIS. Pliki są uporządkowane w drzewo
katalogów i są widoczne dla użytkownika. Niski poziom bezpieczeństwa.
DBMS są specjalistycznymi programami do obsługi baz danych wykorzystywanymi
przez m.in. programy GIS. Wykonują one typowe, powtarzalne działania operacyjne
na BD zlecane przez program GIS. Jedną z funkcji jest chronienie dostępu do danych
Typy baz danych
Bazy proste (płaskie)-Obiekty reprezentowane są za pomocą struktury rekordów
zgrupowanych w strukturach plików.
Głównymi dostępnymi operacjami : odczytaj rekord, zapisz rekord.
Rodzaje DMBS wg stosowanych struktur danych
1.Hierarchiczne
2.Relacyjne (RDBMS)
3.Obiektowe
Obecnie najczęściej stosuje się bazy relacyjne lub relacyjno-obiektowe
Rodzaje relacji:
•jednemu rekordowi w tabeli może odpowiadać tylko jeden w innej tabeli
1 do wielu
A•a ulicy może być wiele budynków, jeden budynek nie może mieć więcej niż
jednego adresu wiele do wielu
•Jeden nauczyciel może prowadzić kilka przedmiotów, a jeden przedmiot
może mieć kilku prowadzących
1.Zapytania do bazy danychnia do b
Proste
-Co znajduje się we wskazanym miejscu?
-Gdzie znajdują się obiekty o wybranym atrybucie?
Złożone
-Gdzie znajdują się obiekty w określonych relacjach?
-Jakie obiekty spełniają zdefiniowane warunki ?a
(Dla danych wektorowych zapytania formułuje się w języku SQL lub w
wewnętrznym języku programu GIS)
2.Algebra map
Działania na warstwach, zwłaszcza rastrowych i obrazach cyfrowych,
polegające na ich przekształcaniu w mapy (obrazy) o innej treści w oparciu
o znaną lub ustaloną relację pomiędzy nimi.
Dotyczy:
● przekształcenia pojedynczych map (obrazów) z wykorzystaniem prostych
działań algebraicznych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie) lub
● bardziej złożonych funkcji (wykładniczych, logarytmicznych,
trygonometrycznych itp.)
● działań algebraicznych i logicznych nakładania kilku map
(typowe operacje: dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie
, stosunek znormalizowany, minimum, maksimum, alternatywa, koniunkcja.
3.Reklasyfikacja
Reklasyfikacja polega na zmianie atrybutów komórek, prowadzi do
celowego ograniczenie informacji.W programie ILWIS używamy znaków
matematycznych „większości” lub „większe bądź równe” itd.. Reklasyfikację do
wielu przedziałów (więcej niż dwóch kategorii) uzyskujemy poprzez zapętlenie
warunków IFF (jeżeli)
Gdy reklasyfikujemy do dwóch przedziałów, możemy wykorzystać zamianę
pozycji „prawdy” i „fałszu” w komendzie IFF
4. Krzyżowanie map:
Przy większej ilości map/klas na mapach trudno za pomocą algebry
map i/lub warunków logicznych uzyskiwać kombinacje wszystkich klas.
W takich przypadkach stosuje się specjalne funkcje.
W ILWIS jest to funkcja CROSS
5. operatory sasiedztwa
• Agregacja czyli zbieranie obiektów według atrybutu, usunięcie granic
rozdzielających powierzchnie o tej samej wartości lub jakości cechy
wybranej jako kryterium
• Łączenie - łączenie treści dwóch lub więcej warstw informacyjnych
• Scalanie - sklejanie warstw informacyjnych w jedną całość.
• Znajdowanie części wspólnej dwóch warstw informacyjnych (nakładanie)
6. operatory odległości:
Mapa odległości - mapa, w której atrybuty komórek są odległościami do
najbliższego obiektu, od którego była liczona odległość (obliczenia
prowadzone są od środka komórek)
• Buforowanie - tworzenie stref buforowych wokół obiektów (obszarów
w których każdy punkt leży nie dalej niż szerokość strefy)
Tworzenie bufora dla danych rastrowych: Najpierw mapa odległości
Potem zapytanie atrybutowe
celem wygenerowania bufora
7.Analizy sieciowe (network analysis)
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, środków transportu, ludzi itp.
Łączniki występują na przecięciu dwu lub więcej krawędzi i pozwalają na
przepływ pomiędzy różnymi krawędziami.
• analizy sieciowe mogą być przeprowadzane na danych wektorowych lub
rastrowych
• węzły odzwierciedlają takie elementy przestrzeni jak skrzyżowania,
węzłowe stacje kolejowe, puszki połączeniowe itp.,
• krawędzie (linie) są fragmentami dróg, rur, kabli.
• linie posiadają atrybuty kierunku oraz „oporu pozornego”, które determinują
opór właściwy korygujący „koszt” poruszania się po sieci (np. uliczny korek).
Przykładowe zadania:
• znalezienie optymalnego połączenia pod względem postawionych warunków,
np. najkrótszej lub najszybszej drogi pomiędzy określonymi punktami;
• analiza lokalizacji czyli znalezienie najbliŜej połoŜonego obiektu
(bank, szpital) od wskazanego miejsca;
• analiza alokacji czyli znalezienie wszystkich dróg oddalonych
(w czasie lub przestrzeni) od punktu początkowego o zadaną wartość;
• analiza trasowania czyli wyznaczania optymalnej trasy przebiegającej
przez n zadanych punktów.
Znalezienie najtańszej (optymalnej) drogi
• Koszt przebycia drogi zależy od rodzaju „oporu” który wybierze użytkownik
- może nim być czas, odległość, lub wrażenia estetyczne
Rastrowe analizy sieciowe:
linie oraz węzły muszą być przechowywane w oddzielnych warstwach
- sieć zbudowana z wykorzystaniem modelu rastrowego zawiera z
reguły duŜą ilość warstw.
- grid jest grafem przedstawiającym sieć, w której połączenia z jednego
węzła mogą nastąpić w 8 kierunkach.
Znajdowanie najtańszej drogi - dla danych rastrowych (komórkowych)
• Algorytm znajdowania drogi w modelu rastrowym jest podobny do
modelu wektorowego.
• Aby znaleźć najkrótszą (najtańszą, najszybszą) drogę należy
przygotować raster, który przedstawia skumulowany koszt (lub opór)
przebycia drogi od jednej komórki do drugiej.
• Raster kosztów to kombinacja różnych gridów, które opisują różne atrybuty.
Jest określany na drodze algebry map.
Analizy sieciowe na danych wektorowych i rastrowych
- 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.
1.V mapa poziomu 2:
Rodzaj danych :
-mapa topograficzna w formie bazy typu GIS o dokładności i
szczegółowości odp. Skali 1: 50 000, przygotowana do publikacji w postaci
mapy papierowej. Przeznaczenie: Głównie do celów wojskowo- taktycznych,
(a dodatkowo ogólnogeograficzna baza danych typu GIS do dowolnego użytku
o charakterze przeglądowym lub analitycznym). Zakres obszarowy:-cały obraz
Polski .Postać/ format:-papierowy,-cyfrowy rastrowy , -wektorowy.
Podział arkuszowy:
-zgodny z miedzynarodową mapą swiata, moduły podwójne w stosunku do
arkuszy 1:50 000
Układ współrzędnych:-prostokątne płaskie.
2.Szczegółowa mapa geograficzna Polski:
Rodzaj danych:-mapa tematyczna, geologiczna mapa zakryta,
litologiczno-stratygraficzna, uwzględniajaca genezę, tektonikę i stosunki miąższ
ościowe.Instytucja odpowiedzialna- państwowy instytut geologiczny.
Przeznaczenie:-kompendium wiedzy, o budowie geologicznej danego obszaru
wykorzystywana dla sporządzania różnorakich opracowań z dziedziny geologii
i ochrony środowiska, opracowań z zakresu zagospodarowania przestrzennego
kraju i dla inwestycji lokalnych.Dla geologów, górników, rolnikow, leśników i
budowniczych. Dla celów wojskowych.
-Zakres obszarowy- ok. 70% powierzchni kraju, pokrycie nierównomierne
-Postać/ format danyc- mapa papierowa, cyfrowa w wersji GIS
-Podział arkuszowy- 1:50 000
-Układ wspólrzednych - prostokątny plaski
-Data ( okres) wydania- od 1953 do chwili obecnej, od 1996 w formie cyfrowej
Rodzaj danych:
- mapa tematyczna. Jest kartograficznym odwzorowaniem wystepowania kopalin
w strefie przypowierzchniowej i wgłębnej oraz gospodarki złożami na tle
wybranych elementów górnictwa, hydrogeologii, geologii, przyrody, krajobrazu,
zabytków.
Instytucja odpowiedzialna- państwowy instytut geologiczny
Przeznaczeniem jest przedstawienie:
-perspektyw i prognoz wystepowania kopalin
-stanu klasyfikacji złóż kopalin
-zagrożeń środowiska przyrodniczego
-w celu ochrony wód przed zagospodarowaniem
-obiektow przyrodniczych, chronionych i dziedzictwa kulturowego
-warunków podłoża budowlanego
- mapa przeznaczona jest głównie do planowania przestrzennego
3.mapa geograficzno-gospodarcza polski:
Zakres- cala Polska
Postać -baza danych GIS
Układ współrzędnych- prostokątnym plaskim
Data ( okres) wydania- 1997-2007
Rodzaj danych:
-mapa tematyczna. Zawiera zaktualizowane treści mapy geologiczno-gospodarcze
j polski, przenoszone o treści dotyczące geochemii środowiska i możliwości
lokalizacji składowisk odpadów
Instytucja- państwowy instytut geologiczny
Przeznaczenie:
-przedstawienie w sposób zrozumiały danych geochemicznych i ich
interpretacji geosrodowiskowej
-mapa przeznaczona jest głównie dla potrzeb planowania przestrzennego
-Zakres obszarowy: docelowo cały obszar polski
-Postać: baza danych GIS
-Podział arkuszowy: 1:50 000
-Układ wspórzednych: prostokątny płaski
-Data wydania: 2002-obecnie
4. baza corine land cover
Rodzaj danych:
- baza danych przestrzennych zawierająca informację o pokryciu terenu
w referencyjnym roku 2006
Instytucja odp.:
-instytut geodezji i kartografii w warszawie
-europejska agencja ochchrony środowiska(właściciel)
-glówny inspektorat ochrony środowiska
Przeznaczenie:
-głównym celem bazy jest dostarczenie inf. Dotyczących pokrycia
terenu na potrzeby monitoringu w skali kontynentalnej, krajowej i regionalnej
-Zakres obszarowy: 38 krajów europy, w tym cały obszar polski
-Postać: GIS i Geo Tiff o rozdzielczości terenowej 250 lub 100 m
-Podział arkuszowy: ciagła baza dla całego obszaru kraju
-Układ wspołżędnych: prostokątny plaski, EPSG:3035
-Data(okres) wykonania 2006(+/- 1 rok)
5.Mapa Hydrograficzna Polski
• Mapa Hydrograficzna Polski 1:50 000 jest mapą tematyczną przedstawiającą
w syntetycznym ujęciu warunki obiegu wody w powiązaniu ze środowiskiem
przyrodniczym, jego zainwestowaniem i przekształceniem.
• Powstaje ona na podkładzie mapy topograficznej, na którą nanoszone są
wyniki kartowania terenowego zjawisk i obiektów wodnych, przepuszczalności
gruntów oraz liczne informacje związane z gospodarowaniem zasobami
wodnymi, oceny jakości wody, a także dane sieci monitoringu hydrosfery.
• Mapa w postaci wydruku analogowego jest jednym z produktów końcowych
opracowania kompleksowej bazy danych tematycznych, realizowanego w
technologii GIS w środowisku MapInfo Professional.
• Jako referencyjna baza danych topograficznych, do której odnoszone są
warstwy tematyczne Mapy Hydrograficznej, wykorzystana jest baza VMAP
poziomu drugiego o dokładności geometrycznej odpowiadającej
opracowaniom w skali 1: 50 000.
• Baza danych przestrzennych stanowi istotny komponent Mapy Hydrograficznej
, umożliwiając prowadzenie złożonych analiz przestrzennych
POZIOMY INFORMACYJNE MAPY:
•TOPOGRAFICZNE DZIAŁY WODNE
•WODY POWIERZCHNIOWE
•WYPŁYWY WÓD PODZIEMNYCH
•WODY PODZIEMNE PIERWSZEGO POZIOMU
•PRZEPUSZCZALNOŚĆ GRUNTÓW
•ZJAWISKA I OBIEKTY GOSPODARKI WODNEJ
•PUNKTY HYDROMETRYCZNE POMIARÓW STACJONARNYCH
6.Mapa Sozologiczna Polski
• Mapa Sozologiczna jest mapą tematyczną 1:50000, przedstawiającą
stan środowiska przyrodniczego oraz przyczyny i skutki - tak negatywnych,
jak i pozytywnych - przemian zachodzących w środowisku pod wpływem
różnego rodzaju procesów, w tym przede wszystkim działalności człowieka
, a także sposoby ochrony naturalnych wartości tego środowiska.
• Mapa adresowana jest głównie do instytucji i urzędów ochrony środowiska
oraz decydentów i planistów na szczeblach regionalnym, wojewódzkim,
powiatowym i gminnym.
• Mapa w postaci wydruku analogowego jest jednym z produktów końcowych
opracowania kompleksowej bazy danych tematycznych, realizowanego w
technologii GIS w środowisku MapInfo Professional.
• Jako referencyjna baza danych topograficznych, do której odnoszone są
warstwy tematyczne Mapy Sozologicznej, wykorzystana jest baza VMAP
poziomu drugiego o dokładności geometrycznej odpowiadającej
opracowaniom w skali 1: 50 000.
• Baza danych przestrzennych stanowi istotny komponent Mapy Sozologicznej
, umożliwiając prowadzenie złożonych analiz Przestrzennych.
Treść Mapy Sozologicznej
• formy ochrony środowiska przyrodniczego,
• degradacja komponentów środowiska przyrodniczego,
• przeciwdziałanie degradacji środowiska przyrodniczego,
• rekultywacja środowiska przyrodniczego,
• nieużytki,
• oznaczenia uzupełniające