GIS - "Geographical Information System" - "System Informacji Geograficznej", system informatyczny, na który składają się różne metody postępowania z danymi przestrzennymi, do realizacji których niezbędny jest sprzęt i oprogramowanie, ale również ludzie potrafiący go obsługiwać.
GPS - sieć satelitów nadających zakodowane informacje, dzięki którym możliwe jest dokładne określenie położenia na ziemi, przy użyciu specjalnego odbiornika
System, początkowo przeznaczony do celów militarnych, jest dziś ogólnie dostępny i stale udoskonalany. Można odczytać już nie tylko długość i szerokość geograficzną miejsca pobytu, ale także zobaczyć to miejsce na ekranie, na tle elektronicznej mapy* o wybranej dokładności. Odbiornik może być używany na lądzie, wodzie i w powietrzu. Nie działa tylko tam, gdzie nie docierają sygnały z satelitów, to znaczy w budynkach lub pod ziemią.
Dane przestrzenne - opisują miejsce, atrybuty (fizyczne, społeczne i gospodarcze)
ATRYBUTY : nominalne (np. adres)
porządkowe (numery działek)
interwałowe (skala temperaturowa)
ilorazowe
cykliczne (jednostki kątowe)
ŚRODOWISKO PRZYRODNICZE- jest nieskończenie złożone.
- pominięcie informacji ( 1 piksel to pole o powierzchni ok. 100km2, rozdzielność przestrzenna 10km)
DWA RODZAJE POSTZREGANIA ZJAWISK
obiekty dyskretne
pola
OBIEKTY DYSKRETNE
policzalność (środowisko życia organicznego)
obiekty dwuwymiarowe, jednowymiarowe, zerowymiarowe (badania populacji zwierząt na danym obszarze)
POLA pole jest to ciągła reprezentacja środowiska geograficznego wyrażone przez zmienne, których wartości mogą być określone w dowolnym punkcie. Pola mogą być rozróżniane na podstawie stopnia ich zróżnicowania, wygładzenia.
pola wyróżnia się na podstawie zmiennej, która mierzona jest w każdym punkcie pola
zmienna może mieć charakter nominalny. porządkowy, interwałowy, ilorazowy. Cykliczny
pola mogą być wektorowe lub skalarne
POLA I OBIEKTY DYSKRETNE dwa rodzaje postrzegania zjawisk geograficznych
nieskończona liczba informacji
ograniczenia jakimi są zasoby pamięci komputerów
MTODY REPREZENTACJI CYFROWEJ
raster - do komponowania pól
wektor - do kodowania obiektów dyskretnych
MODEL RASTROWY
Raster to regularna siatka składająca się z pikseli
Każdy piksel reprezentuje fragment powierzchni Ziemii
Każdemu pikselowi przypisujemy tylko jedną wartość
Położenie piksela określają współrzędne
REPREZENTACJA RASTROWA
zasada największego udziału
zasada punktu środkowego
REPREZENTACJA WEKTOROWA
Obszar przedstawiony jest jako figura wyznaczona przez punkty zwane wierzchołkami, połączone odcinkami prostej
Raster jest pomniejszony a wektor dokładniejszy
WYBÓR MODELU DANYCH
sposób zbierania informacji
- informacje zbierane bezpośrednio w terenie
- model rastrowy
skala dokumentów źródłowych i wyjściowych - mała podziałka - raster
ZALETY RASTRA
łatwość zrozumienia
prosty sposób matematycznego zdefiniowania
łatwość użycia
łatwość przechowywania
WADY RASTRA
zmniejszenie precyzji lokalizacji obiektów punktowych i liniowych
deformacja obwodów i powierzchni
duża wielkość zbiorów danych
przechowywanie danych wektorowych jest wygodne, gdyż dane zajmują mniej miejsca niż analogiczne dane rastrowe. SA do nich jednak bardziej złożone.
RASTERYZACJA konwersja wektora do rastra
WEKTORYZACJA konwersja rastra do wektora
REPREZENTACJA POLA
regularna siatka punktów -R
nieregularnie rozmieszczone punkty -W
prostokątne komórki -R
wielokąty reprezentujące pola o nieregularnych kształtach -W
nieregularna cieć trójkątów -W
linie łamane reprezentujące poziomice -W
MAPA CYFROWA wydruk lub obraz wyświetlany na monitorze systemu geoinformacyjnego, który został wykonany z zachowaniem podstawowych zasad kartograficznych.
ETAPY POWSTAWANIA MAP
koncepcja mapy - określenie rodzaju tworzonej mapy, jej przeznaczenia
zbieranie i przetwarzanie danych
opracowanie i publikacja mapy
analogowe |
cyfrowe |
Ustalona skala
|
Płynne przechodzenie do różnych skal |
Drukowane w postaci arkuszu |
Płynne przeglądanie zawartości całej bazy danych |
Przedstawiają statyczny obraz |
Dają możliwości aktualizowania zmian |
Rzut na powierzchnię płaską |
Możliwość formy 3D |
Skończona liczba warstw |
Możliwość dołączania nowych baz danych |
PODSTAWY PROJEKTOWANIA MAP
Cel, realia, charakter danych, skala mapy, użytkownik mapy, warunki użytkowania mapy, ograniczenia techniczne
ŹRÓDA DANYCH
Gromadzenie jest podstawowym zadaniem systemu GIS
- pozyskiwanie danych
- Transfer danych
DANE POZYSKIWANE
I kryterium
- dane pierwotne (są gromadzone w postaci cyfrowej dla GIS)
- dane utworzone ( są w postaci cyfrowej lub analogowej i pierwotnie pozyskano je do innych celów
II kryterium
- dane rastrowe
- dane wektorowe
Rodzaje danych pozyskiwanych |
||
Dane pierwotne |
W |
R |
|
Cyfrowe obrazy satelitarne Cyfrowe fotografie lotnicze |
Pomiar GPS Pomiary geodezyjne |
Dane wtórne |
Zeskanowane mapy Cyfrowe modele terenu |
Baza danych topograficznych Mapa topograficzna |
DIGITALIZACJA - dane analogowe na cyfrowe
ORTOFOTOMAPA - jest mapą fotograficzną powstałą w wyniku przetwarzania różniczkowego zdjęcia lotniczego. Proces przetwarzania zdjęcia określany jest tu mianem ortorektyfikacji.
ORTOFOTOGRAFIA - jest zdjęciem którego płaszczyzna projekcji jest równoległa do płaszczyzny odniesienia a wszystkie promienie są prostopadłe do tych dwóch płaszczyzn. Na obrazie nie ma więc żadnych przesunięć spowodowanych pochyleniem zdjęcia.
Kartografia matematyczna jest działem kartografii zajmującym się opracowywaniem podstaw matematycznych odwzorowań powierzchni Ziemi na mapach oraz podstawami matematycznymi wykonywania pomiarów na mapach.Uzyskanie jak najmniejszych zniekształceń Przeznaczenie i wygoda mapy.
odwzorowanie merkatora Twórcą odwzorowania był kartograf i matematyk Gerhard Kremer, znany powszechnie jako Mercator. W 1569 roku sporządził mapę świata w odwzorowaniu równokątnym walcowym normalnym kuli w płaszczyznę.
W odwzorowaniu tym południkom i równoleżnikom odpowiadają odcinki, a kąty między nimi są zachowane. Odwzorowanie na równiku jest dokładne, wraz z oddalaniem się od niego błędy rosną Ogromne deformacje wyglądu obszarów w okolicach bieguna. Zastosowanie: w nawigacji, do tworzenia map morskich
Odwzorowania konforemneGaussa-Krügera
UTM (Uniwersalne Poprzeczne Mercatora - Universal Transverse Mercator)
Zastosowanie:Geodezja i topografia
Gaussa-Krügera Zostało opracowane przez matematyka niemieckiego Carla Friedricha Gaussa i użyte przez niego w latach 1820-1830 do obliczenia wyników triangulcji Hannoweru. Na podstawie rękopisów Gaussa, geodeta niemiecki Louis Krűger gruntownie opracował metodę odwzorowania i opublikował w 1912 r. i użyte przez niego w latach 1820-1830 do obliczenia wyników triangulcji Hannoweru.
Obszar Ziemi podzielony został na pasy południkowe.
Powierzchnia elipsoidy została podzielona na 60 pasów południkowych po 6° każdy lub 120 pasów po 3° każdy. Każdy z pasów jest odwzorowywany oddzielnie i stanowi oddzielny układ współrzednych prostokątnych płaskich Szerokości pasów zostały tak dobrane, aby można je było odwzorować na płaszczyźnie z jak najmniejszymi zniekształceniami.
Południk środkowy każdego pasa nazywany jest południkiem osiowym i odwzorowuje się bez zniekształceń.
Współrzędne prostokątne płaskie w odwzorowaniu UTM można wyznaczyć na podstawie współrzędnych wyznaczonych w odwzorowaniu Gaussa-Krűgera z prostej zależności
XUTM=m0xXGK
Yutm= moxYGK
gdzie m0 jest to elementarna skala zniekształceń długości na południku osiowym.
Powierzchnia odniesienia Jest to tzw. powierzchnia oryginału w odwzorowaniach kartograficznych, która w procesie matematycznego przyporządkowania odwzorowuje się na płaszczyznę w celu opracowania mapy.
W kartografii matematycznej za powierzchnię odniesienia przyjmuje się elipsoidę lub sferę
Sfera - do map małoskalowych
Elipsoida - do map wielko- i średnioskalowych Wyznaczana jest na podstawie pomiarów geodezyjnych, grawimetrycznych i satelitarnych.
Elipsoidy lokalne (m.in. Bessela, Hayforda, Krasowskiego), globalne (GRS'80, WGS'84).
Obecnie do opracowywania map stosuje się dwie elipsoidy wchodzące w skład dwóch niewiele różniących się układów odniesienia: WGS'84 oraz GRS'80.
Na sferze stosuje się układ współrzędnych geograficznych. Położenie punktu określa się za pomocą pary współrzędnych: szerokości geograficznej i długości geograficznej.Na elipsoidzie stosuje się układ współrzędnych geodezyjnych, w którym położenie punktu określa się za pomocą szerokości geodezyjnej i długości geodezyjnej
Powierzchnia odniesienia
Do określania współrzędnych punktu na elipsoidzie oraz kuli stosuje się ortokartezjańskie układy współrzędnych prostokątnych. Początek takiego układu znajduje się w środku elipsoidy lub kuli, oś z pokrywa się z osią obrotu elipsoidy, oś x leży w płaszczyźnie wybranego południka początkowego, a oś y jest ortogonalna do osi x i z (wszystkie trzy osie są wzajemnie prostopadłe) tworząc prawoskrętny układ oxyz.
Współrzędne geograficzne
Długość geograficzna λ (górna i dolna podziałka na mapie) Jest to miara kątowa między południkiem zerowym (Greenwich) a dowolnym innym południkiem. Długość geograficzną mierzy się od południka zerowego na wschód lub zachód.
Szerokość geograficzna φ (boczne, prawa i lewa podziałka na mapie) Jest to miara kątowa między równikiem a dowolnym innym równoleżnikiem. Szerokość geograficzną mierzy się od równika na północ lub południe.
Współrzędne geodezyjne
współrzędne geograficzne geodezyjne (współrzędne elipsoidalne) B i L są odpowiednikami współrzędnych geograficznych φ i λ
Odwzorowanie kartograficzne
Wzajemnie jednoznaczne przyporządkowanie punktów powierzchni oryginału (elipsoidy lub sfery) punktom płaszczyzny obrazu, w której tworzona jest mapa.
Odwzorowanie:
Sfery w płaszczyznę
x = x(j,l), y = y(j,l),
j - szerokość gegraficzna
l - długość geograficzna
Elipsoidy w płaszczyznę
x = x(B,L), y = y(B, L),
B - szerokość geodezyjna
L - długość geodezyjna
Skala główna - m0
współczynnik pomniejszenia współrzędnych x, y
pomniejszenie obrazu powierz. Odwzorowywanej wyraża stosunek zmniejszenia wymiarów liniowych powierzchni oryginału jest zachowana w odwzorowaniu na mapie tylko w tych punktach, w których nie występują zniekształcenia odwzorowawcze.
Elementarna skala zniekształceń (m)
Stosunek odpowiadających sobie elementarnych wielkości na powierzchni oryginału i płaszczyźnie obrazu.
Wykorzystywana jest głównie do wyznaczania zniekształceń długości i pól, rzadziej do wyznaczania zniekształceń kątów.
Elementarna skala zniekształceń długości jest funkcją trzech zmiennych: dwóch współrzędnych określających położenie punktu na oryginale (B, L na elipsoidzie lub j, l na kuli) oraz kierunku w tym punkcie.
Nazywana jest skalą lokalno-kierunkową.
Skala poszczególna mp
Skala poszczególna mp
wyraża iloczyn skali głównej (m0) i elementarnej skali zniekształceń długości odwzorowania m.
mp = m m0
Skala główna (m0), elementarna (m) i poszczególna (mp) w odwzorowaniu kartograficznym
Zniekształcenia odwzorowawcze Elipsa zniekształceń odwzorowawczych (wskaźnica Tissota)
Izolinie maksymalnych zniekształceń długości w odwzorowaniu Soldnera
Klasyfikacje odwzorcowań kartograficznych
Kryteria klasyfikacji
Kształt siatek kartograficznych
Charakter zniekształceń odwzorowawczych
Kryterium kształtu siatek kartograficznych
Azymutalne - równoleżniki odwzorowują się na koncentryczne okręgi, a południki w postaci pęku prostych
Kryterium kształtu siatek kartograficznych
walcowe - równoleżniki odwzorowują się na odcinki linii prostych równoległych do osi y, południki na proste równoległe do osi x układu współrzędnych płaskich
stożkowe - równoleżniki odwzorowują się na łuki okręgów koncentrycznych, południki w postaci pęku prostych
Pseudoazymutalne, Pseudowalcowe, Pseudostożkowe, Wielostożkowe
Kryterium zniekształceń odwzorowawczych
izometryczne - nie występują żadne zniekształcenia,
wiernokątne - kąty odwzorowują się bez zniekształceń,
wiernopolowe - pola powierzchni są zachowane bez zniekształceń,
wiernoodległościowe - długości w określonym kierunku zostają zachowane.
Odwzorowania normalne, ukośne i poprzeczne
Metody tworzenia odwzorowań kartograficznych
Konstrukcyjne - odwzorowanie jest realizowane z wykorzystaniem zasad rzutowania powierzchni oryginału na płaszczyznę, pobocznicę walca lub stożka. Wśród nich wyróżnia się trzy podstawowe rzuty: ortograficzny, stereograficzny i środkowy.
Analityczne - polegają na analitycznym rozwiązywaniu stosownych układów równań różniczkowych. Podajemy wówczas ogólne warunki, które ma spełniać odwzorowanie, np. odwzorowanie ma być równokątne i walcowe. Na tej podstawie układamy odpowiednie równanie różniczkowe. Po jego rozwiązaniu w następnym kroku wyznaczamy pewne stałe na podstawie warunków szczegółowych
Numeryczne - często odwzorowania kartograficzne otrzymujemy w wyniku rozwinięcia funkcji odwzorowawczych na szeregi potęgowe lub trygonometryczne, lub stosując odpowiednie wielomiany aproksymacyjne.