GIS - System informacji geograficznej

Wykład 1,2

1. program komputerowy

2. system służący do przetwarzania danych

Jeden z systemów informacji przestrzennej - GIS

R o d z a j e S I P

S y s t e m I n f o r m a c j i P r z e s t r z e n n e j

FM

SIT Systemy Informacji Przestrzennej

GIS

GIS jest często używany do budowy informacji o terenie. Systemy FM oparte są na systemie CAD. SIT budujemy na systemie GIS-u i CAD-u.

SIS - Special Information System

CAD - typ programu, który służy do projektowania

AM - automatyczna kartografia, automatyczne opracowywanie map

FM- system informacji o terenie

GIS - System informacji geograficznej

F u n k c j e :

CAD

• automatyczne rysowanie linii. Program kreślarski figur, brył

• jest wykorzystywany jako podstawy SIT i AM / FM

• użytkują go geodeci, urbaniści, projektanci

AM

• automatyzacja opracowania map

• nie jest programem GIS-owskim, (GIS-ami nie są też programy graficzne np. Corel Draw, Freehand)

• zalety: wygoda definiowania

• wady: brak współrzędnych , topografii

• użytkownicy: rysownicy, kartografowie

SIT

• system GIS-owski

• zawiera informacje o położeniu obiektów w terenie, granicach działek, własności, sieci, infrastruktury technicznej (tzw. Kataster)

• dotyczą one wielkiej skali

• użytkownicy: geodezja, administracje państwowe i lokalne

FM

• dane dotyczące tylko sieci infrastruktury, operacje na sieciach

• użytkownicy: operatory sieci przemysłowych i administracja państwowa

GIS

• wprowadzanie i przetwarzanie informacji o szeroko rozumianym środowisku geograficznym, jego elementach, właściwościach i zależnościach przestrzennych

• mają one pełny zestaw funkcji

• mogą być to systemy definiowane w szerokiej skali od wielkich do małych

• użytkownicy: nauki przyrodnicze i związane z przestrzenią np. geologia, leśnictwo, ochrona środowiska itd.

S k ł a d n i k i G I S

1. Sprzęt

• komputery osobiste (PC), laptopy

• rozdzielczość ok. 1024 × 766

• monitor minimum 17

• system operacyjny: Windows, Linux

• parametry standardowe

• dla serwerów UNIX

• komputer typu PAD - przenośny

• Program

• Dane

• Ludzie

• Sieć

Pracownie GIS

a) Konfiguracja sprzętu

• komputer osobisty dla ograniczonego projektu

• pracownie, w której jest stacja robocza ze stanowiskiem (kilka stanowisk) - jednocześnie można pracować na tym samym materiale

• inwestycje, przedsiębiorstwa GIS-owskie (kilka stacji roboczych) np. System dla województwa, dla powiatu (kilkanaście stanowisk)

Urządzenia wejścia (input) - służą do wprowadzania danych

• klawiatura

• skanery

• urządzenia pomiarowe

Urządzenia wyjścia (output)

• drukarki CIB lub kolorowe

• monitor

• plotery (urządzenia do rysowania)

• naświetlarki (urządzenia przygotowujące mapy do druku)

• nagrywarki CD

b) Program komputerowy:

• zbiór instrukcji, które kontrolują wszystkie funkcje komputera i systemu GIS

• programy są pisane w językach programowania: pascal, Java, Visual Basic. C+

• platforma graficzna (Interfejs) - musi ją zawierać program GIS

• własna (ArcInfo)

• zapożyczona ( Intergraph - MicroStation)

S t r u k t u r a p r o g r a m u G I S - m o d u ł y














W module są: algorytmy i procedury

• zbiory instrukcji w formie wyrażeń logicznych sformułowanych w językach komputerowych

• określają sposób rozwiązywania zadań lub wykonywania czynności

PROGRAM GIS





MODUŁ MODUŁ

















Jeśli wartość = 0 podstaw 1; to wynik = 0, a jeżeli jest wynik ≠ 0 to x + b • tg α

Algorytmy są właściwością autorską projektantów GIS, użytkownicy mają do dyspozycji komendy umożliwiające wejście do modułu.




Polygonshade geologie kolory (ikona)





Wypełnianie poligonów kolorami







Kolorowa mapa geologiczna

Języki komputerowe

Język programu GIS:

• oparte na języku C+

• każdy program posługując się własnym językiem

• utrudnia to komunikację między programami

• od końca XX w. tendencje do wprowadzenia algorytm, które pomagają w wymianie danych między różnymi programami

• jest import, eksport lub bezpośrednie włączenie

• polityka interoparability - aby mogły między sobą współdziałać

T y p y p r o g r a m ó w GIS ze względu na zakres funkcji:

♥ Profesjonalny GIS (pełny zestaw funkcji w zakresie analizy, ale ograniczone funkcje kartograficzne)

Programy tj. : GeoMedia, Geographics, ArcInfo, GRASS, IDRISI, TNT,...

♥ Desktop GIS - lepiej rozwinięte funkcje kartograficzne czyli wizualizacja, dobre możliwości definiowania znaków i legendy oraz organizowanie stron z mapami

Programy tj. : ArcView, GeoMedia Viewer, MapInfo

♥ Podręczny GIS - do urządzeń typu PAD z małym ekranikiem 640 × 480 pikseli np. w samochodach

Programy tj. : ESRI ArcPad

Aplikacje - programy dostosowujące funkcje programu GIS do potrzeb użytkowników.

Zbiory komend powodujących (po to, aby zautomatyzować czynności dla specjalnych instytucji robi się aplikacje np. dla ochrony środowiska, leśnictwa)

Ujednolicenie wykonywanych czynności, ustalenie jednolitych parametrów dla całości opracowania, stworzenie zbioru ikon lub menu (SICAD - to CAD Simensa)

Podprogramy wykonujące specjalne analizy lub sposoby prezentacji w programie GIS

Programy i producenci GIS, podkreślone to firmy funkcjonujące w USA

• ArcGIS, ArcView - ESRI

• (Enviromental System Research Institute)

• GeoMedia Proffesional - INTERGRAPH

Instytut nad badaniem systemów środowiskowych

• Geographics - BENTLEY

• GRASS (Geographic Resources Analysis Sopport System)

• TNT (MIPS) - MICROIMAGE

MIPS to system przetwarzania map i informacji

• MapInfo Proffesional - MAPINFO

• IDRISI - Clark University (program przydatny dla dydaktyki)

• Atlas GIS

• ERDAS - bardzo dobry, szalenie drogi, do obróbki obrazów satelitarnych

P o z o s t a ł e e l e m e n t y G I S:

c) Dane - BAZA DANYCH - zbiór informacji

d) Ludzie - UŻYTKOWNICY - mogą funkcjonować na 3 poziomach:

• Operatory system GIS (znają strukturę programu, wszystkie algorytmy, znają operacje programu GIS, zasady budowy baz danych, umiejętność tworzenia aplikacji)

• Analitycy

• Ogólna znajomość o możliwościach analitycznych GIS

• Umiejętności formułowania pytań

• Znajomość analiz przestrzennych

• Decydenci - (najważniejsza grupa) - podejmują decyzje

• Świadomość możliwości wykorzystania GIS do uzasadnionego podejmowania decyzji

• Wola korzystania z informacji dostarczonych przez analityków i operatorów.

e) Sieć

WYKŁAD 3

BAZA DANYCH W GIS

DANE A INFORMACJA





efekt interpretacji przetworzenia zbiorów danych informacji

zapis pewnego stanu wybranych aspektów przestrzeni w formie liczbowej lub tekstowej

GIS - to system zbiorów danych o przestrzeni geograficznej.

Wszystkie dane zawarte w GIS odnoszą się do przestrzeni i tworzą surowy model przestrzeni.

OD PRZESTRZENII DO MODELU (mapy)




to zbiór obiektów, zjawiska i relacji zachodzących między nimi

Jak się modeluje?

najpierw mamy wybór i identyfikację obiektów i zjawisk

{później określamy ich cechy i relacje}





określamy położenie w wybranym układzie


to tworzy bazę danych




określenie graficznej formy znaków model przestrzeni

PRZESTRZEŃ W GIS - absurdalna rama „obejmująca przedmioty” aparatu na geometrii euklidesowej( mamy np. przestrzeń geodezyjną, geograficzną, czy przestrzenie relacyjne).

CHARAKTER DANYCH GIS

rodzaje: geometryczne (dane położeniowe)

atrybutowe (dane o cechach obiektu)

metadane (dane o informacji zawarte w bazie danych)

obszar: nieograniczony (od dzielnicy, poprzez powiat, województwo do całego świata)

zakres: kataster

infrastruktura (FM)

dane geograficzne (GIS)

PROGRAM / BAZA DANYCH / ZBIÓR DANYCH






DBMS dane geometryczne ( odniesienia przestrzenne,

(system albo dane o położeniu)

zarządzania

bazą danych) dane tematyczne (atrybutowe) - cechy zjawisk obiektów.

{dane tematyczne bez danych geometrycznych nie mogą funkcjonować i na odwrót}

DANE GEOMETRYCZNE





położenie bezwzględne położenie względne





współrzędne (poszczególnych miejsc lub przestrzeni) relacje topologiczne

POŁOŻENIE BEZWZGLĘDNE - określa się na podstawie układu współrzędnych.

Mamy 3 rodzaje współrzędnych:







układ współrzędnych geograficznych na kuli ziemskiej

(długość i szerokość geograficzna)


y

współrzędne prostokątne




x





d

α współrzędne biegunowe- są używane przy pomiarach topograficznych

{współrzędne geograficzne oraz współrzędne biegunowe są przetwarzane na dane prostokątne, bo są najlepsze do takich oblicze}

ELEMENTY UKŁADÓW WSPÓŁRZĘDNYCH NA POLSKICH MAPACH TOPOGRAF.

• punkty przyłożenia - Borowa Górna (układ lokalny, brak go w GIS-ach), Pułkowo (we wszystkich systemach )

• elipsoida - Krasowskiego (używany do roku 1990), WGS 84 - World Geodesy System (po 90)

• odwzorowanie - zawsze wiernokątne (oznacza to, że kształt np. Odry, miasta, lasu jest wiernie odwzorowane lecz niekoniecznie jest zachowana wierność powierzchni)-Gaussa Krugera.

• podział na strefy - wg Międzynarodowej Mapy Świata w skali 1:1mln (Polska leży w 3 i 4 strefie)


ZAPIS INFORMACJI GEOMETRYCZNEJ W GIS



wektorowy (wykorzystywany w sytuacji rastrowy (wykorzystujemy

gdy w przestrzeni mamy punkt, który definiują obiekty) gdy przestrzeń dzielimy na

pola jednakowej wielkości)

ZAPIS WEKTOROWY

- feature (obiekty geograficzne, wymiary przestrzenne)

Obiekty mogą mieć różne wymiary przestrzeni:

• punkty 0D (point) . : . np. miejscowość

• linie (łuki) 1D (line,arc)




• poligony, obszary 2D (polygon)

obiekty powierzchniowe o kształcie wielokątów




JAK SIĘ OKRESLA POŁOŻENIE PUNKTÓW - każdy pkt. definiowany jest za pomocą pary współrzędnych


OKREŚLENIE POŁOŻENIA LINI




















OKREŚLENIE POŁOŻENIA POLIGONU
















Granica poligonu :

• z jednego łuku

• z kilku łuków

{pomiędzy łukami są węzły}

ŹRÓDŁA DANYCH WEKTOROWYCH

Pomiary terenowe:

Wektoryzacja

Wprowadzenie danych z klawiatury

Wprowadzenie danych z istniejących danych

Skanowanie mapy (rozdzielczość: 150, 300, 400, 600 dpi - to gęstość, liczba punktów na cal):

Skaner plaski

Skaner bębnowy


Format:

bmp, jpg, tiff




Wprowadzane danych:

z klawiatury

import


poprzez wektoryzację


ręcznie

ZAPIS POLOŻENIA OBIEKTÓW

Powierzchnię dzieli się na punkty:

dla każdego punktu zapisujemy x, y

dla każdej linii zapisujemy numer linii, numery punktów definiujących linię oraz ich x, y

Powierzchnia (poligony)- nr poligonu, nr linii budujących granice, nr punktów budujących linię oraz dla każdego punktu x i y.

WALORYZACJA MAP ZESTAWOWYCH

system wpisuje x, y - gdy wskażemy dany punkt na ekranie

dygitalizacja = wektoryzacja

DYGITALIZACJA AUTOMATYCZNA I PÓLAUTOMATYCZNA





taka w czasie, której zapisywane wskazane linie osi do przerwy

są punkty na wszystkich liniach

CECHY ZAPISÓW

Dokładność - pokazane punktu wpływa na dokładność zapisu informacji przestrzennej. Błąd dokładności to błąd położenia.

Szczegółowość a dokładność to co innego- różnią się.

Liczba punktów wpływa na szczegółowość zapisu informacji przestrzennej






























Wykład 4

Położenie względne TOPOLOGIA w GIS - relacje pomiędzy obiektami (relacje obiektów w zbiorach).

- połączenie obiektów,

- sąsiedztwo obiektów.

POŁĄCZENIE MIĘDZY PUNKTAMI

Opcja point


system zapisuje każdy z punktów jako oddzielną parwspółrzędnych.

Nie zapisuje sąsiedztwa.

Opcja line


te same punkty są łączone linią, wg numeracji punktów. Punkt pierwszy jest węzłem od, punkt ostatni jest węzłem do (linia jest niedomknięta)

Opcja poligon


linia domyka się mamy poligon.




punkty linia poligon

POŁĄCZENIA LINII

Bez topologii

nie ma możliwości wybrania tego odcinka

Z punktu idzenie topologii linie nie mają połączeń, każda jest osobno pomimo, że my widzimy że się nakładają.




Z topologią

Jest możliwość wybrania tego odcinka




SĄSIEDZTWO

Strona lewa węzeł 2 (do)


strona prawa

węzeł 1 (od)

węzeł 1(od)

strona prawa


strona lewa

węzeł 2 (do)

W GIS można zmieniać kierunki linii.

SĄSIEDZTWO POLIGONÓW

W /P bez topologii- podwójne kodowanie wspólnej granicy




Z topologią- wspólna granica kodowana tylko raz.




TYPY SĄSIEDZTW

Poligon styka się z innymi obiektami ( ma punkty wspólne z innymi obiektami).




Poligon przecina się z innymi obiektami.




Inny poligon, punkt lub linia leżą wew. poligonu.




Punkt, linia, inny poligon leżą na zew. poligonu.




BŁĘDY WEKTORYZACJI

Do poligonu chcemy dorysować linię.

1).Jeśli pomiędzy linia a poligonem jest przerwa to jest to błąd niedociągnięcia




2).Jeżeli linia przechodzi przez część poligonu to mamy błąd przeciągnięcia.




Błąd podwójnego kodowania




Błąd przeciągnięcia




Błąd niedociągnięcia




Poligon z pętelką (w miejscu pętelki powstaje poligon nie mający sensu geograficznego).




BŁĘDY TOPOLOGICZNE Rzeka pierwsze kółko- błąd przeciągnięcia,

drugie kółko- błąd niedociągnięcia




DOCIĄGANIE

Promień dociągania (snap distance)

Wyznaczmy promień koła w obrębie którego wszystkie punkty otrzymują współrzędną x, y środka tego koła.


x,y- współrzędne jednego z węzłów znajdującego się w kole

Zbyt duży promień dociągania.




Przy dobieraniu promienia dociągania trzeba kontrolować sytuację topograficzną. Promieńma jednostki mapy (cm, m, km,).

USUWANIE WĄSÓW

Usuwanie wąsów ręcznie lub automatycznie (określa się odległość na usuwanie wąsów)

Strzałka pokazuje wąs usuwamy go komendą DANGLE




Relacje topologiczne:




DANE ATRYBUTOWE

Określają cech i właściwości obiektów, pochodzą z danych statystycznych i badań terenowych, legenda map tematycznych.

Rodzaje atrybutów: (znaczenie przy zakładaniu tabeli)

- liczbowe

- l. całkowite (integer)

- l. dziesiętne (float, double)

- kody

- ppg /A3 text

alfanumeric

- opisy

- trzeciorzęd/ gleba bielicowa

- daty

- 1.03.04 (date)

- cechy graficzne- znaki

TABELA ATRYBUTOWA

Baza danych GIS to zbiór tabel

Identyfikator systemowy	Identyfikator użytkownika	Atrubut
115	3140	1212
116	3040	1173
117	3060	1180
………	……..	……….

Zakładanie tabel atrybutowych




1. rekord

2. pole, kolumna

def kolumn- charakter danych, szerokość kolumny, liczba miejsc po przecinku, sposób dołączania obiektów (jeden obiekt- jeden rekord)

Zapis atrybutów w GIS:

IP zasolenie

1 8,7 jeden punkt jeden rekord

2 3,4

3 3,7

4 4,1

w GIS można budować jedna lub wiele tabel atrybutowych, każdy rodzaj obiektów ma swoją własną tabelę i własne atrybuty. Nie ma tabel obejmujących obiekty różnego typu (np. punktowe i liniowe)

Zapis rastrowy

Drugi rodzaj zapisu informacji o przestrzeni, to podział powierzchni na jednolite fragmenty- piksele, oczka rastra, pola macierzy.

Wielkość oczka rastra (liczba oczek) wpływa na szczegółowość zapisu informacji przestrzennej.

Piksel- ang. Piel (Picture&element)

To najmniejszy element obrazu, który ma kształt kwadratu lub prostokąta do którego przypisana jest wartość (poziom szarości, koloru).

Źródła danych rastrowych:

- skanowanie map (150, 300, 600 l. punktowe- na cal),

- zdjęcia lotnicze po zeskanowaniu,

- obrazy satelitarne (wielkość pikseli 80m-1m),

- zdjęcia radiowe, laserowe,

- istniejące pliki ( mapy opracowane w innych projektach, numeryczne wersje map producentów map topograficznych, mapy z Internetu),

Określanie położenia rastra za pomocą kolumn, rządów (brak x, y) lub (I,J)

Obraz rastrowy jest zapisywany:

Do skanowania map

1. obraz czarn0- biały (kreskowy) część pikseli ma wartość 0 (brak linii) wartość 11 kolor czarny- linia zapis 0,1,

2. poziom szarości lub koloru- zapis 4 bitowy (piksele przyjmują wartości od 0-15, czyli mamy 16 poziomów różnych odcieni, szarości lub koloru).

Do obliczeń

8 bitowy- zakres liczb 0-255- 256 poziomów barw

16 bitowy- zakres liczb 0- 65536- 65537 poziomów barw

32 bitowy- zakres liczb 0- 16777216- 16777217 poziomów barw

grid/raster lattice/ układ punktów /oda rodzaje zapisu tworzą macierz

podział na jednolite pola /

Wyświetlanie pikseli (rastra) jednokanałowego

- zapis czarno-biały (monochromatyczny),

- zapis odcieni szarości,

- zapis kolorowy

Topologia w zapisie rastrowym, sąsiedztwo




Typy sąsiedztwa pikseli:

- I stopnia

- II stopnia

Atrybuty w zapisie rastrowym

Jeden obraz rastrowy to jeden atrybut- system INGRID

Do każdego oczka rastra może być dostępna jakaś liczba atrybutów.

STRUKTURA BAZY DANYCH GIS






















-mogą być - mogą być - czyli wewnętrzna część pliku dla której nie



warstwami tabelą ma dostępu z zewnątrz




WARSTWY GIS

- to kalka półprzeźroczysta, na której można wyświetlać jedną warstwę na drugiej, np. możemy wyświetlać min.: rzeki, pkt. hydrograficzne, zlewnie, mapy pokrycia terenu

WARSTWY GIS

1. dane źródłowe:

- rastrowe (zeskanowane mapy, obrazy satelitarne)

- wektorowe (zwektoryzowane elementy)

2. wyniki.







- dla każdej warstwy mamy tabele

• na jednej warstwie zapisuje się jeden rodzaj elementu

• do każdej warstwy jedna lub kilka tabel np. punktowe, liniowe.

punktowe liniowe

TYPY BAZ DANYCH GIS

• spagetti

• relacyjna (powszechnie stosowana) - połączona z tabelami atrybutowymi, relacje topologiczne zmienne

• obiektowa - obiekty z atrybutami i tabele, tu do obiektów dopisuje się relację z innymi obiektami

np. droga i budynek w przypadku obiektowej bazy danych są połączone, relacje jest zachowana między budynkiem a drogą

np. droga i budynek w przypadku relacyjnej bazy danych zmienia się relacja między drogą a budynkiem

JAKOŚĆ DANYCH - błędy baz danych określają:

• dokładność położenia ( x, y)

wielkość dopuszczalnego błędu

instrukcje map topograficznych {błąd nie powinien przekroczyć 0,1 mm}

• dokładność atrybutowa

ilościowa - metryczna, czyli średni błąd kwadratowy

jakościowa - mówimy o błędzie atrybutowym, czy błędzie klasy, kategorii np. glebę bielicowa podpiszemy jako brunatną

• kompletność/ aktualność np. mapa gęstości zaludnienie z roku 2004 będzie inna niż z roku `95

• logiczna spójność

ANALIZA BŁĘDÓW MAP CYFROWYCH

1. Wyznaczenie punktów kontrolnych metodą: losowo, systematycznie, stratyfikowaną losową

2. Odczyt wartości w punktach

3. Obliczamy różnicę między wartościami

4. Obliczamy RMS ( średni błąd kwadratowy) - root mean square error - dla danych ilościowych







LICZBA PUNKTÓW KONTROLNYCH







BŁĄD PROPORCJI DLA DANYCH JAKOŚCIOWYCH







LICZBA PUNKTÓW KONTROLNYCH







{wszystkie wzory znajdujące się powyżej to statystyka, nie trzeba się ich uczyć na pamięć, ale trzeba wiedzieć gdzie można je znaleźć. Są one w książkach do matematyki i statystyki.}

JAKOŚĆ DANYCH - METADANE

• metainformacja oznacza informację o informacji

metadane w GIS: charakter danych, aktualność, dokładność, pochodzenie, dysponent danych

WYKŁAD 5

Temat: PRZETWARZANIE DANYCH W GIS

OPERACJE PRZETWARZANIA DANYCH

1. Integracje.

2. Operacje na danych geometrycznych.

3. Operacje na danych tematycznych (atrybutowe).

4. Obliczenia.

5. Analizy przestrzenne.

6. Numeryczne modele terenu.

Integrowanie informacji

1. rejestracja obrazu rastrowego

2. transformacja rastra na wektor i odwrotnie

3. transformacja współrzędnych w zapisie wektorowym

4. łączenie danych wektor z danymi atrybutowymi

5. łączenie danych wektorowych z różnych map

1. Rejestracja obrazu rastrowego

















































REJESTRACJA REKTYFIKACJA

(georeferencja) kalibracja transformacji obrazu rastrowego

czyli przetworzenie współrzędnych w taki sposób, aby jego boki były zgodne

rastra na współrzędne prostokątne z układem współrzędnym

{rejestracji i rektyfikacji dokonuje się za pomocą transformacji afinicznych}

TRANSFORMACJE AFINICZNE















X^'=A_x+B_x+C dzięki tym

Y^'=D_x+E_y+F wzorom

mapa jest: przesuwana obracana skalowana nachylona

2. Zapis rastrowy na wektorowy i odwrotnie


























































































































rasteryzacja wektoryzacja















raster to linia, która

przebiega przez piksel

{rasteryzacja dokonuje się przez skanowanie lub gridowanie}

3. Transformacja współrzędnych

- przeliczanie współrzędnych z jednego układu na drugi























x₁ = f(x, y)

x = f(φ, λ) y = f(φ, λ) y₁ = f(x,y)

przeliczanie współrzędnych przeliczanie jednego ukł. współrzędnych na inny

geograficznych na wybrany

układ współrzędnych prostokąta

{powyższe transformacje to transformacje Helmerta}

4. Łączenie danych wektorowych z danymi atrybutowymi









1, 2, 3, 4- identyfikatory














Attach:

1 rekord - kilka obiektów

lub

1 rekord - 1 element (to podstawowy zapis)

TABELA ATRYBUTOWA - zawiera kolejny numer

• identyfikator systemowy

• 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  identyfikator użytkownika

numer obwodu





















5. Łączenie danych wektorowych z różnych map

1. Uzgodnienie (transformacja) układu współrzędnych

2. Skala map nie ma znaczenia jeśli współrzędne określane są w jednostkach naturalnych (m,km)

3. Uzgodnienie położenia obiektów i przebiegu granic



POLIGONY RESZTKOWE





zasięg obszaru na zasięg lasu na mapie glebowej poligon resztkowy ( sliver), powstał

mapie topograficznej on ponieważ zasięg na 1 i 2 mapie nie pokrył się

POLIGONY ELASTYCZNE ( DOPASOWANE)
























tu granice


dociąga się do siebie

warstwa dokładna warstwa niedokładna (transformowana)

Operacje na danych geometrycznych

1. Selekcja graficzna elementów ( obiektów)

2. Dodawanie / usuwanie elementów

3. Zmiany położenia elementów

1. Selekcja graficzna elementów ( obiektów)

• 
  usuwanie na ekranie jednego obiektu: ● ○

• 
  
  
  
  wskazanie grupy obiektu:
















select





unselect


• 
  wersje wyboru obiektów:
























inside partiale wszystko to co się

(te, które znajdują się (te, które leżą wewnątrz, ale styka z konturem

wewnątrz ) również te, które przecinają)

2. Dodawanie lub usuwanie elementów


































Add

nowa para x, y Delete


w tabeli usunięcie pary x, y

współrzędnych w tabeli współrzędnych

3. Zmiany położenia elementów (przesuwanie)

























move





4. Zmiany kształtu



































WYKŁAD 6

III. Operacje na danych tematycznych (atrybutowe)

1. selekcja atrybutowa

2. klasyfikacja

3. reklasyfikacja

4. łączenia tabel

1. Selekcja atrybutowa

• wybór wszystkich rekordów, których wartość we wskazanej kolumnie spełnia określone kryteria

• 
  za pomocą wyrażeń logicznych: np. select tabela 1.liczba >500 (komenda tabela. kolumna operator nr wartości)


np. Tabela 1 liczb. nr 1 123 lista wybranych rekordów

• 584 2 584

• 237 4 632

• 632

*w programie są wbudowane SQL - strukturalny język zapytań ( Structured Query Language)-używany do tworzenia zapytań dotyczący układu zadań logicznych

Operatory: =, >, <, ≤, ≥, or, and, not, if...then

2. Klasyfikacja

To: grupowanie wartości w klasy, podstawianie numeru klasy we wskazanej kolumnie na podstawie wartości w innej kolumnie

Klasy: 1 - 0 - 100

2 - 101 - 500

3 - 501 - 1000

4 - > 1000

Grupowanie to generalizowanie informacji i zmniejszenie ilości informacji na mapie

nr atrybut klasa

1 56 1

2 850 3

3 241 2

4 2546 4

*im większa liczba klas, tym bardziej rozproszony jest obraz na mapie ( nieczytelny), tak więc najbardziej polecana ilość klas to, od 3 do 7, a max. to 9! Klas

*zasadniczy podział na klasy:

1. równe odstępy między przedziałami o 100, 200, 300

2. równa liczebność klas ( powierzchnia jednostek)

3. na podstawie wykresu rozkładu wartości

















jednostki

( jeśli różnice są małe to powiększy wielkość skali)

4. Metoda Jenksa- uwzględnia sąsiedztwo podobnych jednostek

5. 15 innych metod podziału , każda z tych metod podziału daje w efekcie inny obraz przestrzenny danego zjawiska, a nie wiadomo która metoda jest najlepsza do danego rodzaju danych

3. Reklasyfikacja

- podstawianie wartości we wskazanej kolumnie na podstawie funkcji, za pomocą:

funkcja matematyczna, np. C=A/B

A B C

5000 25 25

wyrażenia logiczne określające warunki przynależności do klas, np. if ID3<2

funkcja logiczna, np.

if (opad<700) and (C^O>20) and (c klasa gleb=3) or (klasa użytkow=1) then przydatność=1

4. Łączenie tabel atrybutowych

Łączenie tabel jest możliwe pod warunkiem, że obie tabele mają wspólny identyfikator, np. ID oraz zgodność właściwości kolumnowych- ale tu program pokaże co potrzebne.

IV. Obliczenia w GIS

1. pomiar długości i odległości

2. pomiar pola powierzchni i objętości bryły

3. statystyka najbliższego sąsiedztwa NNS

4. zapis danych kartometrycznych i długości linii

5. statystyka zbiorów

1. Pomiar długości i odległości

- wykorzystuje się tu twierdzenie Pitagorasa




y₂




c²=a²+b²




x₁ x₂

D=√(x₁-x₂)²+(y₁-y₂)² {nad całym równaniem jest pierwiastek}

różnice wartości współrzędnych

*długość linii:

suma poszczególnych odległości pomiędzy punktami

_n

dl=∑[√(x_i-x_i-1)²+(y_i-y_i-1)²]

^i=l

*określenie długości punktu od odcinka

*punkt wewnątrz poligonu ( algorytm Jordana określa, że jeśli ilość przecięć jest między punktami nieparzysta, to wtedy wychodzi na zewnątrz poligonu, a gdy jest parzysta to punkt jest parzysty- ?

2. Pomiar pola powierzchni i objętości bryły



y₂





B C

A







y₁ A D

A₁

x₁ x₂

_n


A=1/2∑(x_i•y_i+1-x_i+1•y₁)


bez wzorów _n ^i=l

P=∑(A-A₁)

^i=l

reguły geometryczne pozwalają na określenie tych wartości

3. Statystyka najbliższego sąsiedztwa NNS

- określa zdolność z jednym z trzech możliwych rozkładów punktów na płaszczyźnie







a) b) c)

rozkład klastrowy przypadkowy regularny

skupiony

NNS=2•∑di/n√A/n di= odległość od kolejnego punktu do najbliższego ....?

A= powierzchnia, na której rozrzuconych jest n punktów

NNS<1 - rozkład klastrowy

NNS=1 - rozkład regularny

rozkład losowy NNS dąży do 1

*wyznaczanie geometrycznego środka figury ( centroid)








centroidy

4. Zapis danych kartometrycznych i długości linii

Pole, obwód, poligon oraz centroidy są zapisywane w tabelach automatycznie.

Miara wartości kartometrycznych jest taka sama jak miara wartości współrzędnych


5. Statystyka zbiorów

1. liczba elementów

2. średnia arytmetyczna

3. odchylenie standardowe ważny dobór pola odniesienia

4. wartość maksymalna

5. prędkość wartości

V. Analizy przestrzenne w zapisie wektorowym

1. wyznaczanie relacji przestrzennych

2. łączenie i wycinanie wyznaczonych obszarów

3. łączenie sąsiednich poligonów

4. buforowanie

5. poligony Thiessena

6. łączenie warst

1. Funkcje przestrzenne




• są przecinane przez obrys

• przecinają się

• są w odległości od

• zawierają

• całkowicie zawierają

• są zawierane

• są całkowicie w

• mają środek w

• mają wspólny odcinek z




2. Łączenie i wycinanie wyznaczonych obszarów

Na podstawie operacji logicznych algebry Boole'a określających charakter relacji topologicznych:



















NOT wycięte





AND suma






















OR

























NOT-AND

3. Łączenie sąsiednich poligonów





a₁

A₁ możliwe jest usunięcie granicy, gdy dwa poligony

mają to samo oznaczenie obok siebie

4. Buforowanie

bufor= ekwidystanta - linia złożona z punktów w jednakowej odległości od danego obiektu

















określamy otoczenie punktu przez bufor, a buforem może być: bufor sieci rzecznej, bufor miasta, bufor zb. wodnego, bufor może mieć dowolną wielkość



5. Poligony Thiessena

_{● ●} te punkty są reprezentatywne dla danej powierzchni (wartości)

6. Łączenie warstw

1. w poziomie

2. w pionie

3. graficznie

4. topologicznie

warunek łączenia warstw, to wspólny układ współrzędnych

a) łączenie warstw w poziomie







plik1 plik2 plik3



plik4 plik5 rzeka




Problem w łączeniu warstw w poziomie jest następujący:
uzupełnienie niedociągłości linii	uzgadnianie przebiegu linii na brzegach arkusza

b) łączenie warstw w pionie

1 - graficzny

2 - topograficzny

1 - Graficzne łączenie warstw w obszar z kilku warstw różnego typu, np. drogi, rzeki.

Graficzne łączenie warstw daje w efekcie mapę kompleksową.

Między elementami na różnych warstwach nie ma relacji topologicznych

2 - Topologiczne łączenie warstw. Są to warstwy tego samego typu, np. warstwy poligonowe, punktowe

warstwa I warstwa II








A B a





b c


C D d







Tabela 1

WYKŁAD 7



ANALIZY SIECIOWE

• wyznaczanie optymalnej trasy

• lokalizacja ( alokacja)

• dotyczące układów rzek

SIEĆ ( NETWORK) - może być sieciowa lub kątowa

• Wyznaczanie optymalnej trasy:

1. najkrótsza droga

2. uwzględnienie miejsc ( odcinków) nieprzejezdnych

3. uwzgl. kierunków ruchu na drodze ( czy droga jest jedno kierunkowa, czy nie)

a) Najkrótsza droga ( path / route)



























To jest plan miasta, kropką czarną zaznaczone jest miejsce w którym jestem, kropką czerwoną miejsce do którego chce dotrzeć. Czerwone kreski to najkrótsza trasa, którą mogę się dostać do miejsca docelowego. Po dodatkowym wskazaniu ulic nieprzejezdnych trasa ulegnie zmianie.

• 
  
  
  
  
  
  Lokalizacja ( alokacja) - allocation - jest to wyznaczanie obszaru sieci obsługiwanego przez wskazany punkt ( np. pizzeria ustala sobie że ma zasięg 2 km, na terenie którego dowozi pizzę za darmo, po jakiemś czasie można zmienić zasięg na 3 km lub mniej, jest to symulacja, która jest zaleta GIS-u )




ALLOKACJA Z OGRANICZENIAMI

• ograniczenie odległości od punktu, nie może być większe niż 2,5 km

• uwzględnienie innych informacji, np. liczna ludności ( ile ludzi będzie miało bezpośredni kontakt, tzn. będzie mogło dotrzeć pieszo do na przykład aqua parku)

• określenie kierunku spływu - jest możliwe pod warunkiem, że na odcinkach sieci węzły od i do będą ułożone, ustawione w odpowiedni sposób
























PRZETWARZANIE DANYCH RASTROWYCH:

1. zmiana rozdzielczości

2. selekcja atrybutowa

3. reklasyfikacja

4. relacje między wartościami jednego piksela na różnych rastrach

5. filtrowanie

6. analiza sąsiedztwa

7. analiza obszaru

Im większy piksel tym więcej cech przestrzeni zmieści się w obrazie piksela, np. jedno oczko rastra - 100 m jest to oczko mało dokładne, na 100 m może być kawałek drogi, lasu, pola. W miarę rozwoju systemu ta rozdzielczość zmienia się i tak zdjęcia satelitarne mają już w pikselu nie 100 m, a 30 m. Systemy wojskowe mają najlepsze rozdzielczości. Gdy np. w TV nie chcą pokazać twarzy zabójcy albo kogokolwiek to powiększają 3 - 4 piksele i zamiast twarzy widzimy kwadraty- to jest właśnie powiększony piksel.

To jest zmiana rozdzielczości:





































tu kwadrat mieści tu w 6 pikselach a tu w 16 pikselach ( wyobraź sobie

się w 4 pikselach kratki - nie chciało mi się ich rysować)

1. zmiana rozdzielczości:

• zwiększenie rozdzielczości ( podział pikseli na mniejsze pola, nie zwiększają szczegółowości obrazu)

• zmniejszenie rozdzielczości ( łączenie pól w pola większe, na charakter generalizacji obrazu rastrowego) inaczej można powiedzieć generalizacja

2. selekcja atrybutowa ( wybór pikseli o wskazanych wartościach z zastosowaniem wyrażeń logicznych), np. Select lu = 125

tzn. wybierz piksele z rastra “użytkowanie ziemi”( lu) o wartości 125 (las)

c) reklasyfikacja - to zmiana wartości pikseli

np. If lu = 125 or lu = 200 then nowy = 1

( to stosujemy gdy chcemy określić np. przydatność do wypoczynku, czyli oznaczyć jeziora, łąki)


d) relacje między wartościami jednego piksela na różnych rastrach - to wyznaczenie zależności między cechami środowiska na podstawie różnego rodzaju funkcji, np. R=O*P*W









opady funkcja jest obliczana dla kolejnych pikseli obrazów

rastrowych









pokrycie terenu









wys. n.p.m.

5. filtrowanie - to ważna operacja na rastrach wykorzystywana w analizie obrazów satelitarnych. Polega na przeliczaniu wartości oczek rastra z zastosowaniem filtru - maski. Zbudowany z różnej liczby oczek ( 9, 16, 25, 36 - tyle kolumn co rzędów) zawiera różne wartości współczynników filtrowania. W zależności jakie wartości się wpisze, filtry mają różne działanie, np. 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 4 1

1 1 1 1 1 1

Rodzaje filtrów:

- wygładzający 1 2 1 - wyostrzający -1 -1 -1

( generalizacja) 2 4 2 (poprawiający kontrast) -1 9 -1

1 2 1 -1 -1 -1

istnieje jeszcze 6 lub 8 rodzajów filtrów, ale my nie musimy ich znać, bo one akurat służą do obróbki zdjęć satelitarnych, a my się tego nie uczymy

6. analiza sąsiedztwa : odległość = burfor























4d²















2d rzeka bufor na 30 m








7. analiza obszaru

• gęstość obiektów ( możemy analizować liczbę pikseli pewnego rodzaju w obrębie pola)

ŁĄCZENIE OPERACJI I METOD ANALIZY

Przy łączeniu operacji ważna jest kolejność operacji








selekcja łączenie 2 warstw







buforowanie





selekcja




ZINTEGROWANE WYSZUKIWANIE

SELEKCJA Z WARUNKIEM PRZECINANIA ( interset)

np. wybór lasów, przez które przebiegają drogi, czyli które lasy są pod wpływem zanieczyszczeń samochodowych.

WERSJE ŁACZENIA / WYCINANIA

• z zastosowaniem operatów Bode'a

• z zastosowaniem funkcji wycinania ( clip)

np. mamy mapę 3 gmin ułożonych w pionie, gdy damy komendę „clip inside” to środkowa gmina zostanie zakryta np. białym kwadratem. Gdy komenda będzie brzmieć „clip outside” to skrajne gminy będą zakryte.

SELEKCJA Z WYCINANIEM

np. mamy warstwę z tymi samymi gminami, co wyżej, plus sieć rzeczną na ich terenie. Warunkiem jest by zostały wyświetlone wszystkie rzeki, które przechodza lub przecinają się z gmina środkową, gdy damy komendę „intersect + clip” dostaniemy rzeki na białym tle, bez gminy. Czyli pozostanie nam warstwa z rzekami.

WYKŁAD 8

Temat: Numeryczne Modele Terenu ( DTM, DEM)- podpunkt IV

Na Numeryczne Modele Terenu można tez powiedzieć:

• numeryczne modele wysokości

• numeryczne modele powierzchni

DTM ( Digital Terrain Model), DEM ( Digital Elevation Model)

DTM jest to jeden ze sposobów przetwarzania danych, a dotyczy to budowania modelu powierzchni trójwymiarowych.

Powierzchnie trójwymiarowe mają: zróżnicowaną wysokość,


3 współrzędne,


mogą przedstawiać np. budynki, misy jeziorne,



grzbiety górskie, nasypy








Powierzchnia trójwymiarowa w przestrzeni geograficznej”






























bryły powierzchnie 3- wymiarowe

Powierzchnie ciągle:

















• • • jest zbudowany z nieskończonej

liczby punktów o różnych wartościach w każdym punkcie można wyznaczyć tylko jedną wartość , która jest różna od wartości sąsiadującej

Powierzchnie nieciągle:













































na granicy następuje w pkt. na granicy można wyznaczyć 2 wartości

przyrost/ spadek wartości

Powierzchnie ciągłe	Powierzchnie nieciągle
to wszystkie zjawiska, których wartości mierzone są w punktach, np.: powierzchnia terenu, temperatura, ciśnienie, magnetyzm ziemski, gęstość wód powierzchniowych, itp.	to wszystkie zjawiska, których wartości odnoszone są do jednostek powierzchniowych, np.: gęstość zaludnienia, intensywność produkcji, itp.
Powierzchnie nieciągłe można przerobić na powierzchnie ciągłe

Punkty pomiarowe Punkty odnoszone do jednostek






























Źródła danych do Numerycznych Modeli Terenu

mogą być: skąd się biorą:


mapy poziomicowe, wektoryzacja poziomic



wektorowe pomiary naziemne- dane ze zdjęcia wysokościowego

fotogrametria- interpretacja zdjęć lotniczych


obraz satelitarny- SPOT, robią dwa pobierania zdjęcia


rastrowe

zdjęcia radarowe- obecnie ten sposób jest w rozwoju. Jest to odczytywanie w pikselach z samolotu, w związku z tym mają większą rozdzielczość

Składniki Numerycznych Modeli Terenu:

1. Punktowa reprezentacja powierzchni fizycznej lub statystycznej, rzeczywistej lub abstrakcyjnej w formie zbioru współrzędnych x, y, z.

2. Definicja relacji topologicznych między punktami modelu.

3. Algorytmy prezentacji powierzchni.

Budowanie Numerycznych Modeli Terenu:

1. Zbiór punktów reprezentujących powierzchnie tabeli współrzędnych x, y, z.

2. Metoda ( funkcja) aproksymacji powierzchni.

3. Typ modelu ( Tesslacja)

4. Rozdzielczość modelu

1. PUNKTOWA REPREZENTACJA POWIERZCHNI

z






z- wysokość powierzchni w punkcie odpowiada












wartości zjawiska w tym punkcie







x

Układ punktów może być
nieregularny ( x, y, z są zmienne)	Pólregularny ( jedna ze zmiennych jest stała)		Regularny (x, y- stałe, z- zmienne)
	x, y- stałe z- zmienne	x, y- zmienne z- stałe	y x
najlepiej jeżeli te punkty będą charakteryzowały najbardziej char. punkty powierzchni, np. szczyty, obniżenia	dane pobierane w układzie profilowym lub poziomicowym

2. RELACJE TOPOLOGICZNE -oznaczają zachowanie powierzchni między punktami - charakter zmienności wartości .

Każdy punkt reprezentuje swoje otoczenie, a jednocześnie jest związany z sąsiadującymi punktami:







z

to jest założeniem o charakterze funkcji interpolacyjnej





x, y

Aproksymacja modelu -to przybliżenie modelu do powierzchni ( np. rzucenie materiału na szpilki wbite w poduszkę )

Średni błąd kwadratowy ( RMS) -w każdym przypadku obliczania mówimy o błędzie, RMS wynika z:

• różnic wysokości punktów leżących między punktami cechowanymi

Aproksymacja zależy od struktury modelu -układu punktów i ich gęstości.

Gdy błąd cechowany = 0, oznacza to, że pomierzenie było brane bezpośrednio z powierzchni

Rodzaje aproksymacji
Funkcje interpolacyjne		Funkcje sklejane
Rodzaje interpolacji
Osiowa -na podstawie dwóch punktów na osi interpolacyjnej	Powierzchniowa -na podstawie wielu punktów ( jest używana w GIS-ie)
przykład interpretacji osiowej zalecany jest trójkątny układ osi ( osie nie mogą się przecinać). W prostokątnym układzie osi istnieje problem niejasności, np. 7 12 z jednaj strony ta kropka ma wartość 8,25 ( 15+12/2), z 15 6 drugiej 7,5(7+6/2)	przykład interpretacji powierzchniowej • • • • ○ • • ○- interpolowany punkt •- punkt np. na podstawie mapy, na temat zawartości ołowiu w glebie Uwzględnienie wysokości wszystkich punktów, na wyznaczonym obszarze, którego środkiem jest punkt interpolowany	To powierzchnia o zróżnicowanych kształtach, nie dająca się opisać prostą funkcją matematyczną. Jest to kilka sklejonych ze sobą funkcji, np. trochę sinusa z parabolą, tangensem i hiperbolą- razem dają funkcję sklejoną.

W programach GIS-owskich są algorytmy:

INVERSE DISTANCE -odwrotna odległość

KRIGGING -waga określana na podstawie wariogramów

MINIMAL, CURVATURE -minimalna krzywizna -spline

SPLINE -funkcja sklejona

Założenia interpolacji:

Zasada odwrotnej odległości

Zależność między wartością punktu interpolowanego i cechowanego jest funkcją odległości między tymi punktami ( im mniejsza odległość tym mniejsza różnica wartości)





● ●





Ah2 ● ● ●



○ ●

Ah1 ● ● ●



● ●

i2 di2p di1

_{n n}

zP=[Ε (zi/di)^p]/[Ε1/d^p]

^{i-1 i-1}

zi1,di2 -odległość punktu interpolowanego od punktów cechowanych

Ah1, Ah2 -różnica wysokości między punktami interpolowanymi, a punktami cechowanymi

p -waga odległości

zp -wysokość punktu interpolowanego

Założenie

interpolacja liniowa - wykładnik potegi=1

interpolacja nieliniowa - wykładnik potegi≠1 ( im wyższy wykładnik, tym większe załamanie powierzchni)

p=2







p=1

p=0,5




Wykładnik potęgi interpolacja powierzchniowa








p=1




p=2





p=0,5

Metoda KRIGGING -char. zależności między punktami określa semiwariogram( samiwariancja z rozkładu statystycznego)

Zalety systemu: metoda eliminuje wartości ekstremalne

im większa korelacja między punktami, tym większy współczynnik wagowy

współczynniki wagowe są proporcjonalne do oddziaływania sąsiednich punktów

3. TESSALACJA - Typ Numerycznego Modelu Terenu -podział powierzchni na elementy powierzchniowe

Rodzaje tessalacji
MODEL TIN ( Triangulated Irregular Network)	MODEL GRID -to obraz rastrowy
oparty na char. punktach daje najlepsze przybliżenie powierzchni	Punkty nie reprezentują char. punktów powierzchni, dlatego dodaje się jeszcze dodatkowe podziały
Jest to sieć nieregularnych trójkątów. Tą sieć buduje się na zasadzie: jak najkrótszych boków, by trójkąty były równoboczne, a wpisane w koło, nie będzie mieć innego punktu modelu.	Stopień aproksymacji zależy od wielkości oczka siatki. Oczka mogą być o jednakowej wielkości lub o różnych wielkościach.

Reprezentatywność punktów w Numerycznych Modelach Terenu
TIN	GRID
Punkty reprezentują wszystkie grzbiety i doliny	Ścina grzbiety, wypełnia doliny, buduje sztuczne zagłębienia w dolinach

Przetwarzanie Numerycznych Modeli Terenu

1. Wyznaczanie poziome

2. wyznaczanie profili i zasięgu widzialności

1. TIN na GRID i odwrotnie





TIN GRID




poziomicowanie wizualizacja


GRID TIN

2. Profile mogą być bez podstawy lub z podstawą

Zasięg widzialności może dotyczyć wysokości, nachylenia, ekspozyji













To jest rzeka, używając zasięgu widzialności możemy wyznaczyć obszar w obrębie którego mamy np. zanieczyszczenie. Gdy założymy, że szukamy zanieczyszczeń rzeki w miejscu gdzie jest czerwona kropka, program znajdzie nam obszar zanieczyszczenia

obszar

zanieczyszczenia

WYKŁAD 9

I. Cechy powierzchni 3D

Morfometria - mierzenie ukształtowania powierzchni za pomocą parametrów















parametry morfometryczne




rozwinięcie poziome











wypukłość wektor normalny do powierzchni




pozioma



spadek/nachylenie różnica


ekspozycja wysokości,



rozwinięcie

wypukłość pionowe

pionowa

* spadek / ekspozycja

spadek a nachylenie: spadek to linia o największym nachyleniu dla danej części powierzchni







h/d=tgα kąt między linią spadku a jej rzutem na płaszczyznę

h


α przy danej różnicy h można wyznaczyć odległość dla której kąt osiąga daną wartość


d


0^O kierunek zerowy( północ)


ekspozycja stoku




kąt między nimi to ekspozycja

RÓWNANIE POLA:

z=f(x,y)

nie znamy ogólnej postaci tej funkcji f dla powierzchni terenu

pierwsza pochodna - zmienność - gradient w kierunku pionowym

Nachylenie powierzchni na podstawę NMT:



z_i+1_j

z₁ z₂ z₃


y₁-1_jz_j z_ij z_ij+1 z₄ z₅ z₆

z₇ z₈ z₉

z_ij-1 zmienność nachylenia i ekspozycji daje zakrzywienie

Wizualizacja NMT:

2D 3D

poziomica perspektywa + światłocień

hipsometria poziomice

np. na podstawie rastra profile/ siatka

cieniowanie przez światłocień

Trzy parametry w 3D:

• kąt poziomy

• skala wysokości ( skala „z”)

• kąt podniesienia ( pionowy) tylnej ściany obrazu

cieniowanie jest efektem gry światłocienia ( relacja między kątem nachylenia stoku, ekspozycją i stosunkiem kąta padania światła)

315



wersja siatkowa- budowane są profile po osi X i osi Y


( siatka→ profile w obu kierunkach)

225

II. Zastosowanie NMT w zagadnieniach Ochrony Środowiska

• wszystkie procesy na powierzchni ziemi lub uwarunkowane:

• ruchami masowymi- spływu

• erozją gleby- wypłukiwanie wierzchniej warstwy

Powierzchnia ziemi zależy od:

• nachylenia

• wywołują ją opady

• szybkości jej zależy od kąta nachylenia i długości stoku

Funkcje systemu informacji geograficznej:

• wynikają one z wszystkich możliwości przetwarzania informacji w GIS

FUNKCJE GIS:

1. Zapis ( gromadzenie) informacji o położeniu obiektów i topologii oraz atrybutach

2. Wyszukiwanie informacji o położeniu obiektów.

3. Przeprowadzanie analiz w celu wyznaczenia relacji przestrzennych i atrybutowych- jest to najbardziej istotna funkcja.

4. Opracowanie map ( np. geodeci, Instytut Geologiczny).

Zapis informacji o położeniu obiektów


Układ współrzędnych




zapis wektorowy zapis rastrowy

Wyszukiwanie informacji o położeniu obiektów:

• selekcja graficzna

• selekcja atrybutowa

Analizy- wyznaczanie relacji przestrzennych i atrybutowych:




łączenie warstw


buforowanie

Ad.4. Definiowanie transformacji współrzędnych.

ZASTOSOWANIA GIS

Problemy rozwiązywane za pomocą GIS

Co znajduje się we wskazanym miejscu?

Gdzie występują określone przez nas wartości?

Analiza zależności przestrzennych.

Analiza zmienności w czasie.

Prognozowanie/ symulacja przebiegu zjawisk.

Ad.1. Jak nazywa się wskazane przez nas miasto( rzeka, itp.)

Operacja wyboru graficznego




na ekranie pojawi się podświetlony obiekt oraz rekord tabeli z podświetlonymi atrybutami

Pytanie: jaką operacje zastosować w przypadku danego problemu?

Odpowiedz: umiejętność formułowania pytań do danego problemu.

Czyli musisz dobrze zadawać pytania by otrzymać to co chcesz.

Ad.2. Definiujemy miejsca

Sformułowanie pytań do bazy danych z podaniem warunków, jakie mają spełniać obiekty

np. gdzie roczna suma opadów przekracza 800 mm.

operacja selekcji atrybutowej→ select opad suma>800→ na ekranie zostaną wyświetlone obiekty, które spełniają warunek

Ad.3. Modelowanie kartograficzne:

współwystępowanie obiektów o różnych cechach

wyświetlenie na ekranie ( lub wydruku) kilku warstw zawierających poszczególne informacje. Interpretacja relacji przestrzennych

łączenie ( pionowe) warstw, selekcja. Wyznaczanie obiektów posiadających wspólne cechy

budowanie obiektów 3D dla zjawisk o charakterze ciągłym

założenie- zjawisko ma charakter ciągły

pobranie próbki

wybór metod, wizualizacja parametrów ,określanie sąsiedztwa obiektów i miejsc

wyznaczanie buforów, poligonów Thiessena. Analizy sieciowe→ to określenie zasięgu wpływu obiektu na otoczenie lub otoczenia na obiekty

korelacje między cechami obiektów i zjawisk

np. związek między występowaniem terenów podmokłych i temperaturą powietrza

np. związek między wartościami demograficznymi i chłonnością rynku zbytu

analiza zmienności i trendu




zastosowanie metod statystycznych

zastosowanie metod rachunku macierzowego metody

analiza trendu i regresji dodatkowe

zastosowanie metod autokorelacji

Ad.4. Zmienność w czasie

Jakie są zmiany między 1950 a 2000 rokiem w użytkowaniu terenu?

Jaka jest tendencja zmian?




tendencja ubytek

spadek

wzrost

wielkość i kierunek zmian


łączenie warstw, wycinanie, selekcja

wyznaczanie obiektów, w których następują zmiany ( zamiana lasu na łąkę)

Ad.5. Prognozowanie zmian, symulacja przebiegu zmian

• co się stanie jeśli cechy jednego z elementu środowiska ulegną zmianie?

• w jakim kierunku i z jakim natężeniem będą zachodziły zmiany?

• co warunkuje przebieg tych zmian?

Ad.6. Modelowanie przebiegu procesów

• określenie skutków zmian, możliwości zapobiegania negatywnym skutkom zmian

• zastosowanie matematycznych i logicznych funkcji z wprowadzania do nich różnych parametrów




na ekranie pojawia się stan zjawisk zgodnych z nowymi parametrami

II. Dziedziny zastosowań GIS

1. Badania naukowe.

2. Planowanie przestrzenne i inwestycji.

3. Zarządzanie terenami.

4. Zarządzanie infrastrukturą techniczną.

5. Zarządzanie kryzysowe.

6. Rolnictwo.

7. Leśnictwo.

8. Hydrologia.

9. Ochrona środowiska.

Ad.1. Badania naukowe

• ocena przydatności stoków dla celów narciarstwa



dane wyjściowe



topologiczne klimatologiczne

operacje, analizy i modelowania




oceny

dane topologiczne→ wektoryzacja poziomic→ NMT→ hipsometrię wyznaczono i powstał NMT- obraz perspektywiczny

Morfometria stoków z NMT

• nachylenie i ekspozycja

• zakrzywienie

Użytkowanie ziemi: analiza obrazu satelitarnego NMT

• dane klimatologiczne→ średnia wieloletnia- przebieg pokrywy śnieżnej

→ udział opadów

• dane astronomiczne→ przebieg nasłonecznienia, kąt padania promieni słonecznych

Zależność między wysokością terenu i wysokością opadów

• pomiary opadów w układzie rozproszonym

• NMT w układzie grudzień

wyznaczenia wartości opadu na każdego piksela, na podstawie regresji

WYKŁAD 10

Temat: Zastosowania GIS-u

Miejska wyspa ciepła we Wrocławiu {zastosowanie GIS-u do zrobienia mapy rozkładu temperatury w mieście}

cel: określenie rozkładu przestrzennego temperatury we Wrocławiu z uwzględnieniem czynników, które go kształtują

czynniki: temperatura w punktach pomiarowych, użytkowanie terenu ( budynki, zieleń,...)

dane: są to po prostu punkty pomiarowe

DANE








































Parametry:

1) związane z użytkowaniem terenu 2) parametry klimatyczne

ROV- współczynnik szorstkości AHE- emisja ciepła sztucznego

NDVI- znormalizowany indeks wegetacji

( czyli rozwoju roślinności)

*obraz satelitarny, np. miasta Wrocławia, jako źródło danych o użytkowaniu terenu

Wyznaczanie trasy autostrady

Musimy mieć mapę topograficzną, mapę drogową, mapę ceny własności ziemi ( musimy wiedzieć od kogo kupić ziemię),mapę użytkowania ziemi ( by wiedzieć czy na terenie trasy będzie las, pole, itp.), mapę gleb, mapę obszarów chronionych, mapę siedlisk leśnych oraz mapę tras zwierząt.

Konsekwencje wyznaczania trasy.

Trzeba zrobić bufor, bo autostrada wywiera wpływ na otoczenie, środowisko, itp., jak szeroki ma być bufor to już trzeba ustalić, czy chodzi nam tylko o hałas czy zanieczyszczenia spalinami, może to być np. 150 m. Z buforu dostajemy obszar wpływu autostrady na środowisko. W buforze trzeba wyznaczyć czyje np. są tereny przez które przechodzić będzie droga i ile trzeba będzie zapłacić lub jakie są gleby i jakiemu uległy by zanieczyszczeniu czy jaki będzie konflikt z przemieszczaniem się zwierząt albo jeszcze przez jakie siedliska będzie przechodzić droga, przez bory, puszcze czy zwykłe lasy.


Decyzje

• z jednej strony koszty środowiskowe tu następuje konflikt, można jedynie przedstawić

• z drugiej koszty materialne porównanie tych kosztów, by inwestor zainteresował

się ochroną środowiska

Lokalizacja sklepów/ banków - analiza aktualnej sieci

Wyznaczanie najlepszej lokalizacji dla np. nowego magazynu handlowego. I tak dla naszego sklepu wybierzemy magazyn, który będzie w najmniejszej odległości ,ale będzie na terenie gdzie jest duży rynek zbytu.

Czyli naszym kryterium wyboru jest odległość i rynek zbytu.

Danymi będą: gęstość zaludnienia w miastach, sieć handlowa, dane o wartości sprzedaży w miastach.

Potem wokół miasta robimy bufor - ponieważ, np. Media Markt nie tylko obsługuje Wrocław, ale też pobliskie wsie

Potem wyszukujemy miejsca gdzie będzie przychodzić dużo ludzi, będzie duża sprzedaż towarów, w konsekwencji będziemy mieli najlepszy punkt, w którym będziemy mogli postawić sklep.

Stacja uzdatniania wody

Kryteria: poza obszarem zalewowym, na obszarze niezagospodarowanym, na glebach słabej klasy, nie dalej niż 100 m od rzeki, w pewniej odległości od budynków mieszkalnych oraz ma to być obszar o powierzchni 15 ha.

Dane: zabudowa, drogi, klasy gleb, itp.

Analizy: wybór obszaru poza terenem zalewowym, itp.- w konsekwencji program będzie nam selekcjonował obszar i w końcu otrzymamy miejsca w którym będziemy mogli postawić oczyszczalnie.

Im więcej warunków stawiamy tym mniej szans mamy na otrzymanie tego co chcemy ( tu oczyszczalni). W zależności od efektu jaki otrzymamy możemy zmienić kryteria, czyli np. jak na początku ustaliliśmy że stacja uzdatniania ma być 100 m od rzeki, a okaże się że rzeka znajduje się 80 m od planowanej stacji możemy zmienić to kryterium z 100 na 80 m.

Jeszcze innym zastosowaniem GIS-u może być wykorzystanie programu przy występowaniu:

• powodzi ( jakie dzielnice mogą być zalane, a jakie nie)

• pożaru (w lesie- ustalamy kierunek wiatru i wtedy wiemy jaką cześć lasu może ogarnąć ogień; w mieście- program może pokazać straży pożarnej najkrótszą drogę do miejsca pożaru)

• katastrofach, wypadkach chemicznych ( np. przewraca się cysterna i to co w niej jest spływ do rzeki- program może pokazać nam którędy chemikalia przedostaną się do wody)

43

FM

SIT

GIS

CAD

AM

wprowadzanie

danych

organizowanie

danych

przetwarzanie

danych

Wizualizacja danych

Interfejs użytkownika

Graphical User Interfejs (GUI)

Zbiór menu, ikon do

kontroli pracy i obrazu

Wyjście danych, wydruk

naświetlenie

procedura

procedura

algorytm

(C=A+B)

algorytm

if xi = 0

then go to xi = 1

else

xi = xi + b • tg α

komenda

procedura

efekt




x

1 - węzeł OD (from mode)

3 - wierzchołki (vertes)

4 - węzeł DO (to mode)

3

1

4

2

węzeł dociągnięty (OD i DO w tym samym punkcie)

A wygląda to tak:

x ……

y……

projekt……

jednostki……

OK

najmniej szczegółowa

najbardziej szczegółowa

i, j

Transformacja i, j na x, y za pomocą wielomianów pierwszego, drugiego i trzeciego stopnia

●1 x, y ●2

●2 ●4

Nr	i	j	x	y
1	3712	5500	712	500
2	3727	5500	728	500
3	3712	5400	712	490
4	3727	5400	728	490

1

2

4

3

x, y

x, y

Φ, λ

x,y

1

2

4

3

ID	A1	A2	A3
1	156	265	C12
2	596	469	Da5
3	328	108	B3
4	284	1253	Ax6

3110

3180

3140

3211

3210

myszka

P

L

usuwanie punktów

przesunięcie punktów

3 kl.

2 kl.

1 kl.

D

b

a

E

• • • •

• • • •

• • • •

• • • • • • • • • • • •

• • • • • • • •

• •

• •

d

d

dotyczą układu drogi

Ujście

DO

OD

OD

Źródło

OD

30 m

z

y

x

• •

• •

• •

• •

• •

zi2

zp

zi1

Za pomocą parametrów morfometrycznych określić można:

• wysokość średnią - z

• wartość modalną - wartość występująca najczęściej

• spadek/nachylenie

• wektor normalny do powierzchni ( pionowy,styczny do powierzchni)

• ekspozycja

Punkty pomiarowe

Temperatura w punktach

Parametry determinacyjne

Użytkowanie terenu

Parametry terenu

Obraz satelitarny

Mapa użytkowania ziemi

Pole temperatury w f. mapy

Formuła modelu

katalog

pliki

pliki P

pliki

pliki

podpliki

warstwy

tabele

● ● ●

●

x_i- wartość z mapy cyfrowej

t_i- wartości zmierzone w punktach kontrolnych

n- liczba punktów kontrolnych

z- standardowa wartość dla danego poziomu ufności (1,96 dla 95%)

RMS- estymacja wartości średniego błędu kwadratowego

e- przedział ufności określenia RMS

k- liczba klas mapy jakościowej

m._ii- liczba pomiarów o tej samej klasie, która jest na mapie

z- standardowa wartość dla danego poziomu ufności (1,96 dla 95%)

p- błąd proporcji (0,15)

q-


e- przedział ufności określenia błędu proporcji

---