Geogragiczne Systemy Informacji Przestrzennej. GIS (Geographical Information Systems) Prowadzący. Wykład: Laboratorium: mgr Malczewski Przemysław

Transkrypt

1 Geogragiczne Systemy Informacji Przestrzennej GIS (Geographical Information Systems) Prowadzący Wykład: dr Mlek-Galewska Magdalena dr Sławski Jerzy dr Zipser Wawrzyniec Laboratorium: mgr Malczewski Przemysław mgr Świtalska Katarzyna

2 Program wykładu GIS (Geographical Information Systems) Systemy GIS Ogólna prezentacja programu ArcGIS. Struktury danych w ArcGIS Wektorowe struktury danych GIS: formaty, typowe operacje GIS na wektorowej strukturze, typy relacji przestrzennych. Rejestracja zbiorów rastrowych. Georeferencja. Rektyfikacja map rastrowych. Odwzorowania kartograficzne: pojęcie, podziały, zastosowania, rozwiązania w programach GIS, odwzorowania przyjęte w Polsce Struktury danych GIS: relacyjne i obiektowe bazy danych. Geobaza Specyfika edycji w programach GIS. Reguły dociągania, tolerancji, dopasowywanie przestrzenne. (Topologia płaszczyzny. Reguły topologii) Źródła danych i ich cechy

3 Program wykładu GIS Rastrowa struktura danych (GRID) zalety i ograniczenia, typy operacji, przykłady analiz w praktyce i teorii planowania przestrzennego (analizy dystansu i gęstości, badania koncentracji, oceny przydatności terenu, analizy wielokryterialne, GRID w zastosowaniu do generalizacji mapy) Półautomatyczna wektoryzacja rastra moduł ArcScan Modelowanie i analizy powierzchni trójwymiarowych w GIS. Struktury danych w kontekście źródeł danych dla DTM, DSM i DEM oraz zastosowań. Przykłady zastosowań: analizy rzeźby terenu, wizualizacje i animacje. Reprezentacja graficzna obiektów bazy danych Problemy projektowania baz danych GIS. Kierunki rozwoju GIS. Standaryzacja GIS. Metadane. Interoperacyjność. Infrastruktura Informacji Przestrzennych podstawy prawne, proces wdrażania Specyficzne struktury danych i narzędzia GIS: geometric network, liniowa referencja, geokodowanie. Właściwe dla nich operacje i zastosowania.

4 System GIS GIS - łączy informacje przestrzenne i opisowe i pozwala na wizualizację zjawisk, relacji, trendów Hardware komputery sieci systemy GPS plotery drukarki Software GIS software systemy Database systemy operacyjne systemy przesyłu informacji Dane wektorowe rastrowe opisowe Metody wytyczne specyfikacje standardy procedury Ludzie administratorzy menadżerowie technicy GIS programiści odbiorcy informacji

5 Inteligentny system GIS Nowe mechanizmy pozyskiwania wiedzy geograficznej i dzielenia się nią Mapy i globusy zawierają interaktywne widoki danych geograficznych, służące do uzyskiwania odpowiedzi na zapytania, prezentowania wyników i wykorzystywane do wykonywania rzeczywistych zadań. Stanowią zaawansowane aplikacje GIS do interakcji z danymi geograficznymi. Zestawy danych geograficznych zawierają bazy plików i bazy danych informacji geograficznej obiekty, sieci, topologie, modele terenu, pomiary i atrybuty Modele danych w których są zdefiniowane schematy, zaawansowane sposoby zachowania i reguły integralności Modele przetwarzania i przepływu danych i skrypty procedury geoprzetwarzania dostarczające narzędzi do analizowania, wprowadzania danych i automatyzowania powtarzalnych zadań. Metadane dane opisujące inne dane; katalogi i usługi metadanych umożliwiają użytkownikom organizowanie, wyszukiwanie i uzyskiwanie dostępu do udostępnianej informacji przestrzennej

6 3 aspekty systemu GIS do pracy z kluczowymi elementami informacji geograficznej Geobaza: GIS jest bazą danych przestrzennych zawierającą zestawy danych zapisanych zgodnie z przyjętym modelem danych (obiekty, rastry, relacje, topologie, sieci) Geowizualizacja GIS jest zestawem inteligentnych map i innych widoków pokazujących obiekty i relacje między obiektami przestrzennymi. Do wyszukiwania, analiz i pokazywania informacji można tworzyć kartograficzne widoki Geoprzetwarzanie GIS jest zestawem narzędzi do przetwarzania informacji.

7 systemy GIS Dostawcy z dużym udziałem na rynku: Autodesk: Map 3D, Topobase i MapGuide programy posiadające dobre interface z produktem flagowym AutoCAD. Bentley Systems: Bentley Map i Bentley Map View programy posiadające dobre interface z produktem flagowym MicroStation software package include Bentley Map and Bentley Map View. ENVI ENVI program do eksploatacji i analizy rastrów i analizy hiperspektralnej. ERDAS Inc: produkty ERDAS IMAGINE (obejmujące Leica Photogrammetry Suite, ERDAS ER Mapper, ERDAS ECW/JP2 SDK, ERDAS APOLLO) stanowiące narzędzia GIS, Remote Sensing, Fotogrammetria, kompresja rastrów. Esri: produkty ArcMap, ArcGIS, ArcSDE, ArcIMS, ArcWeb services and ArcGIS Server. Intergraph: produkty G/Technology, GeoMedia, GeoMedia Professional, GeoMedia WebMap, wraz ze spacialistycznymi rozszerzeniami i fotogrametrii. Pitney Bowes Software: MapInfo desktop GIS MapInfo Professional z licznymi rozszerzeniami jak MapInfo Drivetime do analizy tras, MapInfo Engage 3D do analiz statystycznych 3D, MapInfo MapMarker do geokodowania. Smallworld, Inc.: Smallworld rozwijany również przez General Electric. Używany głównie przez przedsiębiorstwa obsługi infrastruktury miejskiej.

8 systemy GIS Dostawcy Desktop GIS Capaware, GRASS GIS, gvsig, IDRISI Taiga, SAGA-GIS, gvsig napisany w języku Java. Działa na platformach Linux, Unix, Mac OS X i Windows, ILWIS (Integrated Land and Water Information System), JUMP GIS / OpenJUMP, MapWindow GIS, QGIS (poprzednio Quantum GIS) działa na platformach Linux, Unix, Mac OS X i Windows, SAGA GIS.

9 systemy GIS Web map serwery GeoServer napisany w języku Java, MapGuide Open Source działa na platformach Linux or Windows, współpracuje z Apache and IIS web servers, Mapnik C++/Python biblioteka do renderingu - uużywany przez OpenStreetMap, MapServer. Spatial Database Management Systems ORACLE Spatial Microsoft SQL Server IBM DB2 Spatial Extender PostGIS, SpatiaLite, TerraLib, Boeing's Spatial Query Server.

10 3 aspekty oprogramowania firmy ESRI Geobaza zarządzana przez ArcCatalog (katalog): Geobaza GIS jest bazą danych przestrzennych zawierającą zestawy danych zgodne z przyjetym modelem danych (obiekty, rastry, topologie, sieci) Geowizualizacja wykonywana jest w ArcMap (mapa) Geowizualizacja GIS jest zestawem inteligentnych map i innych widoków pokazujących obiekty i relacje między obiektami przestrzennymi. Do wyszukiwania, analiz i pokazywania informacji można tworzyć kartograficzne widoki Geoprzetwarzanie realizowane przez ToolBox (skrzynka narzedziowa) Geoprzetwarzanie jest zestawem narzędzi do przetwarzania informacji.

11 Skalowalność systemu ArcGIS Geobaza i metody dostarczane są różnym klientom: Aplikacje Desktop Przeglądarki WWW Tablety i smartfony Inne mobilne urządzenia

12 Skalowalność ArcGIS

13 Skalowalność ArcGIS ArcGIS Server ArcGIS Online

14 Skalowalność ArcGIS Serwery internetowe ESRI dostarczają użytkownikom Usługi : Geobazy mapy, sceny metody Architektura three tier Servers ArcGIS Server ArcGIS Online Web APIs Clients

15 Skalowalność ArcGIS Serwery internetowe ESRI ArcGIS Server Basic Standard Advanced Dostarcza zarządzanie geobazą mapy i zapytania do map edycja obiektów w sieci WWW dostarczanie metod geoprzetwarzania w sieci WWW ArcGIS Online Serwis pracujacy w chmurze Dostarcza mapy 2D 3D sceny dane statystyczne

16 ESRI* ArcGIS: składniki * Environmental Systems Research Institute, Inc.

17 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS Spatial Analyst Zaawansowane modelowanie danych rastrowych i wektorowych Algebra i kalkulator ArcGRID Przykłady : cieniowana mapa terenu analiza spadków mapa konturowa analiza widoczności analiza kosztu podróży

18 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS Spatial Analyst Zaawansowane modelowanie danych rastrowych i wektorowych Algebra i kalkulator ArcGRID Przykłady : analiza koncentracji zjawiska analiza statystyczna na danych rastrowych Analiza danych geogarficznych z użyciem algebry

19 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS Network Analyst - prowadzenie sieciowych analiz przestrzennych Typowe zadania: Znajdowanie najkrótszej ścieżki odwiedzającej wskazane lokalizacje Identyfikacja usług najbliższych (najbardziej dostępnych) względem wskazanego punktu Identyfikowanie obszaru obsługiwanego przez centra w określonym czasie (koszcie dojazdu) Analiza obszarów dostępności Generowanie optymalnych tras na podstawie dynamicznie pozyskiwanych informacji o prędkościach pojazdów Wyznaczanie optymalnej lokalizacji punktów obsługi Pozwala dynamicznie modelować warunki sieci rzeczywistej, uwzględniając ulice jednokierunkowe, zakazy skrętów, dopuszczalne wysokości pojazdów, ograniczenia prędkości i zmienność prędkości podróżowania wynikającą z bieżących utrudnień w ruchu. Wybór najlepszej lokalizacji

20 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS Wizualizacja przemieszczanie się zasobów: okno czasowe zdarzenia, jakim jest dotarcie pojazdu do określonego celu. ArcGIS Tracking Analyst Wizualizacja i analizowanie danych czasowych; śledzenie wartości zmiennych systemowych w czasie, analizowanie przebiegów zjawisk przestrzennych i trendów w czasie Interaktywne zarządzanie odtwarzaniem Zarządzanie wieloma warstwami czasowymi W połączeniu z Tracking Serverem pozwala na tworzenie systemu śledzenia zdarzeń w czasie rzeczywistym Wizualizacja tras huraganów nad Oceanem Atlantyckim. Można rozróżnić położenia bieżące i poprzednie, skąd i dokąd przemieszcza się wiatr i z jaką siła wieje. Wektory kierunkowe wskazują prawdopodobny kierunek dalszego przemieszczania się wiatru w czasie rzeczywistym.

21 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS Geostatistical Analyst (narzędzia do analizy geostatystycznej danych) Umożliwia: analizowanie zmienności danych i relacji przestrzennych, interpolowanie wartości niepomierzonych oraz wyznaczanie globalnych i lokalnych trendów, tworzenie przez analizę wielowymiarową optymalnych statystycznych modeli, służących do tworzenia wiarygodnych map prognostycznych, map błędów prognozowania i map prawdopodobieństwa, interaktywne modyfikowanie parametrów modelu, określenie optymalnej lokalizacji sieci monitorującej zmiany danego zjawiska.

22 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS 3D Analyst Umożliwia tworzenie danych 3D, ich wizualizację i analizy. Pozwala na przeglądanie dużych zbiorów danych w przestrzeni trójwymiarowej oraz na analizowanie powierzchni 3D i tworzenie realistycznych obrazów przedstawiających dane rastrowe, wektorowe i modele 3D, nałożone na powierzchnię numerycznego modelu ukształtowania terenu. Narzędzia modelowania 3D Aplikacje ArcScene i ArcGlobe umożliwiają wizualizacje, animacje, interaktywne sceny 3D)

23 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS 3D Analyst Przykłady analiz: tworzenie izolinii i modeli powierzchni; wyznaczanie zasięgów widoczności, linii widoczności, korytarzy, wykonywanie analiz- objętościowych 3D, wyznaczanie punktów o skrajnych wysokościach, generowanie profili, interpolowanie powierzchni i wyznaczanie najkrótszej ścieżki spływu powierzchniowego; obliczanie pola powierzchni, objętości, spadków, ekspozycji, izolinii i generowanie cieniowanej rzeźby terenu Nowe możliwości pozyskiwania danych: przeglądanie i tworzenie danych KML oraz przeglądanie danych LiDAR; import z formatów: COLLADA, SketchUp, 3D Studio i OpenFlight; wykorzystanie globów 3D i zobrazowań pochodzących z serwisów ArcGIS Online;

24 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS ArcScan Zintegrowana edycja raster-wektor Wektoryzacja obiektów z rastrów Dociąganie do rastra

25 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS Maplex for ArcGIS Precyzyjne i automatyczne rozmieszczanie tekstów na mapach rozmieszczanie etykiet z zachowaniem wszelkich zasad kartograficznych dostosowanie liczby etykiet do dostępnej przestrzeni z zachowaniem ich priorytetów i bez konfliktów, redukuje czas ręcznego rozmieszczania tekstów na mapach, poprawa czytelności map.

26 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS Schematics - prezentacja schematów sieci dla usprawnienia procesów decyzyjnych Dotyczy dowolnych fizycznych i logicznych sieci obiektów liniowych, a także sieci powiązań społecznych i ekonomicznych Umożliwia: automatyczne generowanie schematów złożonych sieci; wykonywanie kontroli jakości danych definiujących sieć; optymalizacja procesu projektowania i analizy sieci; prognozowanie i planowanie (modelowanie, symulowanie, analizy porównawcze); dynamiczne interakcje z bazą GIS z poziomu widoków schematów.

27 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS Survay Analyst Zarządzanie informacją pomiarową w geobazie Zaawansowane obliczenia geodezyjne Poprawa dokładności danych odnośniki do danych pomiarowych

28 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS StreetMap Europe ArcGIS StreetMap USA Baza danych ulic i geokodowanie w Europie Zachodniej Kompletna baza ulic i geokodowanie w USA Wizualizacja danych statystycznych

29 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS ArcGIS Workflow Manager Zarządzanie zadaniami GIS i zasobami pozwala wprowadzać i rozwijać standardowe procedury produkcji GIS. Dzięki temu każdy etap prac może być wykonany poprawnie i kompletnie, przez odpowiednią osobę oraz we właściwym czasie. Podnosi to znacznie efektywność wszelkich operacji GIS oraz produktywność zespołów roboczych i podwykonawców. Dzięki organizacji i automatyzacji procesów, w tym również procesów produkcyjnych spoza tematyki GIS, ArcGIS Workflow Manager pomaga redukować błędy oraz optymalizować pracę operatorów. podnosi produktywność użytkowników poprzez automatyzację działań wspólnych i minimalizowanie powtórzeń procedur produkcyjnych; zapewnienie standaryzacji i spójności operacji dzięki, zdefiniowaniu przebiegów prac produkcyjnych; centralizowanie, automatyzowanie i upraszczanie przebiegu prac produkcyjnych, dzięki gotowym oraz konfigurowalnym narzędziom; wykorzystywanie raportów do łatwego śledzenia przebiegu prac produkcyjnych; integrowanie GIS-u i aplikacji biznesowych dzięki włączaniu procesów spoza tematyki GIS do opracowywanego przebiegu prac produkcyjnych; zarządzanie rozproszonymi zespołami produkcyjnymi, obejmujące podwykonawców oraz terytorialne przyporządkowywanie procesów.

30 Opcjonalne rozszerzenia ArcGIS Esri Production Mapping pomaga przedsiębiorstwom zaangażowanym w produkcję zasobów geoprzestrzennych podnosić efektywność tworzenia, zarządzania i publikowania danych GIS i produktów kartograficznych z wykorzystaniem mniejszych zasobów. Pakiet oferuje spójne środowisko robocze, dedykowane zespołom produkcyjnym o różnej wielkości, pozwalające podnieść jakość i wartość danych geoprzestrzennych oraz produktów kartograficznych, poprzez standaryzację, powtarzalność i możliwość konfigurowania procesów produkcyjnych Dla takich branż, jak: lotnictwo, żegluga morska czy wojsko, Esri Production Map udostępnia rozwiązania wspomagające zarządzanie danymi, produkcję map, tworzenie baz danych, usprawnienie kontroli jakości danych i zarządzania przebiegiem prac produkcyjnych, zgodnie z wymaganiami danej branży lub ze specyfiką danej firmy czy instytucji. Esri Data Reviewer Automatyzacja procesów kontroli jakości danych Rozszerzenie ArcGIS Data Reviewer umożliwia zautomatyzowanie i uproszczenie procesów kontroli jakości danych, co pozwala na zmniejszenie kosztów zarządzania danymi i utrzymanie ich wysokiej jakości. Rozszerzenie zawiera narzędzia do centralnego zarządzania cyklami procesów eliminacji błędów danych, poprzez automatyczne lub ręczne przeszukiwanie danych oraz nadzorowanie operacji poprawy błędów i weryfikacji stanu danych po usunięciu błędów. ArcGIS Data Reviewer umożliwia realizację 40 gotowych, automatycznych kontroli danych z możliwością rozbudowywania i tworzenia setek dodatkowych, własnych kontroli. Umożliwia to lepsze zarządzanie takimi zadaniami jak: identyfikowanie miejsc występowania błędów geometrycznych, błędów wartości atrybutów czy też wskazanie brakujących obiektów, odnalezienie anomalii danych, czy obiektów nadliczbowych. ArcGIS Data Interoperability Wykorzystanie i dystrybucja danych w różnych formatach zapisu umożliwia współdzielenie danych zapisanych w różnych formatach, w szczególności pozwalając na: bezpośredni odczyt danych, konwersję do innego formatu oraz możliwość zdefiniowania złożonych procesów ekstrakcji, transformacji i ładowania danych (ETL). Rozszerzenie jest zbudowane na bazie technologii oprogramowania FME firmy Safe Software. Niezależnie od formatu zapisu standardowych danych GIS, ArcGIS Data Interoperability umożliwia ich wykorzystanie,do tworzenia map, wizualizacji i analiz w środowisku ArcGIS for Desktop. Aplikacja Workbench, zawarta w tym rozszerzeniu, pozwala na budowanie złożonych przestrzennie narzędzi ETL do oceny, migracji i dystrybucji danych

31 Program laboratorium GIS L1 Zapoznanie się z modułem ArcGIS do zarządzania danymi i metadanymi (ArcCatalog) oraz modułem edycji i wizualizacji (ArcMap) L2-4 Realizacja modelowego projektu GIS (od określenia zadania, przez organizację zbiorów danych, georeferencję podkładów, zmiany odwzorowania, edycję danych, ich przetworzenie, analizy i prezentację wyników). L5 Ćwiczenie sprawdzające: samodzielna realizacja projektu. L6-8 Edycja warstw wektorowych w GIS, wektoryzacja automatyczna i półautomatyczna skanowanych map. L9 Ćwiczenie sprawdzające: samodzielna realizacja zadań edycji. L10-11 Analizy danych rastrowych (GRID) i wizualizacja wyników L12-14 Budowanie, przetwarzanie i wizualizacja powierzchni trójwymiarowych. L15 Ćwiczenie sprawdzające: samodzielne przetworzenie danych, budowa i analiza rzeźby terenu.

32