MODELE I EDYCJA DANYCH PRZESTRZENNYCH W SYSTEMACH GIS

Transkrypt

1 STUDIA PODYPLOMOWE - SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ MODELE I EDYCJA DANYCH PRZESTRZENNYCH W SYSTEMACH GIS Justyna Górniak-Zimroz, justyna.gorniak-zimroz@pwr.wroc.pl DO UśYTKU WEWNĘTRZNEGO - WSZELKIE PRAWA ZASTRZEśONE WROCŁAW 2009

2 PLAN WYKŁADU omówienie podstawowych elementów budowy i funkcjonowania systemów GIS modele i formaty danych przestrzennych przegląd programów do budowy systemów GIS podstawy budowy systemów GIS na przykładzie wybranej aplikacji wybrane obszary zastosowań systemów GIS

3 LITERATURA 1. Bielecka E., 2006, Systemy informacji geograficznej (GIS). Teoria i zastosowania, Wydawnictwo PJWSTK 2. Booth B., 2000, Using ArcGIS 3D Analyst, ESRI Press 3. Davis D.E., 2004, GIS dla kaŝdego, Wydawnictwo MIKOM PWN 4. Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny, Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej, Wieś Jutra, Warszawa 5. Gotlib D., Iwaniak A., Olszewski R., 2008, GIS obszary zastosowań, Wydawnictwo PWN 6. Górniak-Zimroz J., 2009, Wprowadzenie do części praktycznej Studium Podyplomowego Systemy Informacji Geograficznej GIS cześć 1 i 2, DSW, Wrocław 7. Izdebski W., 2009, Wykłady z przedmiotu GIS, materiały dostępne na stronie internetowej (lipiec 2009) 8. Kraak Menno-Jan, Ormeling Ferjan, 1998, Kartografia wizualizacja danych przestrzennych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa

4 LITERATURA 9. Litwin L., Myrda G., 2005, Systemy Informacji Geograficznej. Zarządzanie danymi przestrzennymi w GIS, SIP, SIT, LIS, Wydawnictwo Helion 10. Longley P. A., Goodchild M. F., Maguire D. J., Rhind D. W., 2006, GIS. Teoria i praktyka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 11. Magnuszewski A., 1999, GIS w geografii fizycznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 12. Materiały do ćwiczeń udostępnione przez prowadzących laboratorium 13. Myrda G., 1997, GIS czyli mapa w komputerze, Helion, Gliwice 14. Podstawy GIS, 2003, materiały umieszczone na stronie internetowej Zakładu Systemów Informacji Przestrzennej i Geodezji Leśnej w Katedrze Urządzania Lasu, Geomatyki i Ekonomiki Leśnictwa Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, str Tomlinson R., RozwaŜania o GIS Planowanie Systemów Informacji Geograficznej dla menedŝerów, ESRI Polska 2008

5 LITERATURA 16. Urbański J., 1997, Zrozumieć GIS Analiza informacji przestrzennej, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 17. Zapart P., 1994, GIS komputerowe systemy informacji przestrzennej, Intersoftland, Warszawa strona internetowa firmy ESRI strona internetowa portalu geoinformacyjnego strona internetowa Wikipedia, lipiec GEODETA - Magazyn geoinformacyjny 22. Arcadia Magazyn uŝytkowników oprogramowania ESRI, GIS.com the Guide to Geographic Information Systems, ESRI GIS Dictionary, Geoforum,

6 OMÓWIENIE PODSTAWOWYCH ELEMENTÓW BUDOWY I FUNKCJONOWANIA SYSTEMÓW INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ GIS

7 CO TO JEST SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ? System uporządkowany zespół wzajemnie powiązanych elementów oddziaływujących wzajemnie na siebie w ściśle określonym celu, który ma określoną strukturę i moŝe być rozpatrywany jako całość System informacyjny grupa procesów wykonywanych na surowych danych w celu wytworzenia nowej informacji przydatnej np. w procesie podejmowania decyzji System informacji geograficznej (GIS) system informacji przestrzennej dotyczący danych geograficznych zawierający procedury umoŝliwiające przeprowadzenie analiz przestrzennych, termin ten stosowany jest równieŝ jako nazwa dziedziny zajmującej się geoinformacją oraz metodami i technikami GIS (Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny)

8 CO TO JEST SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ? Informacja geograficzna informacja uzyskiwana w drodze interpretacji danych geograficznych, dotycząca obiektów przestrzennych powiązanych z powierzchnia Ziemi i dająca odpowiedź na pytania: Gdzie znajduje analizowany obiekt lub zjawisko? Co znajduje się we wskazanym miejscu? Jakie cechy przestrzenne ma wskazany obiekt lub zjawisko? Informacja geograficzna moŝe być bardzo precyzyjna lub ogólna (w zaleŝności od rozpatrywanej skali), moŝe być dynamiczna lub moŝe mieć charakter ciągły (zmieniający się w zaleŝności od miejsca na powierzchni ziemi np. temperatura, ciśnienie, rzeźba terenu) lub dyskretny (np. dom, drzewo, województwo, rzeka) (Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny, Podstawy GIS, 2003,

9 CO TO JEST SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ? System informacji przestrzennej (SIP) system pozyskiwania, gromadzenia, weryfikowania, integrowania, analizowania, transferowania i udostępniania danych przestrzennych, w szerokim rozumieniu obejmujący metody, środki techniczne, w tym sprzęt i oprogramowanie, bazę danych przestrzennych, organizację, zasoby finansowe oraz ludzi zainteresowanych jego funkcjonowaniem System informacji o terenie (SIT) system informacji przestrzennej dotyczący danych o terenie, składający się z bazy danych o terenie dotyczącej określonego obszaru, procedur i technik dla systematycznego zbierania, aktualizacji i udostępniania danych. Według Międzynarodowej Federacji Geodetów system informacji o terenie jest środkiem do podejmowania decyzji o charakterze prawnym, administracyjnym i gospodarczym oraz pomocą w planowaniu i rozwoju określonego terenu (Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny)

10 DO CZEGO MOśE SŁUśYĆ SYSTEM GIS? Lokalizacja daje odpowiedź na pytanie: Co znajduje się pod...? np.: Co znajduje się pod adresem ul. Strzegomska 55, Wrocław?, Co znajduje się w miejscu o współrzędnych N , E ? Warunki daje odpowiedź na pytanie: Gdzie są spełnione warunki...? np.: Gdzie są spełnione następujące warunki: obszar niezalesiony, o powierzchni 1,5 ha, w odległości 100 m od dróg gminnych? Trend daje odpowiedź na pytanie: Co zmieniło się od chwili...? np.: Jak zmieniły się warunki w miejscu... od momentu...? - musimy znać tutaj lokalizacje i warunki (Overview of GIS,

11 DO CZEGO MOśE SŁUśYĆ SYSTEM GIS? Prawidłowości daje odpowiedź na pytanie: W jaki sposób określone zjawiska są od siebie zaleŝne...? np.: Czy osuwiska występujące w miejscu X są zaleŝne od następujących warunków, np.: intensywność opadów, rodzaje występujących gleb i inne Modelowanie daje odpowiedź na pytanie: Co się stanie jeśli...? np.: Co się stanie jeśli nastąpi wyciek odcieków ze składowiska odpadów komunalnych? Co się stanie jeśli nastąpi wylanie wód z rzeki X? (Overview of GIS,

12 FUNKCJE SYSTEMU INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ Pozyskiwanie Wprowadzanie Przeglądanie Przechowywanie Weryfikowanie Integrowanie Analizowanie danych przestrzennie odniesionych do powierzchni Ziemi i opisanych przez współrzędne X Y i opcjonalnie Z Prezentowanie Publikowanie

13 SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ ludzie oprogramowanie GIS dane sprzęt procedury Blachowski Jan, Budowa systemów informacji geograficznej, prezentacja z podyplomowych studiów Systemy Informacji Geograficznej, 2005

15 SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ LUDZIE 1. Programiści twórcy oprogramowania 2. Administratorzy - systemu 3. Zarządzający 4. Specjaliści GIS 5. Konsultanci 6. Dystrybutorzy sprzętu i oprogramowania 7. Specjaliści branŝowi reprezentujący dziedziny, w których stosowany jest GIS 8. UŜytkownicy

17 MODELE I FORMATY DANYCH PRZESTRZENNYCH

18 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS Dane reprezentacja informacji właściwa do komunikowania się, interpretowania lub przetwarzania. Dane występują w postaci znaków, w tym cyfrowych i literowych, symboli, obrazów i innych form rejestracji zrozumiałych dla uŝytkownika lub nadających się do przetwarzania komputerowego. Dane same w sobie nie mają znaczenia dopiero w drodze interpretacji przez uŝytkownika stają się informacją, która moŝe być uŝyta do wzbogacania wiedzy. (Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny)

19 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS WARSTWY TEMATYCZNE ESRI Polska,

20 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS DANE DANE OPISOWE DANE PRZESTRZENNE - GRAFICZNE RELACYJNA BAZA DANYCH DANE WEKTOROWE DANE RASTROWE TABELA PUNKTY LINIE POWIERZCHNIE TEKST Podstawy GIS, 2003,

21 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS Dane opisowe dane dotyczące obiektów przestrzennych oraz dane pośrednio związane z tymi obiektami, które w systemie informacji przestrzennej nie są traktowane jako dane przestrzenne, np. dane o podmiotach osobach fizycznych i prawnych w systemach katastralnych lub dane charakteryzujące obiekty znajdujące się w bazach danych (Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny)

23 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS Dane przestrzenne, graficzne - dane dotyczące obiektów przestrzennych, w tym zjawisk i procesów, znajdujących się lub zachodzących w przyjętym układzie współrzędnych. Przyjmuje się, Ŝe dane przestrzenne są dowolnymi danymi bezpośrednio lub pośrednio odniesionymi do określonego miejsca lub obszaru geograficznego. Dane przestrzenne dotyczą: a) właściwości geometrycznych obiektu przestrzennego, a zwłaszcza jego połoŝenia względem przyjętego dwuwymiarowego lub trójwymiarowego układu współrzędnych b) charakterystyki obiektu pod względem czasu, np. daty jego utworzenia c) związków przestrzennych (topologicznych) danego obiektu z innymi obiektami przestrzennymi d) wyróŝnionych atrybutów opisowych obiektu przestrzennego, słuŝących do jego identyfikacji oraz określających jego podstawowe właściwości. (Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny)

25 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS Dane rastrowe dane przestrzenne odniesione do rastra Raster uporządkowany zbiór komórek pokrywający powierzchnię w postaci regularnej siatki pikseli, w której kaŝdemu pikselowi przypisana jest pewna wartość liczbowa opisująca odpowiadający mu obiekt Model rastrowy wykorzystywany jest do opisu zjawisk o charakterze ciągłym, np. pozwala śledzić róŝnorodne interakcje obiektów w ekosystemach i pozwala formułować odpowiedzi na pytania związane z funkcjonowaniem przyrody. W postaci rastra zapisywane są równieŝ skanowane mapy analogowe, które po skanowaniu moŝna wykorzystać do powielania na drukarkach lub ploterach oraz mogą być wykorzystane jako tło do prowadzenia róŝnorodnych prac projektowych. (Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny, Podstawy GIS, 2003,

26 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS Model rastrowy w postaci regularnej siatki komórek Poligony Linie Model rastrowy ze znaną jedną współrzędną Model rastrowy w postaci zeskanowanej mapy

28 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS Dane wektorowe dane przestrzenne w postaci współrzędnych słuŝących do opisu właściwości geometrycznych obiektów przestrzennych takich jak punkty, linie, powierzchnie Punkty zapisywane są jako pary współrzędnych X Y Linie zapisywane są jako uporządkowane serie par współrzędnych Powierzchnie zapisywane są jako uporządkowane serie par współrzędnych X Y gdzie punkt początkowy i końcowy to ten sam punkt (Gaździcki J., 2002, Leksykon geomatyczny, Podstawy GIS, 2003,

29 MODELE I FORMATY DANYCH W SYSTEMACH GIS DANE OPISOWE A DANE PRZESTRZENNE dane przestrzenne dane opisowe

30 WYBRANE SPOSOBY POZYSKIWANIE DANYCH a) wprowadzanie współrzędnych przy pomocy klawiatury arkusze kalkulacyjne, systemy obsługi baz danych i inne b) dane z pomiarów GPS c) pomiary geodezyjne

31 WYBRANE SPOSOBY POZYSKIWANIE DANYCH d) digitalizacja map

32 WYBRANE SPOSOBY POZYSKIWANIE DANYCH e) skanowanie i wektoryzacja ekranowa Materiały analogowe poddawane są skanowaniu zamianie na postać rastrową i następnie obraz rastrowy wyświetlany jest na ekranie monitora i poddawany jest kalibracji i geometrycznej wektoryzacji Wektoryzacja na ekranie Mapa tradycyjna Skanowanie

33 WYBRANE SPOSOBY POZYSKIWANIE DANYCH f) obrazy satelitarne Wykorzystują obrazowanie wielospektralne (optyczne, np.: widzialne i podczerwone) stosowane w interpretacjach opartych na kolorze lub właściwościach odbicia róŝnych zakresów spektrum elektromagnetycznego przez obiekty lub radarowe stosowane w obszarach pokrytych chmurami lub zastosowaniach wymagających danych uzyskiwanych w czasie jak najbardziej zbliŝonym do rzeczywistego Zawierają informację radiometryczną i geometryczną Obecnie są jednym z podstawowych źródeł pozyskiwania danych w systemach GIS Parametry obrazów satelitarnych: - zasięg obrazu - rozdzielczość definiowana przez wielkość piksela - multispektralność panachromatyczne, barwne i podczerwone

34 WYBRANE SPOSOBY POZYSKIWANIE DANYCH OBRAZY SATELITARNE

36 SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ PROCEDURY 1. W ujęciu programistycznym część kodu, który wykonuje dane zadania 2. Procedury organizujące kod w element wielokrotnego uŝytku

38 SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ SPRZĘT 1. Komputery 2. Sieci 3. Inne

40 SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ OPROGRAMOWANIE 1. GIS 2. Bazy danych 3. Systemy operacyjne 4. Sieci

41 PRZEGLĄD PROGRAMÓW DO BUDOWY SYSTEMÓW GIS NA PODSTAWIE MATERIAŁÓW Z III WARSZTATÓW GIS W PARKACH NARODOWYCH I OBSZARACH CHRONIONYCH Przegląd oprogramowania GIS do tworzenia map tematycznych Jacek Jania

42 RODZAJE PAKIETÓW OPROGRAMOWANIA GIS Business GIS oprogramowanie wykorzystywane w marketingu jako jedno z wielu narzędzi do podejmowania decyzji. Programy wyposaŝone są w bardzo proste funkcje do analizy danych umieszczonych na mapie, np. Business Map, Atlas GIS, Map Point Desktop GIS programy charakteryzujące się prostota obsługi przy jednoczesnej wysokiej funkcjonalnością. Zapewniają szeroki wybór efektywnych narzędzi, które znajdują róŝnorodne zastosowania, np. ArcView, MapInfo Professional GIS systemy do zastosowań profesjonalnych. UmoŜliwiają zaawansowane funkcje do przetwarzania danych przestrzennych. Zawierają bogatszą funkcjonalność w standardzie niŝ programy Desktop GIS, np. ArcInfo, Geomedia Professional

43 OPROGRAMOWANIA GIS RODZAJE LICENCJI komercyjna zakup licencji pozwala najczęściej na ubytkowanie programów w celach komercyjnych. Ograniczenia w tych licencjach dotyczą prawa uŝytkowania, kopiowania, rozpowszechniania, modyfikowania programów oraz często zabezpieczają ich kody źródłowe shareware - program, który moŝna otrzymać i rozpowszechniać za darmo, jednak trzeba uzyskać zgodę autora. Korzystanie z niego jest juŝ jednak obwarowane pewnymi zasadami. JeŜeli po upływie okresu testowego (najczęściej 30-dniowego) uŝytkownik zdecyduje się zatrzymać program na dysku twardym, powinien potraktować to jako kupno produktu i zapłacić jego autorowi freeware - to licencja oprogramowania umoŝliwiająca darmowe rozprowadzanie aplikacji bez ujawnienia kodu źródłowego open source - to darmowe programy, których kod źródłowy jest ogólnie dostępny i rozprowadzany wraz z wersją instalacyjna, zaś kaŝdy programista moŝe poprawiać i modyfikować taki program

44 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS ArcGIS ESRI ArcGis jest podstawowym pakietem oprogramowania ArcGIS Desktop zapewniającym wysokiej jakości wizualizacje kartograficzna, narzędzia do zarządzania i analizowania danych geograficznych oraz podstawowe narzędzia do tworzenia i edycji tych danych

45 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS GeoMedia Intergraph GeoMedia Professional jest narzędziem do tworzenia baz danych, do pozyskiwania i weryfikacji danych GIS, analiz, generowania map tematycznych i ich prezentacji

46 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS MapInfo MapInfo Professional jest programem pozwalającym na tworzenie geograficznych baz danych oraz umoŝliwia zarządzanie i analizę danych przestrzennych

47 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS TatukGIS Editor TatukGIS Editor posiada obszerny komplet narzędzi do tworzenia, redagowania i modyfikacji danych przestrzennych. Jest to aplikacja prosta w uŝyciu, co w znaczący sposób zmniejsza koszty szkolenia nowych uŝytkowników

48 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS Manifold Manifold jest zestawem szeregu narzędzi i metod niezbędnych w zarządzaniu danymi przestrzennymi. Program zapewnia integracje wielu formatów danych. Wsparcie dla programu uzupełnione jest o pręŝnie działające forum internetowe.

49 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS Krystyna GIS Krystyna GIS pozwala na przeglądanie, tworzenie, edycje i analizy przestrzenne danych wektorowych i rastrowych, tworzenie i edycje danych tabelarycznych, połączenie z baza danych poprzez ODBC. Dodatkowo zawiera własny język skryptowy do automatyzacji złoŝonych zadań

50 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS gvsig gvsig jest wielojęzycznym programem Open Source słuŝącym do zarządzania danymi geograficznymi. Obsługuje zarówno dane wektorowe jak i rastrowe

51 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS Quantum GIS QGIS jest programem typu Open Source GIS wspierającym większość popularnych formatów wektorowych, rastrowych i bazodanowych

52 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS udig udig jest programem Open Source będącym przeglądarką i edytorem danych przestrzennych. Szczególny nacisk w aplikacji połoŝono na spełnianej standardów OpenGis konsorcjum

53 WYBRANE OPROGRAMOWANIE GIS PODSUMOWANIE

54 Tworzenie cyfrowych map tematycznych nie musi się wiązać z duŝymi nakładami finansowymi na zakup specjalistycznego oprogramowania GIS. Istnieje szereg aplikacji dostępnych za darmo lub w rozsądnych granicach cenowych, które posiadają niezbędne do tego celu funkcje. Programy te mogą w niektórych aspektach zastąpić wyrafinowane oprogramowanie GIS, jednakŝe przy planach wykorzystania zaawansowanych funkcji analitycznych wydaje się celowe przemyślenie zakupu systemów profesjonalnych.