Systemy informacji geograficznej

Transkrypt

1 Systemy informacji geograficznej Andrzej Głażewski Politechnika Warszawska Zakład Kartografii

2 Definicja systemu informacji geograficznej Elementy systemu: Sprzęt (obecnie: komputerowy) Dane (postać cyfrowa) Użytkownicy Narzędzia (obecnie: software) Podstawowe zadania: gromadzenie, analizowanie i prezentacja danych posiadających odniesienie geograficzne (przestrzenne w stosunku do Ziemi) ) system, informacja, geografia

3 Sprzęt W czasach prekomputerowych sprzęt stanowiła linijka, wskaźnik, notes Obecnie oprócz komputera (dostęp do sieci, większa moc, duży monitor) stosujemy różne urządzenia peryferyjne: skanery, digitizery, plotery, drukarki, naświetlarki, wywoływarki Decydujące znaczenie mają nadal umiejętności użytkownika ) komputer, Internet

4 Dane przestrzenne Większość informacji docierających do nas ma charakter geograficzny, gdyż życie człowieka i wydarzenia otaczające są związane przestrzennie z Ziemią. Odniesienie przestrzenne posiadają np: służba zdrowia (placówki, działania) banki (oddziały, konta, operacje) wydarzenia codzienne działania służb wspierających bezpieczeństwo każdy z nas

5 Dane przestrzenne w GIS Postać cyfrowa Modele danych Rastrowe Wektorowe Typy geometryczne Organizacja danych, DBMS Struktury danych w modelu wektorowym Drzewo Sieć Wypełnienie powierzchni ) DBMS DataBase Management System

6 Użytkownicy Twórcy systemów (specjaliści z wielu dziedzin: geografii, informatyki, kartografii, statystyki, geodezji, geometrii, poligrafii...) Operatorzy zaawansowani (świadomi użytkownicy, zwykle zainteresowani wykorzystaniem systemów w różnych gałęziach nauki i gospodarki) Operatorzy - odbiorcy wyników działania systemów, decydenci

7 Narzędzia Programy do budowy GIS Programy do analiz przestrzennych CAD, CAM, AM/FM Internet Obsługa baz danych Programy graficzne, DTP Desktop GIS, przeglądarki ) CAD - Computer Aided Design, CAM - Computer Aided Mapping, AM/FM - Automated Mapping/Facilities Management, DTP - DeskTop Publishing

8 Przykłady narzędzi CAD analizy DBMS DTP przeglądarki

9 Własności Rastrowy model danych przestrzennych pikselowa (macierzowa) struktura obrazu rozdzielczość przestrzenna i spektralna zapis piksela oprócz położenia w macierzy (w,k) zawiera ograniczone informacje tematyczne brak odniesień do obiektów geograficznych Przykłady zeskanowane mapy i zdjęcia lotnicze sceny satelitarne NMT- numeryczny model terenu (DEM) ) DEM Digital Elevation Model

10 Prosty model wektorowy (spaghetti) L1(x1,y1) P(x,y) L2(x2,y2) O1(x1,y1) O2(x2,y2) L O L3(x3,y3) O5(x5,y5) O3(x3,y3) O4(x4,y4) Element podstawowy wektor umożliwia modelowanie wszystkich rodzajów obiektów rzeczywistych o nieograniczonych atrybutach i może tworzyć skomplikowane struktury danych. Każdy obiekt zapisany jest niezależnie od pozostałych (redundancja, błędy).

11 Topologiczny model wektorowy Wektor tworzy punkty, linie i obszary posługując się ich topologicznymi własnościami (punkty mogą tworzyć linie, linie są granicami obszarów). Wszystkie elementy obiektów (np. współrzędne punktów, linie graniczne obszarów) są zapisywane tylko raz, do nich odwołują się definicje innych obiektów, unika się redundancji i wielu błędów. Istotna jest możliwość zapisu relacji topologicznych zachodzących pomiędzy obiektami (np. sąsiedztwo, zawieranie się) ) topologia P5 L1 L5 P1 P4 L2 Ob1 P2 L4 L3 P3

12 Organizacja danych Baza danych, DBMS Modele baz danych: hierarchiczne relacyjne obiektowe Obecnie dominują modele relacyjne, w których pojawia się coraz więcej elementów obiektowości Obiekty bazy danych i ich atrybuty (umowny podział: dane geometryczne / dane opisowe) Warstwy informacyjne

13 Metody pozyskiwania danych Pomiary bezpośrednie (np. techniką GPS) Pomiary zdalne (teledetekcja satelitarna) Zdalny dostęp do rozległych baz danych Zakup danych cyfrowych, Internet Zamiana postaci własnych źródeł informacji na cyfrową (duże koszty) skanowanie wektoryzacja (automatyczna, półautomatyczna, ręczna) ) GPS Global Positioning System

14 Analizy przestrzenne (1) Stosowanie języka zapytań (SQL) Pomiary (zastosowanie kartometrii) wyniki podlegają zwykle dalszym analizom Selekcja wg warunków zdefiniowanych opisowo, geokodowanie wybór obiektów na podstawie ich atrybutów opisowych, które mogą również pełnić rolę orientującą w przestrzeni (geokodowanie) Reklasyfikacja i agregacja danych grupowanie, generalizacja kartograficzna ) SQL Structured Query Language

15 Analizy przestrzenne (2) Selekcja wg warunków zdefiniowanych topologicznie wykorzystanie operatorów przestrzennych operowanie na kilku warstwach informacyjnych Analizy wpływów ekwidystanty (bufory) Analizy sieciowe np. optymalizacja trasy przejazdu Analizy w rastrowym modelu danych klasyfikacja, filtrowanie, analizy NMT

16 Przykład analizy selekcji Prosta analiza selekcji wg warunków topologicznych polegająca na wyborze tych odcinków dróg (zbiór_dr), które przebiegają przez gminę X (zbór_gmx): z warstwy zbiór_dr wybierz wszystkie obiekty, które zawierają się w warstwie zbiór_gmx W składni SQL takie zapytanie będzie miało postać: SELECT *.zbiór_dr WHERE obj.zbiór_dr IS CONTAINED obj.zbiór_gmx

17 GIS i mapy Mapa - jedno ze źródeł danych dla systemów informacji geograficznej Najlepszy sposób prezentacji wyników analiz i materiał do podejmowania decyzji Problem układu współrzędnych i odwzorowania kartograficznego Technologia i narzędzia do opracowania map na podstawie GIS Treść bazy danych a symbolika mapy Prawa grafiki i metodyki kartograficznej

18 Skala mapy zapisanej w postaci cyfrowej Skala mapy cyfrowej wiąże się ściśle z precyzją geometryczną obiektów używanej bazy danych, odnosimy ją najczęściej do skali materiałów źródłowych. Skala wyświetlania lub wydruku mapy jest tylko pochodną powiększenia, w którym oglądamy (drukujemy) obraz i jej zmiana nie wpływa w żaden sposób na dokładność mapy numerycznej, a tym bardziej na precyzję bazy danych przestrzennych. Powinna jednak wynikać ze szczegółowości bazy danych i precyzji zapisu jej obiektów.

19 Zastosowania GIS Geodezja i kartografia Urbanistyka i planowanie przestrzenne Inżynieria i obsługa inwestycji Nawigacja i transport Administracja i zarządzanie Statystyka Telekomunikacja i media Ochrona środowiska Sport i turystyka...

20 Podsumowanie Rozwój GIS odbywa się m.in. dzięki osiągnięciom kartografii i informatyki Bazy hybrydowe, multimedia Systemy ekspertowe Systemy aktywne Analizy i prezentacje dynamiczne Internet Sercem każdego systemu informacji geograficznej są zaawansowane analizy przestrzenne, które nie są nowością, choć obecnie są łatwiejsze, dzięki czemu każdy może robić mapy

21 Literatura Gaździcki J. (1990) Systemy informacji przestrzennej, PPWK Krzanowski R. M., Palylyk C. L., Crown P. H. (1995) Lexicon of Terms for Users of Geographic Information Systems, GIS World Inc McDonnell R., Kemp K. (1995) International GIS dictionary, GeoInformation International MacEachren A. M. (1995) How maps work: representation, visualization and design, Guildford Press Kraak M.J., Ormelling F. (1998) Kartografia, wizualizacja danych przestrzennych, PWN Iwańska M., Kistowski M. (1997) Systemy informacji przestrzennej podstawy techniczne i metodyczne, Bogucki Urbański J. (1997) Zrozumieć GIS analiza informacji przestrzennej, PWN