Nowa metoda oceny rozdzielczości geometrii danych przestrzennych

Transkrypt

1 XV PODLASKIE FORUM GIS Nowa metoda oceny rozdzielczości geometrii danych przestrzennych Bartłomiej Bielawski

2

3

4 Źródło danych Prezentowane koncepcje i wyniki badań są wynikiem pracy badawczej prowadzonej w Zakładzie Kartografii Politechniki Warszawskiej pod kierunkiem prof. PW. dr hab. Roberta Olszewskiego 2

5 Plan prezentacji Przybliżenie pojęcia rozdzielczości danych przestrzennych w normach ISO serii Koncepcja Rozdzielczości Geoinformacyjnej Charakterystyka, warunki i metody wyznaczania elementów Rozdzielczości Geometrii oraz ocena Rozdzielczości Geometrii dla wybranych zbiorów danych Wnioski 2

6 Rozdzielczość w normach ISO PN-EN-ISO 19131:2008 Informacja geograficzna Specyfikacje produktów danych (ang. Geographic information Data Product Specification (DPS)) definiuje zakres informacji stosowanych do opisu serii i zbiorów danych oraz usług. class Context Diagram: DPS_IdentificationInformation DPS::DPS +identification 1 DPS_IdentificationInformation + abstract :CharacterString + alttitle :CharacterString [0..*] + geographicdescription :EX_GeographicDescription [1..*] + purpose :CharacterString [0..1] + spatialrepresentationtype :MD_SpatialRepresentationTypeCode [0..*] + spatialresolution :MD_Resolution [0..*] + supplementalinformation :CharacterString [0..1] + title :CharacterString + topiccategory :MD_TopicCategoryCode [1..*] 0..* {root} {root} Extent information::ex_geographicdescription + geographicidentifier :MD_Identifier Reference system information::md_identifier + authority :CI_Citation [0..1] + code :CharacterString «CodeList» Identification information:: MD_SpatialRepresentationTypeCode + grid + stereomodel + texttable + tin + vector + video «Union» Identification information::md_resolution + distance :Distance + equivalentscale :MD_RepresentativeFraction «enumeration» Identification information::md_topiccategorycode farming biota boundaries climatologymeteorologyatmosphere economy elevation environment geoscientificinformation health imagerybasemapsearthcover intelligencemilitary inlandwaters location oceans planningcadastre society structure transportation utilitiescommunication Identification information:: MD_Representativ efraction + denominator :Integer 3

7 Rozdzielczość w normach ISO Informacje dotyczące specyfikacji produktów danych są wykorzystywane w normie PN-EN-ISO : Informacja geograficzna Metadane. Norma ta definiuje zakres metadanych do identyfikacji serii, zbiorów danych i usług. Norma dostarcza reguł opisu dotyczących m.in.: rozdzielczości danych przestrzennych. class Context Diagram: MD_Resolution class Context Diagram: MD_Resolution «Union» MD_Resolution + equivalentscale :MD_RepresentativeFraction + distance :Distance «Union» MD_Resolution + equivalentscale :MD_RepresentativeFraction + distance :Distance + vertical :Distance + angulardistance :Angle + levelofdetails :Characterstring PN-EN-ISO 19115:2003 PN-EN-ISO :

8 Rozdzielczość w normach ISO MD_Resolution zgodnie z normą ISO czynnik, który dostarcza podstawowej wiedzy o gęstości danych przestrzennych w zbiorze danych * Zgodnie z aktualną normą jest to alternatywa jednego z 5 atrybutów (jednocześnie występuje tylko jeden atrybut z listy). W przypadku danych topograficznych stosuje się atrybut equivalentscale (skala równoważna, wyrażana mianownikiem skali (denominator) w postaci liczby całkowitej). Zgodnie z Polskim Krajowym Profilem metadanych equivalentscale opisuje poziom szczegółowości wyrażony jako skala porównywalnej mapy drukowanej lub wykresu class Context Diagram: MD_Resolution «Union» MD_Resolution + equivalentscale :MD_RepresentativeFraction + distance :Distance + vertical :Distance + angulardistance :Angle + levelofdetail :CharacterString «DataType» MD_Representativ efraction + denominator :Integer *jest to wskaźnik, dostarczający ogólnego zrozumienia gęstości danych w zbiorze danych (ang. factor which provides a general understanding of the density of spatial data in the dataset) 5

9 Rozdzielczość w normach ISO Rozdzielczość Jakość Element identyfikacji serii, zbioru danych i usługi (Identification Information) Element jakości danych (Data quality information) 6

10 Rozdzielczość Geoinformacyjna Rozdzielczość Geoinformacyjna wielowskaźnikowa cecha zbioru danych, serii lub usługi charakteryzująca przedmiot opisu w ujęciu geometrycznym, pojęciowym, czasowym i sytuacyjnym. class Rozdzielczość Pojęciowa Nominalna Rzeczywista Geometrii Współrzędnych Rozdzielczość geoinformacyjna Maksymalna Densytatytywna Sytuacyjna Kwantytatywna Aktualizacji Czasowa Czasoprzestrzena Właściwa 7

11 Rozdzielczość Geometrii Rozdzielczość Geometrii to cecha serii, zbioru danych lub usługi wskazująca na stopień zagęszczenia werteksów budujących geometrię o typach liniowych i powierzchniowych. class Geometry resolution Rozdzielczość Geometrii Współrzędnych Nominalna Maksymalna Rzeczywista 8

12 Rozdzielczość Geometrii Założenia: 1. Rozdzielczość Geometrii może być wyznaczana dla specyfikacji (serii) i zbiorów danych utworzonych zgodnie z normami ISO serii Ocenie mogą podlegać dane wektorowe w prostym lub topologicznym modelu wektorowym 3. Analizie podlegają obiekty przestrzenne (spatial object) w rozumieniu zgodnym z normą ISO W związku z powyższym metoda abstrahuje od specyfiki obiektów świata rzeczywistego (odmienna specyfika przestrzenne linii kolejowych, dróg, lasów itd.) oraz od relacji obiektu świata rzeczywistego do obiektu przestrzennego 5. Geometria obiektów musi składać się z typów geometrii wykorzystujących krzywe poddane liniowej interpolacji zgodnie z ISO (GM_Curve) 6. Metoda znajduje zastosowanie do oceny geometrii 2D i 3D 9

13 Rozdzielczość Współrzędnych Rozdzielczości Współrzędnych to miara odległości metrycznej lub kątowej oznaczającej minimalną odległość między dwoma punktami wynikającymi z precyzji zapisu współrzędnych. Jest to cecha charakterystyczna zarówno modelu danych jak i jego implementacji. ATKIS OSM BDOT 10k 10

14 Rozdzielczość Współrzędnych Rozdzielczości Współrzędnych (RWG) to miara odległości metrycznej lub kątowej oznaczającej minimalną odległość między dwoma punktami wynikającymi z precyzji zapisu współrzędnych. Lp. Zasób Skala równoważna RWG 1 LPIS OSM BDOT10k 1: m 4 ATKIS Basis-DLM 1:5000-1: m 5 CLC 1: nie zidentyfikowano 6 BDOO 1: m 7 BTN100 1: m 8 EGM 1: m 9 VMAP_L0 1: Nie zidentyfikowano 11

15 Rozdzielczość Rzeczywista Rozdzielczość Rzeczywista Geometrii (RRG) to charakterystyka zbioru danych, mówiąca o stopniu zagęszczenia punktów pośrednich (werteksów) poszczególnych instancji obiektów wchodzących w skład zbioru danych. RRG to miara opisująca najczęściej występujące odległości pomiędzy werteksami tworzącymi geometrię instancji obiektów (obiektów przestrzennych). Charakterystyka odległości między werteksami (długości segmentów) wyrażona jest w postaci mediany, tj. wartość cechy w szeregu uporządkowanym, powyżej i poniżej której znajduje się jednakowa liczba obserwacji. 12

16 Rozdzielczość Rzeczywista Lp. Nazwa powiatu RRG LPIS RRG BDOT10k RRG CLC 2012 RRG BDOO RRG EGM RRG VMAP_L0 bd 1: : : : : kielecki słupski kłodzki żarski piski braniewski goleniowski lubaczowski tatrzański krasnostawski Warszawa wrocławski Wyniki pomiarów wartości Rozdzielczości Nominalnej dla różnych produktów na tych samych obszarach testowych 13

17 Rozdzielczość Rzeczywista Wyniki testowych pomiarów wartości Rozdzielczości Rzeczywistej dla BDOO 14

18 Rozdzielczość Nominalna Nominalna Rozdzielczość Geometrii (NRG) wyraża teoretyczną lub zakładaną rozdzielczość danych. Wartość NRG charakteryzuje model pojęciowy. Na poziomie implementacyjnym może dotyczyć serii zbiorów danych utworzonych na podstawie wspólnego modelu pojęciowego. Jest to rozdzielczość abstrakcyjna (uogólniona) i powinna być określana na poziomie definiowania wymagań modelu pojęciowego. Proponowana charakterystyka wydaje się być odpowiednikiem obecnie stosowanych opisów rozdzielczości wykorzystujących mianownik skali do opisania rozdzielczości geometrii, np. skala równoważna (ISO 19115:2014), skala nominalna, skala bazowa, rozdzielczość wynikająca z generalizacji pierwotnej, wynikająca z zastosowanej metody pomiaru oraz modelu pojęciowego danych. Wartość NRG może być wyrażona w postaci pojedynczej wartości całkowitej lub przedziału wartości. W przypadku pojedynczej wartości NRG może być założona a priori przez autora modelu pojęciowego lub uzyskana na drodze odwrotnej inżynierii (reverse engineering). 15

19 Rozdzielczość Nominalna W przypadku oceny NRG serii zbiorów danych za pomocą odwrotnej inżynierii wyznaczanie rozdzielczości teoretycznej polega na określeniu wartości średniej ważonej Rozdzielczości Rzeczywistych (RRG) dla zbiorów danych wchodzących w skład serii lub reprezentatywnej statystycznie próbki danych. Wagę stanowi pole powierzchni zbiorów danych będących przedmiotem pomiaru. W przypadku pojedynczej wartości rozdzielczość nominalną dla serii wyznacza się ze wzoru na średnią ważoną: NRG = PP 1RRG 1 + PP 2 RRG 2 +PP 3 RRG PP n RRG n PP 1 + PP 2 + PP PP n Gdzie: NRG rozdzielczość nominalna geometrii, RRG rozdzielczość rzeczywista geometrii, PP pole powierzchni zbioru danych wyrażone w km 2, n liczba zbiorów danych w serii lub reprezentatywna liczba zbiorów danych. 16

20 Rozdzielczość Nominalna Cecha/ Specyfikacja Skala równoważna NRG Odch. STD/NRG*100% (współczynnik niespójności) NRG max NRG min BDOT10k 1: ,91 23,45 16,63 19,86 LPIS - 26,07 28,4 22,26 26,59 OSM - 30,02 10,43 28,39 31,84 ATKIS 1:5000-1: ,56 5,57 30,82 32,09 CLC : ,43 5,96 74,09 78,97 BCN500 1: ,48 12,79 89,12 94,15 BDOO 1: ,65 8,5 120,16 129,24 EGM 1: ,55 63,07 197,32 649,53 VMAP_L0 1: ,72 28,33 965, ,18 Wyniki pomiarów wartości Rozdzielczości Nominalnej w podziale na specyfikacje danych 17

21 Rozdzielczość Maksymalna Maksymalna Rozdzielczość Geometrii (MRG) określa maksymalną rozdzielczość poprzez zdefiniowanie najmniejszych elementów konstrukcji geometrii na poziomie modelu pojęciowego. Od tego wskaźnika w dużym stopniu zależy stopień uogólnienia geometrii w zbiorze danych. Rozdzielczość ta określana w specyfikacji danych stanowi istotne założenie modelu pojęciowego. Wartość Maksymalnej Rozdzielczości Geometrii jest aktualnie często stosowana w specyfikacjach danych. Wartość maksymalnej rozdzielczości wyrażana jest w metrach i oznacza minimalną długość segmentu łączącego sąsiednie werteksy. W szczególnych przypadkach, gdy założenia modelu pojęciowego w szczególności generalizacji pierwotnej - nie zakładają takiej wartości, Rozdzielczość Maksymalna przyjmuje wartość Rozdzielczości Współrzędnych. 19

22 Rozdzielczość Maksymalna Maksymalna Rozdzielczość Geometrii (MRG) określa maksymalną rozdzielczość poprzez zdefiniowanie najmniejszych elementów konstrukcji geometrii na poziomie modelu pojęciowego. Od tego wskaźnika w dużym stopniu zależy stopień uogólnienia geometrii w zbiorze danych. Rozdzielczość ta określana w specyfikacji danych stanowi istotne założenie modelu pojęciowego. Wartość Maksymalnej Rozdzielczości Geometrii jest aktualnie często stosowana w specyfikacjach danych. Wartość maksymalnej rozdzielczości wyrażana jest w metrach i oznacza minimalną długość segmentu łączącego sąsiednie werteksy krzywej. Lp. Zbiór danych Skala równoważna MRG 1 LPIS Brak informacji nie stosuje się 2 OSM Brak informacji nie określono 3 BDOT10k 1: m 4 ATKIS Basis- 1:5000-1: brak informacji DLM 5 CLC 1: brak informacji 6 BDOO 1: m 7 BCN 500 1: m 8 EGM 1: m 9 VMAP_L0 1: brak informacji 20

23 Rozdzielczość Nominalna LOG 2 (NRG) :10 000?? 1: : : : : : BDOT10k (PT) LPIS OSM ATKIS CLC2012 BCN500 BDOO EGM VMAP_L0 Zmiana rozdzielczości w zależności od produktu 18

24 rozdzielczość rozdzielczość rozdzielczość rozdzielczość Ocena rozdzielczości geoinformacyjnej (dla wybranych zasobów i składowych RG) BDOT 10k skala referencyjna: 1: BDOO skala referencyjna: 1: logarytm mianownika skali mapy: 17, logarytm mianownika skali mapy: 13, nominalna geometrii rzeczywista geometrii densytatywna pojęciowa kwantytatywna 4,24 4,77 6,7 10,39 17,34 0 nominalna geometrii rzeczywista geometrii densytatywna pojęciowa kwantytatywna 6,81 6,9 0,91 10,39 14,3 ATKIS skala referencyjna: 1: : PRG skala referencyjna: 1: 500-1: logarytm mianownika skali mapy: 12,29-14, logarytm mianownika skali mapy: 8,97-13, nominalna geometrii rzeczywista geometrii densytatywna pojęciowa kwantytatywna 4,65 4,9 7 11,02 13,83 0 nominalna geometrii rzeczywista geometrii densytatywna pojęciowa kwantytatywna 4,65 4,7 0,76 7,42 13,75

25 Wnioski 1. Rozdzielczość Geometrii jest jednym z elementów Rozdzielczości Geoinformacyjnej 2. Proponowany zestaw charakterystyk dotyczących geometrii obiektów przestrzennych charakteryzuje specyfikacje danych, dane lub usługi je publikujące w znacznie lepszy sposób (w ocenie autora) niż mianownik skali 3. Uzyskane wyniki oceny serii (specyfikacji), zbiorów danych czy usług w zakresie Rozdzielczości Geometrii są obiektywne, porównywalne i możliwe do zweryfikowania 4. Proces oceny rozdzielczości jest niezależny od stosowanej technologii czy oprogramowania 5. Ocena kluczowych komponentów Rozdzielczości Geometrii może się odbywać w sposób automatyczny, bez konieczności ingerencji operatora 6. Określenie Rozdzielczości Współrzędnych ułatwia utrzymanie topologii obiektów utrzymywanych w relacyjnych bazach danych 7. Zastosowanie metody jest bardzo szerokie, m.in. kontrola danych, wycena kosztów pozyskania danych, możliwość automatycznej integracji usług geoprzestrzennych 21

26 XV PODLASKIE FORUM GIS Dziękuję za uwagę Bartłomiej Bielawski