Przechowywanie informacji o terenie

Transkrypt

1 Przechowywanie informacji o terenie Metody komputerowe w inżynierii komunikacyjnej źródło: doc. dr inż. Tadeusz Zieliński r. ak. 2016/17

2 Układ wykładu mapy tradycyjne mapy cyfrowe GIS

3 Mapy tradycyjne definicje podział map mapa zasadnicza (już cyfrowa) wykorzystanie źródła

4 Mapy tradycyjne Definicje klasyczna zmniejszony, przedstawiony na płaszczyźnie rysunku, obraz określonego obszaru jednoznacznie orientujący w usytuowaniu przestrzennym przedmiotów terenowych lub zjawisk występujących w tym obszarze nowa baza danych o obszarze + oprogramowanie przedstawiające informacje w zadanej postaci w zależności od potrzeb (skala, wyświetlane elementy itp.) - Internetowy atlas Polski

5 Mapy tradycyjne Podział map ogólno-geograficzne tematyczne: mapa zasadnicza podstawowa mapa tematyczna rejestr gruntów (kataster) gospodarczo-społeczne: struktura zaludnienia, zagospodarowanie itp. przyrodnicze: hydrografia, gleby, szata roślinna, klimat, fauna itp.

6 Mapy tradycyjne Mapa zasadnicza podstawowe cechy układy współrzędnych forma przedstawienia i zakres

7 Mapy tradycyjne Mapa zasadnicza podstawowe cechy podstawowa mapa tematyczna mapa sytuacyjno-wysokościowa treść i forma dostosowana do typowych potrzeb technicznych wymagana dokładność 10, 30 lub 50 cm (wg instrukcji K-1 Rozporządzenie MSWiA z , poz. 297 Instrukcja techniczna K-1 Mapa zasadnicza ważna do końca 2013 r. ) wykonana w państwowym układzie współrzędnych obecne przepisy: Rozporządzenie MAiC z 12 lutego 2013 r. w sprawie bazy danych geodezyjnej ewidencji sieci uzbrojenia terenu, bazy danych obiektów topograficznych oraz mapy zasadniczej mapa zasadnicza jedynie w postaci numerycznej ( )

8 Mapy tradycyjne Mapa zasadnicza układy współrzędnych w Polsce 4 podstawowe układy: 1942 stary (jest jeszcze trochę takich map) 1965 najpopularniejszy (obowiązuje od 1969 r): Układ 1965 układ strefowy Polska podzielona na 5 stref 1992 jednostrefowy; mapy o małych skalach (do 1:10 000) cio strefowy aktualnie obowiązujący są układy lokalne dla poszczególnych części Polski, np.: warszawski 0,0 iglica kościoła ewangelickiego koło Zachęty gdański KGHM problem trudno połączyć te różne układy map jest ogólnoświatowy układ WGS 84 dla potrzeb systemu GPS; źródło: MicroStation praca w dowolnym układzie więcej:

9 Mapy tradycyjne Mapa zasadnicza - forma przedstawienia i zakres skala (dokładność) mapy zasadniczej zależy od charakteru terenu: duże miasta 1:500 pozostałe miejscowości 1:1 000 tereny rolnicze 1:2 000 tereny leśne i ekstensywne 1:5 000 z reguły oddzielnie (zbiory warstw): S sytuacja (obiekty) U uzbrojenie E ewidencja gruntów i budynków W rzeźba terenu

10 Mapy tradycyjne Wykorzystanie map mapy do lokalizacji, studiów: 1: : mapy ewidencyjne: 1: tereny zamiejskie 1: tereny zurbanizowane mapy wykorzystywane do projektów budowlanych: 1: tereny zamiejskie 1:500 - tereny zurbanizowane

11 Mapy tradycyjne Źródła pozyskania Centralny Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej GUGiK: Warszawa, ul. Żurawia 6 Zasób dostępność map, ortofotomap, NMT miasta i województwa oddzielne ośrodki; np. Warszawa, Biuro Geodety Województwa Mazowieckiego, al. Jerozolimskie 28 geoportal

12 Mapy cyfrowe definicje mapa rastrowa mapa wektorowa (numeryczna) oprogramowanie do pracy z mapami rastrowymi

13 Mapy cyfrowe Definicje mapa rastrowa: rysunek składa się z punktów jakość maleje przy powiększaniu bardzo duże pliki szybkość i łatwość uzyskania (skanowanie) mapa wektorowa: rysunek składa się z linii jakość nie zależy od skali małe pliki możliwość pracy na warstwach kosztowność i pracochłonność utworzenia mapa hybrydowa złożenie rastrowej i wektorowej

14 Mapy cyfrowe Mapa rastrowa metoda uzyskania - skanowanie kalibracja korekta niedokładności przyczyny niedokładności: nierównomierne odkształcenie papieru, folii błędy powstałe przy skanowaniu można zastosować praktycznie każdy program do obróbki rastrów: MicroStation (b. uproszczona forma) nakładki na MicroStation: Descartes nakładki na AutoCAD-a: Autodesk Raster Design WiseImage kalibracja pogarsza graficzną jakość rastra źródło:

15 Mapy cyfrowe Mapa wektorowa sposoby uzyskania digitalizacja (za pomocą digitizera, tabletu): dokładność mm w skali mapy obecnie bardzo rzadko stosowana wektoryzacja: skanowanie + przeniesienie treści mapy dokładność mm w skali mapy najczęściej stosowana problemy związane z wektoryzacją: podstawowy koszt wektoryzacji to robocizna ograniczać zakres do niezbędnego minimum znacznie trudniej wektoryzować raster kolorowy kłopoty z ustaleniem granicy linii

16 Mapy cyfrowe Mapa wektorowa zalety (w stosunku do rastrowej) większa czytelność swoboda operowania: podział na warstwy jakość nie zależy od powiększenia wzrost szybkości działania

17 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes przegląd pozostałych programów

18 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami IRAS/B produkt firmy Bentley zastosowanie rastry czarno-białe (binarne) możliwości: obsługuje kilkanaście formatów edycja rastra kalibracja wektoryzacja przykładowe inne funkcje uwagi dodatkowe wiele parametrów ustawia się ręcznie (np. wielkość usuwanej plamki, długość wypełnianej szczeliny) potrzebne jest spore doświadczenie

19 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes produkt firmy Bentley powstał do celów wojskowych (wywiad satelitarny) możliwości: duża automatyzacja wielu działań duża liczba obsługiwanych formatów edycja rastra kalibracja wektoryzacja mozaikowanie przykładowe inne funkcje

20 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes obsługiwane formaty praktycznie wszystkie: czarno-białe tonalne (o różnym stopniu szarości) kolorowe (24 bitowe) georeferencyjne (Georeferenstif - plik formatu *.tif + plik tekstowy zawierający współrzędne usytuowania pliku) chmury punktów natywna (bez konieczności konwersji) obsługa większości formatów rastrowych możliwość pracy na rastrze nie mieszczącym się w pamięci - format HMR (technologia dynamicznego zarządzania pamięcią); szybkość pracy wynika m.in. z przypisania do pikseli informacji, przy jakim powiększeniu mają być wyświetlane

21 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes edycja czyszczenie usuwanie zbędnych punktów, plam wypełnianie dziur wypełnia przerwy (o wielkości mniejszej od zadanej) w istniejących elementach prostowanie linii wskazanie linii, które powinny być pionowe lub poziome kopiowanie, obracanie, odbicia lustrzane itp. rysowanie (jako elementów rastrowych) linii, okręgów itp.

22 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes kalibracja konieczne wstępne, zgrubne dopasowanie rastra do obszaru przez obrót, skalowanie właściwa kalibracja: 7 algorytmów kalibracji (płaskie, przestrzenne), m.in. metody: Helmerta prosta: przeskalowanie, obrót, przesunięcie Affine b. złożona, umożliwia korekty zniekształceń lokalnych wskazanie skąd (na rastrze) dokąd (na pliku wektorowym) przesunąć punkt ewentualne sprawdzenie wielkości dokonanych korekt (są pokazywane odrębnie dla każdej pary punktów) można kalibrować plik rastrowy do wektorowego i odwrotnie możliwość wsadowej obsługi plików można tworzyć szablony kalibracji zapisywane w pliku *.rgl przydatne, jeśli wszystkie arkusze mają podobne zniekształcenie

23 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes wektoryzacja elementów geometrycznych: możliwe rodzaje: półautomatyczna automatyczna wektoryzacja linii do napotkanego rozwidlenia automatyczna wektoryzuje wszystkie elementy w zadanym obszarze jako odcinki linii możliwość ustawienia opcji: wybór jednego z 5 poziomów jakości automatyczne kasowanie zwektoryzowanego rastra korygowanie kątów (np. poziomowanie linii biegnących pod kątem o ) wybór kategorii elementów (np. drogi, lasy, cieki) i automatycznie przypisywanie im atrybutów (warstwa, kolor itp.) rysowanie linii zewnętrznych pokazuje się np. oś drogi, a program rysuje wektory opisujące jej krawędzie tekstów (OCR) można go poprawiać uczy się efekt

24 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes przetworzenie mapy rastrowej wyjściowa po oczyszczeniu i wektoryzacji źródło: Czeski P., Projekt węzła Wilanowska z wykorzystaniem dostępnego oprogramowania, praca dyplomowa, PW, 2006

25 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes mozaikowanie mozaikowanie nakładanie ciągu zdjęć możliwości: uśrednianie kontrastu z kolejnych zdjęć przyjmowanie kontrastu ze wskazanego zdjęcia lub obszaru przeniesienie parametrów ze wskazanego fragmentu na wszystkie zdjęcia usuwanie małych szczelin między zdjęciami (zszywanie zdjęć)

26 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Descartes przykładowe inne funkcje wyświetlanie rastra w skali 1:1 (1 piksel rastra = 1 piksel monitora) daje to najlepszą jakość wyświetlania lupa ułatwia m.in. kalibrację i wektoryzację gumka można stosować tylko do elementów rastrowych narysowanych przez użytkownika możliwość zamiany wektora na raster przyciąganie do rastra draping zrzutowanie rastra (zdjęć) na NMT (również zdefiniowany w formie chmury punktów) nakładanie tekstury 3D (zdjęcia na budynki 3D)

27 Mapy cyfrowe Oprogramowanie do pracy z rastrami Przegląd pozostałych programów nakładki na AutoCAD-a: Autodesk Raster Design firmy Autodesk -autocad-raster-design/overview ESRI: ENVI (The Environment for Visualizing Images): ekcja

28 definicja zasada działania zastosowanie możliwości typowego programu GIS przegląd dostępnych programów przykłady zastosowania literatura

29 Definicja GIS (Geographical Information System) SIP (System Informacji Przestrzennej) system pozyskiwania, gromadzenia, przetwarzania, analizowania i udostępniania danych odniesionych do powierzchni Ziemi: SIG (System Informacji Geograficznej), ang. GIS ogólne informacje o terenie (kraj, województwo, powiat); skala < 1:5 000 SIT (System Informacji o Terenie), ang. LIS (Land Information System) mniejszy obszar, dane o dużej szczegółowości

30 Zasada działania podstawy do mapy numerycznej dowiązana baza danych o znajdujących się na niej obiektach program operuje 3 rodzajami danych: pliki wektorowe pliki rastrowe baza danych (praktycznie dowolna) cel przetwarzanie, wyszukiwanie informacji według atrybutów (opisowych) i/lub przestrzennych wynik: graficzne zobrazowanie dowolnego zapytania (np. wyświetl wszystkie działki, przez które przechodzi pas drogowy; wyświetl drogi o szerokość jezdni >...) ułatwienie analizy raport tekstowy

31 Zasada działania baza danych dane graficzne obiekty (domy, drogi, rzeki itp.): obiekt element przedstawiony na warstwie, każdy obiekt składa się z co najmniej 1 punktu o zadanych współrzędnych (geokod) geokod z reguły współrzędne środka ciężkości obiektu stosowane są globalne współrzędne terenowe warstwa format zapisu sposób prezentacji mapy dane opisowe: atrybuty tekstowe (np. nazwisko właściciela) liczbowe (np. parametry drogi, powierzchnia działki) graficzne (np. zdjęcie obiektu) dźwiękowe (np. śpiew ptaków występujących w na danym obszarze) każdy obiekt jest opisany w oddzielnym rekordzie; łącznikiem między danymi jest geokod

32 Zasada działania warstwy na każdej warstwie usytuowane są obiekty jednej klasy (zabudowa, cieki, drogi itp.) obiekty każdej warstwy mają oddzielny zbiór rekordów opisujących ich atrybuty można wykonywać operacje jednocześnie na wielu warstwach źródło: J. Urbański Zrozumieć GIS, PWN, Warszawa 1997

33 Zasada działania format zapisu rastrowy: nałożenie na mapę siatki o boku równym połowie najmniejszego inwentaryzowanego obiektu każdemu kwadratowi przypisuje się wartość odpowiadającą rodzajowi obiektu wektorowy: obiekty są opisane przez: punkty, łamane, wieloboki oraz symbole (przy pewnej skali zastępują rzeczywiste obiekty) hybrydowy

34 Zasada działania sposób prezentacji mapy w dowolnej skali w różnych formach (przy małych skalach zamiast rzeczywistych kształtów obiektów są rysowane przypisane im symbole) w wybranym typie projekcji mapy: projekcja mapy = odwzorowanie kartograficzne (zasada rzutowania powierzchni kuli ziemskiej na powierzchnię płaską) istotne przy dużych obszarach każdy typ projekcji zniekształca jedną z cech mapy: kształt obiektu odległość kierunek w zależności od potrzeb użytkownik może wybrać typ projekcji właściwy dla jego analiz

35 Zastosowanie wszędzie tam, gdzie niezbędnym elementem podejmowania decyzji jest informacja o lokalizacji w przestrzeni dziedziny: zarządzanie infrastrukturą transport kartografia administracja działalność gospodarcza koszty = sprzęt : oprogramowanie : wprowadzanie danych = 1 : 5 : 100 więcej:

36 Zastosowanie zarządzanie infrastrukturą pierwsi użytkownicy GIS ewidencja eksploatowanych urządzeń plany napraw, przeglądów wyszukiwanie informacji o: parametrach urządzeń w miejscach awarii obiektach leżących w strefie zagrożenia

37 Zastosowanie transport wyszukiwanie korytarza do poprowadzenia nowego ciągu komunikacyjnego raport o działkach do wykupu dla projektowanej drogi ewidencja sieci: systemy nawigacji dla kierowców analizy eksploatacyjne, m. in.: najkrótsze drogi przejazdu dla pojazdów ponadnormatywnych miejsca nieprzejezdne (remonty, poważne wypadki) objazdy utrzymanie zimowe analizy wypadkowości analiza zachowania skrajni przedsiębiorstwa transportowe: zarządzanie ruchem pojazdów zarządzanie przewozem towarów źródło:

38 Zastosowanie kartografia nowoczesna mapa = GIS tworzenie map tematycznych przez filtrowanie numerycznej mapy obiektowej

39 Zastosowanie administracja ewidencja nieruchomości służby skarbowe ściąganie podatków (w Polsce najszybszy zwrot nakładów na wprowadzenie systemu) system doradczy przy podejmowaniu decyzji (np.: o lokalizacji nowych inwestycji odległości od linii transportowych, mediów, zasoby siły roboczej) przykłady źródło:

40 Zastosowanie administracja, przykłady wybór miejsca na położenie stoku narciarskiego źródło: określenie potencjału solarnego (nasłonecznienia)

41 Zastosowanie działalność gospodarcza badania marketingowe analiza zjawisk demograficznych zapotrzebowanie na usługi rozkład potencjalnych klientów dostępność obiektu

42 Możliwości typowego programu GIS wprowadzanie danych wstępne przetwarzanie modelowanie analiza produkt końcowy wg: J. Urbański - Zrozumieć GIS, PWN, Warszawa 1997

43 Możliwości typowego programu wprowadzanie danych pozyskiwanie danych za pomocą różnych technik, np.: GPS digitalizacja wektoryzacja wprowadzanie danych opisowych podstawowa weryfikacja danych (formaty, dopuszczalny zakres wartości itp.)

44 Możliwości typowego programu wstępne przetwarzanie konwersja formatów redukcja i generalizacja danych rejestracja zdjęć satelitarnych (kalibracja + usytuowanie we właściwym miejscu) tworzenie topologii danych wykrywanie i poprawianie błędów (wykorzystanie topologii) integracja obiektów z różnych warstw i źródeł zgrywanie krawędzi obiektów leżących na sąsiednich zdjęciach odwzorowania kartograficzne (projekcja mapy)

45 Możliwości typowego programu baza danych kluczowy element systemu obsługiwana przez zestaw programów DBMS (Data Base Management System), który zapewnienia: dostęp do danych podprogramom systemu integralność danych (niedopuszczenie do niespójności danych z różnych źródeł) bezpieczeństwo danych (prawa dostępu: odczyt, modyfikacja) stosuje się duże, poważne programy typu: Oracle INFORMIX czasami MS Access

46 Możliwości typowego programu analiza wyszukiwanie i klasyfikacja porządkowanie obiektów na podstawie ich atrybutów pomiary: odległości powierzchnie wyniki można zapisywać jako atrybuty funkcje sąsiedztwa wykonywanie operacji w ograniczonym sąsiedztwie wybranych elementów funkcje łączenia wyznaczanie stref buforowych nakładanie nałożenie na siebie kilku warstw i wykonanie pewnych operacji logicznych, np.: wszystkie działki przecinane przez drogę strefy negatywnego oddziaływania drogi droga + bufor emisji hałasu, spalin nałożona na zabudowę analizy korytarzowe waloryzacja terenu analiza statystyczna rozkład cech w poszczególnych regionach

47 Możliwości typowego programu modelowanie nie jest standardowym elementem programu pozwala na bardzo wyrafinowane analizy wg opisanego modelu; np.: model rozprzestrzeniania się hałasu wokół drogi model rozkładu ruchu na sieć (po zamknięciu odcinka drogi na skutek remontu, wypadku)

48 Możliwości typowego programu produkt końcowy (raport) edycja mapy: edytor grafiki określenie parametrów graficznych (style, stosowane symbole) edycja raportów: zdefiniowanie układu edytor tekstów

49 Przegląd dostępnych programów firmy ESRI firmy Bentley firmy Intergraph firmy Autodesk firmy MapInfo darmowe: Geoxa polski QGIS Grass GIS

50 Przegląd programów firmy ESRI zapis 3D pakiet ArcGIS for Desktop dostępne programy: ArcInfo (ArcGIS for Desktop Advanced dla tworzącego bazę): kompletny systemem tworzenia, gromadzenia, aktualizowania, analizowania, wizualizacji i publikacji danych GIS oraz tworzenia zapytań podstawowy program pakietu; standard wśród programów GIS; narzucił formaty plików (shape), podstawowe funkcje itp. ArcEditor (ArcGIS for Desktop Advanced) ArcView + bogatsze możliwość edycji ArcView (ArcGIS for Desktop Advanced dla zaawansowanego użytkownika) wizualizacja kartograficzna, zarządzanie i analizowanie oraz podstawowe możliwości tworzenia i edycji danych geograficznych; jest wersja polska ArcReader (dla użytkownika) przeglądanie i drukowanie map, utworzonych w aplikacji ArcPublisher (zapisanych w formacie PMF); bezpłatny; jest polska wersja więcej:

51 Przegląd programów firmy Bentley (1) Bentley Map: współpracuje z bazą danych Oracle bezpośrednio czyta dane z różnych źródeł (AutoCAD, MapInfo, ArcView, Oracle) wykorzystuje właściwości MicroStation V8i (obiekty 3D, wizualizacja, przezroczystość, druk do PDF) współpraca z Google Earth (pliki *.kmz) nowy format danych XFM (oparty na XML) jest wersja PL więcej: Bentley Map PowerView: mini Bentley Map pełny zestaw narzędzi dla pracy 2D nie wymaga MicroStation jest wersja PL

52 Przegląd programów firmy Bentley (2) Bentley Map Mobile Publisher: internetowa przeglądarka do plików utworzonych w Bentley Map lub PowerMap, uniwersalny służy do budowy strony, administracji, analiz, zapytań, raportów, nawigacji dane mogą być również w formie rastrowej przetworzenie na HTML odpowiedzi w formacie *.jpg lub *.tif, nowoczesne funkcje: generowanie listy osób do powiadomienia (np. w czasie awarii) sprawdzanie danych na telefon (np. czy są w tym miejscu przewody) przykład zastosowania plan miasta więcej:

53 Przegląd programów firmy Autodesk AutoCAD Map 3D w Polsce chyba najmniej popularny może współpracować z programem do projektowania geometrycznego VESTRA CAD więcej: Wszystkie produkty AutoCAD AutoCAD Map 3D

54 Przegląd programów firmy MapInfo MapInfo Professional: tani, prosty ZIK dr inż. Tomasz Dybicz MapInfo ProViewer przeglądarka więcej: dostępne demo

55 Przykłady zastosowania wybrane internetowe plany miast: Polska przegląd map interaktywnych Łódź Warszawa Zabrze do niektórych obiektów przypisane zdjęcia nawigacja w pojazdach

56 Literatura Urbański J. Zrozumieć GIS, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 1997 W. Izdebski, Wykłady z przedmiotu SIP i mapa zasadnicza, GIK PW Myrda G. GIS czyli mapa w komputerze, Wydawnictwo Helion, Warszawa 1997 M. Styczyńska Metody łączności i przekazywania informacji w nowoczesnych systemach zarządzania ruchem; praca dyplomowa magisterska, PW IL IDiM, Warszawa, 2004