10 Multimedialne bazy danych Andrzej Łachwa, WFAiIS UJ 2011
SIP SIP system informacji przestrzennej słuŝy do pozyskiwania, przechowywania, przetwarzania i udostępniania danych zawierających informacje przestrzenne oraz towarzyszące im informacje opisowe o obiektach wyróŝnionych w części przestrzeni objętej działaniem systemu. Przetwarzanie obejmuje tu równieŝ weryfikowanie, integrowanie, analizowanie i wyszukiwanie. Udostępnianie związane jest zwykle z wizualizacją. Podobnie [Gaździecki 1990].
Informacja przestrzenna to określenie połoŝenia, wielkości, kształtu oraz relacji przestrzennych zachodzących pomiędzy obiektami, procesami, oparte na przyjętym układzie odniesień przestrzennych. Podobnie [Wolski, Sadecki 2011]. SIP nadają się do tworzenia map wszystkiego, co przestrzenne, np. układu krwionośnego człowieka czy instalacji technicznych budynku. W GIS mamy natomiast dane, które są przestrzennie odniesione do Ziemi. W omawianych systemach nie przechowuje się obrazów (wyjątkiem są zdjęcia satelitarne) lecz dane umoŝliwiające generację mapy!
SIT (system informacji terenowej, Land Information System) operują informacją pierwotną, uzyskaną np. na podstawie bezpośrednich pomiarów w terenie, odpowiadają mapom wielkoskalowym, np. 1:5 000 i większe. GIS (systemy informacji geograficznej) odpowiadają, pod względem szczegółowości, mapom średnio- i małoskalowym, np. 1:10 000 i mniejsze. Dzięki sieci internetowej, nawigacji satelitarnej oraz technologiom telekomunikacyjnym nastąpiła rewolucyjna zmiana w dostępności do tych systemów, mamy np. osobisty GIS w telefonie komórkowym.
Dalej uŝywam nazwy GIS. Popularność tej nazwy bierze się stąd, Ŝe większość aplikacji wykorzystujących mechanizmy łączenia informacji atrybutowej z informacją przestrzenną, to systemy informacji geograficznej, zwane równieŝ mapami cyfrowymi. Zastosowania systemów GIS to przede wszystkim informowanie poprzez wizualizację, rozmaite ewidencje (gruntów, budynków, infrastruktury ), przetwarzanie informacji o zjawiskach szybko zmieniających się w czasie (np. emisja zanieczyszczeń, zasięg powodzi), analizy i obrazowanie danych statystycznych.
Obiektami w GIS mogą być: składniki krajobrazu (lasy, rzeki, jeziora), budowle (budynki, zapory, stadiony), elementy infrastruktury komunikacyjnej (ulice, drogi, linie kolejowe, kanały Ŝeglugowe), infrastruktury technicznej (sieci wodnokanalizacyjne, gazowe, energetyczne), obszary (parki, miasta, działki, strefy zasięgu sygnału telewizji naziemnej, regiony sprzedaŝy), połączenia lotnicze, sieć metra z pociągami, taksówki poruszające się po mieście, Są przedstawiane za pomocą SYMBOLI!
Mapa cyfrowa składa się z nałoŝonych na siebie warstw, które są wybierane i formatowane przez uŝytkownika. Obiekty tego samego typu umieszczone są zwykle na tej samej warstwie. Warstwy, na których wykonujemy operacje, są warstwami aktywnymi. Warstwy nieaktywne mogą być widoczne (włączone) lub nie. Obiekt na warstwie mapy moŝe być symbolem umiejscowionym w przestrzeni, moŝe mieć kształt geometryczny odpowiadający (lub nie) rzeczywistemu oraz moŝe mieć dołączoną informację opisową.
Dane opisowe obiektu mogą być liczbami, napisami, datami, obrazami, dźwiękami, animacjami, Dane opisowe obiektów mogą być pobierane takŝe z plików aplikacji zewnętrznych w stosunku do mapy cyfrowej. Mamy wtedy do czynienia z tzw. linkowaniem. Dane opisowe są wyświetlane dla obiektów warstw aktywnych na Ŝyczenie i w sposób Ŝądany przez uŝytkownika.
Niektóre mapy cyfrowe są związane z technologią GPS (Global Positioning System). MoŜliwe jest wtedy śledzenie obiektów poruszających się w terenie. GIS pozwalają na wykonywanie specyficznych operacji, na przykład: - wyznaczanie odległości między obiektami, - wyszukiwanie optymalnej drogi, - znajdowanie obiektów na podstawie ich lokalizacji, kształtu czy zadanej odległości, - wyznaczanie stref spełniających zadane wymagania.
Dane graficzne mogą być zapisane wektorowo, rastrowo lub w sposób mieszany. Istotne jest, by zachowana była ciągłość obszaru nawet wtedy, gdy jest on złoŝony z wielu obrazów. Obiekty muszą być jakoś zlokalizowane na obrazie graficznym. Powiększanie i pomniejszanie mapy moŝe być związane ze zmianami kształtów obiektów!
Przykłady zastosowań map cyfrowych: mapa miasta ulice, adresy, analiza gęstości zaludnienia, trasa przejazdu, odległość między obiektami, zagospodarowanie przestrzenne, infrastruktura techniczna mapa terenu projektowanie trasy narciarskiej, analiza zasięgu powodzi, sprawozdawczość, analiza rozwoju roślinności fotografie satelitarne i lotnicze zdjęcia specjalistyczne (podczerwień, )
W 1969 rozpoczęły działalność dwie firmy, których produkty GIS są dzisiaj powszechnie znane: M&S Computing przekształcona w 1980 w Intergraph Corporation ESRI (Environmental System Research Institute) Najbardziej znane produkty GIS, to obecnie: ArcInfo, ArcView (firmy ESRI) i GeoMedia, GeoMedia Viewer ( firmy Intergraph), a takŝe Google Maps i Bing Maps.
Inne: MapInfo (firmy Pitney Bowes Business Insight), Erdas Imagine (firmy Leica Geosystems), Microstation (firmy Bentley Systems), AutoCAD Map 3D for Land Planning, for Electric & Gas, for Water, Wastewater & Stormwater, for Telecommunications (firmy Autodesk), Autodesk World, BusinessMap, AtlasGIS,
GRASS jest złoŝonym systemem GIS działającym w środowisku Unixa przeznaczonym do tworzenia, przetwarzania i analizy danych geoprzestrzennych. Jego moŝliwości i ilość instalacji na świecie sprawiają, Ŝe zaliczany jest obok Arc/Info i MGE do trzech głównych systemów GIS. GRASS jest objęty jest prawami licencyjnymi GNU. Oznacza to, Ŝe dla zastosowań niekomercyjnych jest bezpłatny i moŝe być wykorzystywany bez ograniczeń w dowolny sposób. Dostępność kodu źródłowego w języku C sprawia, Ŝe moŝna go dostosować do praktycznie kaŝdego zadania. Zob. www.gisplay.pl/gis/oprogramowaniegis/darmowy-gis.html
Wybrane formaty w programach GIS dgn standardowy format programu Microstation gis format GeoMedia shp shape file format ArcInfo tng Geo-Info (polskiej firmy Systherm) dwg format pliku stworzony przez Autodesk dla programu AutoCad dxf rozszerzenie słuŝące do wymiany danych wektorowych, stworzone na potrzeby programu AutoCad a później wykorzystywane przez programy innych firm. Jest to plik tekstowy w formacie ASCII.
Istnieje wiele innych formatów map cyfrowych i danych dla GIS (np. MIF, AXL, ) oraz programów do konwersji. Np. warstwy ArcInfo są często przechowywane w plikach *.e00, które przed uŝyciem muszą być przekształcone programem IMPORT71. Zdjęcia satelitarne czy lotnicze występują w postaci tzw. ortofotomap cyfrowych. Mapy zeskanowane spotyka się teŝ np. w formacie *.drg. Plikom SHAPE (*.shp) towarzyszą często pliki *.shx (pliki indeksów) i *.dbf (informacja atrybutowa dotycząca obiektów geometrycznych).
GIS a bazy danych W systemach GIS wykorzystywane są głównie bazy relacyjne. RDBMS realizują wszystkie funkcje związane z informacją opisową. Problem stanowiło zarządzanie informacją przestrzenną. Problem ten rozwiązywano wprowadzając do RDBMS specjalne rozszerzenia.
Open GIS Consortium powstało w trakcie prac na systemem GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) prowadzonych w ośrodku US Army CERL (Construction Engineering Research Laboratory) dla potrzeb armii amerykańskiej. Odpowiednie rozszerzenie RDBS z językiem SQL zostało zaproponowane przez Open GIS Consortium w 1999 roku, patrz: www.opengis.org/docs/99-049.pdf OGC Reference Model
Obecnie najbardziej zaawansowaną bazą danych do zarządzania danymi dotyczącymi przestrzeni jest Oracle Spatial. Jest to opcja bazy Oracle 11g EE zawierająca obsługę brył 3D, danych geoprzestrzennych wektorowych i rastrowych, topologię i modele sieciowe. PostGIS jest rozszerzeniem relacyjno-obiektowej bazy PostgreSQL. Pozwala na zapisywanie do bazy danych zgodnych ze specyfikacją OpenGIS Simple Features, ich przetwarzanie przy uŝyciu predykatów przestrzennych (np. area, distance, ), wykonywanie operacji sumy i róŝnicy, a takŝe na indeksowanie takich danych. MySQL ma równieŝ Spatial Extension.
MySQL & GIS MySQL 5.1. Rozdział 17 Rozszerzenie MySQL na geometrię pozwala na tworzenie, przechowywanie i analizę obiektów przestrzennych (zwykle geoprzestrzennych). Jest ono dostępne m. in. na silnikach MyISAM i InnoDB (jednak indeksowanie kolumn tego typu moŝe nie działać poprawnie). Rozszerzenie na geometrię oparte jest na specyfikacji OGC. www.opengis.org/docs/99-049.pdf MySQL implementuje duŝy podzbiór zaproponowanych przez OGC typów obiektów i funkcji.
Wybrane metody analiz GIS Połączenie danych graficznych z danymi opisowymi za pomocą geokodów. Wyszukiwanie obiektów przestrzennych spełniających określone warunki opisowe, ale takŝe spełniających określone warunki przestrzenne (np. połoŝenie wewnątrz określonego obszaru). Podział obiektów na klasy przy tworzeniu warstw i opisywaniu obiektów. Np. reklasyfikacja wartości komórek wielu warstw. Łączenie obiektów w przylegające do siebie obszary.
www.gis.com geostrada.com www.esri.com www.mapinfo.com www.bentley.com www.geoplace.com www.guthcad.com.au MapInfo ProViewer www. gisplay.pl http://maps.grida.no/baltic www.intergraph.com www.autodesk.com www.geoinfosystems.com www.microimages.com MapScan for Windows ArcExplorer, ArcReader
Źródła: W.Wolny, B.Sadecki: Istota systemów informacji geograficznej (GIS) i ich zastosowania. s. 137-158 G. Myrda: GIS czyli mapa w komputerze. Helion 1997 Leszek Litwin, Grzegorz Myrda: Systemy Informacji Geograficznej. Zarządzanie danymi przestrzennymi w GIS, SIP, SIT. Helion 2005 David E. Davis: GIS dla kaŝdego. ESRI Polska 2004 A. Barczak, A. Wiśniewski: Podstawy multimedialnych systemów baz danych. VIZJA PRESS&IT 2009 MySQL MySQL 5.1 Reference Manual, Spatial Extension J. Gaździecki: Systemy informacji przestrzennej. PPWK 1990 D. Gotlib, A. Iwaniak, R. Olszewski: GIS Obszary zastosowań. PWN 2007 Geography Markup Language
www.izdebski.edu.pl/index.php?akcja= pokaz_kat&kat=18 www.bip.krakow.pl/?sub_dok_id=299 www.kingston.ac.uk/~gr_s045/ www.geog.buffalo.edu/gial/ netgeog.html http://netgis.geo.uw.edu.pl www.esri.com/library/whitepapers/ pdfs/shapefile.pdf www.ptip.org.pl www.emapa.pl/gis_zastosowania www.openstreetmap.org http://wiki.openstreetmap.org/wiki/main_page