7. Metody pozyskiwania danych Jedną z podstawowych funkcji systemu informacji przestrzennej jest pozyskiwanie danych. Od jakości pozyskanych danych i ich kompletności będą zależały przyszłe możliwości wykorzystania systemu. Należy bardzo precyzyjnie zdefiniować pod względem przestrzennym obiekty, o których informacje będą przechowywane w systemie. Określić zakres wymaganych dla nich atrybutów opisowych oraz ustalić wymagania dokładnościowe. W zagadnieniu pozyskiwania danych, oprócz dosłownego rozumienia czynności, zawartych jest również wiele dodatkowych funkcji służących do weryfikacji i wstępnego opracowania wprowadzanych danych. Duże znaczenie ma mają tutaj również funkcje związane z aktualizacją danych. Szczególnie znaczenie aktualizacji ujawnia się w przypadku systemów informacji o terenie, gdzie zmienność danych dotyczących modelowanej rzeczywistości jest bardzo duża. Do podstawowych metod pozyskiwania danych zaliczamy: pomiary terenowe, digitalizację map, trójwymiarowa digitalizację fotogrametryczną (stereodigitalizację), skanowania i wektoryzację map. metody fotogrametrii i teledetekcji, transfer danych z innych systemów. Zakres zastosowania wymienionych metod zależy od wielu czynników, w tym od wymagań jakościowych oraz uwarunkowań technicznych i ekonomicznych. Inne metody będą zastosowane do pozyskiwania danych wektorowych a inne do pozyskiwania danych rastrowych. 7.1. Pomiary bezpośredni Pomiar bezpośredni ma zasadnicze znaczenie w metodach pozyskiwania danych do systemów informacji o terenie, co wnika to głównie z potrzeby zachowania wysokiej dokładności gromadzonych danych. Obecnie najczęściej do pomiaru bezpośredniego wykorzystywane są nowoczesne tachimetry elektroniczne z automatyczną rejestracją danych pomiarowych. Dane pomiarowe (odległość skośna, kąt pionowy i kąt poziomy) już w trakcie pomiaru mogą być natychmiast przekształcane na współrzędne punktów X Y H, określających położenie szczegółów terenowych. Znacznym usprawnieniem procesu pomiaru może być wykorzystanie technik GPS. Proces pomiarowy kończy się więc wykazem punktów w postaci elektronicznej i szkicem polowym.
Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT 63 Rys. 7.1. Szkic polowy z pomiaru tachimetrycznego Po wprowadzeniu do systemu pomierzonych punktów konieczne będzie dokonanie na podstawie szkicu, odpowiedniego połączenia punktów aby uzyskać obraz pomierzonych obiektów. Rys. 7.2. Ilustracja wyników pomiaru tachimetrycznego
Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT 64 Jeśli zastosujemy techniki kodowania terenowego możemy ten proces w znacznej części pominąć gdyż w wyniku pomiaru informacja będzie wstępnie zakodowana i pozostanie ewentualnie wykonanie drobnych korekt. Przy zastosowaniu metody domiarów prostokątnych gdzie wynikiem pomiaru jest jedynie szkic polowy niewątpliwie cały proces wprowadzania danych do systemu musi być prowadzony interaktywnie z wykorzystaniem szkicu i procedur wprowadzania danych geometrycznych oferowanych przez oprogramowanie. Na początek wprowadza się punkty oparcia linii pomiarowych a potem na podstawie miar bieżących i domiarów od linii pomiarowych oraz innych związków geometrycznych zawartych na szkicach uzyskuje się współrzędne lokalizujące poszczególne obiekty. Jednocześnie z danymi geometrycznymi wprowadzane są zapisane na szkicu informacje opisowe dotyczące pomierzonych obiektów. Rys. 7.3. Szkic polowy z pomiaru metodą domiarów prostokątnych Metoda domiarów prostokątnych ma obecnie małe znaczenie jeśli chodzi o wykorzystanie w prowadzonych pomiarach może być jednak bardzo użyteczna w przypadku wykorzystywania materiałów archiwalnych. Ośrodki dokumentacji geodezyjnej i kartograficznej pełne są operatów na podstawie, których dokonywano aktualizacji map. Jeśli metoda digitalizacji lub wektoryzacji nie są wystarczające do pozyskania danych możemy sięgnąć do tych operatów i na podstawie obliczonych w nich współrzędnych, dzienników pomiarowych, szkiców wprowadzić dane do systemu korzystając z funkcji interaktywnego wprowadzania danych.
Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT 65 7.2. Digitalizacja Proces digitalizacji polega na rejestracji punktów z materiału analogowego w układzie współrzędnych urządzenia (digitizera) a następnie ich transformacji na powiązany z nim matematycznie układ terenowy. Proces digitalizacji rozpoczyna się wpasowaniem materiału analogowego w układ geodezyjny. Zadanie realizowane jest przez wskazanie punktów dostosowania czyli zarejestrowanie w układzie urządzenia współrzędnych punktów P(x,y), których współrzędne geodezyjne P(X,Y) są znane. Punkty powinny być rozmieszczone na obrzeżach digitalizowanego fragmentu mapy a ich liczba powinna zapewnić możliwość wyznaczenia parametrów transformacji metodą najmniejszych kwadratów. Najczęściej stosowanymi modelami transformacji są metoda Helmerta, afiniczna i biliniowa. Rys. 7.4. Digitizer Postęp w technologii przetwarzania rastrów spowodował znaczny spadek znaczenia digitalizacji jako metody pozyskiwania danych. 7.3. Stereodigitalizacja Stereodigitalizacja zdjęć lotniczych polega na rekonstrukcji modelu przestrzennego zrealizowanej na autografie analogowym, analitycznym lub cyfrowym. Rekonstrukcja modelu przestrzennego oparta jest o parę zdjęć tworzącą stereogram. Na podstawie współrzędnych uzyskanych w układzie modelu drogą transformacji uzyskuje się współrzędne szczegółów terenowych w układzie geodezyjnym. Rys. 7.5. Autograf analogowy Wild A8
Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT 66 7.4. Wektoryzacja Dane rastrowe po odpowiednim przetworzeniu (kalibracji) bardzo łatwo można zintegrować z danymi wektorowymi uzyskując tzw. model hybrydowy (wektorowo-rastrowy). Obraz powstaje po nałożeniu danych wektorowych na dane rastrowe, co przedstawiono na poniższym rysunku. Rys. 7.6. Ilustracja modelu hybrydowego O ile do samych wizualizacji obraz taki jest wystarczający, to do zaawansowanych analiz gdzie potrzebujemy danych wektorowych, staje się mało użyteczny. Rozwiązaniem może okazać się wektoryzacja, czyli przekształcenie danych rastrowych na dane wektorowe. Proces ten bywa czasami nazywany również digitalizacją na ekranie. Przed przystąpieniem do wektoryzacji należy dokonać kalibracji rastrów aby uzyskać powiązanie przedstawionej na nich treści z geodezyjnym układem współrzędnych. Następnie
Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT 67 przez wskazywanie na rastrze punktów charakterystycznych zobrazowanych na nim obiektów dokonujemy rejestracji punktów niezbędnych do utworzenia wektorowego obrazu obiektu. Proces wektoryzacji zilustrowano schematycznie na poniższym rysunku. Rys. 7.7. Ilustracja procesu wektoryzacji Zagadnienie wektoryzacji przedstawiono w ujęciu interaktywnym, kiedy operator dokonuje krok po kroku identyfikacji obiektów oraz określania ich własności geometrycznych przez wskazywanie odpowiednich punktów. W zastosowaniach SIT jest to właściwie jedyny stosowany sposób. Oprogramowanie może tutaj oferować szereg ułatwień jak np. automatyczną wektoryzację obiektów punktowych na podstawie identyfikacji w rastrze symbolu, którym zostały przedstawione. Rys. 7.8. Automatyczna wektoryzacja obiektów punktowych W przypadku przedstawienia na rastrze danych jednorodnych np. tylko warstwice, możliwe jest stosowanie procesu wektoryzacji automatycznej lub półautomatycznej co polega na śledzeniu linii przez oprogramowanie i sukcesywne zapisywanie ich w postaci wektorowej. 7.5. Metody teledetekcji i fotogrametrii Niniejsza grupa metod określona jako metody fotogrametrii i teledetekcji dotyczy głównie pozyskiwania danych w postaci rastrowej. W przypadku fotogrametrii będzie to uzyskiwanie zdjęć lotniczych czy ich przetwarzanie do postaci ortofotomapy. Zawsze jednak będzie chodziło o określenie położenia przestrzennego obiektów i ich kształtu z mniejszym przywiązywaniem wagi do danych opisowych. W teledetekcji jest odwrotnie, podstawowe znaczenie ma pozyskiwanie danych opisujących własności obiektów natomiast dane przestrzenne stanowią ich niezbędne uzupełnienie. Teledetekcja to grupa metod służących do zdalnego określania obiektów powierzchni Ziemi, ich natury i stanu, jak również do identyfikacji zjawisk zachodzących na jej powierzchni. Dane teledetekcyjne pozyskiwane są za pośrednictwem sensorów umieszczonych na pokładach sztucznych satelitów lub samolotów. Sensory te mogą rejestrować emitowane lub odbite promieniowanie obiektów w zakresie spektralnym znacznie
Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT 68 przekraczającym przedział widzialności, co istotnie wpływa na wzbogacenie pozyskiwanej informacji. W teledetekcji wyróżnia się cztery rodzaje rozdzielczości, charakteryzujące systemy teledetekcyjne: rozdzielczość przestrzenna - określająca wielkość piksela rozdzielczość spektralna - określa przedział rejestrowanego promieniowania rozdzielczość radiometryczna - liczba rozróżnianych poziomów promieniowania rozdzielczość czasowa - określa częstotliwość pozyskiwania danych i wyrażana jest przez czas obiegu w systemach satelitarnych Dane teledetekcyjne używane są z reguły w połączeniu z innymi danymi systemów informacji przestrzennej dostarczając wielu informacji dodatkowych do zobrazowanych tam obiektów. 7.6. Transfer danych z innych systemów Dane zasilające system informacji o terenie mogą być pozyskiwane w drodze transferu danych z innych systemów. Najczęściej spotykane formaty transferu danych to DXF, SWING, SWDE, TANGO.