Procesy informacyjne zarządzania Systemy informacyjne (4). Systemy informacji przestrzennej dr inż. Janusz Górczyński 1
System informacji przestrzennej (1) System Informacji Przestrzennej obejmuje proces pozyskiwania, przetwarzania i udostępniania danych dotyczących obiektów o charakterze przestrzennym. Termin stosowany i utożsamiany z określeniem GIS - Geograficzny System Informacyjny, także z SIT System Informacji Terenowej (lub System Informacji o Terenie). Podstawą systemów IP jest mapa cyfrowa. Do obiektów na mapie dołączane są różnorodne bazy danych opisowych, których jedno z pól rekordu zawiera informacje o położeniu tego obiektu w przestrzeni (adres, ulica, miasto, województwo, lub inny obiekt graficzny). 2
System informacji przestrzennej (2) Specyfika systemów IP polega na połączeniu możliwości oferowanych przez bazy danych z możliwościami wizualizacji i analiz przestrzennych - typowymi dla map. Jednak SIP to znacznie więcej niż mapa plus baza danych. Dane wprowadzane do SIP pochodzić mogą z bezpośrednich pomiarów terenowych (np. z wykorzystaniem GPS), skanowania i digitalizacji istniejących papierowych materiałów kartograficznych, pomiarów teledetekcyjnych. Do systemu wprowadzane mogą być również dane istniejące w postaci tabel, wykresów, rysunków itp. Niezwykle ważną cechą SIP jest możliwość integracji danych pochodzących z różnych źródeł. 3
System informacji przestrzennej (3) 4
System informacji przestrzennej (4) W Systemach Informacji Przestrzennej dane zorganizowane są w postaci warstw tematycznych. Każda warstwa tematyczna pokrywa ten sam fragment terenu i zawiera wyłącznie jeden rodzaj danych, np. sposób użytkowania terenu, drogi, wysokości nad poziomem morza, szpitale, gęstość zaludnienia itp.. Warstwami mogą być także obrazy teledetekcyjne czy fotogrametryczne. Taki sposób organizacji danych można porównać do zestawu map tematycznych narysowanych na przezroczystej folii, które można na siebie nakładać. Poszczególne warstwy mogą być wyświetlane i analizowane pojedynczo lub w kombinacji z innymi warstwami tematycznymi. 5
System informacji przestrzennej (5) 6
System informacji przestrzennej (6) Do przedstawienia świata rzeczywistego w systemach SIP używa się jednego z dwóch modeli danych: wektorowego lub rastrowego. W modelu wektorowym położenie obiektów opisywane jest za pomoc dokładnych współrzędnych przypisanych poszczególnym punktom. Obiekty mogą być reprezentowane przez pojedyncze punkty, linie czy figury zamknięte (tzw. poligony). Dane w modelu wektorowym mogą mieć także zdefiniowaną topologię, czyli relacje przestrzenne pomiędzy obiektami. 7
System informacji przestrzennej (7) W modelu rastrowym przestrzeń dzielona jest na regularne wypełniające ją w całości elementy (tzw. komórki rastra lub piksele). Zwykle mają one postać kwadratów. Zakłada się, że każda komórka jest homogeniczna - jednolita pod względem opisującego ją atrybutu. Rozmiar pojedynczej komórki różni się w zależności od stopnia szczegółowości danych w systemie - mogą to by zarówno centymetry jak i setki kilometrów. 8
System informacji przestrzennej (8) 9
System informacji przestrzennej (9) Obydwa modele danych posiadają swoje wady i zalety, a wybór modelu zależy od przeznaczenia systemu. Niewątpliwie systemy rastrowe nadają się lepiej do analizy zjawisk ciągłych w przestrzeni, jak np. opady atmosferyczne czy stężenie zanieczyszczenia w powietrzu. Modele rastrowe są wydajniej przetwarzane cyfrowo, stąd ich szczególna przydatność w zastosowaniach wymagających zaawansowanych operacji matematycznych z wykorzystaniem różnych warstw danych, np. modelowania procesów przyrodniczych (erozji gleb, podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie, itp.). W modelach rastrowych łatwiej integrować dane teledetekcyjne, które mają charakter rastrowy (piksele). 10
System informacji przestrzennej (10) Systemy wektorowe z kolei posiadają przewagę w tych sytuacjach, w których ważne jest dokładne odwzorowanie granic obiektów (np. w ewidencji gruntów), szybkie sporządzanie różnego rodzaju map zawierających wybrane warstwy tematyczne czy tzw. analizy sieciowe (związane z obiektami o charakterze sieci, np. drogowej, energetycznej, komunikacyjnej, itp.). Dane zgromadzone w SIP mogą być na różne sposoby wizualizowane. Najczęściej wizualizacja przybiera formę mapy. Dzięki warstwowej strukturze systemu użytkownik SIP może decydować o jej zawartości - wybierając za każdym razem tylko te elementy bazy danych, które mają dla niego znaczenie. 11
System informacji przestrzennej (11) Wizualizacja przybierać może również inne formy - np. widoków perspektywicznych czy nawet wirtualnych wędrówek po terenie. Dane oraz wyniki analiz mogą być również udostępniane w postaci różnego rodzaju zestawień tabelarycznych, wykresów, itp. Istotę SIP stanowi jednak możliwość dokonywania analiz o charakterze przestrzennym. System IP wymyślono przede wszystkim po to, by usprawnić proces uzyskiwania odpowiedzi na pytania w rodzaju: Gdzie to jest? Co znajduje się w tym, a co w tamtym miejscu? Co znajduje się w pobliżu tych miejsc? 12
System informacji przestrzennej (12) Czy występowanie określonych zjawisk jest w jakiś sposób powiązane przestrzennie? Jak zmienia się ono w czasie i przestrzeni? Czy gdzieś występują warunki by zaistniało określone zjawisko? Tym, co odróżnia SIP od "zwykłych" baz danych jest właśnie możliwość zadawania zapytań przestrzennych, czyli takich, na które odpowiedź nie jest możliwa bez wykorzystania informacji o położeniu obiektów i relacjach przestrzennych w jakich obiekty te pozostają (czyli bez topologii). 13
System informacji przestrzennej (13) Analizy w systemach informacji przestrzennej podzielić można na trzy zasadnicze grupy: - zapytania do bazy danych, - sporządzanie map pochodnych, - modelowanie. Zapytania do bazy danych mogą dotyczy informacji zawartych na pojedynczych warstwach (np. "pokaż wszystkie kina" lub "co wiadomo o kinie, które wybraliśmy na mapie"), ale także, wykorzystując relacje przestrzenne między obiektami, możemy w naszych zapytaniach korzystać z kilku warstw łącznie (np. "pokaż składowiska odpadów przemysłowych leżące na obszarze płytko zalegających wód podziemnych i gruntach przepuszczalnych. 14
System informacji przestrzennej (14) Analizy SIP umożliwiają również pozyskanie związanej z przestrzenią informacji statystycznej, np. "jaka jest gęstość (ilość na kilometr kwadratowy) przypadków kradzieży", "ilu naszych klientów mieszka w odległości ponad 5 km od naszych sklepów" czy "jakie są powierzchnie pól uprawnych, łąk i lasów w poszczególnych gminach". Do zaawansowanych analiz tego typu należą m.in. analizy zmian czy rozkładów przestrzennych. Możemy pytać "czym różnią się od siebie poszczególne zarejestrowane stany?" (np. jakie zmiany zaszły w użytkowaniu gruntów, na jakich obszarach wzrasta a na jakich maleje stężenie zanieczyszczenia). 15
System informacji przestrzennej (15) Tworzenie map pochodnych polega na odpowiednim zestawianiu i przetwarzaniu elementów bazy danych systemu tak, by w efekcie uzyskać nową informację w postaci nowej warstwy tematycznej, wzbogacającej bazę danych. Przykładem może być sporządzanie map spadków i ekspozycji na podstawie mapy wysokościowej (numerycznego modelu terenu) czy opracowanie mapy zagrożenia erozją wodną gleb na podstawie mapy opadów, numerycznego modelu rzeźby terenu, mapy gleb i pokrycia/użytkowania terenu. 16
System informacji przestrzennej (16) Implikacją, wynikającą z przyjęcia założenia, że baza danych SIP jest fragmentem realnej rzeczywistości przeniesionym do komputera, jest możliwość modelowania w środowisku SIP procesów zachodzących w otaczających nas świecie, czyli możliwość dokonywania symulacji i optymalizacji. Symulacja to prowadzenie eksperymentów na modelu rzeczywistego systemu. Symulować możemy różnorodne procesy np. jak zmieni się nasilenie procesów erozyjnych po wprowadzeniu proponowanych przez nas rozwiązań, jak rozprzestrzeniać się będzie wprowadzone do środowiska zanieczyszczenie czy też jak uruchomienie nowego punktu sprzedaży wpłynie na zachowania klientów. 17
System informacji przestrzennej (17) Optymalizacja polega na poszukiwaniu najlepszego rozwiązania. Np. jaka jest najkrótsza trasa przejazdu pomiędzy wskazanymi lokalizacjami? albo jak rozmieścić sieć punktów sprzedaży by najlepiej obsłużyć naszych klientów? SIP to nie tylko system komputerowy, ale również ludzie. Operator systemu jest jego niezwykle ważnym elementem. Od jego wiedzy, umiejętności i doświadczenia zależy efektywne zastosowanie systemu w praktyce. SIP jest tylko narzędziem analitycznym mającym wspierać podejmowanie decyzji. Wiarygodność i wartość uzyskiwanych wyników uzależniona jest od wiarygodności i wartości danych wejściowych i prawidłowego doboru procedur analitycznych. 18
SIP w praktyce (1) System Informacji Przestrzennej składa się z kilku grup programów (modułów) realizujących odrębne funkcje. Są to: procedury wprowadzania i weryfikacji danych wejściowych, procedury zarządzania i przetwarzania w obrębie bazy danych (system zarządzania bazą danych), procedury przetwarzania i analizy danych geograficznych, procedury wyjściowe: prezentacji graficznej, kartograficznej i tekstowej danych, procedury komunikacji z użytkownikiem. Na szczególną uwagę zasługuje moduł wprowadzania i weryfikacji danych. Właściwe określenie zakresu zastosowań budowanego systemu umożliwi uniknięcie niepowodzeń w jego późniejszym stosowaniu. 19
SIP jako element wspomagania zarządzania miastem W Polsce od kilku lat budowane są systemy informatyczne typu SIP. Większość dużych i średnich miast od kilku lat tworzy także takie systemy. Jednym z liderów w tej dziedzinie jest Szczecin, gdzie powstaje Szczeciński System Informacji Geograficznej realizowany przez Urząd Miejski w Szczecinie oraz Urząd Miejski w Gdańsku, który uzyskał tytuł Lidera Informatyki 2000 w kategorii administracja państwowa przyznawany za zastosowania i efekty wykorzystania technologii informatycznych przez tygodnik Computerworld. Ta najbardziej prestiżowa w Polsce nagroda za osiągnięcia informatyczne została przyznana Urzędowi Miejskiemu w Gdańsku za m.in. praktyczne wykorzystanie technik informatycznych w zarządzaniu przestrzenią miejską oraz usprawnianiu obsługi mieszkańców. 20
Problemy związane z wprowadzeniem MIS Budowa kompletnego (w założeniu do wspomagania obsługi wszystkich usług urzędu) oraz zintegrowanego systemu informatycznego dla miasta Gdańsk była projektem trudnym i skomplikowanym. Była to jedna z pierwszych realizacji takiego projektu informatycznego w kraju. Przeszkody we wdrażaniu systemu wspomagającego zarządzanie: ciągła i gwałtowna zmiana przepisów prawa, występujące nieraz sprzeczności i różnice w zakresie przepisów obowiązujących w różnych komórkach organizacyjnych; brak konsultacji ze strony rządu, przepisy wykonawcze otrzymywane po terminie wejścia ustaw; problemy z przeniesieniem dotychczasowych danych, np. niekompletne dane bazy danych o pojazdach, w innych brak PESEL; lęk przed wdrożeniem systemu, szczególnie u starszych pracowników. 21
Problemy związane z wprowadzeniem SIP (1) Główne przeszkody przy wdrażaniu SIP w Gdańsku: niedopasowanie struktury Urzędu, szczególnie wyspecjalizowanych komórek Urzędu, do zadań, które mogą być realizowane przez SIP, w tym dużo większe możliwości systemów niż faktyczne potrzeby urzędowe tzn. mające wpływ na formalne decyzje Urzędu; trudności w definiowaniu oczekiwań i zakresu funkcjonowania SIP przez użytkowników utrudniające definiowanie zakresu funkcjonalnego poszczególnych rozwiązań, od uproszczeń po zbytnie skomplikowanie; 22
Problemy związane z wprowadzeniem SIP (2) brak w wielu komórkach organizacyjnych wyraźnych i czytelnych procedur działania utrudniających dostosowanie rozwiązań dedykowanym końcowym odbiorcom i dopasowanie ich do faktycznych potrzeb urzędowych; trudności wynikające z rozproszenia procesów zachodzących w Urzędzie i problemy w ich jednoznacznym opisaniu i uporządkowaniu; brak standardów i aplikacji w skali kraju. 23
Korzyści wynikające z wdrożenia kompleksowego systemu zarządzania miastem Gdańsk (1) polepszenie jakości obsługi mieszkańców poprzez wydawanie czytelnych dokumentów w czasie znacznie krótszym niż określają to przepisy. W większości przypadków na miejscu; polepszenie windykacji podatków - dzięki Systemowi Informacji o Terenie obejmującemu ewidencję gruntów, budynków, i techniczne uzbrojenie terenu. SIT, jako element SIP ma być podstawą obrotu nieruchomościami, gospodarki gruntami i przyszłego systemu katastralnego, na jego podstawie mają być wydawane decyzje administracyjne; 24
Korzyści wynikające z wdrożenia kompleksowego systemu zarządzania miastem Gdańsk (2) przyspieszenie i monitorowanie obiegu dokumentów; powszechna dostępność aktów prawnych - państwowych i lokalnych; powszechna dostępność własnych prac wydawniczych; obsługa i realizacja wyborów - samorządowe, parlamentarne itp. 25
SIP Gdańska w Internecie (gis.gdansk.gda.pl) Zawartość serwisu internetowego podzielona jest na trzy główne kategorie: strukturalną o urzędzie: opisuje władze miasta oraz podział UMG na jednostki organizacyjne, zawiera: kierownictwo, zasady działania i lokalizację; informacyjną o działalności urzędu: dotyczy opisu działań i sposobu załatwiania spraw w urzędzie, jest tu także oferta dla potencjalnych inwestorów; informacyjną o mieście: najbardziej aktualne wydarzenia. Zarys strategii wykorzystania inernetu w UM w Gdańsku w latach 1999-2003: promowanie Gdańska na terenie miasta, regionu, kraju i świata oraz regionu gdańskiego jako dobrego miejsca do inwestowania; 26
SIP Gdańska w Internecie (gis.gdansk.gda.pl) (2) tworzenie nowych i rozwijanie dotychczasowych kanałów komunikacji z mieszkańcami; promocja demokratycznych procesów zachodzących w kraju i mieście, zachęcanie mieszkańców do udziału w nich; rozwijanie funkcji informacyjnych www jako źródła wszelkiej informacji poszukiwanej przez mieszkańców, turystów i inwestorów; upowszechnianie technologii i podnoszenie świadomości informatycznej wśród mieszkańców miasta i regionu jako powstającego społeczeństwa informacyjnego. 27
SIP Gdańska w Internecie (gis.gdansk.gda.pl) (3) 28
SIP Gdańska w Internecie (gis.gdansk.gda.pl) (4) 29
SIP Gdańska w Internecie (gis.gdansk.gda.pl) (5) Administrując zasobami witryny internetowej Urząd Miasta przywiązuje szczególną uwagę do: bezpośredniej komunikacji z odbiorcami serwisu poprzez pocztę elektroniczną; rozbudowy Systemu Informacji Przestrzennej; informacji dla osób niepełnosprawnych; tworzenia czasowych witryn internetowych związanych z aktualnymi wydarzeniami; wykorzystania interaktywnych widoków z kamer cyfrowych 30
Przykłady wizualizacji Berlin (1) 31
Przykłady wizualizacji Berlin (2) 32
Ilustracja informacji przestrzennej 33
34
Wykorzystane źródła Charakterystyka systemu informacji przestrzennej: www.izdebski.edu.pl/wykladysit/wykladsit_01.pdf Systemy Informacji Przestrzennej (SIP) w Internecie Zastosowanie w działalności samorządów terytorialnych, Renata Downar-Zapolska, http://www.e-marketing.pl/artyk/artyk38.php http://www.bgwm.pl/artykuly/artykul_opis_projektu_m sipgpw.pdf http://www.wrotamazowsza.pl/ SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ, Wojciech Drzewiecki http://home.agh.edu.pl/~awrobel/resources/gis%20w %20skrocie.pdf 35