GIS – System informacji geograficznej

Wykład 1,2

1) program komputerowy 2) system służący do przetwarzania danych

Jeden z systemów informacji przestrzennej – GIS

R o d z a j e S I P

S y s t e m I n f o r m a c j i P r z e s t r z e n n e j

FMSIT Systemy Informacji Przestrzennej GIS

GIS jest często używany do budowy informacji o terenie. Systemy FM oparte są na systemie CAD. SIT budujemy na systemie GIS-u i CAD-u.

SIS – Special Information SystemCAD – typ programu, który służy do projektowaniaAM – automatyczna kartografia, automatyczne opracowywanie mapFM– system informacji o terenieGIS – System informacji geograficznej

F u n k c j e :

CAD automatyczne rysowanie linii. Program kreślarski figur, brył jest wykorzystywany jako podstawy SIT i AM / FM użytkują go geodeci, urbaniści, projektanci

AM automatyzacja opracowania map nie jest programem GIS-owskim, (GIS–ami nie są też programy graficzne np. Corel

Draw, Freehand) zalety: wygoda definiowania wady: brak współrzędnych , topografii użytkownicy: rysownicy, kartografowie

1

FM

CAD AM

GIS SIT

SIT system GIS-owski zawiera informacje o położeniu obiektów w terenie, granicach działek, własności,

sieci, infrastruktury technicznej (tzw. Kataster) dotyczą one wielkiej skali użytkownicy: geodezja, administracje państwowe i lokalne

FM dane dotyczące tylko sieci infrastruktury, operacje na sieciach użytkownicy: operatory sieci przemysłowych i administracja państwowa

GIS wprowadzanie i przetwarzanie informacji o szeroko rozumianym środowisku

geograficznym, jego elementach, właściwościach i zależnościach przestrzennych mają one pełny zestaw funkcji mogą być to systemy definiowane w szerokiej skali od wielkich do małych użytkownicy: nauki przyrodnicze i związane z przestrzenią np. geologia, leśnictwo,

ochrona środowiska itd.

S k ł a d n i k i G I S

a) Sprzęt komputery osobiste (PC), laptopy rozdzielczość ok. 1024 766 monitor minimum 17 system operacyjny: Windows, Linux parametry standardowe dla serwerów UNIX komputer typu PAD - przenośny

b) Programc) Daned) Ludziee) Sieć

Pracownie GISa) Konfiguracja sprzętu

komputer osobisty dla ograniczonego projektu pracownie, w której jest stacja robocza ze stanowiskiem (kilka stanowisk) –

jednocześnie można pracować na tym samym materiale inwestycje, przedsiębiorstwa GIS-owskie (kilka stacji roboczych) np. System dla

województwa, dla powiatu (kilkanaście stanowisk)

Urządzenia wejścia (input) – służą do wprowadzania danych klawiatura skanery urządzenia pomiarowe

2

Urządzenia wyjścia (output) drukarki CIB lub kolorowe monitor plotery (urządzenia do rysowania) naświetlarki (urządzenia przygotowujące mapy do druku) nagrywarki CD

b) Program komputerowy: zbiór instrukcji, które kontrolują wszystkie funkcje komputera i systemu GIS programy są pisane w językach programowania: pascal, Java, Visual Basic. C+ platforma graficzna (Interfejs) – musi ją zawierać program GIS

własna (ArcInfo) zapożyczona ( Intergraph – MicroStation)

S t r u k t u r a p r o g r a m u G I S – m o d u ł y

W module są: algorytmy i procedury zbiory instrukcji w formie wyrażeń logicznych sformułowanych w językach

komputerowych określają sposób rozwiązywania zadań lub wykonywania czynności

PROGRAM GIS

MODUŁ MODUŁ

Jeśli wartość = 0 podstaw 1; to wynik = 0, a jeżeli jest wynik 0 to x + b tg

3

wprowadzanie danych

przetwarzanie danych

organizowanie danych

Wizualizacja danychInterfejs użytkownika

Graphical User Interfejs (GUI)Zbiór menu, ikon do

kontroli pracy i obrazu

Wyjście danych, wydruknaświetlenie

procedura procedura

algorytm(C=A+B)

algorytmif xi = 0

then go to xi = 1else

xi = xi + b tg

Algorytmy są właściwością autorską projektantów GIS, użytkownicy mają do dyspozycji komendy umożliwiające wejście do modułu.

Polygonshade geologie kolory (ikona)

Wypełnianie poligonów kolorami

Kolorowa mapa geologiczna

Języki komputeroweJęzyk programu GIS:

oparte na języku C+ każdy program posługując się własnym językiem utrudnia to komunikację między programami od końca XX w. tendencje do wprowadzenia algorytm, które pomagają w wymianie

danych między różnymi programami jest import, eksport lub bezpośrednie włączenie polityka interoparability – aby mogły między sobą współdziałać

T y p y p r o g r a m ó w GIS ze względu na zakres funkcji:

Profesjonalny GIS (pełny zestaw funkcji w zakresie analizy, ale ograniczone funkcje kartograficzne)Programy tj. : GeoMedia, Geographics, ArcInfo, GRASS, IDRISI, TNT,...

Desktop GIS – lepiej rozwinięte funkcje kartograficzne czyli wizualizacja, dobre możliwości definiowania znaków i legendy oraz organizowanie stron z mapami Programy tj. : ArcView, GeoMedia Viewer, MapInfo

Podręczny GIS – do urządzeń typu PAD z małym ekranikiem 640 480 pikseli np. w samochodachProgramy tj. : ESRI ArcPad

Aplikacje – programy dostosowujące funkcje programu GIS do potrzeb użytkowników.Zbiory komend powodujących (po to, aby zautomatyzować czynności dla specjalnych instytucji robi się aplikacje np. dla ochrony środowiska, leśnictwa)Ujednolicenie wykonywanych czynności, ustalenie jednolitych parametrów dla całości opracowania, stworzenie zbioru ikon lub menu (SICAD – to CAD Simensa)

Podprogramy wykonujące specjalne analizy lub sposoby prezentacji w programie GIS

4

komenda

efekt

procedura

Programy i producenci GIS, podkreślone to firmy funkcjonujące w USA ArcGIS, ArcView – ESRI (Enviromental System Research Institute) GeoMedia Proffesional – INTERGRAPH

Instytut nad badaniem systemów środowiskowych Geographics – BENTLEY GRASS (Geographic Resources Analysis Sopport System) TNT (MIPS) – MICROIMAGE

MIPS to system przetwarzania map i informacji MapInfo Proffesional – MAPINFO IDRISI – Clark University (program przydatny dla dydaktyki) Atlas GIS ERDAS – bardzo dobry, szalenie drogi, do obróbki obrazów satelitarnych

P o z o s t a ł e e l e m e n t y G I S:

c) Dane – BAZA DANYCH – zbiór informacji d) Ludzie – UŻYTKOWNICY – mogą funkcjonować na 3 poziomach:

Operatory system GIS (znają strukturę programu, wszystkie algorytmy, znają operacje programu GIS, zasady budowy baz danych, umiejętność tworzenia aplikacji)

Analitycy Ogólna znajomość o możliwościach analitycznych GIS Umiejętności formułowania pytań Znajomość analiz przestrzennych

Decydenci – (najważniejsza grupa) – podejmują decyzje Świadomość możliwości wykorzystania GIS do uzasadnionego

podejmowania decyzji Wola korzystania z informacji dostarczonych przez analityków i

operatorów.

e) Sieć

WYKŁAD 3 BAZA DANYCH W GIS

DANE A INFORMACJA

efekt interpretacji przetworzenia zbiorów danych informacji

zapis pewnego stanu wybranych aspektów przestrzeni w formie liczbowej lub tekstowej

GIS - to system zbiorów danych o przestrzeni geograficznej. Wszystkie dane zawarte w GIS odnoszą się do przestrzeni i tworzą surowy model przestrzeni.

5

OD PRZESTRZENII DO MODELU (mapy)

to zbiór obiektów, zjawiska i relacji zachodzących między nimi

Jak się modeluje?

najpierw mamy wybór i identyfikację obiektów i zjawisk {później określamy ich cechy i relacje}

określamy położenie w wybranym układzie

to tworzy bazę danych

określenie graficznej formy znaków model przestrzeni

PRZESTRZEŃ W GIS – absurdalna rama „obejmująca przedmioty” aparatu na geometrii euklidesowej( mamy np. przestrzeń geodezyjną, geograficzną, czy przestrzenie relacyjne).

CHARAKTER DANYCH GIS

rodzaje: geometryczne (dane położeniowe)atrybutowe (dane o cechach obiektu)metadane (dane o informacji zawarte w bazie danych)

obszar: nieograniczony (od dzielnicy, poprzez powiat, województwo do całego świata)

zakres: katasterinfrastruktura (FM)dane geograficzne (GIS)

PROGRAM / BAZA DANYCH / ZBIÓR DANYCH

DBMS dane geometryczne ( odniesienia przestrzenne, (system albo dane o położeniu) zarządzania bazą danych) dane tematyczne (atrybutowe) – cechy zjawisk obiektów.

{dane tematyczne bez danych geometrycznych nie mogą funkcjonować i na odwrót}

DANE GEOMETRYCZNE

6

położenie bezwzględne położenie względne

współrzędne (poszczególnych miejsc lub przestrzeni) relacje topologiczne

POŁOŻENIE BEZWZGLĘDNE – określa się na podstawie układu współrzędnych.

Mamy 3 rodzaje współrzędnych:

układ współrzędnych geograficznych na kuli ziemskiej (długość i szerokość geograficzna)

y

współrzędne prostokątne

x

d α współrzędne biegunowe- są używane przy pomiarach topograficznych

{współrzędne geograficzne oraz współrzędne biegunowe są przetwarzane na dane prostokątne, bo są najlepsze do takich oblicze}

ELEMENTY UKŁADÓW WSPÓŁRZĘDNYCH NA POLSKICH MAPACH TOPOGRAF.

punkty przyłożenia – Borowa Górna (układ lokalny, brak go w GIS-ach), Pułkowo (we wszystkich systemach )

elipsoida – Krasowskiego (używany do roku 1990), WGS 84 - World Geodesy System (po 90)

odwzorowanie – zawsze wiernokątne (oznacza to, że kształt np. Odry, miasta, lasu jest wiernie odwzorowane lecz niekoniecznie jest zachowana wierność powierzchni)-Gaussa Krugera.

podział na strefy – wg Międzynarodowej Mapy Świata w skali 1:1mln (Polska leży w 3 i 4 strefie)

7

ZAPIS INFORMACJI GEOMETRYCZNEJ W GIS

wektorowy (wykorzystywany w sytuacji rastrowy (wykorzystujemy gdy w przestrzeni mamy punkt, który definiują obiekty) gdy przestrzeń dzielimy na

pola jednakowej wielkości)

ZAPIS WEKTOROWY

- feature (obiekty geograficzne, wymiary przestrzenne)

Obiekty mogą mieć różne wymiary przestrzeni: punkty 0D (point) . : . np. miejscowość

linie (łuki) 1D (line,arc)

poligony, obszary 2D (polygon) obiekty powierzchniowe o kształcie wielokątów

JAK SIĘ OKRESLA POŁOŻENIE PUNKTÓW – każdy pkt. definiowany jest za pomocą pary współrzędnych

OKREŚLENIE POŁOŻENIA LINI

OKREŚLENIE POŁOŻENIA POLIGONU

8

x

1

2

3

4

1 – węzeł OD (from mode)3 – wierzchołki (vertes)4 – węzeł DO (to mode)

węzeł dociągnięty (OD i DO w tym samym punkcie)

Granica poligonu :- z jednego łuku- z kilku łuków

{pomiędzy łukami są węzły}

ŹRÓDŁA DANYCH WEKTOROWYCH Pomiary terenowe:

WektoryzacjaWprowadzenie danych z klawiaturyWprowadzenie danych z istniejących danych

Skanowanie mapy (rozdzielczość: 150, 300, 400, 600 dpi - to gęstość, liczba punktów na cal): Skaner plaskiSkaner bębnowy

Format:bmp, jpg, tiff

Wprowadzane danych: z klawiaturyimportpoprzez wektoryzacjęręcznie

ZAPIS POLOŻENIA OBIEKTÓWPowierzchnię dzieli się na punkty:dla każdego punktu zapisujemy x, ydla każdej linii zapisujemy numer linii, numery punktów definiujących linię oraz ich x, y

Powierzchnia (poligony)- nr poligonu, nr linii budujących granice, nr punktów budujących linię oraz dla każdego punktu x i y.

WALORYZACJA MAP ZESTAWOWYCHsystem wpisuje x, y - gdy wskażemy dany punkt na ekranie

dygitalizacja = wektoryzacjaDYGITALIZACJA AUTOMATYCZNA I PÓLAUTOMATYCZNA

taka w czasie, której zapisywane wskazane linie osi do przerwysą punkty na wszystkich liniach

CECHY ZAPISÓW

Dokładność - pokazane punktu wpływa na dokładność zapisu informacji przestrzennej. Błąd dokładności to błąd położenia.Szczegółowość a dokładność to co innego- różnią się.Liczba punktów wpływa na szczegółowość zapisu informacji przestrzennej

9

najbardziej szczegółowa

najmniej szczegółowa

x ……y……projekt……jednostki……

A wygląda to tak:

OK

Wykład 4

Położenie względne TOPOLOGIA w GIS – relacje pomiędzy obiektami (relacje obiektów w zbiorach).- połączenie obiektów,- sąsiedztwo obiektów.

POŁĄCZENIE MIĘDZY PUNKTAMI Opcja point

system zapisuje każdy z punktów jako oddzielną parwspółrzędnych. Nie zapisuje sąsiedztwa.

Opcja line

te same punkty są łączone linią, wg numeracji punktów. Punkt pierwszy jest węzłem od, punkt ostatni jest węzłem do (linia jest niedomknięta)

Opcja poligon

linia domyka się mamy poligon.

punkty linia poligon

POŁĄCZENIA LINIIBez topologii nie ma możliwości wybrania tego odcinka

Z punktu idzenie topologii linie nie mają połączeń, każda jest osobno pomimo, że my widzimy że się nakładają.

Z topologiąJest możliwość wybrania tego odcinka

10

SĄSIEDZTWO

Strona lewa węzeł 2 (do)

strona prawawęzeł 1 (od)

węzeł 1(od)strona prawa

strona lewawęzeł 2 (do)

W GIS można zmieniać kierunki linii.

SĄSIEDZTWO POLIGONÓW

W /P bez topologii- podwójne kodowanie wspólnej granicy

Z topologią- wspólna granica kodowana tylko raz.

11

TYPY SĄSIEDZTWPoligon styka się z innymi obiektami ( ma punkty wspólne z innymi obiektami).

Poligon przecina się z innymi obiektami.

Inny poligon, punkt lub linia leżą wew. poligonu.

Punkt, linia, inny poligon leżą na zew. poligonu.

BŁĘDY WEKTORYZACJIDo poligonu chcemy dorysować linię.1).Jeśli pomiędzy linia a poligonem jest przerwa to jest to błąd niedociągnięcia

2).Jeżeli linia przechodzi przez część poligonu to mamy błąd przeciągnięcia.

12

Błąd podwójnego kodowania

Błąd przeciągnięcia

Błąd niedociągnięcia

Poligon z pętelką (w miejscu pętelki powstaje poligon nie mający sensu geograficznego).

BŁĘDY TOPOLOGICZNE Rzeka pierwsze kółko- błąd przeciągnięcia,

13

drugie kółko- błąd niedociągnięcia

DOCIĄGANIEPromień dociągania (snap distance)Wyznaczmy promień koła w obrębie którego wszystkie punkty otrzymują współrzędną x, y środka tego koła.

x,y- współrzędne jednego z węzłów znajdującego się w kole

Zbyt duży promień dociągania.

Przy dobieraniu promienia dociągania trzeba kontrolować sytuację topograficzną. Promieńma jednostki mapy (cm, m, km,).

USUWANIE WĄSÓWUsuwanie wąsów ręcznie lub automatycznie (określa się odległość na usuwanie wąsów)Strzałka pokazuje wąs usuwamy go komendą DANGLE

14

Relacje topologiczne:

DANE ATRYBUTOWEOkreślają cech i właściwości obiektów, pochodzą z danych statystycznych i badań terenowych, legenda map tematycznych.

Rodzaje atrybutów: (znaczenie przy zakładaniu tabeli)- liczbowe

- l. całkowite (integer)- l. dziesiętne (float, double)

- kody- ppg /A3 text alfanumeric

- opisy- trzeciorzęd/ gleba bielicowa

- daty- 1.03.04 (date)

- cechy graficzne- znaki

TABELA ATRYBUTOWABaza danych GIS to zbiór tabelIdentyfikator systemowy Identyfikator użytkownika Atrubut115 3140 1212116 3040 1173117 3060 1180……… …….. ……….

Zakładanie tabel atrybutowych

15

1- rekord2- pole, kolumna

def kolumn- charakter danych, szerokość kolumny, liczba miejsc po przecinku, sposób dołączania obiektów (jeden obiekt- jeden rekord)

Zapis atrybutów w GIS: IP zasolenie1 8,7 jeden punkt jeden rekord2 3,4 3 3,74 4,1

w GIS można budować jedna lub wiele tabel atrybutowych, każdy rodzaj obiektów ma swoją własną tabelę i własne atrybuty. Nie ma tabel obejmujących obiekty różnego typu (np. punktowe i liniowe)

Zapis rastrowyDrugi rodzaj zapisu informacji o przestrzeni, to podział powierzchni na jednolite fragmenty- piksele, oczka rastra, pola macierzy.

Wielkość oczka rastra (liczba oczek) wpływa na szczegółowość zapisu informacji przestrzennej.

Piksel- ang. Piel (Picture&element)

To najmniejszy element obrazu, który ma kształt kwadratu lub prostokąta do którego przypisana jest wartość (poziom szarości, koloru).

Źródła danych rastrowych:- skanowanie map (150, 300, 600 l. punktowe- na cal),- zdjęcia lotnicze po zeskanowaniu,- obrazy satelitarne (wielkość pikseli 80m-1m),- zdjęcia radiowe, laserowe,- istniejące pliki ( mapy opracowane w innych projektach, numeryczne wersje map producentów map topograficznych, mapy z Internetu),

Określanie położenia rastra za pomocą kolumn, rządów (brak x, y) lub (I,J)

Obraz rastrowy jest zapisywany:

16

Do skanowania map1) obraz czarn0- biały (kreskowy) część pikseli ma wartość 0 (brak linii) wartość 11

kolor czarny- linia zapis 0,1,2) poziom szarości lub koloru- zapis 4 bitowy (piksele przyjmują wartości od 0-15, czyli

mamy 16 poziomów różnych odcieni, szarości lub koloru).Do obliczeń8 bitowy- zakres liczb 0-255- 256 poziomów barw16 bitowy- zakres liczb 0- 65536- 65537 poziomów barw32 bitowy- zakres liczb 0- 16777216- 16777217 poziomów barw

grid/raster lattice/ układ punktów /oda rodzaje zapisu tworzą macierzpodział na jednolite pola /

Wyświetlanie pikseli (rastra) jednokanałowego- zapis czarno-biały (monochromatyczny),- zapis odcieni szarości,- zapis kolorowy

Topologia w zapisie rastrowym, sąsiedztwo

Typy sąsiedztwa pikseli:- I stopnia- II stopnia

Atrybuty w zapisie rastrowymJeden obraz rastrowy to jeden atrybut- system INGRIDDo każdego oczka rastra może być dostępna jakaś liczba atrybutów.

STRUKTURA BAZY DANYCH GIS

17

-mogą być - mogą być - czyli wewnętrzna część pliku dla której nie warstwami tabelą ma dostępu z zewnątrz

WARSTWY GIS- to kalka półprzeźroczysta, na której można wyświetlać jedną warstwę na drugiej, np. możemy wyświetlać min.: rzeki, pkt. hydrograficzne, zlewnie, mapy pokrycia terenu

WARSTWY GIS1. dane źródłowe:

- rastrowe (zeskanowane mapy, obrazy satelitarne)- wektorowe (zwektoryzowane elementy)

2. wyniki.- dla każdej warstwy mamy tabele- na jednej warstwie zapisuje się jeden

rodzaj elementu- do każdej warstwy jedna lub kilka

tabel np. punktowe, liniowe. punktowe liniowe

TYPY BAZ DANYCH GIS spagetti relacyjna (powszechnie stosowana) – połączona z tabelami atrybutowymi, relacje topologiczne

zmienne obiektowa – obiekty z atrybutami i tabele, tu do obiektów dopisuje się relację z innymi obiektami

np. droga i budynek w przypadku obiektowej bazy danych są połączone, relacje jest zachowana między budynkiem a drogą

np. droga i budynek w przypadku relacyjnej bazy danych zmienia się relacja między drogą a budynkiem

JAKOŚĆ DANYCH - błędy baz danych określają: dokładność położenia ( x, y)

wielkość dopuszczalnego błęduinstrukcje map topograficznych {błąd nie powinien przekroczyć 0,1 mm}

dokładność atrybutowailościowa – metryczna, czyli średni błąd kwadratowy

18

katalog

pliki pliki pliki pliki

podpliki

warstwy

tabele

● ● ● ●

jakościowa – mówimy o błędzie atrybutowym, czy błędzie klasy, kategorii np. glebę bielicowa podpiszemy jako brunatną

kompletność/ aktualność np. mapa gęstości zaludnienie z roku 2004 będzie inna niż z roku ‘95 logiczna spójność

ANALIZA BŁĘDÓW MAP CYFROWYCH1. Wyznaczenie punktów kontrolnych metodą: losowo, systematycznie, stratyfikowaną losową2. Odczyt wartości w punktach3. Obliczamy różnicę między wartościami4. Obliczamy RMS ( średni błąd kwadratowy) – root mean square error – dla danych ilościowych

LICZBA PUNKTÓW KONTROLNYCH

BŁĄD PROPORCJI DLA DANYCH JAKOŚCIOWYCH

LICZBA PUNKTÓW KONTROLNYCH

{wszystkie wzory znajdujące się powyżej to statystyka, nie trzeba się ich uczyć na pamięć, ale trzeba wiedzieć gdzie można je znaleźć. Są one w książkach do matematyki i statystyki.}

JAKOŚĆ DANYCH – METADANE metainformacja oznacza informację o informacjimetadane w GIS: charakter danych, aktualność, dokładność, pochodzenie, dysponent danych

WYKŁAD 5

Temat: PRZETWARZANIE DANYCH W GIS

19

xi- wartość z mapy cyfrowejti- wartości zmierzone w punktach kontrolnychn- liczba punktów kontrolnych

z- standardowa wartość dla danego poziomu ufności (1,96 dla 95%)RMS- estymacja wartości średniego błędu kwadratowegoe- przedział ufności określenia RMS

k- liczba klas mapy jakościowejm.ii- liczba pomiarów o tej samej klasie, która jest na mapie

z- standardowa wartość dla danego poziomu ufności (1,96 dla 95%)p- błąd proporcji (0,15)q- e- przedział ufności określenia błędu proporcji

OPERACJE PRZETWARZANIA DANYCHI. Integracje.II. Operacje na danych geometrycznych.III. Operacje na danych tematycznych (atrybutowe).IV. Obliczenia.V. Analizy przestrzenne.VI. Numeryczne modele terenu.

Integrowanie informacji1. rejestracja obrazu rastrowego2. transformacja rastra na wektor i odwrotnie3. transformacja współrzędnych w zapisie wektorowym4. łączenie danych wektor z danymi atrybutowymi5. łączenie danych wektorowych z różnych map

1. Rejestracja obrazu rastrowego

REJESTRACJA REKTYFIKACJA

(georeferencja) kalibracja transformacji obrazu rastrowegoczyli przetworzenie współrzędnych w taki sposób, aby jego boki były zgodnerastra na współrzędne prostokątne z układem współrzędnym

{rejestracji i rektyfikacji dokonuje się za pomocą transformacji afinicznych}

TRANSFORMACJE AFINICZNE

X’=Ax+Bx+C dzięki tymY’=Dx+Ey+F wzorom

mapa jest: przesuwana obracana skalowana nachylona

2. Zapis rastrowy na wektorowy i odwrotnie

20

i, j

●1 x, y ●2

●2 ●4

Nr i j x y1 3712 5500 712 5002 3727 5500 728 5003 3712 5400 712 4904 3727 5400 728 490

Transformacja i, j na x, y za pomocą wielomianów pierwszego, drugiego i trzeciego stopnia

2

3

1

4

rasteryzacja wektoryzacja

raster to linia, która przebiega przez piksel

{rasteryzacja dokonuje się przez skanowanie lub gridowanie}

3. Transformacja współrzędnych - przeliczanie współrzędnych z jednego układu na drugi

x1 = f(x, y) x = f(φ, λ) y = f(φ, λ) y1 = f(x,y) przeliczanie współrzędnych przeliczanie jednego ukł. współrzędnych na inny geograficznych na wybrany układ współrzędnych prostokąta

{powyższe transformacje to transformacje Helmerta}

4. Łączenie danych wektorowych z danymi atrybutowymi

1, 2, 3, 4- identyfikatory

Attach: 1 rekord – kilka obiektówlub

1 rekord – 1 element (to podstawowy zapis)

TABELA ATRYBUTOWA – zawiera kolejny numer identyfikator systemowy identyfikator użytkownika

numer obwodu

5. Łączenie danych wektorowych z różnych map

1. Uzgodnienie (transformacja) układu współrzędnych2. Skala map nie ma znaczenia jeśli współrzędne określane są w jednostkach naturalnych (m,km)3. Uzgodnienie położenia obiektów i przebiegu granic

21

x, y

x,y

x, y

Φ, λ

2

4

3ID A1 A2 A3

1 156 265 C122 596 469 Da53 328 108 B34 284 1253 Ax6

1

3210

31403110 3211

3180

POLIGONY RESZTKOWE

zasięg obszaru na zasięg lasu na mapie glebowej poligon resztkowy ( sliver), powstałmapie topograficznej on ponieważ zasięg na 1 i 2 mapie nie

pokrył się

POLIGONY ELASTYCZNE ( DOPASOWANE)

tu granicedociąga się do siebie

warstwa dokładna warstwa niedokładna (transformowana)

Operacje na danych geometrycznych1. Selekcja graficzna elementów ( obiektów)2. Dodawanie / usuwanie elementów3. Zmiany położenia elementów

1. Selekcja graficzna elementów ( obiektów)

- usuwanie na ekranie jednego obiektu: ● ○

- wskazanie grupy obiektu:

select

unselect

- wersje wyboru obiektów:

inside partiale wszystko to co się (te, które znajdują się (te, które leżą wewnątrz, ale styka z konturemwewnątrz ) również te, które przecinają)2. Dodawanie lub usuwanie elementów

22

PL

myszka

Add nowa para x, y Delete w tabeli usunięcie pary x, y współrzędnych w tabeli współrzędnych

3. Zmiany położenia elementów (przesuwanie)

move

4. Zmiany kształtu

WYKŁAD 6

III. Operacje na danych tematycznych (atrybutowe)

1. selekcja atrybutowa2. klasyfikacja3. reklasyfikacja4. łączenia tabel

1. Selekcja atrybutowa- wybór wszystkich rekordów, których wartość we wskazanej kolumnie spełnia określone kryteria- za pomocą wyrażeń logicznych: np. select tabela 1.liczba >500 (komenda tabela. kolumna operator

nr wartości)np. Tabela 1 liczb. nr 1 123 lista wybranych rekordów

23

usuwanie punktów przesunięcie

punktów

2 584 2 5843 237 4 6324 632

*w programie są wbudowane SQL – strukturalny język zapytań ( Structured Query Language)-używany do tworzenia zapytań dotyczący układu zadań logicznych

Operatory: =, >, <, ≤, ≥, or, and, not, if...then

2. KlasyfikacjaTo: grupowanie wartości w klasy, podstawianie numeru klasy we wskazanej kolumnie na

podstawie wartości w innej kolumnie

Klasy: 1 – 0 – 100 2 – 101 – 500 3 – 501 – 1000 4 - > 1000 Grupowanie to generalizowanie informacji i zmniejszenie ilości informacji na mapie

nr atrybut klasa1 56 12 850 33 241 24 2546 4

*im większa liczba klas, tym bardziej rozproszony jest obraz na mapie ( nieczytelny), tak więc najbardziej polecana ilość klas to, od 3 do 7, a max. to 9! Klas*zasadniczy podział na klasy:

1) równe odstępy między przedziałami o 100, 200, 3002) równa liczebność klas ( powierzchnia jednostek)3) na podstawie wykresu rozkładu wartości

jednostki( jeśli różnice są małe to powiększy wielkość skali)

4) Metoda Jenksa- uwzględnia sąsiedztwo podobnych jednostek5) 15 innych metod podziału , każda z tych metod podziału daje w efekcie inny obraz

przestrzenny danego zjawiska, a nie wiadomo która metoda jest najlepsza do danego rodzaju danych

3. Reklasyfikacja- podstawianie wartości we wskazanej kolumnie na podstawie funkcji, za pomocą:

funkcja matematyczna, np. C=A/B A B C 5000 25 25

24

3 kl.

2 kl.1 kl.

wyrażenia logiczne określające warunki przynależności do klas, np. if ID3<2funkcja logiczna, np.if (opad<700) and (CO>20) and (c klasa gleb=3) or (klasa użytkow=1) then przydatność=1

4. Łączenie tabel atrybutowychŁączenie tabel jest możliwe pod warunkiem, że obie tabele mają wspólny identyfikator, np. ID oraz zgodność właściwości kolumnowych- ale tu program pokaże co potrzebne.

IV. Obliczenia w GIS1. pomiar długości i odległości2. pomiar pola powierzchni i objętości bryły3. statystyka najbliższego sąsiedztwa NNS4. zapis danych kartometrycznych i długości linii5. statystyka zbiorów

1. Pomiar długości i odległości- wykorzystuje się tu twierdzenie Pitagorasa y2

c2=a2+b2

x1 x2

D=√(x1-x2)2+(y1-y2)2 {nad całym równaniem jest pierwiastek}różnice wartości współrzędnych

*długość linii:suma poszczególnych odległości pomiędzy punktami ndl=∑[√(xi-xi-1)2+(yi-yi-1)2] i=l

*określenie długości punktu od odcinka*punkt wewnątrz poligonu ( algorytm Jordana określa, że jeśli ilość przecięć jest między punktami nieparzysta, to wtedy wychodzi na zewnątrz poligonu, a gdy jest parzysta to punkt jest parzysty- ?

2. Pomiar pola powierzchni i objętości bryły

y2

B C

A

y1 A D

A1

x1 x2

n

A=1/2∑(xi•yi+1-xi+1•y1)

bez wzorów n i=l

P=∑(A-A1)

25

E

a

Db

i=l

reguły geometryczne pozwalają na określenie tych wartości

3. Statystyka najbliższego sąsiedztwa NNS

- określa zdolność z jednym z trzech możliwych rozkładów punktów na płaszczyźnie

a) b) c)

rozkład klastrowy przypadkowy regularny

skupiony

NNS=2•∑di∕n√A/n di= odległość od kolejnego punktu do najbliższego ....?

A= powierzchnia, na której rozrzuconych jest n punktów

NNS<1 – rozkład klastrowy

NNS=1 – rozkład regularny

rozkład losowy NNS dąży do 1

*wyznaczanie geometrycznego środka figury ( centroid)

centroidy

4. Zapis danych kartometrycznych i długości linii

Pole, obwód, poligon oraz centroidy są zapisywane w tabelach automatycznie.

Miara wartości kartometrycznych jest taka sama jak miara wartości współrzędnych

5. Statystyka zbiorów

1. liczba elementów2. średnia arytmetyczna3. odchylenie standardowe ważny dobór pola odniesienia

26

• • • •

• • • • • • • •

• • • • • • • • • • • •

• • • • • • • • • • • •

4. wartość maksymalna5. prędkość wartości

V. Analizy przestrzenne w zapisie wektorowym

1. wyznaczanie relacji przestrzennych2. łączenie i wycinanie wyznaczonych obszarów3. łączenie sąsiednich poligonów4. buforowanie5. poligony Thiessena6. łączenie warst

1. Funkcje przestrzenne

- są przecinane przez obrys - przecinają się- są w odległości od- zawierają- całkowicie zawierają

- są zawierane- są całkowicie w- mają środek w- mają wspólny odcinek z

2. Łączenie i wycinanie wyznaczonych obszarów

Na podstawie operacji logicznych algebry Boole’a określających charakter relacji topologicznych:

NOT wycięte

AND suma

OR

NOT-AND

3. Łączenie sąsiednich poligonów

a1

27

A1 możliwe jest usunięcie granicy, gdy dwa poligony

mają to samo oznaczenie obok siebie

4. Buforowanie

bufor= ekwidystanta – linia złożona z punktów w jednakowej odległości od danego obiektu

określamy otoczenie punktu przez bufor, a buforem może być: bufor sieci rzecznej, bufor miasta, bufor zb. wodnego, bufor może mieć dowolną wielkość

5. Poligony Thiessena

● ● te punkty są reprezentatywne dla danej powierzchni (wartości)

6. Łączenie warstw

a) w poziomieb) w pioniec) graficznied) topologicznie

warunek łączenia warstw, to wspólny układ współrzędnych

a) łączenie warstw w poziomie

plik1 plik2 plik3

plik4 plik5 rzeka

28

d

d

Problem w łączeniu warstw w poziomie jest następujący:

uzupełnienie niedociągłości linii uzgadnianie przebiegu linii na brzegach arkusza

b) łączenie warstw w pionie

1 – graficzny

2 – topograficzny

1 – Graficzne łączenie warstw w obszar z kilku warstw różnego typu, np. drogi, rzeki.

Graficzne łączenie warstw daje w efekcie mapę kompleksową.

Między elementami na różnych warstwach nie ma relacji topologicznych

2 – Topologiczne łączenie warstw. Są to warstwy tego samego typu, np. warstwy poligonowe, punktowe

warstwa I warstwa II

A B a

b c

C D d

Tabela 1

WYKŁAD 7

ANALIZY SIECIOWE wyznaczanie optymalnej trasy lokalizacja ( alokacja) dotyczące układów rzek

29

dotyczą układu drogi

ODŹródło

UjścieOD

SIEĆ ( NETWORK) – może być sieciowa lub kątowa

Wyznaczanie optymalnej trasy: a) najkrótsza drogab) uwzględnienie miejsc ( odcinków) nieprzejezdnychc) uwzgl. kierunków ruchu na drodze ( czy droga jest jedno kierunkowa, czy nie)

a) Najkrótsza droga ( path / route)

To jest plan miasta, kropką czarną zaznaczone jest miejsce w którym jestem, kropką czerwoną miejsce do którego chce dotrzeć. Czerwone kreski to najkrótsza trasa, którą mogę się dostać do miejsca docelowego. Po dodatkowym wskazaniu ulic nieprzejezdnych trasa ulegnie zmianie.

Lokalizacja ( alokacja) – allocation – jest to wyznaczanie obszaru sieci obsługiwanego przez wskazany punkt ( np. pizzeria ustala sobie że ma zasięg 2 km, na terenie którego dowozi pizzę za darmo, po jakiemś czasie można zmienić zasięg na 3 km lub mniej, jest to symulacja, która jest zaleta GIS-u )

ALLOKACJA Z OGRANICZENIAMI- ograniczenie odległości od punktu, nie może być większe niż 2,5 km- uwzględnienie innych informacji, np. liczna ludności ( ile ludzi będzie miało bezpośredni

kontakt, tzn. będzie mogło dotrzeć pieszo do na przykład aqua parku)- określenie kierunku spływu - jest możliwe pod warunkiem, że na odcinkach sieci węzły od i do będą

ułożone, ustawione w odpowiedni sposób

PRZETWARZANIE DANYCH RASTROWYCH:a) zmiana rozdzielczościb) selekcja atrybutowac) reklasyfikacjad) relacje między wartościami jednego piksela na różnych rastrache) filtrowanief) analiza sąsiedztwag) analiza obszaru

30

OD

DO

Im większy piksel tym więcej cech przestrzeni zmieści się w obrazie piksela, np. jedno oczko rastra – 100 m jest to oczko mało dokładne, na 100 m może być kawałek drogi, lasu, pola. W miarę rozwoju systemu ta rozdzielczość zmienia się i tak zdjęcia satelitarne mają już w pikselu nie 100 m, a 30 m. Systemy wojskowe mają najlepsze rozdzielczości. Gdy np. w TV nie chcą pokazać twarzy zabójcy albo kogokolwiek to powiększają 3 – 4 piksele i zamiast twarzy widzimy kwadraty- to jest właśnie powiększony piksel.

To jest zmiana rozdzielczości:

tu kwadrat mieści tu w 6 pikselach a tu w 16 pikselach ( wyobraź sobiesię w 4 pikselach kratki - nie chciało mi się ich rysować)

a) zmiana rozdzielczości:- zwiększenie rozdzielczości ( podział pikseli na mniejsze pola, nie zwiększają

szczegółowości obrazu)- zmniejszenie rozdzielczości ( łączenie pól w pola większe, na charakter generalizacji

obrazu rastrowego) inaczej można powiedzieć generalizacja

b) selekcja atrybutowa ( wybór pikseli o wskazanych wartościach z zastosowaniem wyrażeń logicznych), np. Select lu = 125

tzn. wybierz piksele z rastra “użytkowanie ziemi”( lu) o wartości 125 (las)c) reklasyfikacja – to zmiana wartości pikseli np. If lu = 125 or lu = 200 then nowy = 1 ( to stosujemy gdy chcemy określić np. przydatność do wypoczynku, czyli oznaczyć jeziora,

łąki)

d) relacje między wartościami jednego piksela na różnych rastrach – to wyznaczenie

zależności między cechami środowiska na podstawie różnego rodzaju funkcji, np.

R=O*P*W

opady funkcja jest obliczana dla kolejnych pikseli obrazów rastrowych

pokrycie terenu

wys. n.p.m.e) filtrowanie – to ważna operacja na rastrach wykorzystywana w analizie obrazów satelitarnych.

Polega na przeliczaniu wartości oczek rastra z zastosowaniem filtru – maski. Zbudowany z różnej liczby oczek ( 9, 16, 25, 36 – tyle kolumn co rzędów) zawiera różne wartości współczynników filtrowania. W zależności jakie wartości się wpisze, filtry mają różne działanie, np. 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1

Rodzaje filtrów:

31

- wygładzający 1 2 1 - wyostrzający -1 –1 –1( generalizacja) 2 4 2 (poprawiający kontrast) -1 9 –1 1 2 1 -1 –1 –1

istnieje jeszcze 6 lub 8 rodzajów filtrów, ale my nie musimy ich znać, bo one akurat służą do obróbki zdjęć satelitarnych, a my się tego nie uczymy

f) analiza sąsiedztwa : odległość = burfor

4d2

2d rzeka bufor na 30 m

g) analiza obszaru - gęstość obiektów ( możemy analizować liczbę pikseli pewnego rodzaju w obrębie pola)

ŁĄCZENIE OPERACJI I METOD ANALIZY

Przy łączeniu operacji ważna jest kolejność operacji

selekcja łączenie 2 warstw

buforowanie

selekcja

ZINTEGROWANE WYSZUKIWANIESELEKCJA Z WARUNKIEM PRZECINANIA ( interset)np. wybór lasów, przez które przebiegają drogi, czyli które lasy są pod wpływem zanieczyszczeń samochodowych.

WERSJE ŁACZENIA / WYCINANIA- z zastosowaniem operatów Bode’a- z zastosowaniem funkcji wycinania ( clip)

np. mamy mapę 3 gmin ułożonych w pionie, gdy damy komendę „clip inside” to środkowa gmina zostanie zakryta np. białym kwadratem. Gdy komenda będzie brzmieć „clip outside” to skrajne gminy będą zakryte.

SELEKCJA Z WYCINANIEM

np. mamy warstwę z tymi samymi gminami, co wyżej, plus sieć rzeczną na ich terenie. Warunkiem jest by zostały wyświetlone wszystkie rzeki, które przechodza lub przecinają się z gmina środkową, gdy damy komendę „intersect + clip” dostaniemy rzeki na białym tle, bez gminy. Czyli pozostanie nam warstwa z rzekami.

WYKŁAD 8

Temat: Numeryczne Modele Terenu ( DTM, DEM)- podpunkt IV

32

30 m

Na Numeryczne Modele Terenu można tez powiedzieć:- numeryczne modele wysokości- numeryczne modele powierzchni

DTM ( Digital Terrain Model), DEM ( Digital Elevation Model)

DTM jest to jeden ze sposobów przetwarzania danych, a dotyczy to budowania modelu powierzchni trójwymiarowych.

Powierzchnie trójwymiarowe mają: zróżnicowaną wysokość, 3 współrzędne, mogą przedstawiać np. budynki, misy jeziorne,grzbiety górskie, nasypy

Powierzchnia trójwymiarowa w przestrzeni geograficznej”

bryły powierzchnie 3- wymiarowe

Powierzchnie ciągle:

jest zbudowany z nieskończonej liczby punktów o różnych wartościach w każdym punkcie można wyznaczyć tylko jedną

wartość , która jest różna od wartości sąsiadującej

Powierzchnie nieciągle:

na granicy następuje w pkt. na granicy można wyznaczyć 2 wartościprzyrost/ spadek wartości

33

z

x

y

Powierzchnie ciągłe Powierzchnie nieciągleto wszystkie zjawiska, których wartości mierzone są w punktach, np.: powierzchnia terenu, temperatura, ciśnienie, magnetyzm ziemski, gęstość wód powierzchniowych, itp.

to wszystkie zjawiska, których wartości odnoszone są do jednostek powierzchniowych, np.: gęstość zaludnienia, intensywność produkcji, itp.

Powierzchnie nieciągłe można przerobić na powierzchnie ciągłe

Punkty pomiarowe Punkty odnoszone do jednostek

Źródła danych do Numerycznych Modeli Terenu

mogą być: skąd się biorą:

mapy poziomicowe, wektoryzacja poziomic

wektorowe pomiary naziemne- dane ze zdjęcia wysokościowego

fotogrametria- interpretacja zdjęć lotniczych

obraz satelitarny- SPOT, robią dwa pobierania zdjęciarastrowe

zdjęcia radarowe- obecnie ten sposób jest w rozwoju. Jest to odczytywanie w pikselach z samolotu, w związku z tym mają większą rozdzielczość

Składniki Numerycznych Modeli Terenu:1. Punktowa reprezentacja powierzchni fizycznej lub statystycznej, rzeczywistej lub

abstrakcyjnej w formie zbioru współrzędnych x, y, z.2. Definicja relacji topologicznych między punktami modelu.3. Algorytmy prezentacji powierzchni.

Budowanie Numerycznych Modeli Terenu:1. Zbiór punktów reprezentujących powierzchnie tabeli współrzędnych x, y, z.2. Metoda ( funkcja) aproksymacji powierzchni.3. Typ modelu ( Tesslacja)4. Rozdzielczość modelu

1. PUNKTOWA REPREZENTACJA POWIERZCHNI

z

z- wysokość powierzchni w punkcie odpowiada

34

wartości zjawiska w tym punkcie

x

Układ punktów może byćnieregularny

( x, y, z są zmienne)Pólregularny

( jedna ze zmiennych jest stała)Regularny

(x, y- stałe, z- zmienne)

x, y- stałez- zmienne

x, y- zmiennez- stałe

y

xnajlepiej jeżeli te punkty będą charakteryzowały najbardziej char. punkty powierzchni, np. szczyty, obniżenia

dane pobierane w układzie profilowym lub poziomicowym

2. RELACJE TOPOLOGICZNE -oznaczają zachowanie powierzchni między punktami - charakter zmienności wartości .

Każdy punkt reprezentuje swoje otoczenie, a jednocześnie jest związany z sąsiadującymi punktami:

z to jest założeniem o charakterze funkcji interpolacyjnej

x, y

Aproksymacja modelu –to przybliżenie modelu do powierzchni ( np. rzucenie materiału na szpilki wbite w poduszkę )

Średni błąd kwadratowy ( RMS) -w każdym przypadku obliczania mówimy o błędzie, RMS wynika z: różnic wysokości punktów leżących między punktami cechowanymi

Aproksymacja zależy od struktury modelu –układu punktów i ich gęstości.

Gdy błąd cechowany = 0, oznacza to, że pomierzenie było brane bezpośrednio z powierzchni

Rodzaje aproksymacjiFunkcje interpolacyjne Funkcje sklejaneRodzaje interpolacjiOsiowa –na podstawie dwóch punktów na osi interpolacyjnej

Powierzchniowa –na podstawie wielu punktów ( jest używana w GIS-ie)

35

przykładinterpretacjiosiowej

zalecany jest trójkątny układ osi ( osie nie mogą się przecinać). W prostokątnym układzie osi istnieje problem niejasności, np.7 12 z jednaj strony ta kropka ma wartość 8,25 ( 15+12/2), z 15 6 drugiej 7,5(7+6/2)

przykład interpretacji powierzchniowej ○

○- interpolowany punkt- punkt np. na podstawie mapy, na

temat zawartości ołowiu w glebieUwzględnienie wysokości wszystkich punktów, na wyznaczonym obszarze, którego środkiem jest punkt interpolowany

To powierzchnia o zróżnicowanych kształtach, nie dająca się opisać prostą funkcją matematyczną. Jest to kilka sklejonych ze sobą funkcji, np. trochę sinusa z parabolą, tangensem i hiperbolą- razem dają funkcję sklejoną.

W programach GIS-owskich są algorytmy:INVERSE DISTANCE –odwrotna odległość

KRIGGING –waga określana na podstawie wariogramówMINIMAL, CURVATURE –minimalna krzywizna -splineSPLINE –funkcja sklejona

Założenia interpolacji:Zasada odwrotnej odległości

Zależność między wartością punktu interpolowanego i cechowanego jest funkcją odległości między tymi punktami ( im mniejsza odległość tym mniejsza różnica wartości)

● ●Ah2 ● ● ●

○ ●Ah1 ● ● ●

● ● i2 di2p di1 n n

zP=[Ε (zi/di)p]/[Ε1/dp] i-1 i-1

zi1,di2 –odległość punktu interpolowanego od punktów cechowanychAh1, Ah2 –różnica wysokości między punktami interpolowanymi, a punktami cechowanymip –waga odległościzp –wysokość punktu interpolowanego

Założenieinterpolacja liniowa – wykładnik potegi=1interpolacja nieliniowa – wykładnik potegi≠1 ( im wyższy wykładnik, tym większe załamanie

powierzchni) p=2

p=1

p=0,5

36

zp

zi1

zi2

Wykładnik potęgi interpolacja powierzchniowa

p=1

p=2

p=0,5

Metoda KRIGGING –char. zależności między punktami określa semiwariogram( samiwariancja z rozkładu statystycznego)

Zalety systemu: metoda eliminuje wartości ekstremalne im większa korelacja między punktami, tym większy współczynnik wagowy współczynniki wagowe są proporcjonalne do oddziaływania sąsiednich punktów

3. TESSALACJA - Typ Numerycznego Modelu Terenu –podział powierzchni na elementy powierzchniowe

Rodzaje tessalacjiMODEL TIN ( Triangulated Irregular Network) MODEL GRID –to obraz rastrowy

oparty na char. punktach daje najlepsze przybliżenie powierzchni

Punkty nie

reprezentują

char. punktów powierzchni, dlatego dodaje się jeszcze dodatkowe podziały

Jest to sieć nieregularnych trójkątów. Tą sieć buduje się na zasadzie: jak najkrótszych boków, by trójkąty były równoboczne, a wpisane w koło, nie będzie mieć innego punktu modelu.

Stopień aproksymacji zależy od wielkości oczka siatki. Oczka mogą być o jednakowej wielkości lub o różnych wielkościach.

Reprezentatywność punktów w Numerycznych Modelach TerenuTIN GRID

Punkty reprezentują wszystkie grzbiety i doliny Ścina grzbiety, wypełnia doliny, buduje sztuczne zagłębienia w dolinach

Przetwarzanie Numerycznych Modeli Terenu1. Wyznaczanie poziome2. wyznaczanie profili i zasięgu widzialności

1. TIN na GRID i odwrotnie

37

TIN GRID

poziomicowanie wizualizacja

GRID TIN

2. Profile mogą być bez podstawy lub z podstawą Zasięg widzialności może dotyczyć wysokości, nachylenia, ekspozyji

To jest rzeka, używając zasięgu widzialności możemy wyznaczyć obszar w obrębie którego mamy np. zanieczyszczenie. Gdy założymy, że szukamy zanieczyszczeń rzeki w miejscu gdzie jest czerwona kropka, program znajdzie nam obszar zanieczyszczenia

obszar zanieczyszczenia

WYKŁAD 9

I. Cechy powierzchni 3DMorfometria – mierzenie ukształtowania powierzchni za pomocą parametrów

parametry morfometryczne

rozwinięcie poziome

wypukłość wektor normalny do powierzchnipozioma

spadek/nachylenie różnica ekspozycja wysokości,

rozwinięcie wypukłość pionowe pionowa

* spadek / ekspozycja spadek a nachylenie: spadek to linia o największym nachyleniu dla danej części powierzchni

h/d=tgα kąt między linią spadku a jej rzutem na płaszczyznę

h α przy danej różnicy h można wyznaczyć odległość dla której kąt osiąga daną

wartość d

0O kierunek zerowy( północ)ekspozycja stoku

kąt między nimi to ekspozycja RÓWNANIE POLA:

z=f(x,y)nie znamy ogólnej postaci tej funkcji f dla powierzchni terenupierwsza pochodna – zmienność – gradient w kierunku pionowym

Nachylenie powierzchni na podstawę NMT:

38

Za pomocą parametrów morfometrycznych określić można:

wysokość średnią – z wartość modalną – wartość

występująca najczęściej spadek/nachylenie wektor normalny do powierzchni

( pionowy,styczny do powierzchni) ekspozycja

zi+1j

z1 z2 z3

y1-1jzj zij zij+1 z4 z5 z6

z7 z8 z9

zij-1 zmienność nachylenia i ekspozycji daje zakrzywienie

Wizualizacja NMT:2D 3D

poziomica perspektywa + światłocieńhipsometria poziomicenp. na podstawie rastra profile/ siatka

cieniowanie przez światłocień

Trzy parametry w 3D:- kąt poziomy- skala wysokości ( skala „z”)- kąt podniesienia ( pionowy) tylnej ściany obrazu

cieniowanie jest efektem gry światłocienia ( relacja między kątem nachylenia stoku, ekspozycją i stosunkiem kąta padania światła)

315wersja siatkowa- budowane są profile po osi X i osi Y ( siatka→ profile w obu kierunkach)

225

II. Zastosowanie NMT w zagadnieniach Ochrony Środowiska wszystkie procesy na powierzchni ziemi lub uwarunkowane:

o ruchami masowymi- spływuo erozją gleby- wypłukiwanie wierzchniej warstwy

Powierzchnia ziemi zależy od: nachylenia wywołują ją opady szybkości jej zależy od kąta nachylenia i długości stoku

Funkcje systemu informacji geograficznej:- wynikają one z wszystkich możliwości przetwarzania informacji w GIS

FUNKCJE GIS:1. Zapis ( gromadzenie) informacji o położeniu obiektów i topologii oraz atrybutach2. Wyszukiwanie informacji o położeniu obiektów.3. Przeprowadzanie analiz w celu wyznaczenia relacji przestrzennych i atrybutowych- jest to

najbardziej istotna funkcja.4. Opracowanie map ( np. geodeci, Instytut Geologiczny).

39

Zapis informacji o położeniu obiektówUkład współrzędnych

zapis wektorowy zapis rastrowy

Wyszukiwanie informacji o położeniu obiektów:- selekcja graficzna- selekcja atrybutowa

Analizy- wyznaczanie relacji przestrzennych i atrybutowych:łączenie warstw

buforowanie

Ad.4. Definiowanie transformacji współrzędnych.

ZASTOSOWANIA GISProblemy rozwiązywane za pomocą GIS

Co znajduje się we wskazanym miejscu?Gdzie występują określone przez nas wartości?Analiza zależności przestrzennych.Analiza zmienności w czasie.Prognozowanie/ symulacja przebiegu zjawisk.

Ad.1. Jak nazywa się wskazane przez nas miasto( rzeka, itp.)Operacja wyboru graficznego

na ekranie pojawi się podświetlony obiekt oraz rekord tabeli z podświetlonymi atrybutami

Pytanie: jaką operacje zastosować w przypadku danego problemu?Odpowiedz: umiejętność formułowania pytań do danego problemu.Czyli musisz dobrze zadawać pytania by otrzymać to co chcesz.

Ad.2. Definiujemy miejscaSformułowanie pytań do bazy danych z podaniem warunków, jakie mają spełniać obiektynp. gdzie roczna suma opadów przekracza 800 mm.operacja selekcji atrybutowej→ select opad suma>800→ na ekranie zostaną wyświetlone obiekty, które spełniają warunek

Ad.3. Modelowanie kartograficzne:współwystępowanie obiektów o różnych cechach

wyświetlenie na ekranie ( lub wydruku) kilku warstw zawierających poszczególne informacje. Interpretacja relacji przestrzennych

łączenie ( pionowe) warstw, selekcja. Wyznaczanie obiektów posiadających wspólne cechybudowanie obiektów 3D dla zjawisk o charakterze ciągłym

założenie- zjawisko ma charakter ciągłypobranie próbkiwybór metod, wizualizacja parametrów ,określanie sąsiedztwa obiektów i miejscwyznaczanie buforów, poligonów Thiessena. Analizy sieciowe→ to określenie zasięgu

wpływu obiektu na otoczenie lub otoczenia na obiektykorelacje między cechami obiektów i zjawisk

np. związek między występowaniem terenów podmokłych i temperaturą powietrzanp. związek między wartościami demograficznymi i chłonnością rynku zbytu

analiza zmienności i trendu

zastosowanie metod statystycznych

40

zastosowanie metod rachunku macierzowego metodyanaliza trendu i regresji dodatkowezastosowanie metod autokorelacji

Ad.4. Zmienność w czasieJakie są zmiany między 1950 a 2000 rokiem w użytkowaniu terenu?Jaka jest tendencja zmian?

tendencja ubytekspadek

wzrost

wielkość i kierunek zmian łączenie warstw, wycinanie, selekcja

wyznaczanie obiektów, w których następują zmiany ( zamiana lasu na łąkę)

Ad.5. Prognozowanie zmian, symulacja przebiegu zmian- co się stanie jeśli cechy jednego z elementu środowiska ulegną zmianie?- w jakim kierunku i z jakim natężeniem będą zachodziły zmiany?- co warunkuje przebieg tych zmian?

Ad.6. Modelowanie przebiegu procesów- określenie skutków zmian, możliwości zapobiegania negatywnym skutkom zmian- zastosowanie matematycznych i logicznych funkcji z wprowadzania do nich różnych

parametrów

na ekranie pojawia się stan zjawisk zgodnych z nowymi parametrami

II. Dziedziny zastosowań GIS1. Badania naukowe.2. Planowanie przestrzenne i inwestycji.3. Zarządzanie terenami.4. Zarządzanie infrastrukturą techniczną.5. Zarządzanie kryzysowe.6. Rolnictwo.7. Leśnictwo.8. Hydrologia.9. Ochrona środowiska.

Ad.1. Badania naukowe- ocena przydatności stoków dla celów narciarstwa

dane wyjściowe

topologiczne klimatologiczne

operacje, analizy i modelowania

41

oceny

dane topologiczne→ wektoryzacja poziomic→ NMT→ hipsometrię wyznaczono i powstał NMT- obraz perspektywiczny

Morfometria stoków z NMT- nachylenie i ekspozycja- zakrzywienie

Użytkowanie ziemi: analiza obrazu satelitarnego NMT- dane klimatologiczne→ średnia wieloletnia- przebieg pokrywy śnieżnej

→ udział opadów- dane astronomiczne→ przebieg nasłonecznienia, kąt padania promieni słonecznych

Zależność między wysokością terenu i wysokością opadów- pomiary opadów w układzie rozproszonym- NMT w układzie grudzień

wyznaczenia wartości opadu na każdego piksela, na podstawie regresji

WYKŁAD 10

Temat: Zastosowania GIS-u

Miejska wyspa ciepła we Wrocławiu {zastosowanie GIS-u do zrobienia mapy rozkładu temperatury w mieście}cel: określenie rozkładu przestrzennego temperatury we Wrocławiu z uwzględnieniem czynników, które go kształtujączynniki: temperatura w punktach pomiarowych, użytkowanie terenu ( budynki, zieleń,...)dane: są to po prostu punkty pomiarowe

DANE

Parametry:1) związane z użytkowaniem terenu 2) parametry klimatyczne ROV- współczynnik szorstkości AHE- emisja ciepła sztucznego NDVI- znormalizowany indeks wegetacji ( czyli rozwoju roślinności)*obraz satelitarny, np. miasta Wrocławia, jako źródło danych o użytkowaniu terenu

42

Punkty pomiarowe Temperatura w punktach

Parametry determinacyjne

Użytkowanie terenu Parametry terenu

Obraz satelitarnyMapa użytkowania ziemi

Formuła modelu Pole temperatury w f. mapy

Wyznaczanie trasy autostradyMusimy mieć mapę topograficzną, mapę drogową, mapę ceny własności ziemi ( musimy wiedzieć od kogo kupić ziemię),mapę użytkowania ziemi ( by wiedzieć czy na terenie trasy będzie las, pole, itp.), mapę gleb, mapę obszarów chronionych, mapę siedlisk leśnych oraz mapę tras zwierząt.Konsekwencje wyznaczania trasy.Trzeba zrobić bufor, bo autostrada wywiera wpływ na otoczenie, środowisko, itp., jak szeroki ma być bufor to już trzeba ustalić, czy chodzi nam tylko o hałas czy zanieczyszczenia spalinami, może to być np. 150 m. Z buforu dostajemy obszar wpływu autostrady na środowisko. W buforze trzeba wyznaczyć czyje np. są tereny przez które przechodzić będzie droga i ile trzeba będzie zapłacić lub jakie są gleby i jakiemu uległy by zanieczyszczeniu czy jaki będzie konflikt z przemieszczaniem się zwierząt albo jeszcze przez jakie siedliska będzie przechodzić droga, przez bory, puszcze czy zwykłe lasy.Decyzje

- z jednej strony koszty środowiskowe tu następuje konflikt, można jedynie przedstawić- z drugiej koszty materialne porównanie tych kosztów, by inwestor zainteresował

się ochroną środowiska

Lokalizacja sklepów/ banków – analiza aktualnej sieciWyznaczanie najlepszej lokalizacji dla np. nowego magazynu handlowego. I tak dla naszego sklepu wybierzemy magazyn, który będzie w najmniejszej odległości ,ale będzie na terenie gdzie jest duży rynek zbytu. Czyli naszym kryterium wyboru jest odległość i rynek zbytu. Danymi będą: gęstość zaludnienia w miastach, sieć handlowa, dane o wartości sprzedaży w miastach.Potem wokół miasta robimy bufor – ponieważ, np. Media Markt nie tylko obsługuje Wrocław, ale też pobliskie wsie Potem wyszukujemy miejsca gdzie będzie przychodzić dużo ludzi, będzie duża sprzedaż towarów, w konsekwencji będziemy mieli najlepszy punkt, w którym będziemy mogli postawić sklep.

Stacja uzdatniania wodyKryteria: poza obszarem zalewowym, na obszarze niezagospodarowanym, na glebach słabej klasy, nie dalej niż 100 m od rzeki, w pewniej odległości od budynków mieszkalnych oraz ma to być obszar o powierzchni 15 ha.Dane: zabudowa, drogi, klasy gleb, itp.Analizy: wybór obszaru poza terenem zalewowym, itp.- w konsekwencji program będzie nam selekcjonował obszar i w końcu otrzymamy miejsca w którym będziemy mogli postawić oczyszczalnie.Im więcej warunków stawiamy tym mniej szans mamy na otrzymanie tego co chcemy ( tu oczyszczalni). W zależności od efektu jaki otrzymamy możemy zmienić kryteria, czyli np. jak na początku ustaliliśmy że stacja uzdatniania ma być 100 m od rzeki, a okaże się że rzeka znajduje się 80 m od planowanej stacji możemy zmienić to kryterium z 100 na 80 m.Jeszcze innym zastosowaniem GIS-u może być wykorzystanie programu przy występowaniu:

- powodzi ( jakie dzielnice mogą być zalane, a jakie nie)- pożaru (w lesie- ustalamy kierunek wiatru i wtedy wiemy jaką cześć lasu może ogarnąć ogień;

w mieście- program może pokazać straży pożarnej najkrótszą drogę do miejsca pożaru)- katastrofach, wypadkach chemicznych ( np. przewraca się cysterna i to co w niej jest spływ do

rzeki- program może pokazać nam którędy chemikalia przedostaną się do wody)

43