Podstawy GIS (Geographic Information...
Transcript of Podstawy GIS (Geographic Information...
ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU
ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTU
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM
Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 1
Podstawy GIS (Geographic Information System)
© ZTT WT PW, DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
Warszawa 2017
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
1
Spis treści
1. Cel i zakres ćwiczenia 2
2. Wykaz wykorzystanych przyrządów 2
3. Wprowadzenie teoretyczne 2
3.1. Pojęcie i historia GIS 2
3.2. Moduły oprogramowania systemu geoinformacyjnego 10
3.3. Informacja geograficzna – geoinformacja – geoinformatyka 13
3.4. GIS a polityka państwa w zakresie technologii informacyjnych 14
3.5. Struktura danych GIS 15
3.6. Moduły funkcjonalne oprogramowania GIS 16
3.7. Praktyczne zastosowanie GIS w telekomunikacji i transporcie 18
4. Oprogramowanie ArcGIS 22
5. Wykaz użytych skrótów i oznaczeń 23
6. Przebieg ćwiczenia 23
7. Wykonanie sprawozdania 27
8. Literatura 27
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
2
1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie funkcjonalności oprogramowania GIS. Podczas
ćwiczenia prezentowane są następujące zagadnienia:
- mapy w GIS;
- tworzenie i identyfikacja obiektów;
- lokalizacja i etykietowanie obiektów;
- tworzenie kompozycji mapy.
2. Wykaz wykorzystanych przyrządów
komputer PC z systemem Windows 10,
oprogramowanie ArcGIS 10.4 (rys. 2.1).
Rys. 2.1 Oprogramowanie ArcGIS
3. Wprowadzenie teoretyczne
3.1. Pojęcie i historia GIS
Pojęcie i historia GIS Pojęcie „system informacyjny” (ang. IS – information system)
jest używane bardzo często łącznie z innymi terminami, takimi jak bazy danych lub
przetwarzania informacji (bank informacji, hurtownia danych). Wykorzystuje technikę
komputerową, a obecnie także sieci teleinformatyczne. Wiąże się z wprowadzaniem,
magazynowaniem, przetwarzaniem i udostępnianiem danych. W ten sposób system jest
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
3
procesorem nadającym pewną wartość i kreującym nową jakościowo informację oraz
metainformację. Systemy informacyjne służą, miedzy innymi, wspomaganiu podejmowania
decyzji, dokonywania wyboru odpowiedniego działania, a więc zarządzaniu. Właściwa
decyzja musi być skuteczna i ekonomiczna, a to zależne jest od znajomości sytuacji,
informacji dostarczonej w odpowiednim czasie i w odpowiednim miejscu. Przestrzenna
informacja tematyczna, zlokalizowana geograficznie (w dowolnym układzie współrzędnych
geograficznych), nazywana jest obecnie geoinformacją. System informacyjny składa się
z komponentów:
1. organizujących i porządkujących kolejne etapy pracy z samym systemem,
2. wprowadzania i przekształcania informacji w dane cyfrowe (informację uporządkowaną
wg reguł systemu),
3. zarządzania i uporządkowanego przechowywania danych,
4. udostępniania danych w postaci informacji czytelnej dla potencjalnego użytkownika.
System geoinformacyjny (GIS) jest narzędziem zbierania, przechowywania, analizy,
przetwarzania i wizualizacji danych związanych z określoną lokalizacją w środowisku
geograficznym. Równocześnie jednak różne systemy mogą realizować ten sam cel
w odmienny sposób. Rozwój techniki komputerowej i związana z nią rewolucja
(geo)informacyjna w latach 80. i 90. XX wieku dały początek gwałtownemu rozwojowi
technologii zarządzania geoinformacją. Ale wcześniej, już w latach 50., podjęto pierwsze
próby zautomatyzowania procesu tworzenia map, wykorzystując ówcześnie dostępne techniki
EMC2: karty perforowane, tabulatory i drukarki wierszowe. Celem było zebranie,
uporządkowanie i opracowanie danych do map tematycznych (np. brytyjski atlas flory)
lub próby wizualizacji za pomocą drukarek wierszowych (np. w meteorologii – w USA).
Na początku lat 70. w podobny sposób próbowano w Polsce zobrazować dane na podstawie
spisu powszechnego . W tym czasie w znanej amerykańskiej uczelni MIT (Massachusetts
Institute of Technology) opracowano technikę kreślenia komputerowego (scientific plotting),
a w Wielkiej Brytanii skonstruowano pierwszy digitizer (urządzenie do precyzyjnego pomiaru
współrzędnych kartezjańskich w zapisie cyfrowym). Prototypy systemów operujących
informacją geograficzną (nazwane później GIS) były rozwijane w celach militarnych, przede
wszystkim w Stanach Zjednoczonych Ameryki Pn. Główny kierunek rozwoju polegał
na zautomatyzowaniu tradycyjnych, manualnych metod tworzenia map za pomocą techniki
komputerowej. Rozpoczął się rozwój tzw. kartografii automatowej. Później ten etap rozwoju
systemów geoinformacyjnych określono jako fazę innowacyjną. Faza innowacyjna rozwoju
systemów GIS zbiegła się w czasie z intensywnym zastosowaniem metod matematyki
i statystyki w geografii, określonym później mianem rewolucji ilościowej w geografii.
Jednym z pierwszych systemów /GIS/ był SYMAP (Synagraphic Mapping System) autorstwa
Howarda Fishera4 (1963), przeznaczony do przetwarzania, analizy i wizualizacji informacji
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
4
przestrzennych w postaci map tematycznych. Przez następne lata stał się wzorcem
dla kolejnych generacji programów GIS, służąc zastosowaniom cywilnym, m.in.
MAP/MODEL – dla celów planowania, analiz przestrzennych i kartografii automatowej
(Columbia Regional Association of Governments, 1965). W tym okresie w Amerykańskim
Biurze Statystycznym opracowano, stosowany także współcześnie, format zapisu danych
geograficznych GBF-DIME (geographic boundary file – dual independent map encoding,
G. Farnsworth, 1967), stosowany w systemach TIGER i GIRAS. Z Laboratorium Grafiki
Komputerowej Uniwersytetu Harvarda wywodzi się większość pionierów rozwoju
oprogramowania GIS w USA: David Sinton (twórca firmy Intergraph), Jack Dangermond
(założyciel ESRI i twórca ARC/Info), Lawrie Jordan i Bruce Rado (twórcy programu
ERDAS). Pierwsze zastosowania ich programów dotyczyły zagadnień analizy przestrzennej
urbanizacji i planowania regionalnego oraz architektury krajobrazu, ze szczególnym
uwzględnieniem projektowania i symulacji komputerowych. Prace teoretyczne w dziedzinie
systemów geoinformacyjnych dotyczyły przede wszystkim metod prezentacji rzeźby terenu,
geografii ekonomicznej i społecznej oraz teorii ośrodków centralnych. Pojęcie i historia GIS
13 Pojęcie GIS (systemu informacji geograficznej) powstało pod koniec lat 60. Rząd
kanadyjski w celu bardziej efektywnego zarządzania zasobami naturalnymi sfinansował
program opracowania Kanadyjskiego Systemu Informacji Geograficznej (The Canadian
Geographic Information System, CGIS, R. Tomlinson, 1967), pierwszego kompleksowego
systemu informacji przestrzennej o zasięgu ogólnokrajowym. System pełną zdolność
operacyjną osiągnął w 1971 roku po skompletowaniu dostatecznej ilości danych. Okres ten
uznaje się za fazę pionierską rozwoju systemów informacji geograficznej. Równolegle trwały
badania nad zastosowaniem metod numerycznych i wykorzystaniem techniki komputerowej
w bardzo wielu dziedzinach; m.in. w zakresie kartografii automatowej (wspomaganie
komputerowe kartowania), geodezji, przetwarzania obrazów uzyskanych za pomocą technik
teledetekcji, planowania urbanizacji, sieci transportowej, komunikacyjnej czy wykorzystania
zasobów naturalnych. GIS jest między innymi efektem rewolucji ilościowej w geografii
dokonującej się w ciągu ostatnich kilkunastu lat, jak również oczywiście wynikiem
gwałtownego rozwoju informatyki i metod zarządzania bazami danych. Każda z dziedzin
wykorzystujących dane o lokalizacji i cechach obiektów i zjawisk na powierzchni Ziemi
wytworzyła pewne narzędzia analogiczne do funkcji GIS. Rozwój technologii wspomagania
komputerowego projektowania (CAD) w latach 70. XX wieku, techniki komputerowej,
wykorzystanie zdjęć satelitarnych przyspieszyły rozwój oprogramowania GIS. Połączono
bazy danych zawierające graficzne opisy obiektów z opisem tekstowym i numerycznym,
uzyskując dzięki temu nowe możliwości analityczne. Rozwijały się koncepcje analizy
i statystyki danych przestrzennych i modelowania kartograficznego za pomocą narzędzi
oprogramowania komputerowego. Już wtedy, na wczesnym etapie rozwoju GIS, przejawiły
się pewne charakterystyczne cechy, które później uznano za normy rozwoju wszystkich
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
5
technologii informacyjnych. Wiele niezależnych, różnych inicjatyw w zakresie rozwoju
technologii GIS pojawiało się równocześnie lub w bardzo krótkich odstępach czasu
w różnych miejscach, często ignorując się wzajemnie i nie odnosząc się do siebie. Wczesny
rozwój GIS był finansowany z funduszy państwowych i regionalnych. Zjawisko
to zdiagnozował wiele lat później M. Castells w odniesieniu do całej gospodarki
informacyjnej i powstających w jej obrębie technologii informatycznych. Po pierwsze –
początkowy rozwój GIS odbywał się „w bezpiecznym środowisku finansowanym z funduszy
publicznych i stworzonym przez uczonych prowadzących badania z poczuciem misji –
środowisku, które nie tłumiło wolności myślenia i inwencji badaczy. Prywatny biznes nie
mógłby sobie pozwolić na podjęcie tak śmiałego przedsięwzięcia, które przyniosłoby zyski
z (...) dużym opóźnieniem”. Po drugie – użytkownicy technologii są także ich
najważniejszymi producentami. Po trzecie – współczesna rynkowa gospodarka informacyjna
cechuje się zasadą „zwycięzca bierze wszystko”. Ta zasada ujawniła się w rozwoju GIS
dopiero w latach 80. – gdy oprogramowanie systemów informacji geograficznej stało się
towarem rynkowym – „opracowanie innowacji powoduje, że rozwój technologii podąża
ścieżką wytyczoną przez tę innowację, co daje zdecydowaną przewagę jej odkrywcom
i pierwszym użytkownikom” (Castells, 2003). Faza instytucjonalnego rozwoju GIS w latach
1970-1985 (Tomlinson, 1987) stymulowana była dodatkowo przez wzrost zainteresowania
ochroną środowiska i rozwój technik kosmicznych (w 1972 roku umieszczono na orbicie
satelitę Landsat-1), umożliwiających pozyskiwanie obrazów satelitarnych, a więc danych
przestrzennych dla systemów informacji geograficznej. W USA pojawiły się wtedy pierwsze
prywatne firmy oferujące oprogramowanie GIS: ESRI5 (ArcInfo), Intergraph. W połowie lat
80. ukształtowały się pewne standardy pośród istniejących pakietów GIS. Można było
wyróżnić kilka odmiennych grup (Cowen, 1986):
systemy realizujące przetwarzanie informacji geograficznej (process oriented
approach) – złożone ze zintegrowanych w jedną całość procedur, realizujących
zadania systemu;
systemy wyspecjalizowane, stosowane w określonych dziedzinach (application
oriented approach – np. systemy monitorujące zmiany pogody);
systemy o charakterze uniwersalnym (toolbox systems), składające się z luźno
związanych, współpracujących ze sobą procedur, realizujących jednak odmienne
zadania;
systemy współpracujące z bazą danych (database oriented approach), zakładające,
że realizacja wszelkich zadań wiąże się ze współpracą z wewnętrzną lub zewnętrzną
względem GIS bazą danych.
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
6
Podział nie był rozłączny i niektóre systemy geoinformacyjne mogły realizować swoje
funkcje w sposób wspólny dla kilku wyżej opisanych grup. Następnym czynnikiem
stymulującym rozwój GIS jest, trwający do chwili obecnej, gwałtowny rozwój sprzętu
komputerowego (hardware). Postęp technologiczny dotyczył wzrostu mocy i szybkości
procesorów (CPU, zgodnie z prawem Moore’a), szybkości i pojemności dysków – pamięci
trwałych, konstrukcji kolorowych, graficznych, monitorów (CRT i LCD), wprowadzenia
techniki przetwarzania rozproszonego i sieci komputerowych oraz doskonalenia urządzeń
wejścia-wyjścia i peryferyjnych (digitizery, skanery, kolorowe plotery i drukarki –
atramentowe i laserowe). Obecnie także przetwarzania mobilnego (mobile computing) i sieci
bezprzewodowych (WI-FI). Po II wojnie światowej technika po raz kolejny wyprzedziła
naukę w sposób, który wcześniej nie miał miejsca w tradycyjnych badaniach naukowych
(Clarke, 1998). W efekcie w każdej z dziedzin operujących geoinformacją powstawały
odmienne technologie związane z przetwarzaniem informacji geograficznej i zintegrowany
zbiór narzędzi, których wykorzystanie pozwalało na realizację funkcji informacyjnych
w obrębie danej dziedziny. Było to związane z różnym postrzeganiem istoty systemów
geoinformacyjnych i wynikało z przyjmowania różnych definicji GIS określających ich
funkcjonalność. Przez niektórych badaczy (i równocześnie użytkowników) GIS był przede
wszystkim postrzegany jako specjalny przypadek systemów informacyjnych, gdzie baza
danych zawiera atrybuty obiektów rozmieszczonych w przestrzeni. Obiektami w bazie danych
są: obiekty materialne, działania lub zdarzenia, które można zdefiniować w przestrzeni jako
punkty, linie lub powierzchnie, a manipulacje w GIS tymi danymi pozwalają uzyskiwać
informacje ad hoc i analizować te dane (Deuker, 1979). Miał być formą systemu zarządzania
danych MIS (Management Information System) pozwalającym na wyświetlanie map (Devine,
Field, 1986) lub szerzej techniką, która umożliwia przechowywanie, analizę i prezentację
zarówno danych przestrzennych jak i nie przestrzennych (Parker, 1988). Te definicje
zakładały rozwój współczesnych systemów geoinformacyjnych jako części szerszej dziedziny
informatyki, przy czym czerpano by z metodologii nauk o Ziemi. Inni autorzy dostrzegali
przede wszystkim fakt, że GIS jest specyficznym systemem bazy danych, zawierającym część
informacji o współrzędnych lokalizujących obiekty przestrzennie; na nich wykonywane
są procedury w celu uzyskania dostępu do informacji o całościach przestrzennych w bazie
(Smith, 1987); podkreślali równocześnie jego związki z dziedziną systemów informacyjnych
jak i odrębność wynikającą z wbudowanych specyficznych możliwości przetwarzania
zlokalizowanych przestrzennie danych, a także (zbioru) operacji pozwalających na ich analizę
(Star, Estes, 1990). Najczęściej jednak postrzegano GIS funkcjonalnie – jako zbiór narzędzi
techniki komputerowej: zautomatyzowany zbiór funkcji umożliwiający profesjonalistom
zaawansowane możliwości przechowywania, wywoływania, manipulacji i wyświetlania
danych zlokalizowanych geograficznie (Ozemoy, Smith, Sicherman, 1981), podkreślając
dodatkowo możliwości ich transformacji (Burrough, 1986), sprawdzania i analizy (Doe,
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
7
1987), fakt wykorzystania techniki komputerowej (Aronoff, 1989), integrację procedur
(Gaile, Willmott, 1989, Clarke 1990).
„GIS to równocześnie teleskop, mikroskop, komputer i kserokopiarka służąca analizom
regionalnym i syntezie danych przestrzennych” (Abler, 1988). A więc ma być narzędziem
służącym równocześnie badaniom przestrzennym (geograficznym) w mikro-, mezo–
i makroskali, dając także możliwości geomodelowania (Koshkariov, Tikunov, Trofimov,
1989). Zdefiniowanie systemów informacji geograficznej zbiegło się w czasie z ekspansją tej
technologii na rynek komercyjny. Niebagatelną rolę odegrał także znaczny postęp mocy
przetwarzania komputerów osobistych (PC) i wprowadzenie systemów operacyjnych
wyposażonych w graficzne interfejsy użytkownika (GUI – MS Windows, XWindows).
Rozpoczęła się faza komercyjnego rozwoju GIS.
Przydatność oprogramowania geograficznego dostrzegano w zastosowaniach, w których
pełni ono rolę systemu wspomagania decyzji, obejmując zintegrowane dane, zlokalizowane
przestrzennie (Cowen, 1988). Podkreślano aspekt organizacyjny, polegający na tym, że jest to
całość instytucjonalna, odzwierciedlająca strukturę organizacyjną, która integruje technologię
z bazą danych, ekspertyzę oraz ciągłe finansowe wsparcie (Carter, 1989). Przeznaczeniem
GIS jest rozwiązywanie złożonych problemów z zakresu planowania, zarządzania
i (geo)modelowanie (Cowen, NCGiA, 1989). Praktycy uważają, że za element
geograficznego systemu informacji można uznać także personel operacyjny i dane
nadchodzące do systemu (za USGS6 ). Stąd różnorodność i wielość terminów określających
systemy przetwarzające informacje geograficzne:
geobase information system (system informacyjny bazy danych geograficznych);
geo-data system (system danych geograficznych);
spatial information system (system informacji przestrzennej);
geographical data system (geograficzny system danych);
land information system (system informacyjny użytkowania ziemi);
natural resource information system (system informacyjny zasobów naturalnych);
multipurpose cadastral information system (wielozadaniowy katastralny system
informacyjny);
multipurpose land information system (wielozadaniowy system informacyjny
użytkowania ziemi);
image based information system;
market analysis information system (system informacyjny analizy rynku);
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
8
spatial decision support system (przestrzenny system wspomagania podejmowania
decyzji);
urban information system (system informacji o mieście).
Każde z tych określeń przybliża w pewien sposób funkcje, niekiedy zupełnie różne,
realizowane przez poszczególne systemy. Jednak ponieważ punktem wyjścia w każdym
przypadku jest informacja związana ze środowiskiem geograficznym, a także ze względu na
pierwowzór nazwy (Geographic Information System – GIS) w dalszych rozważaniach pojęcie
system geoinformacyjny używane będzie jako deskryptor opisujący ogólnie funkcje
systemów operujących informacją geograficzną.
Niezależnie jednak od różnorodności celów i terminów istnieje we wszystkich
systemach szereg analogicznych funkcji, procedur i algorytmów operujących metodami np.
oceny odległości, porównywania współwystępowania obiektów geograficznych,
przedstawiania ich rozmieszczenia itp. To zorientowanie na przetwarzanie danych
związanych z lokalizacją jest nieodłącznym elementem każdego systemu geoinformacyjnego.
Niekiedy mówi się o przestrzennych bazach danych (spatial databases – Oracle).
Potocznie używa się pojęcia mapy komputerowej (numerycznej, cyfrowej), ale
w operacyjnych definicjach systemów GIS raczej używa się sformułowania: wizualizacja
(obrazowanie, ang. display) danych geograficznych i dotyczy to nie tylko map na ekranie
monitora komputerowego lub ich wydruków, ale również zdjęć lotniczych lub obrazów
satelitarnych z nałożoną symboliką kartograficzną map i wmontowanymi
zmniejszeniami zdjęć fotograficznych powierzchni ziemi (ortofotomapy) lub wykresami
graficznymi obrazującymi zjawiska nieuchwytne dla aparatury teledetekcyjnej (ekonomiczne,
społeczne, itp.). W systemach geoinformacyjnych dostrzega się aspekt organizacyjny
(instytucjonalny). Jest to punkt widzenia pozwalający na oddzielenie samej technologii
i oprogramowania od danych i od organizacji sposobu udostępniania informacji. Można
wyraźnie rozróżnić fakt istnienia oprogramowania w zakresie baz danych i oprogramowania
geograficznego oraz uruchomione i działające systemy (baz danych) geoinformacji.
W gospodarce cyfrowej ocenia się, że łańcuch wartości dodanej przesuwa się w kierunku
systemów dystrybucji informacji kosztem wartości samej informacji (Castells, 2003). Ważny
jest zarówno sposób organizacji (łatwość) udostępniania, operowania i wizualizacji oraz
metainformacja jak i sama geoinformacja. W ten sposób oprogramowanie komputerowe
stanowi jedynie potencjalne narzędzie lub zbiór narzędzi do tworzenia systemów
geoinformacyjnych jako zintegrowanych systemów złożonych z jednego lub wielu
współdziałających razem programów komputerowych, zorganizowanych w taki sposób, aby
umożliwić użytkownikom ciągły dostęp i przetwarzanie informacji (obecnie często w sieci
teleinformatycznej), służąc jasno zdefiniowanym celom. Z drugiej strony sposoby i metody
przetwarzania danych o samych obiektach geograficznych i cele systemów znacznie się
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
9
różnią. Na początku lat 90. w holenderskim Ośrodku Ekspertyzy GIS (NeXpri) w Utrechcie
wyróżniono 12 dziedzin, zbieżnych z systemami GIS:
1. GIS/AM – automated mapping – wspomaga prace kartograficzne; jest narzędziem
kartografii automatowej.
2. GIS/CAD – computer aided design – wspomaganie komputerowe projektowania w takich
dziedzinach jak urbanistyka lub kształ- towanie krajobrazu. Systemy zwane SCAD (spatial
CAD) zawierają i przetwarzają dane w geograficznych układach odniesienia, wykorzystując
różnorodne techniki edycji, wizualizacji i prezentacji. Z reguły zawierają także subsystemy
AM.
3. GIS/DOC – document processing – systemy umożliwiające przetwarzanie informacji
z dokumentów źródłowych (map, zdjęć, obrazów satelitarnych, plików danych), jak również
ankiet statystycznych lub dokumentów geodezyjnych.
4. GIS/DSS – decision support systems – systemy wspomagające podejmowanie decyzji. GIS
od początku jest narzędziem badań i polityki zorientowanej na monitorowanie, analizę,
symulację i planowanie (Harts J.J., Henk F.L., Henk J.S.,1990).
5. GIS/EXP – expert systems – systemy diagnostyczne, wyspecjalizowane, sumujące
i wykorzystujące nieomal pełną wiedzę oraz podsuwające moż- liwe warianty rozwiązań
w zakresie określonej (ale wąskiej) dziedziny.
6. GIS/FM – facility management – systemy wspomagające zarządzanie i planowanie
w zakresie szeroko rozumianej infrastruktury i usług publicznych.
7. GIS/IMAGE – earth image processing – wyspecjalizowane systemy przetwarzające dane
o powierzchni Ziemi, przede wszystkim związane z analizą obrazów uzyskanych za pomocą
technik zdalnej rejestracji.
8. GIS/LIS – land information systems – są narzędziem działalności o charakterze prawno-
administracyjnym (w Polsce upowszechnił się termin SIT – system informacji o terenie).
9. GIS/MODEL – spatial modelling – jest narzędziem szeroko rozumianej analizy
i modelowania przestrzennego. Modelowanie cyfrowe może dotyczyć zarówno intensywności
procesów (np. rozwoju sieci transportowej) jak i obiektów (np: rzutowania obrazu
trójwymiarowego fragmentu terenu na ekran monitora).
10.GIS/SA – spatial analysis – analiza przestrzenna jest najściślej związana z metodami
badawczymi stosowanymi w geografii.
11.GIS/STAT – geostatistics – systemy przetwarzające i obrazujące dane (geo)statystyczne.
12.GIS/VISION – animation systems – systemy wykorzystujące technikę animacji
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
10
komputerowej do obrazowania danych geograficznych.
W praktyce większość systemów geoinformacyjnych realizuje jedynie kilka wybranych
funkcji i zależy to przede wszystkim od celu, do jakiego dany system został skonstruowany.
Ta różnorodność celów i funkcji powoduje, że systemy uniwersalne operują pojęciem
„skrzynki z narzędziami” (toolbox) na określenie zbioru luźno ze sobą związanych procedur
przetwarzających dane geograficzne. Istotnym składnikiem GIS jest cyfrowa geograficzna
baza danych. Składa się ona z dwóch części zawierających dwa różne rodzaje danych:
o lokalizacji (dane przestrzenne) oraz związane z cechami obiektów geograficznych (atrybuty
nieprzestrzenne). Baza danych wyodrębniona jest przez to, że posiada własne, niezależne od
systemu geoinformacyjnego, procedury. Może być usytuowana wewnątrz, tzn. dostęp do niej
jest możliwy tylko poprzez system informacji geograficznej, lub na zewnątrz. Wtedy stanowi
odrębny program komunikujący się jedynie z GIS. Często jednak stosowane są rozwiązania,
w których dane o lokalizacji i identyfikacja obiektów przechowywane są przez bazę
wewnętrzną, a pozostałe dane przez bazę zewnętrzną względem GIS, natomiast system
geoinformacyjny zapewnia do nich dostęp.
3.2. Moduły oprogramowania systemu geoinformacyjnego
System geoinformacyjny składa się z kilku grup programów (modułów) realizujących
odrębne funkcje. Są to (Burrough, 1986):
procedury wprowadzania i weryfikacji danych wejściowych,
procedury zarządzania i przetwarzania w obrębie bazy danych,
procedury przetwarzania i analizy geograficznej danych,
procedury wyjściowe: prezentacji graficznej, kartograficznej i tekstowej danych,
procedury porozumiewania się z użytkownikiem.
Danymi wejściowymi do systemu geoinformacji mogą być wszystkie informacje
zebrane w dowolnej formie: mapy, zdjęcia fotograficzne, lotnicze, obrazy satelitarne, ankiety
statystyczne, dokumenty z badań geodezyjnych, jak również wszelkiego rodzaju informacje
w postaci zapisu cyfrowego (pliku danych).
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
11
Rys. 3.1 Dane wejściowe w systemach geoinformacji
Wprowadzanie danych w pracy z GIS jest jednym z najważniejszych etapów. Trzeba
pamiętać, że błąd lub niedokładność informacji na wejściu jest zwielokrotniona w trakcie
przetwarzania danych. Źródłem błędów lub niedokładności może być wykorzystanie
nieaktualnych danych, zbyt mała gęstość obserwacji (np. terenowych), niekompletna
informacja, wykorzystanie mapy w zbyt małej skali jako dokumentu źródłowego lub błąd
związany z lokalizacją geograficzną. Trzeba także brać pod uwagę dokładność informacji
wynikającą z wielokrotnego pomiaru naturalnego zróżnicowania zjawisk (np. pomiary
temperatury powietrza) oraz możliwość pomyłki w trakcie samego wprowadzania danych
przez użytkownika lub źle wyregulowane urządzenie wejścia. Zapis cyfrowy informacji
w postaci pliku staje się częścią bazy danych: zbioru uporządkowanej w określony sposób
informacji. Dostęp do niej zapewnia system zarządzania bazą danych (DBMS – database
management system), realizujący także funkcje porządkujące w obrębie zbioru danych. Baza
danych może być zorganizowana w różny sposób: relacyjnie, hierarchicznie, sieciowo lub
zorientowana obiektowo. Procedury przetwarzania i analizy geograficznej dokonują się na
uporządkowanych danych wywołanych z bazy. Mogą być realizowane zarówno na atrybutach
nie przestrzennych jak i danych dotyczących lokalizacji, osobno lub w odpowiednich
zestawieniach. Duża część procedur jest wspólna dla większości systemów
geoinformacyjnych (np. zmiana skali, odwzorowania kartograficznego, operacje logiczne,
matematyczne – m.in. obliczanie pola powierzchni lub obwodu). Cyfrowa geograficzna baza
danych o dwoistym charakterze i specyficzne algorytmy procedur oparte na rozwiązaniach
metodologicznych geografii to główne wyróżniki GIS od innych systemów
(oprogramowania). Kluczowym zagadnieniem wykorzystania oprogramowania GIS pozostaje
jakość i ilość danych. Początkowo uzyskiwano je z map papierowych (wektorowo w procesie
digitalizacji lub w sieci pól podstawowych – raster). Zakładano, że reprezentacja
(karto)graficzna danych pozwala zrozumieć obrazowane na mapach zjawiska. Współcześnie
korzysta się z wielu rozproszonych źródeł danych, także z danych uzyskiwanych w czasie
rzeczywistym, co ma istotny wpływ na dalszy rozwój oprogramowania GIS. Czy jednak
rzeczywiście fakt, że można zobrazować o wiele więcej danych, pozwala uzyskać większą
wiedzę o środowisku geograficznym? W 1980 roku w laboratorium grafiki komputerowej
Uniwersytetu Harvarda sformułowano dwa pytania i zbiór odpowiedzi pozwalających
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
12
wyznaczyć rozwój GIS do chwili obecnej (a może i w przyszłości). Opierały się one
na założeniu, że produktem pracy geografa jest mapa i ewentualnie komentarz do niej
w postaci opisu słownego, tabeli statystycznej, formuły matematycznej itp. Pierwszym
pytaniem było: Do czego służy mapa? Odpowiedzi obejmowały m.in.(Marble,1980):
rozwiązywanie problemów geograficznych takich jak:
o wybór najkrótszej drogi (po warunkiem, że...),
o uzyskiwanie informacji (gdzie to jest, jak się nazywa),
o przechowywanie informacji (mapa jest zbiorem zakodowanych informacji),
o obliczenia azymutów i odległości,
komunikowanie się (opis drogi, obszaru),
orientowanie się (gdzie w danej chwili jesteśmy),
percepcję zjawisk (np. zasięg obszaru zagrożenia),
prezentację informacji (służącej np. przekonaniu kogoś).
Te funkcje mapy realizują nieomal wszystkie systemy geoinformacyjne.
Do przedstawiania obrazu powierzchni Ziemi powszechnie używa się map. Posiadają one
jednak szereg ograniczeń. Rozwijając powierzchnię kuli na płaszczyźnie nie da się, bowiem,
uniknąć powstania deformacji. Odwzorowanie kartograficzne powstaje na skutek
przeniesienia siatki geograficznej na płaszczyznę, w efekcie czego powstaje siatka
kartograficzna.
Rys. 3.2 Typy odwzorowań kartograficznych w zależności od położenia płaszczyzny
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
13
3.3. Informacja geograficzna – geoinformacja – geoinformatyka
Wykorzystanie oprogramowania GIS, na pograniczu geografii i informatyki, stworzyło
potrzebę sformalizowania szeregu pojęć geograficznych, a następnie konieczność uściślenia
metod wykorzystywanych w badaniach zjawisk przestrzennych. Wykorzystanie narzędzi
oprogramowania komputerowego pozwala na uzyskanie innego punktu widzenia i być może
odmiennego obrazu „faktów geograficznych”, organizacji przestrzennej, społeczeństwa.
Dlatego też pojawiła się interpretacja pojęcia GIS jako nauki o informacji geograficznej
(Geographic Information Science – GISc, M.F.Goodchild, 1997, geomatique – geomatyki).
W Polsce używa się także pojęć geoinformacji i geoinformatyki. W dalszej perspektywie
rozwój systemów informacji geograficznej powinien czerpać z badań naukowych, jeżeli
miałby stać się interdyscyplinarną dziedziną – nauką o informacji geograficznej.
Geoinformację postrzega się przede wszystkim jako informację przestrzenną, dotyczącą
środowiska geograficznego – obiektów w otoczeniu człowieka. Dotyczy ona położenia oraz
przestrzennych relacji i geometrycznych właściwości obiektów identyfikowanych
w odniesieniu do Ziemi.
Są to naturalne i sztuczne (antropogeniczne), obiekty znajdujące się w granicach epigeosfery,
jak również różnorodne zjawiska przyrodnicze, ekonomiczne i społeczne. Geoinformacja
może przejawiać się jako informacja tekstowa (opisowa), wizualna (lub nawet dźwiękowa),
powiązana z konkretnym miejscem w przestrzeni geograficznej – zawiera ona współrzędne
położenia geograficznego lub dane umożliwiające precyzyjną lokalizację obiektu (także
topologiczną – względem innych). Dane przestrzenne (geograficzne, geokodowane, dane
georeferencyjne) dotyczą liczb i informacji związanych z wybraną cechą obiektu
geograficznego.
Geoinformatyka to część informatyki, która wiąże się z przetwarzaniem geoinformacji.
Wiąże się przede wszystkim z projektowaniem efektywnych algorytmów przetwarzania
i struktur zapisu danych geokodowanych. Rozumiana w szerszym znaczeniu, jest dziedziną
informatyki obejmującą także organizacyjną, sprzętową i programową obsługę systemów
geoinformacyjnych, doradztwo, konsultację i szkolenie w zakresie GIS.
W szczególności zaś geoinformatyka obejmuje tworzenie projektów geograficznych baz
danych i map cyfrowych (numerycznych), produkcję map cyfrowych, implementację baz
danych oraz wykonywanie specjalistycznych aplikacji dla systemów geoinformacyjnych.
W projekcie Varenius wyodrębniono szereg problemów – strategicznych obszarów dla
dalszego rozwoju nauki o informacji geograficznej. Są to przede wszystkim (NCGIA,
M.F.Goodchild, 1997):
1. Modele poznawcze przestrzeni geograficznej – związane z percepcją przestrzeni
przez człowieka. Wynikiem są pewne wspólne dla wszystkich ludzi zachowania
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
14
w interakcji z przyrodą i w społeczeństwie. Istnieją także indywidualne różnice –
wynikające między innymi np. z przygotowania zawodowego. Aby GIS stał się
rzeczywiście uniwersalnym narzę- dziem – oprogramowanie geograficzne musi stać
się na tyle przyjazne, aby pojawiało się w postaci dostępnej dla każdego użytkownika
– realizując właśnie te wspólne dla wszystkich ludzi funkcje percepcji.
2. Zagadnienie konstrukcji algorytmów w programach komputerowych –
odzwierciedlających pojęcia geograficzne: większość algorytmów realizujących
funkcje systemów informacji geograficznej została skonstruowana przy założeniu,
że z oprogramowania będzie korzystał użytkownik wykwalifikowany – informatyk,
geodeta, kartograf, geograf – wymagający precyzyjnej lokalizacji, zdefiniowanych
zasięgów geograficznych i pełnej informacji o analizowanych zjawiskach. Konieczne
jest opracowanie takiej reprezentacji zjawisk geograficznych, aby była pojmowana
intuicyjnie przez innych użytkowników, nie będących specjalistami.
3. Geografia społeczeństwa informacyjnego – rozwój technologii związanej
z informacją geograficzną spowodował pojawienie się problematyki identyfikacji jej
pozytywnych i negatywnych skutków dla poszczególnych osób, organizacji i firm oraz
społeczeństwa. Pozytywnych – zwią- zanych z uzyskiwanymi korzyściami
gospodarczymi, prawnymi, politycznymi. Negatywnych (jeszcze nie do końca
rozpoznanych), być może związanych z ochroną prywatności jednostki, koniecznością
uporządkowania i dostępu do ogromnego wprost zbioru informacji i metainformacji.
Geografia społeczeństwa informacyjnego wymaga stworzenia pewnych mierników
związanych z jakością i adekwatnością informacji dla użytkownika, co wiąże się
z właściwym rozpoznaniem oraz opisaniem procesów, które towarzyszą komunikacji
i jej znaczeniu semantycznemu.
3.4. GIS a polityka państwa w zakresie technologii informacyjnych
Obecnie najważniejszym użytkownikiem danych geoinformacyjnych są urzędy
administracji państwowej i samorządowej. W dalszej kolejności są to organizacje
ponadnarodowe działające w różnych dziedzinach społecznych, gospodarczych
i kulturalnych. Równolegle wytworzyły się nisze rynkowe: komercyjna (handel, produkcja),
edukacyjna (szkoły, uczelnie) oraz naukowa. Te segmenty rynku systemów
geoinformacyjnych przeplatają się. Każdy z nich jest odbiorcą oprogramowania
geograficznego, a równocześnie dostawcą: danych, map cyfrowych i (specyficznych)
aplikacji, które same w sobie stanowią wartość dodaną. Równocześnie wzrost gospodarczy
i stan wiedzy naukowej społeczeństw zależy współcześnie od możliwości wykorzystania
i połączenia dwóch technologii informacyjnych: zautomatyzowanej łączności i techniki
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
15
komputerowej w celu przezwyciężenia bariery odległości między ludźmi, rozszerzenia
naturalnego zakresu zmysłów ludzkich oraz dostarczenia możliwości przetwarzania
informacji i pobudzenia potencjału intelektualnego ludzi. Funkcjonują one w ramach
teleinformatyki. Wysoko rozwinięte gospodarczo państwa formułują szereg zadań
ułatwiających i stymulujących tę dziedzinę, składających się na politykę w zakresie
technologii informacyjnych. Jednym z elementów polityki państw w obrębie teleinformatyki
jest wykorzystanie systemów geoinformacyjnych w powiązaniu z dostępem do sieci internetu
Można zdefiniować kilka głównych wątków, wiążących się z rozwojem społeczeństwa
opartego na wiedzy. W każdym z nich systemy geoinformacyjne odgrywają ważną rolę.
Są to (4Cs, d’Haenes, Proulx, 2000):
istnienie wirtualnych społeczności (w sieci) i ich relacje z rzeczywiście, geograficznie
istniejącymi społecznościami (community);
wytwarzanie i obrona powszechnego dostępu do elektronicznej, publicznej przestrzeni
(„cyberprzestrzeni”) jako dobra powszechnego (common);
dynamiczne udostępnianie interaktywnej informacji (content),
zwielokrotnienie (jakościowe i ilościowe) dróg dostępu do sieci, ale odpowiadające
specyfice danych społeczności wirtualnych i geograficznych (carrier).
3.5. Struktura danych GIS
Pomimo różnorodności celów przetwarzania, we wszystkich GIS punktem wyjścia są
dane związane z lokalizacją obiektów geograficznych. Opisy obiektów geograficznych
zasadniczo składają się z dwóch części, zawierających dwa różne rodzaje danych:
1. Dane przestrzenne mogą zawierać informacje zarówno o kształcie i lokalizacji
bezwzględnej poszczególnych obiektów w wybranym układzie odniesienia, jak
również o ich rozmieszczeniu wzajemnym względem innych obiektów (topologia), te
z kolei dzielą się na:
dyskretne;
ciągłe;
oraz
rastrowe (prezentacja obrazu za pomocą pionowo-poziomej siatki
odpowiednio kolorowanych pikseli na monitorze komputera, drukarce lub innym
urządzeniu wyjściowym);
wektorowe (punkty, linie, poligony - obraz opisany jest za pomocą figur
geometrycznych (w przypadku grafiki dwuwymiarowej) lub brył geometrycznych
(w przypadku grafiki trójwymiarowej), umiejscowionych w matematycznie
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
16
zdefiniowanym układzie współrzędnych, odpowiednio dwu- lub
trójwymiarowym);
wektorowo-rastrowe;
2. Dane opisowe (zwane także danymi nieprzestrzennymi lub atrybutowymi) – opisujące
cechy ilościowe lub jakościowe obiektów geograficznych nie związane z ich
umiejscowieniem w przestrzeni.
Uzupełnieniem informacji o obiektach świata rzeczywistego reprezentowanych w bazie
danych jest symbolika, tj. graficzny opis postaci, w jakiej obiekty te mają być przedstawiane
użytkownikowi.
Istotnym składnikiem GIS jest cyfrowa geograficzna baza danych. Zawiera ona opis
poszczególnych obiektów geograficznych. Baza danych przestrzennych jest zazwyczaj ściśle
zintegrowana z pozostałymi modułami funkcjonalnymi GIS, tzn. dostęp do niej jest możliwy
tylko poprzez GIS. Alternatywnym rozwiązaniem jest usytuowanie jej na zewnątrz systemu.
Wówczas stanowi ona odrębny system, komunikujący się z GIS poprzez dostęp do wspólnych
zbiorów danych. Często stosowane są rozwiązania, w których dane o lokalizacji (rozszerzone
o identyfikatory) obiektów geograficznych wraz z ich opisem graficznym przechowywane są
przez wewnętrzną bazę danych, natomiast dane atrybutowe przez bazę zewnętrzną względem
GIS. Rolę tę z powodzeniem może spełniać dowolny system zarządzania baz danych
ogólnego zastosowania. Połączenie pomiędzy poszczególnymi typami danych opisujących
konkretny obiekt geograficzny zapewnione jest dzięki istnieniu unikalnego identyfikatora,
nadawanego obiektowi w procesie wprowadzania danych.
3.6. Moduły funkcjonalne oprogramowania GIS
1. Wprowadzanie danych:
Źródłem danych wejściowych dla GIS mogą być wszystkie informacje, zebrane
w dowolnej formie: mapa, ortofotomapa (zdjęcie lotnicze), obraz satelitarny, ankiety
statystyczne, dokumenty z pomiarów geodezyjnych i obserwacji terenowych, jak również
wszelkiego rodzaju informacje zapisane w postaci cyfrowej. Dane wprowadzać można
za pomocą skanerów. Umożliwia natychmiastową wektoryzację danych, z drugiej zaś strony
metoda ta jest wysoce czasochłonna, a co za tym idzie – droga. Innym rozwiązaniem jest
wektoryzacja map i dokumentów po uprzednim ich zeskanowaniu. Wektoryzacja jednak jest
procesem bardzo złożonym. Żadna metoda nie pozwala jednak na pełną automatyzację.
Atrybuty nieprzestrzenne w bazie danych geograficznych, to zbiór nazw i liczb, cech
jakościowych lub ilościowych obiektów. Dla przykładu, droga może być wprowadzona
do geograficznej bazy danych jako ciąg punktów (w przypadku wykorzystywania rastrowego
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
17
formatu zapisu danych) bądź jako macierz (ciąg wektorów). Ponadto droga ta może
charakteryzować się ustalonym sposobem prezentacji graficznej w systemie, określonym
przykładowo przez takie cechy, jak kolor, grubość, rodzaj linii. Sposób prezentacji graficznej
obiektu może w pewnym stopniu wyrażać część przyporządkowanych mu atrybutów
nieprzestrzennych (i tak np. dla drogi – jej grubość lub kolor mogą odpowiadać gęstości ruchu
na niej lub rodzajowi nawierzchni). Niemniej jednak w przypadku wprowadzenia większej
liczby cech składających się na atrybuty nieprzestrzenne obiektu, wskazane jest ich
wyodrębnienie. Pozwala to na uproszczenie przetwarzania danych. Źródłem tych danych
mogą być raporty i rocznik statystyczny, książka adresowa, słowniki nazw geograficznych
itp. Akwizycja i rejestracja tych danych jest także procesem czasochłonnym; przyczyną tego
jest ich duża ilość. W GIS często importuje się dane nieprzestrzenne z innych systemów.
2. Zarządzanie bazą danych:
Dostęp do zbiorów danych zapisanych w postaci cyfrowej zapewnia system zarządzania
bazą danych. Oferuje on między innymi procedury dopisywania, wyszukiwania, aktualizacji
i porządkowania danych. W zależności od przyjętego logicznego modelu danych, baza może
mieć różną strukturę: hierarchiczną, sieciową, relacyjną, lub może być zorientowana
obiektowo. Niezależnie jednak od sposobu konstrukcji bazy danych, jej zasadniczymi
jednostkami są zazwyczaj rekordy składające się z pól. Rekordy te reprezentują poszczególne
obiekty geograficzne lub kartograficzne, natomiast ich pola odpowiadają atrybutom.
Głównym celem stawianym przed systemem zarządzania geograficzną bazą danych jest
umożliwienie szybkiego dostępu do danych. Można wyobrazić sobie, że zbiór obiektów
jednej klasy tworzy podkład (warstwę) mapy. W ten sposób model mapy analogowej
w zapisie cyfrowym wygląda, jak gdyby nałożono na siebie szereg folii, podkładów o różnym
zakresie tematycznym. Rozdział obiektów na poszczególne warstwy dokonywany jest
w procesie rejestracji danych przestrzennych. Czym innym jest jednak fizyczna alokacja
i rozmieszczenie plików w pamięci komputera, a czym innym jej pojęciowa logiczna
konstrukcja ułatwiająca użytkownikowi dostęp do żądanych informacji. Przekładnię między
tymi dwoma aspektami – technicznym i logicznym – zapewniają odpowiednie procedury
zarządzania systemem bazy danych. Tak jak tematyczna organizacja bazy operuje pojęciem
warstwy (podkładu, pokrycia) zawierającego obiekty, tak organizacja danych przestrzennych
według lokalizacji operuje pojęciem regionu (strony). Baza danych jest wówczas dzielona na
części, w których umieszczone są obiekty geograficzne sąsiadujące ze sobą na powierzchni
Ziemi. Strony te mogą się dodatkowo dzielić.
3. Wprowadzanie i obrazowanie danych:
Wyprowadzanie danych polega na ich przedstawianiu w formie zrozumiałej dla
użytkownika lub w formie umożliwiającej ich transfer do innego systemu przetwarzania.
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
18
Najczęściej wykorzystywaną formą prezentacji danych w geograficznych systemach
informacyjnych jest ich wyświetlenie na monitorze w postaci graficznej przypominającej
mapę. Użytkownik dokonuje wyboru obiektów, które mają zostać wyświetlone. Kryterium
wyboru obiektów może być m.in. ich lokalizacja lub wartość atrybutów. W trakcie
wyświetlania mapy cyfrowej możliwa jest zmiana sposobu prezentacji graficznej
poszczególnych obiektów lub ich grup. Ponadto zazwyczaj dostępne są takie operacje, jak
powiększanie i pomniejszanie fragmentu mapy, zmiana kolorów, zmiana usytuowania
napisów opisujących obiekty na mapie. Do zaawansowanych technik wizualizacji zaliczyć
należy możliwość prezentacji trójwymiarowej.
3.7. Praktyczne zastosowanie GIS w telekomunikacji i transporcie
Orange Polska SA wykorzystuje GIS w wielu obszarach swojej działalności. Dwa
podstawowe z nich to sieć mobilna i stacjonarna. Mimo że zadania wynikające ze specyfiki
tych dwóch dziedzin są różne, sieci te współpracują ze sobą. Jest to w dużej mierze możliwe
dzięki wykorzystaniu w codziennej pracy oprogramowania firmy Esri, zarówno ArcGIS for
Desktop do analiz przestrzennych, jak i ArcGIS for Server do rozwiązań serwerowych
i aplikacji internetowych.
Efektywne zarządzanie relacjami z klientami stanowi niewątpliwie jeden z głównych
warunków powodzenia w działalności każdej firmy. Odpowiedni dobór narzędzi
informatycznych, które będą w stanie we właściwy sposób wspomagać ten proces,
uwzględniając specyfikę działalności firmy, jest w dobie powszechnej informatyzacji jednym
z kluczowych czynników warunkujących odniesienie sukcesu. MapViewer to przykład
systemu IT opartego na GIS-owych rozwiązaniach firmy Esri, który z powodzeniem jest
wykorzystywany w codziennej pracy Orange Polska. W 2014 roku przeszedł on gruntowny
refaktoring i został wyposażony w nowy moduł mapowy, zrealizowany przy wykorzystaniu
produktu ArcGIS for Server Esri. System jest w naszej firmie wykorzystywany przez blisko
4 tys. użytkowników, głównie w ramach Orange Customer Service, Service Management
Center i w salonach sprzedaży. MapViewer jest używany przede wszystkim do technicznej
obsługi zgłaszanych przez klientów problemów związanych z funkcjonowaniem usług
mobilnych. Część typu workflow realizuje logikę biznesową związaną z obsługą zgłoszeń
klientów, a część informacyjna zawiera dane o aktualnym stanie naszej sieci mobilnej.
To właśnie część informacyjna systemu MapViewer bazuje na możliwościach, jakie daje GIS.
Oprócz listy bieżących incydentów (awarii lub prac planowych) mających wpływ
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
19
na funkcjonowanie infrastruktury i usług sieci mobilnej, system MapViewer zawiera również
okno mapowe. W oknie tym prezentowane są m.in. aktualne zasięgi w poszczególnych
technologiach, obszary pogorszonej jakości świadczenia usług sieci mobilnej, rozmieszczenie
aktywnych stacji bazowych (także tych objętych aktualnie awariami i pracami planowymi)
oraz informacje o stacjach bazowych planowanych do uruchomienia i niedawno wyłączonych
z obsługi. MapViewer z jednej strony zawiera szeroki zbiór danych o bieżącym stanie sieci
mobilnej, a z drugiej – mechanizmy pozwalające na ich graficzną prezentację w konkretnym
położeniu geograficznym. Mając do dyspozycji takie narzędzie, konsultant prowadzący
rozmowę z klientem w trakcie obsługi zgłoszenia jest w stanie już na etapie pozyskiwania
informacji o lokalizacji klienta ocenić:
jaki jest aktualny zasięg dla danej technologii w obrębie lokalizacji klienta,
jak rozmieszczone są najbliższe stacje bazowe w poszczególnych technologiach,
czy najbliższe stacje bazowe nie są aktualnie objęte awarią lub pracą planową mającą
wpływ na świadczenie usług mobilnych,
czy w lokalizacji miało w ostatnim czasie miejsce wyłączenie stacji bazowej dla danej
technologii,
czy lokalizacja nie leży w tzw. obszarze pogorszonej jakości świadczenia usług,
czy w okolicy lokalizacji planowane jest w niedalekiej przyszłości uruchomienie nowej
stacji bazowej w konkretnej technologii.
Wiedza, której MapViewer dostarcza konsultantowi praktycznie w czasie
rzeczywistym, pozwala na sprawną i prowadzoną na wysokim poziomie obsługę klienta,
przyczyniając się tym samym do wzrostu jego satysfakcji.
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
20
Rys. 3.3 Okno mapowe systemu MapViewer – zasięg LTE i stacje bazowe w Katowicach
W roku 2013 Urząd Lotnictwa Cywilnego (ULC), zdając sobie sprawę z własnych
ograniczeń kadrowych i czasowych oraz ze znaczenia aktualnej i dokładnej informacji
o przeszkodach lotniczych, dla bezpieczeństwa wykonywania operacji lotniczych wdrożył
rozwiązanie, którego głównym celem było poszerzenie kręgu osób weryfikujących bazę
danych o trasowych przeszkodach lotniczych na obszarze Polski o grono znacznie większe
niż tylko pracownicy urzędu. Opracowany w tym celu i opublikowany na oficjalnej stronie
ULC serwis mapowy Aeronautical obstacles of Poland, zbudowany na bazie ArcGIS Online,
umożliwia każdemu przekazanie informacji na temat błędnego lub niedziałającego
oznakowania przeszkód lotniczych lub – co istotniejsze – poinformowanie o niezgłoszonej
przeszkodzie.
Precyzyjna i aktualna informacja o istnieją- cych przeszkodach lotniczych ma bardzo
duże znaczenie dla bezpieczeństwa żeglugi powietrznej. Konieczność pozyskiwania takich
informacji podkreśla między innymi fakt, że ustanowiony został obowiązek prawny, jaki
zgodnie z rozporządzeniem w sprawie sposobu zgłaszania i oznakowania przeszkód
lotniczych spoczywa na właścicielach obiektów o wysokościach 100 m nad poziomem terenu
lub wyższych (przeszkody trasowe) lub takich obiektów, które przebijają powierzchnie
ograniczające zabudowę wynikające z rozporządzenia w sprawie warunków, jakie powinny
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
21
spełniać obiekty budowlane oraz naturalne w otoczeniu lotniska (przeszkody lotniskowe).
Właściciele takich obiektów powinni powiadamiać o nich właściwe organy cywilne
i wojskowe. Zgłoszenia nowych lub zmiany informacji o istniejących przeszkodach (wraz
z opisem ich oznakowania) trafiają do Urzędu Lotnictwa Cywilnego (ULC). Nadesłane
informacje są weryfikowane, wprowadzane do zbioru danych, a następnie przekazywane
do Polskiej Agencji Żeglugi Powietrznej (PAŻP) w celu dalszej weryfikacji i publikacji
w Zbiorze Informacji Lotniczej (ang. AIP). Dzięki temu procesowi informacje
o przeszkodach lotniczych trafiają do głównych zainteresowanych, czyli pilotów.
Rys. 3.4 Interfejs serwisu online przedstawiającego przeszkody lotnicze na terenie Warszawy
ULC wciąż rozwija omawiany serwis, dążąc do spełnienia międzynarodowych
przepisów dotyczących lotnictwa cywilnego w zakresie elektronicznej mapy o terenie
i o przeszkodach lotniczych (tzw. projekt eTOD – electronic Terrain and Obstacle Datasets).
Treść związana z przeszkodami jest już wprowadzana do serwisu. Trwają prace nad
pojawieniem się w nim również dostępnych dla obszaru Polski danych numerycznych
o terenie wraz z informacjami o ich dokładności i aktualności.
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
22
4. Oprogramowanie ArcGIS
Rys. 4.1. Widok interfejsu oprogramowania ArcGIS
Rys. 4.2. ArcToolbox – możliwości odnalezienia narzędzia
- Powiększanie, Pomniejszanie obszaru
- Przesuń (może być również na pasku narzędziowym Kompozycja)
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
23
- Pełen zasięg widoku
- Wybierz elementy
- Informacja o obiekcie
- Zakładki
- Widok danych, Widok kompozycji
- Powiększ (na pasku narzędziowym Kompozycja)
- Pokaż całą stronę (na pasku narzędziowym Kompozycja)
- Zmień kompozycję (na pasku narzędziowym Kompozycja)
- Powiększ do 100% (na pasku narzędziowym Kompozycja)
5. Wykaz użytych skrótów
Dla zwiększenia przejrzystości wprowadzono poniższe skróty oraz oznaczenia graficzne,
które zostały wykorzystane w tekście instrukcji:
- zapisz przebieg na dysku,
- pytanie, na które odpowiedź musi znaleźć się w sprawozdaniu.
6. Przebieg ćwiczenia
1.1 Zapoznaj się z budową stanowiska laboratoryjnego. Otwórz folder Telekomunikacja
znajdujący się na Pulpicie. Skopiuj (NIE WYTNIJ!) z niego folder DESK1
bezpośrednio na Pulpit, zastąp poprzedni folder.
1.2 Uruchom aplikację ArcMap.
a) Kliknij Cancel, żeby zamknąć wybór map.
b) W oknie Katalog kliknij prawym przyciskiem myszy na Folder Connections,
następnie Connect to Folder i wybierz z Pulpitu folder DESK1, kliknij OK.
Otwórz z folderu DESK1, Ćwiczenie04 – PL_populacja_04.mxd.
c) Powiększ widok do pełnego zasięgu .
d) Dokument mapy zawiera trzy ramki danych: Polska, Woj._mazowieckie
i Woj._dolnośląskie. Ramka danych Polska zawiera dwie warstwy:
Warstwa Województwa przechowuje obiekty 16 województw;
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
24
Warstwa Całkowita liczba ludności w Polsce zawiera dane o liczbie ludności dla
wszystkich powiatów w Polsce.
e) W Tabeli zawartości (Table of contents) kliknij prawym przyciskiem myszy
warstwę Województwa i odznacz Etykietuj Obiekty (Label Features).
1.3 Praca z ramką danych.
a) Kliknij warstwę Województwa i przytrzymując na klawiaturze wciśnięty klawisz
CTRL, kliknij warstwę Całkowita liczba ludności w Polsce. Kliknij prawym
przyciskiem myszy jedną z warstw i wybierz Kopiuj (Copy). Kliknij prawym
przyciskiem myszy ramkę danych Woj._mazowieckie i wybierz Wklej Warstwy
(Paste Layers). Stosując tę samą technikę wklej skopiowane warstwy do ramki
danych Woj._dolnośląskie.
b) Kliknij prawym przyciskiem myszy ramkę danych Woj._mazowieckie
i wybierz Uaktywnij (Activate). Zastosuj narzędzie Powiększ, aby powiększyć
obszar województwa mazowieckiego. Uaktywnij ramkę Woj._dolnośląskie.
Powiększ obszar województwa dolnośląskiego. Uaktywnij ponownie ramkę
danych Polska. Z menu Zakładki wybierz zakładkę Polska.
1.4 Porównanie widoku danych z widokiem kompozycji.
a) Menu Widok (View) u góry interfejsu zawiera polecenia, które są zgodne
z przyciskami umieszczonymi w dolnej części okna aplikacji ArcMap. Z menu
Widok (View) wybierz polecenie Widok Danych (Data View).
b) Analogicznie wybierz polecenie Widok Kompozycji (Layout View).
Czym różni się Widok danych od Widoku Kompozycji? Jakie zastosowanie może
mieć Widok Kompozycji? Jaki pasek narzędziowy pojawił się wraz z włączeniem
Widoku Kompozycji? Jakie przyciski znajdują się na nowym pasku
narzędziowym?
c) W obszarze wyświetlania mapy w Widoku Kompozycji widoczne są cztery ramki.
Największa z nich to wirtualna strona, w obrębie której tworzona jest kompozycja
mapy. Przyciski umieszczone na pasku Kompozycja (Layout) są aktywne tylko
w Widoku Kompozycji.
Kliknij opcję Wybierz Elementy (Select Elements) Kliknij na wirtualnej stronie
obszar ramki danych Woj_mazowieckie i przeciągnij ją w dowolny pusty obszar
wirtualnej strony. Za pomocą tego narzędzia rozmieść na wirtualnej stronie
pozostałe ramki danych. Z menu Zakładki (Bookmarks) wybierz Polska.
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
25
1.5 Praca z zakładkami.
a) Utworzone zostaną teraz dwie zakładki dla ramek danych Woj_mazowieckie
i Woj_dolnośląskie. Przełącz się z Widoku Kompozycji na Widok Danych
i uaktywnij ramkę danych Woj_mazowieckie. Powiększ obszar województwa
mazowieckiego. Przełącz się ponownie na Widok Kompozycji. Ramka danych
Woj_mazowieckie powinna być aktywna w Widoku Kompozycji (tzn. ramka danych
na wirtualnej stronie powinna być zaznaczona przerywaną linią).
b) Z menu Zakładki (Bookmarks) wybierz Utwórz (Create). W oknie dialogowym
Create Bookmarks wpisz Województwo mazowieckie i kliknij OK.
c) Tą samą techniką utwórz zakładkę dla ramki danych Woj._dolnośląskie.
d) Zapisz dokument mapy w folderze …\Pulpit\DESK1\Ćwiczenie04 pod nazwą
Moja_Mapa_Liczby_Ludności.mxd.
1.6 Zastosowanie szablonu mapy.
a) Na pasku narzędziowym Kompozycja (Layout) kliknij narzędzie Zmień Kompozycję
(Change Layout) . Kliknij zakładkę Traditional Layouts. Jakie elementy zostały
dodane do mapy dzięki szablonowi? Zaznacz szablon
LandscapeModernInset.mxd i kliknij Dalej. Używając kliknij dwukrotnie
na tytuł. W oknie dialogowym wpisz Całkowita Liczba Ludności w Polsce i kliknij
OK.
b) Zapisz swoją mapę. Z menu Plik (File) wybierz opcję Eksportuj Mapę (Export
Map). Wybierz miejsce zapisania mapy i zapisz ją jako typ PDF. Zaakceptuj
pozostałe ustawienie i kliknij Zapisz. Zapisana mapa stanowi element protokołu
z ćwiczenia.
1.7 Symbolizacja warstwy.
a) W oknie Katalog otwórz z folderu DESK1, Ćwiczenie04 – Tatrzański_PN_04.mxd.
Powiększ widok do pełnego zasięgu . Z menu Plik (File) wybierz Zapisz jako
(Save As). Zapisz mapę w folderze na Pulpicie DESK1 - Ćwiczenie05 pod nazwą
Mój_KPN_Kompozycja.mxd.
b) Kliknij prawym przyciskiem myszy na warstwę Szczyty wybierz opcję Layer
Properties. W zakładce Symbolizacja (Symbology) wprowadź symbolizację dla
warstwy Szczyty. Wybierz Quantities – Graduated Symbols i polu Wartość ustaw
WYSOKOŚĆ_NPM_METRY. Zmień zasięg rozmiaru symbolu na 7-21. Zmień
symbol na Triangle2. Kliknij Zastosuj. Kliknij OK.
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
26
c) Wprowadź symbolizację dla warstwy Granica_TPN. Kliknij Symbol, aby otworzyć
Selektor symboli i wykonaj następujące czynności: w polu Kolor Wypełnienia (Fill
Color) wybierz Brak Koloru (No Color). W polu Kolor Obrysu (Outline Color)
wybierz Gray 60%, a szerokość obrysu ustaw na 2,5. Kliknij OK.
1.8 Przegląd tabeli atrybutów.
a) W tabeli zawartości, kliknij prawym przyciskiem myszy warstwę Szczyty i wybierz
Otwórz Tabelę Atrybutów (Open Attribute Table). Z czego składa się taka tabela?
Co reprezentuje każdy wiersz? Co zawierają poszczególne komórki?
1.9 Dodanie elementów mapy.
a) Upewnij się, że włączony jest Widok Kompozycji. Z menu Wstaw (Insert) wybierz
Tytuł (Title). Kliknij podwójnie na pole tekstowe, aby otworzyć okno Właściwości
(Properties). W oknie dialogowym, w zakładce Tekst wpisz Tatrzański Park
Narodowy. W polu Kąt (Angle) wpisz 90,00. Kliknij Zmień Symbol (Change
Symbol) i zastosuj własny, wybrany styl. Kliknij OK. Kliknij Zastosuj i OK
w oknie dialogowym Właściwości. Użyj narzędzia , aby umieścić tytuł we
właściwym miejscu.
b) Z menu Wstaw (Insert) wybierz Legenda (Legend). Usuń Drogi z Legendy (należy
Kliknąć na Drogi, a następnie na przycisk strzałki w lewo). Kliknij Dalej. Pozostaw
domyślny tytuł Legendy. Kliknij Zakończ. Użyj narzędzia , aby umieścić
legendę
we właściwym miejscu.
c) Z menu Wstaw wybierz Strzałka Północy (North Arrow). Wybierz odpowiednią
strzałkę i kliknij OK. Użyj narzędzia , aby umieścić strzałkę we właściwym
miejscu.
d) Z menu Wstaw wybierz Podziałka Liniowa (Scale Bar). Wybierz odpowiednią
podziałkę liniową i kliknij OK. Użyj narzędzia , aby umieścić podziałkę we
właściwym miejscu.
e) Zapisz swoją mapę. Z menu Plik (File) wybierz opcję Eksportuj Mapę (Export
Map). Wybierz miejsce zapisania mapy i zapisz ją jako typ PDF. Zaakceptuj
pozostałe ustawienie i kliknij Zapisz. Zapisana mapa stanowi element protokołu
z ćwiczenia.
1.10 Zamknij program. Prześlij sobie pliki niezbędne do wykonania sprawozdania
mailem. W sprawozdaniu, poza odpowiedziami na pytania postawione w przebiegu
ćwiczenia, zastanów się na kwestiami:
Ćw. nr 1 - Podstawy GIS (Geographic Information System) 2017-02-08
Laboratorium Telekomunikacji w transporcie drogowym/wewnętrznym
Zakład Telekomunikacji w Transporcie Wydziału Transportu Politechniki Warszawskiej
27
Co nazywamy warstwą w aplikacji ArcMap?
Czym różni się prezentacja danych jakościowych i ilościowych w aplikacji
ArcMap? Jakie są metody prezentacji (symbolizacji) tych danych?
Jakie trzy aspekty należy rozważyć przed utworzeniem kompozycji mapy? Czym
należy kierować się tworząc mapę?
Jak można by zastosować aplikację ArcMap w transporcie? Wymień kilka korzyści
aplikacji.
7. Wykonanie sprawozdania
Nie należy umieszczać w sprawozdaniu podstaw teoretycznych, ani opisów stanowiska
laboratoryjnego. Sprawozdanie musi zawierać wszystkie wyniki pomiarów i obserwacji
prezentowane wg kolejności ich wykonania. Każdy z nich musi być opatrzony numerem
punktu instrukcji wg, którego został zarejestrowany. W sprawozdaniu muszą się znaleźć
odpowiedzi na wszystkie postawione w instrukcji pytania oraz odpowiedni komentarz
do uzyskanych wyników badań symulacyjnych.
Zarówno opisy, jak i odpowiedzi, mają być zwięzłe, ale przedstawione pełnymi
zdaniami. Wnioski powinny być autorskie i zawierać podsumowanie przeprowadzonych
badań. Szczególny nacisk należy położyć na zaprezentowanie różnic oraz podobieństw
pomiędzy poszczególnymi wynikami i obserwacjami, np. różnice i podobieństwa
w formatach transmisji, czy zależności czasowe przy zmianach szybkości transmisji.
8. Literatura
Werner P., Wprowadzenie do systemów geoinformacyjnych, Uniwersytet Warszawski,
Wydział Geografii i Studiów Regionalnych, Warszawa 2004.
Arcana GIS, Magazyn dla użytkowników oprogramowania ESRI, www.esri.pl.
Tomlinson R., Thinking about GIS Geographic Information System Planning for
Managers, Fifth edition, 2013.
Law M., Collins A., Getting to Know ArcGIS for Desktop, Esri Press, 2013.
Peters D., Building a GIS. System Architecture Design Strategies for Managers, Esri Press,
2008.