Podstawy GIS (Geographic Information System) · Ćw. nr 1 - Podstawy GIS ... Prototypy systemów...

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




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




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




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




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.




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,




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);




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




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




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).




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




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




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




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




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




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




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.




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




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.




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




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.




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)




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;




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.




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.




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:




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.

http://www.esri.pl/

Podstawy GIS (Geographic Information System) · Ćw. nr 1 - Podstawy GIS ... Prototypy systemów...

Documents

Transcript of Podstawy GIS (Geographic Information System) · Ćw. nr 1 - Podstawy GIS ... Prototypy systemów...