cw 1,2,3.doc

Ćwiczenie nr 1

Metody budowy bazy geometrycznej systemu informacji przestrzennej.

Pomiary terenowe, digitalizacja, wektoryzacja. Transfer z innych systemów.

Mapa numeryczna

Mapa numeryczna jest to zbiór danych, który po zastosowaniu ściśle określonych algorytmów i odpowiednich środków technicznych umożliwia między innymi wykonanie różnorodnych (pod względem skali i treści) graficznych opracowań tematycznych w postaci map analogowych.

Mapa numeryczna to także:

·         obraz na ekranie komputera pokazujący rozmieszczenie obiektów w przestrzeni;

·         możliwość wykonywania obliczeń (np.: pola powierzchni obiektów);

·         pomoc w opracowaniu wielowariantowych projektów

Mapa numeryczna to:

·         geometryczna baza danych

·         symbole

·         opisy

Metody pozyskiwania danych:

·         pomiary bezpośrednie

·        metodami geodezyjnymi

·        dalmierze elektrooptyczne

·        totalstation.

·        busolowe

·        GPS - system globalnego wyznaczania pozycji

·         zamiana istniejących map na formę numeryczną

·        digitalizacja

·        wektoryzacja

·         pomiary fotogrametryczne

·         fotointerpretacja,

·         teledetekcja z przetwarzaniem obrazów

Kontrola danych

Istniejące mapy przed ich wykorzystaniem jako źródła danych do budowy mapy numerycznej muszą być sprawdzane.

W trakcie prowadzenia prac urządzeniowych należy sprawdzić zgodność istniejących map (topograficznej, zasadniczej, ewidencji gruntów) z mapami leśnymi.
 

Dokładność mapy

różna w zakresie treści dla:

·         mapy zasadniczej i mapy ewidencji gruntów

·         leśnej mapy gospodarczej

Technologia budowy leśnej mapy numerycznej

powinna gwarantować zapisanie informacji geometrycznych z dokładnością wynikającą z zasad budowy systemów informacji terenowej zakładanych dla potrzeb numerycznej mapy zasadniczej lub numerycznej ewidencji gruntów.

Numeryczna mapa nadleśnictwa powinna być wykonywana za pomocą technologii zapewniającej wymianę informacji z państwową ewidencją gruntów i spełniać wszystkie kryteria dokładnościowe stawiane przez służby geodezyjne w zakresie wymaganym przez prawo.

Utworzona baza powinna umożliwiać automatyczne obliczenie pola powierzchni obiektów wydzielanych powierzchniowo (w tym dróg, rowów, linii podziału powierzchniowego itp.). Istniejące rozbieżności z powierzchnią operatową mogą stanowić podstawę do wprowadzenia zmian w operacie urządzania lasu i ewidencji gruntów.

Ważne jest, z punktu widzenia późniejszego wykorzystania zebranych danych, zachowanie jednolitego, dla całego kraju, standardu wymiany informacji.

Główny Geodeta Kraju wprowadził instrukcję techniczną "System Informacji o Terenie, Standard Wymiany Informacji Geodezyjnej (SWING)".

SWING powinien zostać wprowadzony również instrukcjami (w zakresie prac urządzeniowych) do powszechnego stosowania w leśnictwie.

Konieczne jest opracowanie nowych instrukcji urządzania lasu uwzględniających redakcję komputerową map na wzór instrukcji "System Informacji o Terenie, Podstawowa mapa kraju, Instrukcja K-1" wprowadzonych przez Państwową Służbę Geodezyjną.

Technologia prac przy budowie mapy numerycznej:

·         ocena kompletności danych geodezyjno-kartograficznych i ich dokładności,

·         ustalenie zakresu niezbędnych prac geodezyjnych (rozgraniczenia gruntów, wznowienie granic, pomiary uzupełniające, pomiary kontrolne dla obiektów, których dokładność wyznaczenia granic kompleksów leśnych i sytuacji wewnętrznej w zakresie treści mapy zasadniczej jest wątpliwa),

·         zamiana istniejących map analogowych do postaci numerycznej w zakresie treści mapy zasadniczej z uwzględnieniem nakładki "Ewidencja Gruntów",

·         wykonanie taksacji lasu z wykorzystaniem zdjęć lotniczych;

·         wykonanie ostatecznej fotointerpretacji zdjęć lotniczych,

·         pomiar szczegółów sytuacyjnych niemożliwych do odczytania na zdjęciach lotniczych,

·         wprowadzenie do baz danych mapy numerycznej granic ustalonych na podstawie wyników fotointerpretacji i pomiarów bezpośrednich oraz tych elementów treści mapy gospodarczej, których położenie nie zmieniło się od czasu poprzedniego urządzania i uznano ich wyznaczenie za wystarczająco dokładne,

·         budowa obiektów powierzchniowych w celu określenia ich pola powierzchni,

·         opis obiektów,

·         redakcja map (zasadniczej, gospodarczej, map tematycznych) zgodnie ze zmodernizowaną instrukcją urządzania lasu,

·         bieżąca aktualizacja mapy numerycznej w trakcie obowiązywania planu urządzania lasu.

Narzędzia:

·         C-GEO

·         Gemini (VIAK)

·         GEO-MAP (GEO-SYSTEM)

·         NOBEL (OPeGieKa)

·         TerraBit (GeoBaza)

·         inne:

·         CadCore

·         GEO-INFO

·         GeoSET

Systemy informacji przestrzennej:

·         ARC/INFO (ESRI)

·         MGE (INTERGRAPH)

·         Map Info (Map Info co.)

·         Programy CAD

·         Microstation

·         Auto Cad

Zasady budowy mapy numerycznej nadleśnictwa powinny uwzględniać możliwość późniejszego jej wykorzystania jako podstawy budowy geometrycznej bazy danych systemu informacji przestrzennej nadleśnictwa.

Uwaga: dokument został przygotowany w stronie kodowej ISO-8859-2 (Latin 2).

Ćwiczenie nr 2

Relacyjne bazy danych jako repozytorium informacji SIP.

Język zapytań SQL. Projektowanie i budowa tabel.

Relacyjna baza danych

Baza danych są to dane przechowywane w komputerze. W relacyjnym modelu danych baza danych składa się zwykle z szeregu tabel (relacji) oraz związków pomiędzy tabelami. Tabele przechowują informacje na temat interesujących nas obiektów, natomiast związki umożliwiają nam łączenie tabel ze sobą w celu otrzymania pełnej informacji.

Podział na tabele i związki następuje w procesie projektowania bazy danych. W fazie projektowania ustalane są rodzaje danych, które użytkownicy chcą przechowywać w bazie. Sposób podziału na tabele i związki jest ustalany w procesie normalizacji bazy danych.

System zarządzania relacyjną bazą danych jest to oprogramowanie umożliwiające jednej lub wielu osobom korzystanie z relacyjnej bazy danych. Structured Query Language (SQL) jest standardowym językiem manipulacji i zapytań w relacyjnych bazach danych, implementowanym z różnych systemach zarządzania relacyjnymi bazami danych.
 

Pojęcia podstawowe:

Rekord - to pojedynczy wiersz tabeli danych; zwykle opisuje jeden obiekt, lub fragment obiektu

Pole - to część rekordu; przechowuje pewną niepodzielną informację
 

Klucz - to pole lub kilka pól; pozwala na jednoznaczne zidentyfikowanie danego rekordu

Kolumna (często też nazywana polem) - to zbiór pól rekordów, które posiadają identyczne charakterystyki:

·         nazwę,

·         typ przechowywanych danych,

·         szerokość

System informacji przestrzennej (SIP)

System informacji przestrzennej jest to komputerowo wspomagany system zbierania, przechowywania, przetwarzania, analizowania i prezentowania danych przestrzennych.

Dane geometryczne systemu są zazwyczaj przechowywanie w postaci warstw informacyjnych, (nakładek tematycznych).

Dane opisowe dotyczące poszczególnych warstw informacyjnych są przechowywane w tabelach danych (najczęściej relacyjnych baz danych). Połączenie informacji opisowej z danym elementem geometrycznym następuje poprzez związek, którego kluczem jest unikalny identyfikator obiektu.

 

Ćwiczenie nr 3

Analizy przestrzenne

Analizy przestrzenne to zbiór działań na jednej bądź kilku warstwach informacyjnych SIP, przeprowadzonych w oparciu o przyjęty algorytm badania zjawiska, w celu uzyskania wyników analizy w postaci ciągu liczb, zestawień tabelarycznych i/lub nowych warstw informacyjnych. Działania przestrzenne wykorzystują informacje o jakości, natężeniu i dystrybucji przestrzennej danych początkowych ( np. mapa poziomu zwierciadła wód gruntowych).
 

W procesie analiz przestrzennych wyróżnia się poszczególne etapy:

·         przygotowanie danych do analizy;

·         zdefiniowanie modelu - określenie przestrzennych i funkcyjnych zależności pomiędzy obiektami analiz;

·         zdefiniowanie elementarnych działań (zbioru działań) niezbędnych do ilościowego i jakościowego badania danych przestrzennych;

·         przeprowadzenie analizy na zbiorach danych;

·         prezentacja i interpretacja wyników analizy.

Analizy przestrzenne można podzielić na:

·         analizy poziome - badające zależności obiektów i zjawisk w ramach jednej warstwy informacyjnej (np.: sąsiedztwo, kształt granicy);

·         analizy pionowe - badające zależności obiektów i zjawisk odnoszące się do różnych powierzchni elementarnych, znajdujących się na różnych warstwach informacyjnych (np.: zgodność roślinności rzeczywistej z siedliskiem, zależność składu gatunkowego podszytu od poziomu zwierciadła wód gruntowych);

Podstawowymi operacjami przestrzennymi na warstwach informacyjnych SIP są:

·         aktualizacja - zastępowanie fragmentu warstwy informacyjnej inną warstwą informacyjną;

·         wycinanie - usuwanie fragmentu warstwy informacyjnej pozostającego w obrębie "poligonu wycinającego";

·         obcinanie - usuwanie fragmentu warstwy informacyjnej pozostającego poza "poligonem wycinającym";

·         agregacja - usunięcie granic rozgraniczających powierzchnie o tej samej wartości lub jakości cechy wybranej jako kryterium;

·         selekcja warunkowa - wybór obiektów geometrycznych spełniających postawiony warunek logiczny;

·         buforowanie - tworzenie stref buforowych wokół obiektów;

·         łączenie - łączenie treści dwóch lub więcej warstw informacyjnych;

Komputerowe programy wspomagające Systemy Informacji Przestrzennej zawierają najczęściej bogate w różne procedury moduły analiz przestrzennych, umożliwiające przeprowadzenie skomplikowanych operacji na warstwach informacyjnych, praktycznie niewykonalnych w sposób tradycyjny przy dużej ilości danych. W zależności od rodzaju oprogramowania pakiety te pracują na wektorowej i(lub) rastrowej postać bazy geometrycznej.

Format wektorowy jest szczególnie korzystny dla badania obiektów charakteryzujących się dyskretnym występowaniem w przestrzeni. W odróżnieniu, bazy rastrowe stosowane są do przedstawienia i analizy zjawisk i obiektów mających ciągłą dystrybucję przestrzenną (np.: zanieczyszczenie powietrza, poziom wód gruntowych).
 

Pojęcia podstawowe

Informacje przestrzenne są to informacje o położeniu, geometrycznych właściwościach i przestrzennych relacjach obiektów, które mogą być identyfikowane w odniesieniu do Ziemi. Przez obiekty przestrzenne można rozumieć obiekty naturalne i sztuczne związane z powierzchnią Ziemi oraz różne zjawiska (przyrodnicze,społeczne, ekonomiczne), które mogą być rozpatrywane w odniesieniu do Ziemi.

Systemem informacji przestrzennej (spatial information system) nazywa się system pozyskiwania, przetwarzania i udostępniania danych, w których zawarte są informacje przestrzenne oraz towarzyszące im informacje opisowe o obiektach wyróżnionych w części przestrzeni objętej działaniem systemu. Obiekty zarejestrowane i analizowane w systemach mają określone położenie (w przestrzeni 2 lub 3 wymiarowej) oraz zdefiniowany rodzaj i zakres informacji opisowych. Dodatkowym wymiarem, niezbędnym do oceny zmienności obiektów, jest czas.

Systemy informacji przestrzennej mają wybitnie interdyscyplinarny charakter; powstawały w różnych środowiskach zawodowych. Fakt ten, oraz to, iż systemy budowane są od niedawna, spowodowały powstanie pewnych niespójności terminologicznych. W środowisku geografów funkcjonuje pojęcie systemu informacji geograficznej (GIS - geographic information system), wśród geodetów zaś - system informacji terenowej (LIS - land information system). Granica między tymi pojęciami nie jest ostra i jednoznaczna. Pojęcie GIS przypisuje się do skal małych - położenie obiektów określane jest z dokładnością stosowaną przy redakcji map topograficznych średnio i drobnoskalowych, zaś systemy informacji terenowej - do skal dużych - obiekty zapisywane są z dokładnością wynikajacą z pomiarów terenowych i fotogrametrycznych, tak jak przy redakcji map wielkoskalowych.

Międzynarodowa Federacja Geodetów definiuje system informacji terenowej jako środek do podejmowania decyzji o charakterze prawnym, administracyjnym i gospodarczym oraz pomoc w planowaniu i rozwoju. Składa się on z bazy danych przestrzennych utworzonej dla określonego obszaru oraz z metod i technik systematycznego zbierania, aktualizowania i dostarczania danych.

Termin "system informacji geograficznej" może być również rozumiany w znaczeniu profesjonalnego, komercyjnego pakietu oprogramowania - narzędzia, którym można zbudować SIP.

Funkcjonalnie na pojęcie SIP składa się wiele elementów. Można przyjąć, że każdy system powinien być budowany tak, aby spełniał oczekiwania i potrzeby jego użytkowników. Cel dla którego jest budowany system określa zakres danych, które muszą być w nim gromadzone i przetwarzane. Potrzeba zapewnienia aktualności baz danych oraz ich ochrony przed nieupoważnionym dostępem wymaga rozwiązania wielu problemów formalno - prawnych. Wielkość baz danych, wymagana szybkość ich przetwarzania, sposób emitowania informacji przez system, liczba jego użytkowników determinują przyjęcie rozwiązań sprzętowych (komputery, plotery, drukarki, skanery itp.) i określenie jakiego rodzaju programy mogą być użyte w realizacji zamierzonego celu. Schemat SIP przedstawia rysunek:

Systemy informacji przestrzennej mogą być klasyfikowane według różnych kryteriów np. według kryterium: obszaru (systemy obiektowe, lokalne, regionalne, krajowe), źródłowości informacji (informacja pierwotna, wtórna - zagregowana, przetworzona), zakresu użytkowania (jeden konkretny użytkownik, wielu użytkowników), struktury funkcjonalnej (scentralizowane, rozproszone), przeznaczenia i innych.

Na ogół SIP budowany jest tak, by informację o przestrzeni zapisać w jednorodnych warstwach informacyjnych. Zbierając dane osobno zapisuje się informacje np.: o sieci wodociągowej, budynkach, ulicach, zieleni, działkach, glebie itp. Ułatwia to późniejszą aktualizację informacji oraz umożliwia poprawne określanie relacji między obiektami (patrz rys. 2). System zawsze umożliwia późniejsze wspólne prezentowanie oraz przetwarzanie tak stworzonych warstw informacyjnych.

wwwwww

2.Modele danych przestrzennych

Systemy informacji przestrzennej można również podzielić w zależności od postaci informacji geometrycznych. Informacje te mogą być przedstawione w dwóch podstawowych postaciach (rys. 3):

·                    wektorowej, poprzez podawanie współrzędnych punktów i sposobu ich połączeń w bardziej złożone struktury jak linie i jednostki powierzchniowe (wieloboki),

·                    rastrowej, za pomocą której położenie i kształt obiektów są określane poprzez regularne pola podstawowe.

Istnieją więc systemy wektorowe, rastrowe oraz hybrydowe (wektorowo - rastrowe).

W systemie wektorowym zapis punktów, linii i wieloboków (poligonów) może być dokonany z pełną dokładnością wyrażoną w określonym układzie współrzędnych. Jest to zapis pamięciowo oszczędny, ale w przypadku konieczności aktualizacji, operacyjnie dość złożony.

Przy zapisie wektorowym istnieje możliwość dokładnego przedstawienia granic elementarnych jednostek przestrzennych, którym przyporządkowane są określone atrybuty tematyczne. Jednostkami takimi mogą być: działka, kontur glebowy, budynek, park zabytkowy, jednorodna część parku, wydzielenie drzewostanowe itp.

Dane wektorowe moga być rejestrowane i przetwarzane, w zależności od sposobu zapisu numerycznego, w postaci modeli:

·                    prostego modelu wektorowego

·                    topologicznego modelu wektorowego.

Obiekty przedstawione na rys. 3 można opisać w następujący sposób:

·         A, (xA, yA)

·         B, (xB1, yB1, xB2, yB2,....,xBn, yBn)

·         C, (xC1, y...