1.GIS i jego składniki
GIS to system komputerowy do przetwarzania danych o przestrzeni geogr. Wszystkie dane zawarte w GIS odnoszą się do przestrzeni i tworzą model przestrzeni.
GIS ułatwia rozwiązywanie problemów związanych z przestrzenią.
Składniki:
a) sprzęt-komputery; laptopy; system operacyjny Windows lub Linux; komputery typu workstation ze stanowiskami połączonymi siecią, system Windows 2000, UNIX; Urządzenia wejścia(input)-do wprowadzania danych: klawiatura, skanery, urządzenia pomiarowe. Urządzenia wyjścia(output)-drukarki, monitory, plotery(urządzenia do rysowania),naświetlarki, nagrywarki CD.
b) program komputerowy-Zbiór instrukcji, które kontrolują wszystkie funkcje komputera i systemu GIS. Programy są pisane w językach programowania Pascal, Java, Visual Basic, C+ .
Platforma graficzna (Interfejs): własna (ArcInfo), zapożyczona (Intergraph-MicroStation).
c)dane- BAZA DANYCH-zbiór informacji
d)ludzie – UŻYTKOWNICY, mogą funkcjonować na 3 poziomach:
Operatorzy programów GIS(znają strukturę programu, wszystkie algorytmy, operacje programu GIS, zasady budowy baz danych, posiadają umiejętność tworzenia aplikacji).
Analitycy(posiadają ogólną znajomość możliwości analitycznych GIS, umiejętność formułowania pytań, znajomość analiz przestrzennych).
Decydenci(posiadają świadomość możliwości wykorzystania GIS do uzasadnionego podejmowania decyzji, wyrażają wolę do korzystania z informacji dostarczonych przez analityków i operatorów).
e)sieć
2.Rodzaje informacji w GIS
–geometryczne-dane położeniowe.(odniesienia przestrzenne; określają położ. bezwzględne za pomocą współrzędnych, położenie względne określane jest za pomocą relacji topologicznych. Położ. bezwzgl. definiowane jest za pomocą różnych ukł. współrzędnych -ukł. geograficzny /λ,φ/, prostokątny /x,y/, biegunowy/λ,d/)
–atrybutowe-dane o cechach obiektu.(źródła danych :dane statystyczne (spisowe),wyniki badań terenowych (kartowania ),dane z legend map tematycznych; rodzaje atrybutów: liczby, kody, opisy, daty, cech graficzne. Dane atrybutowe mogą być zgromadzone w tabeli
–metadane-dane o informacji zawarte w bazie danych; charakter danych, aktualność
dokładność, pochodzenie, dysponent danych.
3.Struktura tematyczna baz danych
Mamy dane
•geometryczne(odniesienia przestrzenne albo dane o położeniu) • atrybutowe(przedstawiające cechy zjawisk, obiektów).
Dane atrybut. Bez geometr.nie mogą funkcjonować.
Dane geometryczne przedstawiają położenie bezwzględne- definiowane jest za pomocą różnych ukł. współrzędnych -ukł. geograficzny /λ,φ/, prostokątny /x,y/,biegunowy/λ,d/). Współrzędne biegunowe są używane przy pomiarach topograf.
Współrzędne geograf. i biegunowe są przetwarzane na prostokątne, bo są najlepsze do obliczeń.
Położenie względne TOPOLOGIA-relacje między obiektami (relacje obiektów w zbiorach, połączenia obiektów, ich sąsiedztwo)
4.Typy zapisu informacji w GIS
Wektorowy – w przestrzeni wyróżnia się obiekty opisane za pomocą punktów, linii, poligonów
Zapis rastrowy – podział powierzchni na jednolite fragmenty, piksele, oczka rastra, pola macierzy
5.Na czym polega zapis wektorowy w GIS
Obiekty zapisane są za pomocą punktów(0D-point; np. miejscowości, punkty pomiarowe), linie (łuki) (1D -line, arc; np. drogi, rzeki);
poligony = obszary (2D-polygon, obiekty powierzchniowe o kształcie wielokątów np. jedn. administracyjne lub naturalne).
W zapisie rastrowym przestrzeń podzielona jest na pola jednakowej wielkości.
6.Topologia i jej znaczenie w GIS
Topologia jest relacją między obiektami. Z topologią związane jest łączenie obiektów(kolejność stawianych punktów nadaje liniom kierunek) oraz sąsiedztwo obiektów.
Rodzaje topologii: Topologia punktowa(Między punktami nie ma powiązań) Topologia liniowa (Na przecięciu linii powstają węzły), Topologia poligonalna (Granice mają dociągnięte węzły, Każdy punkt leży w obrębie jednego poligonu, Granice nie zachodzą na siebie)
TYPY SĄSIEDZTW: poligon styka się z innymi obiektami, inny poligon, punkt lub linia lezą wewnątrz poligonu, punkt, linia lub inny poligon lezą na zewnątrz poligonu.
7.Zapis danych tematycznych w GIS
Dane tematyczne(atryb.)określają cechy i właściwości obiektów pochodzące z danych statystycznych, badań terenowych, z legend map tematycznych.
RODZAJE ATRYBUTÓW:
· liczby - 125 (integer) / 12,68 (float / double)
· kody - ppg (alfanumeric) / A3( text)
· opisy - trzeciorzęd / gleba bielicowa
· daty - 1.III. 04(date)
· cechy graficzne - nr znaku
Tabela atrybutowa - Zakładając tabelę definiuje się: charakter danych, szerokość kolumny, liczbę miejsc po przecinku, sposób łączenia obiektów z rekordami tabeli.
W GIS można budować jedną lub wiele tabel atrybutowych, każdy rodzaj obiektów ma swoją własną tabelę i własne atrybuty. Nie ma tabel obejmujących obiekty różnego typu, np. liniowe i punktowe.
8.Struktura organizacyjna bazy danych w GIS
Katalog–>pliki–>podpliki.
W każdym pliku lub podpliku mogą być zapisane warstwy, tabele. Każda warstwa zawiera jeden typ informacji
(np. warstwa zawierające informacje o rzekach, zlewniach, pokryciu terenu itp.)
Warstwy w GIS: a)dane źródłowe • rastrowe(zeskanowane mapy, obrazy satelitarne) • wektorowe(wektoryzowane elementy)
* Typy baz danych w GIS
• Relacyjna baza danych - Elementy i tabele atrybutowe, Relacje topologiczne zmienne
• Obiektowa baza danych - Obiekty z atrybutami i wszystkimi relacjami topologicznymi tworzą całość
* Jakość danych: a)Dokładność położenia (x,y), wielkość dopuszczalnego błędu, instrukcje map topograficznych; b) Dokładność atrybutowa, metryczne (średni błąd kwadratowy), kategorie / klasy; c) Kompletność / aktualność; d) Logiczna spójność
9.Operacje przetwarzania danych w GIS
Integrowanie informacji, Operacje na danych geometrycznych, Operacje na danych tematycznych, Obliczenia, Analizy przestrzenne, Numeryczne Modele Terenu
10.Operacje integrowania informacji
· Integrowanie informacji
a)Rejestracja obrazu rastrowego (Rejestracja (georeferencja) transformacja współrzędnych rastra na współrzędne prostokątne, topograficzne lub geograficzne; b)Rektyfikacja (kalibracja) transformacja obrazu rastrowego w taki sposób, aby jego boki były zgodne z układem współrzędnych
· Transformacja zapisu rastrowego na wektorowy i odwrotnie
(Parametry równań są określane przez porównanie lokalizacji źródłowych i docelowych, Mapa jest skalowana, nachylana, obracana lub przesuwana)
· Transformacja współrzędnych w zapisie wektorowym
(Przeliczanie współrzędnych z jednego układu na inny)
· Łączenie danych wektorowych z danymi atrybutowymi
(1 rekord – 1 obiekt lub 1 rekord - kilka obiektów)
· Łączenie danych wektorowych z różnych map (Uzgodnienie (transformacja) układu współrzędnych, Skala mapy nie ma znaczenia, jeśli współrzędne określane są w jednostkach naturalnych (m, km),
Uzgodnienie położenia obiektów i przebiegu granic
11.Operacje na danych położeniowych (geometr.)
· Selekcja graficzna elementów (obiektów) - wskazanie na ekranie 1 obiektu, wskazanie grupy obiektów
· Dodawanie / usuwanie elementów
· Zmiany położenia elementów
· Zmiany kształtu linii (usuwanie, dodawanie, przesuwanie punktów)
12.Operacje na danych tematycznych
–Selekcja atrybutowa
Wybór wszystkich rekordów, których wartość we wskazanej kolumnie spełnia określone kryteria)
–Klasyfikacja
Grupowanie wartości w klasy - Podstawianie numeru klasy we wskazanej kolumnie, na podstawie wartości w innej kolumnie). Liczba klas: 1 klasa – wszystkie wartości w jednej klasie; 2 klasy – podział dychotomiczny (wartość średnia, wartość funkcjonalna); 3-9 klas – podział optymalny; > 9 klas – tylko w wyjątkowych i uzasadnionych przypadkach
–Reklasyfikacja
Podstawianie wartości w wskazanej kolumnie na podstawie funkcji
–Łączenie tabel
aby połączyć tabele musza mieć one wspólny identyfikator - ID oraz właściwości kolumny - szerokość, charakter danych
13.Łączenie danych położeniowych(geometr.) z danymi atrybutowymi
Powiązanie jednego obiektu wektorowego z jednym rekordem w tabeli – ścisła identyfikacja
14.Łączenie danych wektorowych z różnych map
Uzgodnienie (transformacja) układu współrzędnych, Skala mapy nie ma znaczenia, jeśli współrzędne określane są w jednostkach naturalnych (m, km), Uzgodnienie położenia obiektów i przebiegu granic)
15.Na czym polega selekcja atrybutowa
Wybór wszystkich rekordów, których wartość we wskazanej kolumnie spełnia określone kryteria. Wyboru dokonuje się za pomocą odpowiednio sformułowanego wyrażenia logicznego, np. komenda tabela.kolumna operator wartość
Select Tabela 1.liczba > 500
16.Na czym polega reklasyfikacja
Podstawianie wartości w wskazanej kolumnie na podstawie funkcji matematycznej,
np. C=kolumnaA/kolumna B
Reklasyfikacja na podstawie kilku atrybutów - Wyrażenia logiczne określają warunki przynależności do klas np. if ((opad < 700) and (Co > 20)) and ((klasa gleb = 3) or (klasa użytków = 1)) then przydatność = 1
Reklasyfikację stosuje się także przy klasyfikacji jakościowej
17.Kartometria w GIS / obliczenia
Pomiar długości i odległości(wykorzystanie Tw. Pitagorasa, dł. linii= pomiar odl. między punktami ),
Pomiar pola powierzchni i objętości bryły(wykorzystanie reguł matematycznych), Obliczenie gęstości obiektów,
Wyznaczanie geometrycznego środka figury,
Statystyka Najbliższego Sąsiada NNS
(Określa zgodność z jednym z trzech możliwych rozkładów punktów na płaszczyźnie: rozkład klastrowy, losowy, regularny / NNS < 1 - rozkład klastrowy,
NNS = 1 - rozkład regularny, rozkład losowy - NNS dąży do 1),
Statystyka zbiorów(ważny jest dobór pola odniesienia - Liczba elementów, Średnia arytmetyczna, Odchylenie standardowe, Wartość maksymalna / minimalna, Rozpiętość wartości).
Zapis danych kartometrycznych – dł. linii, pole obwód, poligon, centroid są zapisywane w tabelach automatycznie. Miara wartości kartometrycznych jest taka sama jak miara wartości współrzędnych.
18.Typy analiz przestrzennych
a) Wyznaczanie relacji przestrzennych
b) Łączenie sąsiednich poligonów
c) Łączenie i wycinanie wyznaczonych obszarów
d) Bufory
e) Poligony Thiessena
f) Łączenie warstw
g) Analizy sieciowe
h) Łączenie operacji i analiz
19.Buforowanie
Bufor-ekwidystanta, linia złożona z punktów jednakowej odległości od danego obiektu. Buforowanie jest jednym z typów analiz przestrzennych i polega na określaniu otoczenia danego punktu, obiektu, linii, otoczenie może mieć dowolną wielkość.
20.Rodzaje łączenia warstw
• W poziomie
• W pionie: Graficzne, Topologiczne
21.Problemy związane z łączeniem warstw w poziomie
a) niedociągnięcia linii
b) niezgodność przebiegu linii na dwóch arkuszach mapy
22.Łączenie warstw w pionie
a) graficzne
Obraz złożony z kilku warstw różnego typu, np. drogi, rzeki; Graficzne łączenie warstw daje w efekcie mapę kompleksową, Między elementami na różnych warstwach nie ma relacji topologicznych
b) topologiczne
warstwy tego samego typu, np. warstwy punktowe, poligonowe; z połączenia warstw powstaje jedna warstwa, nowa tabela; Między elementami nowej warstwy ustalane są relacje topologiczne, Topologiczne łączenie warstw umożliwia przeprowadzanie analiz przestrzennych
23.Rodzaje analiz sieciowych
Wyznaczanie optymalnej trasy
Najkrótsza droga, Uwzględnianie miejsc (odcinków) nieprzejezdnych, kierunków ruchu na drogach
Lokalizacja (alokacja)
Wyznaczanie obszaru sieci obsługiwanego przez wskazany punkt np. straż pożarną, pogotowie.
ALOKACJA Z OGRANICZENIAMI-ograniczenia odległości od danego punktu, uwzględnienie liczby ludności na danym terenie.
24.Numeryczne modele terenu i ich składniki
Numeryczny model terenu= Numeryczny model wysokości= Numeryczny model powierzchni.
NMT to jeden ze sposobów przetwarzania danych w GIS, dotyczy budowania modelu powierzchni trójwymiarowych.
SKŁADNIKI NMT:
– Punktowa reprezentacja powierzchni fizycznej lub statystycznej, rzeczywistej lub abstrakcyjnej, w formie zbioru współrzędnych x,y,z
– Definicja relacji topologicznych między punktami modelu
– Algorytmy prezentacji powierzchni
25.Źródła danych do NMT
a) wektorowe (Mapy poziomicowe – wektoryzacja poziomic, Pomiary naziemne – dane ze zdjęcia wysokościowego, Fotogrametria – interpretacja zdjęć lotniczych)
b) rastrowe (Obraz satelitarny – SPOT, Zdjęcia radarowe, Zdjęcia laserowe)
26.Typy struktur NMT
...
Expedyt