GIS c.d.
System
GIS
Rozwój
technologii komputerowej w ostatnich dziesięcioleciach
umożliwił powstanie różnego rodzaju systemów
zdolnych do analizowania bardzo dużej ilości danych,
których analiza metodami tradycyjnymi była niemożliwa.
Do takich systemów należy GIS (Geographical Information
System), czyli System Informacji Geograficznej. Składa
się on z sprzętu komputerowego, oprogramowania oraz
danych geograficznych. System ten zaprojektowany został
w celu gromadzenia, przechowywania, sprawdzania,
integrowania, przetwarzania, analizowania i wyświetlania
wszystkich form informacji mających odniesienie
geograficzne. Zgodnie z tą definicją system GIS
powinien realizować następujące funkcje:
Przykład
ortofotomapy:
ZBIÓR
DANYCH SYSTEMU GISPrz
Jednym z elementów Systemu Informacji Geograficznej są
dane. Składają się na nie informacje graficzne
mówiące o położeniu i kształcie obiektu oraz dane
opisowe, czyli tzw. atrybuty obiektu. Dane te
przechowywane są w bazie danych, z którą
współpracuje tzw. system zarządzania bazą danych (Database
Management System - DBMS). Jest to część
oprogramowania dołączona do bazy danych, która pozwala
na jej łatwe tworzenie, strukturalizowanie danych oraz
pozwala na uzyskanie dostępu do danych w niej
gromadzonych i przechowywanych. Ponadto system
zarządzania bazą danych umożliwia łączenie obiektów
z ich opisem. Wszystkie obiekty graficzne połączone są
z opisami za pomocą geokodów. Dzięki temu po wybraniu
na rysunku obiektu graficznego wybrany zostaje
automatycznie odpowiedni rekord w bazie danych.
PRZECHOWYWANIE
DANYCH
Dane przestrzenne są najczęściej zorganizowane w
warstwy. Do każdej z nich przyłączona jest jedna
tabela atrybutów z określonymi polami wspólnymi dla
każdego obiektu, zatem wszystkie obiekty zgrupowane w
warstwę posiadają informacje opisowe tego samego typu.
Cechą charakterystyczną Systemu Informacji
Geograficznej jest możliwość przechowywania danych
graficznych w postaci rastrowej lub wektorowej. Zwykle w
formie rastrowej reprezentowane są zachodzące w
świecie rzeczywistym procesy o charakterze ciągłym,
które mogą być przedstawiane w postaci nieskończonego
zbioru punktów.
W formie wektorowej przedstawiana jest geometria
obiektów przestrzennych. Przestrzeń determinowana jest
jednostkami nieciągłymi, których przykładem są:
drogi, budynki, miasta.
Rastrowy model organizacji danych przestrzennych polega
na nałożeniu na obraz siatki kwadratów, którym
przypisuje się liczbę odpowiadającą rodzajowi obiektu
znajdującego się w tym kwadracie. Źródłem pliku
rastrowego są najczęściej skanery, za pomocą,
których można przenieść do komputera arkusze mapy,
zdjęcia satelitarne czy lotnicze interesującego nas
obszaru. Taki sposób wprowadzania danych powoduje jednak
pewne zniekształcenia, które są głównie wynikiem
niestabilności nośnika oryginału mapy.
W związku z tym po zakończeniu procesu skanowania
dokonuje się korekty geometrii dla każdego arkusza mapy
poprzez wskazanie punktów charakterystycznych, dla
których znane są dokładne współrzędne terenowe.
Wektorowy model danych odzwierciedla geometrię obiektów,
które są opisywane za pomocą punktów, linii i
poligonów. W związku z tym, że linie i powierzchnie
zbudowane są z punktów, punkt ze współrzędnymi X,Y
jest podstawowym elementem tego modelu. W geometrii
obiektu punkty traktowane są jako wierzchołki a linie
łączące je jako krawędzie. Cechą charakterystyczną
modelu wektorowego jest możliwość wyodrębniania
poszczególnych obiektów, co nie jest możliwe w
przypadku modelu rastrowego. Głównym sposobem tworzenia
modelu wektorowego świata rzeczywistego jest
wprowadzanie do komputera danych metodą digitalizacji.
Polega ona na sczytywaniu danych za pomocą digitizera.
Dzięki temu urządzeniu odbywa się rejestracja
wszystkich istotnych punktów obiektu.
Omawiając modele danych należy również wspomnieć o
tzw. atrybutowym modelu danych. Jest to relacyjna baza
danych, której struktura oparta jest na tablicach
mających wspólne kolumny, co pozwala na wzajemne
łączenie danych z różnych tablic. Podstawową
tablicą bazy danych jest tablica zawierająca kolumnę (pole)
z identyfikatorem obiektu graficznego, kolejne kolumny w
tej tablicy zawierają informacje tekstowe o obiektach.
Każdy wiersz tablicy stanowi opis jednego obiektu, czyli
tzw. rekord.
ANALIZA DANYCH
Najważniejszą funkcją Systemu Informacji Geograficznej
jest analiza danych będąca łączną analizą danych
graficznych i atrybutowych. Główne rodzaje operacji
analitycznych możliwych do wykonania przez system to
wyszukiwanie i klasyfikacja, pomiary, funkcje sąsiedztwa,
funkcje łączenia, nakładanie. Celem tych operacji jest
odpowiedź na różnego rodzaju zapytania dotyczące
rzeczywistego świata modelowanego przez system.
Do wyszukiwania i klasyfikacji służy grupa funkcji GIS-u,
które umożliwiają porządkowanie obiektów na
podstawie ich atrybutów. Najprostszą z tych funkcji
jest funkcja wskazywania obiektu, która sprowadza się
do najechania przez użytkownika kursorem na dowolny
obiekt znajdujący się na ekranie i wskazanie go.
Efektem tego jest wyświetlenie danych atrybutowych,
które można poprawić lub uzupełnić. Następną
funkcją tego systemu jest funkcja selektywnego
wyszukiwania, polegająca na wybraniu i zaznaczeniu
obiektów, których cechy atrybutowe spełniają pewien
warunek logiczny np. wyznaczenie województw, w których
mieszka ponad 1 mln osób. Kolejną funkcją jest funkcja
klasyfikacji, która stosowana jest przy tworzeniu warstw
i opisywaniu obiektów i która ułatwia redukowanie
szczegółów nieważnych dla analizy. Przykładem jej
wykorzystania może być klasyfikacja województw ze
względu na stopień zagrożenia lasów.
Następną grupę funkcji analizy przestrzennej stanowią
funkcje służące do wykonywania obliczeń. Pozwalają
one obliczyć np. powierzchnię, odległość( zarówno w
linii prostej jak i z uwzględnieniem krętości drogi),
czasu dojazdu, kąta nachylenia, jego kierunek itp.
Inną ważną grupą funkcji są funkcje sąsiedztwa,
które umożliwiają rozpoznawanie otoczenia wokół
określonego miejsca. Operacje wykonywane w otoczeniu
punktów na wybranych poligonach lub obszarach
zainteresowania dotyczą obiektów znajdujących się
wewnątrz tych obszarów. Jednak żeby było to możliwe
muszą być określone trzy zasadnicze parametry: punkt
centralny, obszar oraz rodzaj operacji. Przykładem
wykorzystania tej funkcji może być znalezienie
wszystkich wolnych taksówek w promieniu 500 m.
Kolejną grupę funkcji stanowią funkcje łączenia. Ich
specyficzną cechą jest możliwość zbierania i
analizowania danych wzdłuż pewnej drogi, krok po kroku.
Wśród tych funkcji można wyróżnić: funkcje
ciągłości pozwalające budować zbiory obiektów
połączonych ze sobą i spełniających pewne warunki
odnośnie swoich cech, funkcje buforowania służące do
tworzenia stref buforowych wokół obiektów (punktowych,
liniowych i poligonowych), funkcje widoczności.
Jedną z ważniejszych funkcji analizy danych są
operacje nakładania, polegające na nałożeniu dwóch
lub większej liczby warstw. Pozwala to na budowanie
nowych warstw łączących informacje z warstw
nakładanych.
WIZUALIZACJA
Ostatnim elementem programu jest wizualizacja, czyli
tworzenie produktu końcowego. Dane zapisane do tej pory
w tabelach w postaci gęsto upakowanych wierszy i kolumn,
zawierających liczby lub tekst mogą zostać
przedstawione w formie graficznej, w postaci tzw. mapy
cyfrowej (numerycznej). System Informacji Geograficznej
oferuje oprócz informacji graficznej możliwość
umieszczania na mapie obiektów tekstowych, bądź w
formie samodzielnych elementów, bądź jako etykiety do
obiektów graficznych. Oprócz tego każdy element mapy
posiada zestaw parametrów określających jego wygląd
na mapie. Są to następujące parametry: grubość linii,
typ linii, kolor linii, rodzaj i kolor wypełnienia
obiektów obszarowych, parametry czcionki dla obiektów
tekstowych, rodzaj symbolu, jego kolor i wielkość.
Niezależnie jednak od tego, w jakiej formie obiekt
został wprowadzony do komputera w każdej chwili można
zmienić dowolny parametr dowolnego elementu mapy. To od
użytkownika zależy, jaki rodzaj danych i w jakiej
formie zostaną one przedstawione na mapie tak, aby była
ona czytelna i ułatwiała podejmowanie wszelkiego
rodzaju decyzji. Cechą charakterystyczną Systemu
Informacji Geograficznej jest to, że nie przechowuje on
mapy ani obrazu jakiegoś obszaru, lecz dane
umożliwiające generację mapy.
ZASTOSOWANIE GIS
GIS może służyć jako narzędzie do realizacji
różnych celów, dzięki czemu znalazł szerokie
zastosowanie w wielu dziedzinach. Do typowych obszarów
zastosowania systemów GIS należą:
urzędy administracji
centralnej oraz lokalnej (do zarządzania
gruntami oraz nieruchomościami, planowania
przestrzennego, podejmowania decyzji prawnych,
administracyjnych i lokalizacyjnych)
administracje budynków
mieszkalnych (do inwentaryzacji i ewidencji)
urzędy statystyczne
służby ratownicze (do
szybkiej lokalizacji miejsca wypadku czy pożaru,
określania stref zagrożeń)
wojsko
ośrodki geodezyjno-kartograficzne
różne dziedziny nauki tj.:
geologia, meteorologia, archeologia itd.
ochrona środowiska (do
prognoz, analiz zanieczyszczeń, zarządzania
parkami narodowymi)
leśnictwo i rolnictwo (mapy
terenów leśnych z podziałem ze względu na typ
drzewostanu, mapy upraw)
agencje obrotu
nieruchomościami (każdy budynek może być
opisany informacją dowolnego rodzaju)
agencje marketingowe (do
analiz rynkowych, planowania kampanii reklamowych)
firmy handlowe (do analiz
rynku zbytu, planowania rozmieszczenia
oddziałów) firmy transportowe.
Oraz wiele innych zastosowań, w których jedynym
ograniczeniem jest wyobraźnia.
|
