GIS ściąga

Adrian

wszystkie wykłady na dzisiejszego kolosa

.Wykład 5
Obrazowanie w zakresie mikrofalowym – w zakresie tym wykorzystuje się techniki radarowe i radiometry mikrofalowe.
Radar bocznego wybierania SLAR
Typy SLAR:
-radar bocznego wybierania z anteną RAR;
-radar bocznego wybierania z anteną syntetyzowaną SAR.
Systemy radarowe są szeroko wykorzystywane do obrazowania pow Ziemi z pułapu lotniczego i satelitarnego. Są to systemy aktywne same wysyłają wiązkę promieniowania mikrofalowego które oświetla tern, obraz tworzą odbite od obiektów terenowych echa tych impulsów. Technika jest niezależna od warunków oświetleniowych, pogodowych a prom mikrofalowe bez przeszkód pzenika przez chmury mgłę i inne przeszkody.
Zarejestrowana różnica czasu powrotu odbitego sygnału odpowiada różnej odległości nachylonej od obiektow terenowych tworzy linie obrazu.
SAR- w tym systemie wysyłana wiązka jest spójna a w odbieranym echu rejestruje zarówno amplitudę jak i fazę sygnału odbitego. Ponieważ wysyłana wiązka nie jest tak bardzo skupiona jak w systemie SLAR, więc każdy punkt terenu będzie oświetlony poprzez kilka kolejno wysyłanych impulsów.
Odbicia od obiektów tworzą tzw. hologramy mikrofalowe albo obraz pierwotny.
Skomplikowana obróbka tego obrazu daje po wizualizacji wynikowy obraz radarowy (obraz wtórny) o zdolności rozdzielczej rzędu kilku metrów, co przy systemie SLAR wymagałoby użycia anteny o dł kilkuset metrów-kilku systemy kilometrów.
Systemy SAR są instalowane zarówno w samolotach jak i satelitach. Typowa zdolność systemów satelitarnych zawiera się w przedziale 5-100m, chociaż rozdzielczości submetrowe są możliwe
Stereoskopia systemów radarowych – podobnie jak w fotografi lotniczej przy odwzorowaniu radarowym tego samego obszaru z dwóch stanowisk można uzyskać efekt stereoskopowy który można wykorzystać do określania terenowej wysokości punktów.
Wykład 6
Interferometria radarowa (InSAR) – opiera się na zasadzie radaru, w tej technice mamy 2 anteny odbiorcze. Jest jedna antena nadawacza 2 anteny odbiorcze przesunięte względem siebie. Jest to technika b. zaawansowana. Można dzięki tej technice tworzyć mapy wysokościowe., różnego rodzaju modeli terenu (pokrycia terenu).
Skaning laserowy- ma działanie podobne do dalmierza laserowego. Wysyła wiązke światła i mierząc czas powrotu oblicz się w ten sposób odległość. Mierzy on odległość od pewnego stanowiska do określonego obiektu. Jeśli pomiary odległości odpowiednio zagęścimy to możemy uzyskać kształt powierzchni terenu lub kształt
Powierzchni obiektów znajdujących się na terenie. Mierząc odl skanerem laserowym odzwierciedlamy profil terenu (tworzymy go). Można określać położenie terenu pod obszarami pokrytymi roślinnością (szczególnie istotne na terenach zalesionych). Sygnał wysyłany może odbijać się kilkakrotnie od różnych obiektów. Zaletą jest to że jest to system aktywny (może działać w różnych warunkach oświetleniowych i pogodowych, nie stosuje się tej techniki jeżeli jest silny deszcz zachmurzenie)
Przykłady zastosowania: -budowa precyzyjnego numerycznego modelu terenu , -pomiar wysokości szaty roślinnej, -pomiary wysokościowe na terenach zagrożonych powodzią, -ewidencjonowanie obszarów zagrożonych erozją,- mierzenie lodowców, -obrazowanie obszarów kopalni odkrywkowych.
Wady: -brak odbić od pow wody, -trudno jest określać twz. linie szkieletowe lub lub nieciągłości terenu, -wysoki koszt aparatury i obsługi.
Rozdzielczość obrazów teledetekcyjnych
W teledetekcji wyróżniamy rozdzielczości: przestrzenną, czasową, radiometryczną, spektralną.
Rozdzielczość przestrzenna- parametr który określa liniowy pomiar fragm.. terenu reprezentowany przez jeden piksel obrazu. Podawana jest w jednostkach długości [m]. W przeszłości była podawana w km. Jeśli mamy obszar o 2-óch rozdzielczościach (10m i 100m) to ta 10m jest najlepsza. Im jest mniejsze pole widzenia danego urządzenia tym rozdzielczość przestrzenna jest lepsza.
Rozdzielczość czasowa- parametr który określa jak często ten sam fragment terenu jest rejestrowany przez jakiś czujnik teledetekcyjny. Ten parametr podawany jest w jednostkach czasu. Może być rzędu kilkudziesięciu minut lub np. w dniach (co 50 dni). Stosuje się urządzenia które nie rejestrują obrazu dokładni epod nimi ale oś obrazu jest delikatnie przesunięta i możemy zwiększyć rozdzielczość czasową.
Rozdzielczość radiometryczna- parametr który określa liczbę poziomów (jasności) na które podzielony jest zakres sygnałów odbieranych przez urządzenie rejestrujące. Parametr podawany jest w bitach. Rozdzielczość ta może wynosić 8 bitów oznacza to że dany sygnał został podzielony na 28=256 podzakresów (poziomów) np. dla obrazów czarno białych wykonanych w 8 bitach to występuje 28=256 odcieni jasności od bieli do czerni)
Rozdzielczość spektralna- parametr który określa liczbę zakresów promieniowania (kanałów) rejestrowanych przez dany czujnik. Mówi nam ile tych zakresów dane urządzenie rejestruje. Ważny jest dobór odpowiednich kanałów które chcemy zarejestrować.
Wykład 7
Systemy obrazowania satelitarnego
Podział sztucznych satelitów ze względu na przeznaczenie:
- satelita badawczy( astronomiczny, biologiczny)
- meteorologiczny
- nawigacyjny
- technologiczny
- telekomunikacyjny
- wywiadowczy
Podział ze względu na rodzaj orbity:
- biegunowy
- stacjonarny (geostacjonarny)
- równikowy
- synchroniczny (np. synchroniczny ze słońcem)
Systemy teledetekcyjne:
- satelita LANDSAT
- satelita SPOT
- NOAA systemy pasywne
- IRS
- IKONOS
- Quick Bird
Satelita LANDSAT- do badania zasobow Ziemi skonstruowano w USA satelity teledetekcyjne serii LANDSAT. Dostarczają wielu b. cennych inf o ukształtowaniu poziomym terenu, stanie upraw rolnych, lasów oraz skażeniu środowiska naturalnego. Pierwszy satelita serii LANDSAT nosił nazwę ERTS, czyli satelita technologiczny do badania zasobów ziemi. Został wprowadzony na orbitę przez NASA w dniu 23 lipca 1972, zapoczątkował serię automatycznych satelitów o zasięgu globalnym które aż po dziś dzień dostarczają coraz lepszych obrazów naszej planety. Orbity satelitów LANDSAT są zsynchronizowane z ruchem Ziemi i pozostaje zawsze jednakowo zorientowane w stosunku do słońca. Zsynchronizowanie to miało na celu zapewnienie stałości oświetlenia obszarów położonych na tych tych samych szerokościach geogr co ułatwiłoby porównywanie zdjęć tych obszarów wykonywanych w różnych latach.
Podstawowym urządzeniem do zbierania danych o pow . Ziemi zainstalowanym na pokładzie jest skaner wielo spektralny MSS. Jego układ optyczny rozczepia promieniowanie rejestrowane dla 6 linii skanowania, dodatkowo na 4 zakresy spektralne odpowiadające promieniowaniu zielonemu, czerwonemu i dwóm zakresom podczerwieni bliskiej.
Zdjęcia wykonywane w poszczególnych kanałach były przeznaczone do określonych celów:
- kanał 4 do badania przezroczystości wody, analizy form podwodnych
- kanał 5 do badania zjawisk zanieczyszczenia
- kanał 6
- kanał 7 określanie obszarów podmokłych i wilgotnych oraz wykrywanie wód
System SPOT- to seria satelitów europejskich, pierwszy z satelitów z tej serii został został uniesiony w 1986. Spot 5 rejestruje obrazy z rozdzielczością 5 m która może być zwiększona di 2.5m . ponad to skaner tego satelity posiadał 3 kanały spektralne (0.50-0.59; 0,61-0,68; 0,79-0,89um) o rozdzielczości 20m. Można było tworzyc obszary stereoskopowe.
NOAA- to seria satelitów przeznaczonych do celów meteorologicznych i monitoringu środowiska w skali globalnej. Znajduje się na nich skaner AVHRR. Obrazujący w zakresie promieniowania czerwonego, bliskiej i średniej podczerwieni aż w dwóch zakresach podczerwieni termalnej. Rozdzielczość przestrzenna obrazu AVHRR wynosi 1.1x1.1km. Każdy fragment pow ziemi jest jest obrazowany przez 1 serwer AVHRR dwukrotnie w ciągu dnia.
IRS- satelita indyjski. Obrazuje w kanale panchromatycznym z rozdzielczością przestrzenną 5.8 Mw kanałach zielonym ,czerwonym, bliskiej podczerwieni rozdz. 23m oraz w kanale z zakresu średniej podczerwieni (1,55-1,7m) o rozdz 70m.
IKONOS- pierwszy cywilny satelita wysokorozdzielczy. Może pozyskiwać obrazy panchromatyczne z rozdz 1m oraz obszary wielospektralne o rozdzielczości 4m.
Quik Bird-satelite Quik Bird2 umieszczona na orbicie w 2001r. Jest to obecnie system komercyjny o najwyższej rozdzielczości przestrzennej.
Systemy Aktywne
- ERS i ENVISAT (Europejska Agencja Kosmiczna)
- JERS (Japonia)
- Almaz (Rosja)
- Radarsat (Kanada)

Obrazy cyfrowe
Model rastrowy- obraz składa się z siatki pól elementarnych o kształcie kwadratu.
Przetwarzanie obrazów cyfrowych
Oryginalne obrazy teledetekcyjne posiadają szereg zniekształceń radiometrycznych i geometrycznych których źródłem jest wiele czynników związanych z charakterem badanego obiektu, jego oświetleniem a także sposobem rejestracji. Wszystkie te błędy powodują że niezbędne jest poprawienie zarówno wartości jasności zapisanych w pikselach jak położenia w macierzy obrazu.
Wykład 8
Etapy korekcji radiometrycznej
Obraz cyfrowy
(jasność pikseli)
↓
Kalibracja detek. ← korekcja systematyczna błędów
↓ skanera
Korekcja wpł atm. ←uwzględnienie stanu atmosfery
↓ w chwili rejestracji
Korekcja słoneczna← uwzględnienie stanu źródła
↓ promieniowania w chwili rejestr.
Korekcja topograf. ← spadek, ekspozycja wysokość
↓ n.p.m.
Obraz cyfrowy
(współ. Odbicia)

Korekcja błędów powstających w systemie rejestrującym:
Do ja częściej spotykanych błędów radiometrów należą:
opuszczenie linii, prążkowanie, szumy
Opuszczenie linii- jeden z detektorów przestaje funkcjonować. Linia obrazu lub jej część ma wyraźnie inne wartości niż w pozostałych liniach. Korekcja polega na obliczeniu nowych wartości na podstawie pikseli z sąsiednich linii. Do tego celu można wykorzystać odpowiednie filtry.
Prążkowanie- detektor dostarcza stale mniejszych lub większych danych niż odczyty innych detektorów. Można to usunąć za pomocą filtracji.
Szumy- to najcz. Losowo rozrzucone w obrazie zakłócenia jasności pikseli, wyrażają się wartościami wyraźnie odbiegającymi od otoczenia. Mogą być usunięte za pomocą filtrów medianowych (3x3 lub 5x5 pikseli). Błędne wartości zastępowane są wartościami mediany która jest obliczana
Korekcja geometryczna
Obrazy bardzo często zawieraja różnego rodzaju błędy spowodowane przez zniekształcenia geometryczne które wynikają z :
-własności sensorów
- platform teledetek.- urządzenia przenoszące
- rejestrowanych obiektów
Zniekształcenie geom jest wyrazem różnic pomiędzy współrzędnymi aktualnymi i możliwymi do zarejestrowania przez idealny sensor teledetekcyjny w idealnych warunkach.
Ortorektyfikacja
Jest to usunięcie zniekształceń spowodowanych wysokością terenu i nachyleniem zdjęcia.
Poprawianie jakości obrazów wielospektralnych
Metody poprawiania jakości obrazów
Oryginalne dane teledetekcyjne zapisywane w postaci obrazów cyfrowych zwykle wymagają wstępnego przetworzenia zanim zostaną wykorzystane w procesie interpretacji. Składa się na to wiele przyczyn wynikających głównie z własności obiektów oraz systemów rejestrujących.
Poprawianie jakości obrazów nazywane jest wzmocnieniem i ma na celu zwiększenie możliwości zróżnicowania obiektów i zjawisk w procesie interpretacji.
Do najczęściej stosowanych tu metod należą:
- zmiana kontrastu i jasności
- filtracje w dziedzinie obrazu i dziedzinie częstotliwości
zarejestrowanego promieniowania
- operacje między kanałami spektralnymi (tworzenie kompozycji barwnych, przetwarzanie przestrzeni barw, indeksy spektralne i indeksy wegetacyjne)
Zmiana jasności i kontrastu
Obrazy cyfr. Zapisywane SA najczęściej jako macierze 8-bitowych liczb binarnych. Oznacza to że dla każdego elementarnego fragm.. obrazu (piksela) można wyróżnić 256 (0-255) poziomów jasności obrazów.
W systemach teledetekcyjnych taka liczba poziomów wystarcza do rejestracji scen przy bardzo różnych warunkach oświetlenia.
Obiekty o małej jasności zapisywane są za pomocą licz z dolnego zakresu skali, obiekty jasne otrzymują wartości bliższe drugiemu krańcowi skali. Jasność pikseli jest wartością bezwymiarową.
Analizę kontrastu i jasności obrazów przeprowadza się na podstawie histogramów. Histogram (wykres słupkowy) przedstawia na poziomej osi odciętych wartości jasności pikseli z zakresu 0-255. Na osi pionowej możemy odczytać liczbę pikseli w każdym stopniu jasności.
Zamiast liczb pikseli podawana jest niekiedy czestość względna liczby pikseli (stosunek liczby pikseli danego stopnia jasności od liczby wszystkich pikseli w obrazie.
W celu poprawienia jasności w obrazie można zmienić wartość w poszczególnych pikselach o pewną stałą wartość co można zapisać za pomocą wzoru:
g,= g+a
g,- nowa wartość jasności piksela (w obrazie wtórnym)
g- wartość oryginalnej jasności (obrazu pierwotnego)
a – wielkość stała o którą zmieniamy wartość w pikselach obrazu.
Oprócz jasności wielkością charakteryzującą obraz jest kontrast.
Obrazy kontrastowe charakteryzują się dużą rozpiętością wartości jasności dzięki czemu odbieramy je jako czytelne, bogatsze w szczegóły.
Wzmocnienie kontrastu
Kontrast obrazu zmieniamy poprzez przeliczenie oryginalnych wartości jasności na wartości nowe, znajdujące się w innym przedziale liczb. Operacja ta jest tez nazywana podnoszeniem kontrastu lub rozciąganiem histogramu.
Korekcja obrazów cyfrowych
Proces ten nazywamy też odtworzeniem Lu rekonstrukcją skł się z dwóch etapów:korekcji radiometrycznej i geometrycznej.
Źródła niejednorodności radiometrycznej obrazów cyfrowych:
● Czynniki środowiska
- zmiany stanu źródła promien. (słońce)
- zróżnicowanie Łukszt. Terenu (topografia)
- kierunkowość odbicia lub emisji promieniowania
Od pow Ziemi
- absorpcje (pochłanianie)
-rozproszenie w atmosferze
● własności systemów teledetekcyjnych (np. czułość
Systemów nieliniowa i zmiana w czasie, zakłócenia)
Wykład 9
Progowanie i kwantowanie
Polegające na zmianie jasności, są zaliczane do operacji z tzw. Algebry obrazowej lub w systemach GIS do działań warstwach danych
Progowanie – polaga na utworzeniu obrazu, w którym wystepują wyłącznie dwie wartości 0 lub 1. wartość 0 otrzymują piksele, których jasność w obrazie pierwotnym jest mniejsza od obranej wartości progowej, natomiast wartośc 1 jest przypisywana pikselom, których jasność przekracza wartość progową. Może być stosowane jako prosta metoda klasyfikacji treści obrazów, najczęściej jednak występuje jako element bardziej złożonych operacji na obrazach. Za pomocą progowania można na przykład sporządzić maskę, służącą do rozdzielania obrazu oryginalnego na dwa obrazy, z których każdy będzie zawierać inne zakresy jasności. Zakresy te mogą odpowiadać obiektom ciemnym i jasnym, jak na przykład lasy – pola, morze – ląd.
Kwantowanie- jest operacją podobną do progowania, z tą różnicą że w nowym obrazie (wynikowym) występuje kilka poziomów jasności. Może być stosowane do wydzielania z obrazu pikseli o określonych poziomach jasności, na przykład gdy chodzi o wyeliminowanie jakiegoś obiektu. W ten sposób można zredukować wpływ szumów. Kwantowanie jest także bardzo przydatne przy przetwarzaniu warstw rastrowych w systemach informacji geograficznej (GIS), na przykład do tworzenia stref wartości określonych zjawisk (temp. wilgotność, stężeń zanieczyszczeń itd.) lub stref wysokości, na podstawie numerycznego modelu terenu.
Filtracja- Obrazy cyfrowe są poddawane filtracji w celu:
- odseparowanie i usunięcie zakłóceń, które powstaje w systemie rejestrującym lub podczas transmisji danych
- wyodrębnienie granic i konturów obiektów
- lokalnego wzmocnienia kontrastu
- zwiększenie ostrości obrazu
Stosowane w przetwarzaniu obrazów cyfrowych filtry są algorytmami, za pomocą których dokonuje się zmian wartości zapisanych w macierzy pikseli.
Wyróżnia się dwa rodzaje filtracji:
- w dziedzinie obrazu, polegająca na analizie wartości pikseli obrazu pierwotnego
- w dziedzinie częstotliwości, wykorzystującą model matematyczny, który opisuje obraz jako zjawisko falowe.
Filtracja w dziedzinie obrazu – polega na zastosowaniu specjalnego okna, które przesuwane jest w obrazie pierwotnym wzdłuż wierszy – kolumna po kolumnie.
Na podstawie wszystkich (lub części) pikseli znajdujących się w oknie obliczana jest wartość jasności.
Filtr górnoprzepustowy powoduje, że względnie małe jasności staje się jeszcze mniejsze a duże zwiększą się.
Mówimy że rośnie częstotliwość przestrzenna (zwiększają się różnice wartości jasności miedzy blisko położonymi pikselami)
Filtracja w dziedzinie częstotliwości – znana również pod nazwą (analizy Fouriera), służy do oddzielenia zakłóceń (szumów) od właściwej informacji obrazowej. Może być także wykorzystywane do wykrywania periodyczności w zjawiskach zarejestrowanych w postaci szeregów czasowych.
Łączenie obrazów – jest b. szeroką dziedziną działań praktycznych, w których występuje wiele typów danych, zakresów promieniowania, platform teledetekcyjnych, algorytmów matematycznych i zestawień. Lączenie obrazów jest tworzeniem kombinacji dwóch lub więcej obrazów, przy użyciu określonego algorytmu, w celu stworzenia nowego obrazu.
Korzyści wynikające z łączenia obrazów:
- wzmocnienie obiektów, polepszenie efektów klasyfikacji,
- zwiększyć wyrazistość obrazu
- detekcja zmian
- uzupełnienie braku informacji
- zwiększenie dokładności rejestracji w układzie współrzędnych
- tworzenie wizualizacji 3D
Kompozycje barwne obrazów teledetekcyjnych
Zarejestrowane przez platformę teledetekcyjną, odpowiadające poszczególnym kanałom spektralnym obrazy cyfrowe są wyświetlane za pomocą…
Operacja tworzenia kompozycji barwnych polega na transparentnym łączeniu obrazów obrazów rejestrowanych w pojedynczych kanałach.
Do tworzenia kompozycji barwnych mogą zostać wykorzystane np. trzy dowolnie wybrane kanały (obrazy)
Mogą to być:
- kanały zarejestrowane przez sensor satelitarny
- kanały pochodzące z sensoró różnych systemów satelitarnych
- kanły zawierające dowolny zakres promieniowania (szczególnie istotne okazuje się łączenie z danymi radarowymi).
Liczba kombinacji łączonych kanałów może być bardzo duża.
Kanał 3,2,1 – obraz zbliżony do barw jakiw widzi oko ludzkie
Kanał 4,3,2 – obraz zarejestrowany w podczerwieni
Kanał 4,3,5 –
Kanał 7,4,2 – wykorzystywany w geologii
Wykład 10
GIS – System Informacji Geograficznej
Ang. Geographic Ingormation System. Wprowadzony w drugiej połowie lat 60 przez kanadyjskiego geografa Rogera Tomlinson.
GIS – oznacza system pozyskiwania, gromadzenia, aktualizacji, zarządzania, analizowania, udostępniania danych odniesionych przestrzennie do pow. ziemi. Możliwość analizowania odróżnia GIS od kartografii.
W szerokim rozumieniu GIS to system przepływu i wykorzystania informacji obejmujący środki techniczne, w tym sprzęt komp. I oprogramowanie, metody, bazy danich, procedury, oraz zasoby ludzkie i finansowe niezbędne do funkcjonowania systemu.
Komponenty GIS:
- sprzęt komputerowy
- oprogramowanie
- dane
- procedury do zarządzania i analizowania danych
- ludzie
GIS może funkcjonować na:
- komputerach przenośnych
- stacjonarnych komputerach personalnych
- stacjach roboczych
- komp. O dużej mocy obliczeniowej
- pojedynczym komp.
- komputerach połączonych w sieć.
Oprogramowanie posiada funkcje:
- wprowadzania danych
- wstępnego ich przetworzenia (m.in. konwersja formatów)
- przechowywania
- zarządzania bazą danych
- analizowanie i wizualizacji danych personalnych.
Przykłady oprogramowania wykorzystanego w GIS:
- ArcInfo
ArcView
- GEOMEDIA
- GRASS
-IDRIS
-MapInfo.
Dane przechowywane są w baize danych Należy gromadzić jedynie dane niezbędne, pozwalające uzyskać określone wyniki w możliwie krótkim czasie i przy minimalnym koszcie.
Podstawowymi cechami gwarantującymi wysoką jakość danych przestrzennych są:
- dokładność – wiąże się ze szczegółowością danych
- aktualność – zgodność z modelowanym światem
- wiarygodność – mówi, o zaufaniu do danych
- kompletność – zgodność zgromadzonych danych z podstawionymi na wstępie wymaganiami dotyczącymi treści jak i obszaru.
W systemach GIS przechowujemy dane przestrzenne, które dotyczą położenia obiektu, jego kształtu wielkości i dane opisowe (atrybuty opisowe), obejmują one, cochy jakościowe i ilościowe obiektu, np. kto jest właścicielem danej działki, jakie jest użytkowanie danej działki, jakie stężenie azotanów w danym zbiorniku.
Ludzie są bardzo istotnym komponentem systemów informacji geograficznej. Oni system planują, wdrażają, użytkują oraz podejmują decyzje w oparciu o dane zgromadzone w systemie.
Sukces czy niepowodzenie wdrażania GIS w dużo większym stopniu zależą od czynnika „ludzkiego” niż od środków technicznych.
Zastosowanie GIS:
Banki i instytucje finansowe:
- analiza rozmieszczenia klientów i posiadaczy kont, pożyczkobiorców.
- analiza wpływu lokalizacji placówek na jej działalność
- ocena penetracji rynku, udziału w rynku, analiza informacji o konkurencji
- wspomaganie wyboru nowej placówki
- analiza zachowań klientów, badania demograficzne i marketingowe
- udostępnianiu klientom możliwości wyszukiwania placówek i bankomatów na interaktywnych mapach.
Nieruchomości
- ewidencja gruntów i budynków
- prezentacja lokalizacji i jej otoczenia klientowi
- wybór lokalizacji i jej ocena (ilość potencjalnych pracodawców i/lub klientów, sieci drogowe
Telekomunikacja:
- projektowanie i utrzymywanie sieci
- marketing
- zarządzanie kontaktem z klientem
- marketing bezpośredni i marketing precyzyjny
- analiza rynku i konkurencji
Górnictwo
- poszukiwanie złóż
- zarządzanie infrastrukturą obiektów
- monitoring wpływu na środowisko
Transport
- planowanie projektowanie utrzymanie sieci transportowych
- planowanie operacji logistycznych
- planowanie połączeń i tras transportu publicznego
- analiza ruchu pasażerskiego i towarowego
Ochrona zdrowia
- studia epidemiologiczne (lokalizacja przypadków zachorowań, zasięgu epidemii)
- optymalizacja rozmieszczenia placówek służby zdrowia
- możliwość lokalizacji najbliższej placówki za pomocą Internetu czy serwisu komórkowego
Walka z przestępczością
- przestrzenna analiza wystepowania przestępstw
- lokalizacja jednostek patrolowych w czasie rzeczywistym.
Archeologia
- dokumentowanie znalezisk
- tworzenie modeli prognozujących możliwość występowania znaleziska
- udostępnianie informacji o znaleziskach
Rolnictwo
- dobór odpowiednich upraw
- szacowanie plonów
- przeciwdziałanie erozji wodnej
- kartografia gleboznawcza
Leśnictwo
- inwentaryzacja zasobów
- planowanie i zarządzanie
- ochrona przeciwpożarowa
- walka ze szkodnikami
- planowanie udostępniania lasu
Zarządzanie systemami nadzwyczajnymi i kryzysowymi
- ocena ryzyka dla ludzi i obiektów
- ocena skali i zasięgu zagrożenia
- sporządzenie planów działań
- szacowanie strat
Wykład 11
Źródła danych przestrzennych
- obrazy satelitarne
- zdjęcia lotnicze
- zdj. Naziemne
- odbiorniki GPS
- automatyczne stacje badawcze(systemy monitoringu)
- pomiary geodezyjne
- prace i pomiary terenowe
- mapy i plany
- materiały publikowane
- państwowe i komercyjne zasoby danych np. roczniki statystyczne
- internetowe bazy danych
- inne bazy danych
Modele danych przestrzennych
- RASTER
- WEKTOR
- ŚWIAT REALNY
Model rastrowy – W modelu tym świat jest przedstawiany jako powierzchnia, składająca się z regularnej siatki komórek
Uproszczenie rzeczywistości
W tym modelu każda komórka zawiera wartość reprezentującą przynależność do kategorii wartośc pomiarową lub zinterpretowaną.
Mapa rastrowa składa się z komórek rastrowych (pikseli) wielkość (rozmiar) komórek jest zdefiniowany. Liczba wierszy i kolumn jest zdefiniowana.
Położenie rastra jest określone w danym układzie współrzędnych przez określenie położenia jednego z punktów rastra (boki komórki rastra są styczne do osi układu.
Cechy charakterystyczne:
- prosta struktura zapisu danych
- prostsza implementacja szeregu analiz przestrzennych np. nachylenie terenu
- odpowiedni do reprezentacji zjawisk o charakterze ciągłym np. wysokość terenu, która zmienia się stopniowo, temperatura.
- potrzeba dużej mocy obliczeniowej do przetwarzania danych rastrowych
- potrzeba dużej pojemności nośników danych do składowania obrazów
Przykłady rastrów
Mapy:
- cywilna mapa topograficzna
- wojskowa mapa topograficzna
- mapa zasadnicza
- m. ewidencyjna
- m. tematyczna
- inne
Zdjęcia:
- lotnicze
- satelitarne
- fotogrametria naziemna
Raster zalety:
- najprostszy format danych
- łatwość zrozumienia
- łatwość wykonywania operacji matemat. I nakładkowania
- łatwo rejestrować, włączać do GIS obrazowe dane lotnicze i satelitarne
- ;lepsza reprezentacja danych „ciągłych”
- łatwość przechowywania
Raster wady:
- Duzy rozmiar plików dla wysokorozdzielczych danych
- możliwość opisu rzeczywistości zależy od rozdzielczości rastra (tzn. wielkości piksela)
- deformuje obwody i powierzchnie
Poprzez reprezentację rastrową obiekty tracą unikalność
Im mniejszy jest rozmiar komórki rastra, tym większa rozdzielczość danych i bardziej szczegółowa mapa.
Rastry zawsze generalizują dane przestrzenne:
- Funkcja rozmiaru, piksela (mniejszy piksel = większa rozdzielczość)
- określa dokładność, przetwarzanie i rozmiar pliku
Dane rastrowe obejmują:
- obrazy rastrowe (podkłady rastrowe)
- gridy (mapy rastrowe)
Gridy reprezentują dane pochodne, zinterpretowane, używane często do dalszych analiz i modelowania. Mogą być tworzone na podstawie próbek punktowych, jak np. powierzchnie przedstawiające zanieczyszczenia chem. gleb albo w oparciu o klasyfikację obrazów, jak np. grid pokrycia terenu. Gridy można tworzyć przez zamianę
Gridy mogą być:
- Zmienno przecinkowe czy też rzeczywiste - wartość każdej komorki jest liczbą rzeczywistą. To naturalny sposób zapisu inf. O charakterze ciągłym np. wys. terenu, n.p.m., temp. na jakims obszarze, steż. zasolenia wody
- całkowite – wartości w komórkach to liczby całkowite. Taka postać gridu używana jest do zapisu inf. O charakterze dyskretnym np. rodzaj gleby, użytkowanie, roślinność.
Tabela atrybutów
Mapa typu całkowitego może mieć tabelę atrybutów (zw. VAT – Value Attribute Table) Każda kategoria wartości komórek moze miec w takiej tabeli swój rekord, dzieki czemu wiadomo:
-jakie śa wartości (pole Value)
- Ile komórek liczy kazda kategoria wartości (pole Count)
- jakie sa atrybuty kategorii komórek
Jeśli w tworzonej mapie całk. Znajd. Się zbyt dużo unikalnych wartości tabela atrybutów nie jest tworzona.
Mapy rasrowe typu rzeczywistego, nie mają tabeli atrybutów, bo wartości na mapie jest b. dużo (tabela byłaby b. rozbudowana).
Wykład 12
Model wektorowy.
Pozwala na określenie przestrzennej lokalizacji w sposób ciągły, nie dzieląc przestrzeni na dyskretne kwadraty. Położenie obiektu jest zapisywane w formie współrzędnych płaskich i geograficznych.
Podstawową koncepcją wektorowego modelu danych jest możliwość opisu obiektów geogr. Za pomocą:
- punktów (węzłów) np. niewielkie obiekty: drzewo, studnia.
- linii (łuków) np. drogi, linie kolej.
- wieloboków (powierzchni, poligonów) np. działki.

Model wektorowy
Wektor- zalety
-dokladne określenie położenia, najlepszy model dla obiektów jednoznacznie określonych granicach np. drogi
-zwarty format zapisu
-można dolaczaczac nieskonczobna ilość atrybutów
- łatwa aktualizacja danych
Wektor – wady
-b. słaba możliwość prezentacji danych ciągłych
- złozona struktura danych wymagajaca mocnych silnikow obliczeniowych
- wiele formatów danych wektorowych -> potrzebne procedury konwersji
Format danych wektorowych
- model prosty
- model topologiczny
Prosty model wektorowy
(x,y) Punkt – położenie definiowane jest para wspołrzędnych (x,y)
Linia- definiowana jest dwiema parami współrzędnych punktów (x,y) i (x2,y2)
Poliginia – definiowana jest n parami współrzędnych (x,y), (x2,y2), (x3,y3) itd.
Poligon(region)- definiowany jest n+1 parami współrzędnych punktów węzłowych gdzie n- liczba wierzchołków.
Topograficzny model wektorowy – posiada zakres określający dokładne położenie i geometrię obiektu- dzieki niemu wiadomo które obiekty graniczą ze sobą, jakie są wspólne krawędzie w wielobokach, które punkty wyznaczają przebieg granicy
Systemach GIS wszystkie dane zapisywane sa w strukturze warstwowej , warstwa np. rzek, gleb, użytkowania terenu i kazda ta warstwa może być wyświetlana pojedynczo lub można nakładać kilka warstw na siebie. Warstwy są integrowana ze sobą za pomocą współrzędnych.
Numetryczny model terenu
Jest to zbiór odpowiednio wybranych punktów leżących na danej powierzchni oraz algorytmy, które słóżą do wyznaczania wartości pomiędzy tymi punktami. (algorytmy interpretacyjne). Służy do prezentacji kształtu powierzchni w programie komp.
Przy modelowaniu powierzchni można dodatkowo uwzględnić
- Linie szkieletowe(grzbiety, rzeki)
- linie nieciągłości (skarpy urwiska)
- powierzchnie wyłączeń jeziora,budynki)
- punkty umieszczone w miejscach ekstremalnych wysokości (szczyty, dna dolin)
Dane do stworzenia numerycznego modelu terenu uzyskiwane są z 3 źródeł
- bezp pomiar terenowy
- pomiaryfotogrametryczne
- digitalizacja istniejących map
Bezpośrednie pomiary terenowe – sa b. dokładne, a punkty wysokościowe w łatwy sposób sa wprowadzane do systemów informatycznych. Pomiary sa pracochłonne, kosztowne i obejmują niewielkie fragm.. powierzchni. Na ich podstawie otrzymuje się model nieregularny.
Pomiary fotogrametryczne – za pomocą instrumentów fotogrametrycznych lub zaawansowanych programów komp. Możliwe jest automatyczne pozyskiwanie wysokości na zbudowanym modelu. Najczęściej wysokości śa pozyskiwane na siatce prostokątów lub kwadratów.
Ponieważ w ten sposób pozyskiwane wysokości nie oddają w pełni złożoności form terenowych można zastosować automatyczne zagęszczenie siatki przy dużych zmianach wysokości. Przy interwencji operatora możliwe jest pozyskiwanie linii strukturalnych.
Digitalizacja map (skanowanie)
- dane uzyskuje się poprzez digitalizacje poziome, która ma zawsze charakter próbkowania, stąd ddane te obarczone sa większymi błędami niż w przypadku pomiarów terenowych czy fotogrametrycznych.
dodatkowo NMT obarczony jest błędami określenia i odczytania wysokości.
Numeryczny model rzeźby terenu może być wykorzystany do:
- wyznaczania wysokości
- wyznaczania spadków i ekspozycji
- tworzenia przekrojów terenowych
- analizy widoczności
- tworzenia warstwic
- cieniowania
- obliczania objętości
- wizualizacji 3D