Koncepce prostoru

1. Koncepce prostoru • Pořizování a ukládání dat souvisí s pojetím prostoru • Určování polohy v prostoru – vytvoření relace mezi geoprvkem, jehož polohu určujeme a prvkem množiny M obsahující všechny body tohoto prostoru • Prostorové referenční systémy – poloha geoprvků určena různým způsobem, s různou přesností a různým rozlišením GIS

2. Prostorové referenční systémy • Klasifikace podle kritérií • Způsob určování polohy – přímý (souřadnicové systémy), nepřímý (pomocí geokódu) • Prostorový rozsah – globální/lokální • Spojitost – kontinuální/diskrétní • Určování polohy v závislosti na jiných geoprvcích – absolutní/relativní • K čemu se vztahují – k Zemi, k rovině, k linii GIS

3. Souřadnicové systémy • přímé určování polohy • různé typy podle klasifikace • jsou vztaženy k zemskému tělesu nebo k rovině, na kterou je zemský povrch promítnut GIS

4. geografický souřadnicový systém (v principu sférický), poloha bodu na zemském povrchu je udávána pomocí zeměpisné šířky  (latitude) a zeměpisné délky  (longitude) GIS

5. Souřadnicové systémy - vztaženy k rovině • souvisí se znázorňováním povrchu Země na mapách • převod křivého zemského povrchu do roviny - operace charakteristické pro použité kartografické zobrazení • kartografické zobrazení přitom „deformují“ křivý zemský povrch do roviny různým způsobem • některá zobrazení zachovávají plochy, ale nezachovávají tvary a úhly, jiné zachovávají tvary ale nezachovávají plochy • důsledek - není možné kombinovat data převedená pomocí různých kartografických zobrazení (S-JTSK a S-42 nebo WGS-84). GIS

6. Souřadnicové systémy - vztaženy k rovině GIS

7. Souřadnicové systémy - vztaženy k rovině • kartografické zobrazení • speciálně pro bývalou Československou republiku a které respektovalo její protáhlý tvar a polohu na zemském glóbu (Křovák) GIS

8. Kartografické zobrazení Křovákovo (S-JTSK) GIS

9. GIS

10. Používané souřadnicové systémy • Vláda ČR nařízením č. 116/1995 Sb. [NV116] stanovila závazné geodetické referenční systémy, použitelné na území našeho státu • WGS84 - světový geodetický referenční systém 1984 ( World Geodetic System 1984) • ETRS - evropský terestrický referenční systém (European Terrestric Referenc System) • S-JTSK - souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální • S-42 - souřadnicový systém 1942 • Bpv - výškový systém baltský - po vyrovnání • S-Gr95 - tíhový systém 1995 GIS

11. Úlohy v rámci GIS • návrh GIS aplikace z hlediska užití • tvorba databáze údajů • pořizování dat • analytické funkce - s přihlédnutím k okruhu uživatelů GIS

12. Pořizování dat • veřejné zdroje • různé komerční organizace • primární zdroje dat • sekundární zdroje dat (informace o jejich získání a postupu zpracování,aktuálnosti a kvalitě dat - metadata) http://gis.vsb.cz/midas/scripts/frames.php) GIS

13. Pořizování dat • Přímé měření - zachycení prostorových a časových změn pomocí vhodné škály (počet rostlin v lokalitě, velikost srážek, ...) • Nepřímé měření - uskutečňuje se na základě znaků fyzikálních, chemických či biotických, které jsme schopni ohodnotit pomocí funkčních závislostí na sledovaném fenoménu. (měření teploty teploměrem, větru pomocí anemometru, ... ) GIS

14. Údaje z primárních zdrojů • nejpřesnější zdroj prostorových dat - geodetická měření, která jsou převedena do digitální formy • data z terénního zápisníku(přepis přes klávesnici – při ručním zpracování - chybovost) • elektronický zápisník - geodetická zařízení • GPS - Global Position System. • další zpracování specializovaným softwarem do vektorové reprezentace, po změně formátu (dle patřičného GISu) je možné ukládat data do geografické databáze GIS

15. GPS • navigační systém pro určení polohy kdekoliv na zemském povrchu, bez ohledu na počasí a na dobu měření • původně vojenský systém, vyvíjený a budovaný od roku 1973 Ministerstvem obrany Spojených států • začátkem 90. let se po vývoji a rozšíření stal plně funkčním a dostupným po celém světě • Kongres Spojených států schválil výnos o využití systému GPS i v civilní sféře • z důvodu možnosti zneužití (teroristické účely) a zabezpečení prvořadosti vojenských aplikací bylo až do 1.5.2000 provozováno několik opatření GIS

16. GPS • selektivní dostupnost (Selected Availibility) - záměrné zhoršování přesnosti určení polohy nebo zavedení tzv. přesného P/Y - kódu, kterým je šířen signál pouze pro vojenské aplikace • v současné době je již záměrné zhoršování polohy vypnuté, což pro civilní uživatele znamená téměř 10-ti násobně zvýšení přesnosti určení polohy GIS

17. GPS • členění na tři podsystémy • kosmický • řídící (kontrolní) • uživatelský GIS

18. GPS – kosmický segment • 24 družic (21 pracovních a 3 záložní), orbitální dráhy ve výšce 20200 km s dobou oběhu 11.25 hod, na šesti oběžných drahách • každá družice je vybavena přijímačem, vysílačem, atomovými hodinami a přístroji pro navigaci nebo jiné speciální úkoly (kupř. pro detekci výbuchu jaderných náloží) • družice přijímá, zpracovává a uchovává informace předávané z pozemního řídícího centra pro možnost korekce dráhy letu raketovými motorky • sleduje stav vlastních systémů a podává o těchto skutečnostech informace zpět do řídícího centra GIS

19. GPS – kosmický segment • každá družice je vybavena záložními zdroji, palubní baterie jsou dobíjeny dvěmi slunečními panely • princip určování polohy - družice vysílá signály pro uživatele v podobě složitého signálu, každá družice vysílá zprávy o své poloze a přibližné poloze ostatních družic systému • k určení aktuální polohy pozemní přijímač počítá tzv. pseudovzdálenosti, což jsou vzdálenosti mezi přijímačem a viditelnými družicemi (nad obzorem) GIS

20. GPS – kosmický segment • výpočet pseudovzdálenosti vychází ze znalosti rychlosti šíření družicového signálu a rozdílu času mezi vysláním a příjmem signálu (pseudovzdálenost - jsou zavedeny další doplňující výpočty, které určení výsledné polohy dále zpřesňují) • pro určení dvojrozměrné polohy (nejčastěji zeměpisná délka a šířka) stačí příjem signálu z minimálně tří družic (výpočet tří pseudovzdáleností) • pro určení trojrozměrné polohy (navíc výška) minimálně ze čtyř družic • příjem menšího počtu družic znemožňuje výpočet polohy, vyšší počet družic naopak určení polohy dále zpřesňuje GIS

21. GPS – řídící segment • monitoruje funkce družic a získané údaje předává zpět družicím • je tvořen hlavní řídicí stanicí v Colorado Springs a dalšími 5 monitorovacími stanicemi a 3 pozemními řídícími, které spolupracují s hlavní řídící stanicí • cílem celého řídícího podsystému je monitoring funkcí každé družice, sledování a výpočet dráhy družice, komunikace a zajištění přesného chodu atomových hodin na družicích • závada na družici se co nejrychleji operativně řeší, (cena 50 miliónů dolarů za družici) GIS

22. GPS – řídící segment • existuje několik nezávislých monitorovacích sítí, které umožňují další přesnější určování polohy, především pro velmi přesné aplikace (geodézie, geodynamika), nepodílejí se na řízení a činnosti systému GPS • princip - při každém průletu družic nad těmito stanicemi jsou vyhodnoceny parametry jejich drah a vypočteny korekce, které jsou vyslány zpět na dané družice a odtud do přijímače, kde dojde k aktualizaci uložených dat o družicích GIS

23. GPS – uživatelská část • pozemní segment – speciální přijímač s anténou, jednotkou pro zpracování radiového signálu a dekódování vložených dat, vyhodnocovací jednotkou a výstupní jednotkou pro komu- nikaci s obsluhou pomocí klávesnice a displeje GIS

24. GPS • použití a přesnost v různých oblastech • civilní- přesnost od 25 m do 100 m, kódování C/A (coarse/acquisition code) pro hrubé zjištění polohy • vojenské - přesnost od 2.5m do 15m,kód C/A, zpřesnění kódovaným signálem označovaného jako P (precision code) • DGPS - diferenciální GPS (označována jako DGPS), přesnost asi 0.5m GIS

25. Fotogrammetrie • princip - měření prostorových objektů na fotografiích nebo měřičských snímcích objektů • snímky je možné pořídit dvěmi způsoby • pozemní – snímání je prováděno z povrchu Země (stavebnictví) • letecké snímkování (data o větším územní) GIS

26. Fotogrammetrie • Přípravné práce – signalizační body • Letecké snímkování • Ortorektifikace snímků - nutnost transformace – snímky pořízené v centrální projekci převést na ortogonální projekci do podoby mapy • Fotointerpretace - interpretace údajů z fotosnímků • Přenos do GIS GIS

27. Fotogrammetrie • Velikost detailu z leteckých fotografií je ovlivněna • výškou letu nosiče, na kterém je namontovaná kamera (letadlo) • ohnisková vzdálenost objektivu kamery • vlastnostmi filmu, na který je snímáno • vertikální členitostí reliéfu • stupněm překrytí po sobě následujících snímků GIS

28. Fotogrammetrie GIS

29. Dálkový průzkum země - DPZ • definice z 1988 podle SPRS • DPZ je umění, věda a technologie na získávání spolehlivých informací o fyzikálních objektech a jejich okolí pomocí záznamu, měření a interpretace snímků a digitálních záznamů, které se získávají pomocí nekontaktních systémů. • International Society for Photogrametry and Remote Sensing GIS

30. Dálkový průzkum země - DPZ • způsoby snímání • pasivní systémy – snímají zdroj elektromagnetického záření (např. ze Slunce), které se odráží od zemského povrchu • aktivní systémy - mají vlastní zdroj záření, vysílají k Zemi a snímají jeho odraz (radar) GIS

31. Dálkový průzkum země - DPZ • Landsat - program NASA od roku 1967, vypuštěno několik nosičů, poslední Landsat7, dosud funguje Landsat 5. • SPOT - program Francie ve spolupráci s Belgiií a Švédskem, první nosič 1986 GIS

32. Družice Stát/ Organizace Start Prostorové rozlišení (m) /Záběr (km) panchro multispektradar Landsat 5 USA 1.3.1984 30-20/185 Spot 1 FRANCIE 22.2.1986 10/117 20/117 Spot 2 FRANCIE 22.1.1990 10/117 20/117 NOAA 14 USA 30.12.1994 1100/2600 ESA 21.4.1995 26/100 KANADA 4.11.1995 7,6-100/ 50-500 INDIE 28.12.1995 5,8/70 23,5-70,5/148 OrbView 2 USA 1.8.1997 1100/2800 Meteosat 7 EUMETSAT 2.9.1997 5 km/ polokoule Spot 4 INDIE 29.9.1997 5,8/70 23,5-70,5/148 FRANCIE 24.3.1998 10/117 20-1100/117-2600 GIS

33. Dálkový průzkum země - DPZ • možnost nechat si pořídit snímky území podle účelu dat – vybere se vhodný typ družice • komerční firmy prodávající snímky sledovaného území • využití – zemědělství (sledování růstu vegetace) • lesnictví (rozeznání typu porostu) • ochrana životního prostředí • ... GIS

34. Porovnání fotogrammetrie a DPZ výhody DPZ • rozsáhlejší území na jednom snímku • pravidelný a operativní způsob sběru údajů • rychlé další zpracování údajů • možnost sledovat změny v krajině (opakované přelety) • nevýhodou - limit rozlišení je u fotogrammetrie je větší GIS

35. Vstupy ze sekundárních zdrojů • klávesnice - pracnost a chybovost • digitalizace - snímání souřadnic pomocí tabletu nebo digitizéru • skenování GIS

36. Tvorba vektorové reprezentace • ze sekundárních zdrojů (jednodušší modely) • určení souřadnic každého objektu v souřadnicovém systému mapy • pro body - zápis souřadnic (změřením či odhadem), určení identifikátoru • pro linie všechny počáteční, koncové i lomové body • pro polygony hraniční úseky a souřadnice jejich lomových bodů • přenos do vektorových souborů se zachováním datové struktury GIS

37. Tvorba reprezentace ze s. zdrojů • pro rastrovou reprezentaci • zdrojová mapa je překryta sítí • rozdělení na buňky • zadávání hodnot atributů v jednotlivých buňkách v souladu s používaným systémem GIS

38. Manipulace s údaji • s prostorovými daty • konverze údajů • transformace souřadnicového systému • převzorkování GIS

39. Konverze údajů • převod mezi reprezentacemi • vektorizace - překrytí vektorové reprezentace mřížkou a následné přiřazení atributové hodnoty každé buňce podle typu prostorového objektu • rasterizace - úlohy spojené s metodami pro vyhlazování liniových objektů GIS

40. Transformace souřadnicového systému • pravoúhlý souřadnicový systém - numerické transformace • lineární konformní zobrazení - posunutí, pootočení • polynomické transformace - posunutí, pootočení, změna měřítka GIS

41. Provádění analýz • dotazy prostorové • dotazy atributové • kombinované dotazy • vyhodnocení kombinovaného dotazu v některých systémech probíhá v několika krocích řízených uživatelem GIS

42. Komerční GIS • MicroStaion, firma Bentley, http://www.bentley.com • INTERGRAPH, firma Intergraph http://www.intergraph.com • ARC/Info, http://www.esri.com • Smallworld, http://www.gepower.com/dhtml/network_solutions/en_us/index.jsp • IDRISI, http://www.clarklabs.org/home.asp GIS

43. Arc/Info • Arc/Info firma ESRI (Environmental Systems Research Institut), http://www.esri.com • kompletní balík pro zadávání vektorových dat a jejich editaci, pro analýzu a modelování, pro správu databáze s napojením na databáze (Oracle, Informix, Sybase, Ingres) • Některé z funkcí - použití nepravidelné trojúhelníkové sítě, výpočet sklonu, orientace terénu ke světovým stranám, výpočet objemu, plochy povrchu a délky svahu, generování vrstevnic a profilů, vymezování říčních sítí, údolnic a hřbetnic. GIS

44. Arc/Info • systém je plně otevřený, má uživatelsky upravitelné grafické rozhraní a makrojazyk AML • UNIX stanice, verze PC Arc/Info pro osobní počítače • rozšiřující moduly pro specifické oblasti • FieldWorks - při tvorbě projektu inženýrských staveb - sběr dat z geodetických prací, Intergraph dává k disposici tento program pro zpracování kódových měření z totálních geodetických stanic a automatické generování kresby, vytvoření polohopisu a vyrovnání naměřených dat. Výstupem z programu jsou pak připravená data pro všechny ostatní aplikace. GIS

45. Arc/Info • COGO (coordinate geometry)tvorba projektů tzv. souřadnicové geometrie (trasování liniových staveb a sítí, návrh hran liniových staveb nebo křížení komunikací), nástroje pro vytváření bodů či jejich trasování, pro vytváření průsečíků komunikací a pro vytváření mimoúrovňových kruhových komunikací,body a trasování lze spojovat a automaticky vytvářet přechodové prvky GIS

46. Arc/Info • Network (síťová analýza, routing) • TIN (modelování terénu) • GRID (práce s rastrem) • ArcScan (nástroje pro scanování) • ArcStorm (řídící nástroje) • ArcExpress (rozšíření pro zvýšení výkonnosti) GIS

47. INTERGRAPH • GeoMedia • http://www.intergraph.com/cz/ GIS

48. Nekomerční GIS • GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) • http://www.itc.it, http://grass.baylor.edu/index.html GIS

49. ZABAGED http://www.cuzk.cz/adr09/index09.html • základní báze geodetických dat • digitální topografický model území ČR odvozený z mapového obrazu Základní mapy České republiky 1:10 000 v souřadnicovém systému S-JTSK a výškovém systému baltském - po vyrovnání • správcem a poskytovatelem dat ZABAGED je Zeměměřický ústav • je založen navektorové grafice s topografickými relacemi objektů a atributové složce obsahující popisy a další informace o objektech GIS

50. ZABAGED • obsah tvoří 106 typů objektů strukturovaných v databázi do 60 grafických vrstev vektorových (DGN) souborů • identifikátory některých typů objektů (vodstvo, komunikace) jsou přebírány z databází jejich odborných správců • výškopisná složka vybavená vektorovým souborem vrstevnic umožňuje vytvářet účelově digitální model terénu • ZABAGED je tvořen a provozován v grafickém prostředí MicroStation a GIS prostředí MGE (Intergraph) využívající relační databázi ORACLE GIS