TÉRINFORMATIKA

1. TÉRINFORMATIKA GÁBOR DÉNES FŐISKOLA www.gdf.hu Vezető tanár: Dr. Selinger Sándor Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

2. BEVEZETÉS A TÉRINFORMATIKÁBA • Térinformációs rendszerek • Térinformációs rendszerek alkalmazása • Térinformációs rendszerek létrehozásához szükséges modellalkotás • Geometriai adatok vonatkozási rendszerei • Adatnyerési eljárások és adatforrások • Adatminőség, szabványok, adatnyerési lehetőségek Magyarországon • Térinformációs rendszerek hardvereszközei Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

3. BEVEZETÉS A TÉRINFORMATIKÁBA • Térinformációs rendszerek szoftverkomponensei 9. Adatbázisrendszerek 10. Geometriai adatok modellezése a térinformációs rendszerekben 11. Elemzések 12. Térinformációs rendszerek megvalósítása 13. Áttekintés a térinformatika alkalmazásairól • A térinformatika várható fejlődése Detrekői Ákos – Szabó György : TÉRINFORMATIKA (NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, Budapest 2002) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

4. MI A TÉRINFORMATIKA? Földrajzi Információs Rendszer (FIR) Geographical Information Systems (GIS) tárolása térbeli információkelemzése megjelenítése elemzése adatok megjelenítése térbeli integrálása Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

5. A TÉRINFORMATIKA HELYE A TUDOMÁNYOK RENDSZERÉBEN MEZŐGAZDASÁGI TUDOMÁNYOK INFORMATIKA FÖLDTUDOMÁNYOK TÉRKÉPÉSZET TÉRINFORMATIKA SZÁMÍTÁSTECHNIKA MÉRNÖKI TUDOMÁNYOK DIGITÁLIS KÉPFELDOLGOZÁS GRAFIKA Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

6. TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK CSOPORTOSÍTÁSA GLOBÁLIS REGIONÁLIS LOKÁLIS Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

7. TÉRBELI INFORMÁCIÓK ELEMZÉSEMODELLEK ALKOTÁSA • Helyre vonatkozó(Hol van a… ?) • Körülményekre vonatkozó(Mi van ott…?) • Útvonalra vonatkozó(Legrövidebb út?) • Trendre vonatkozó(Hogyan változott…?) • Jelenségre vonatkozó(Mi változott …?) • Modellezéssel kapcsolatos(Milyen lesz ha…?) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

8. TÉRINFORMATIKAI RENDSZEREK„PIRAMIS” SZEREZETE térbeli analízis módszertana és a vizuális információk IR – INFORMÁCIÓS RENDSZER SZ - SZERVEZÉS T – TECHNOLÓGIA A - ALKALMAZÁS T SZ IR IR SZ A A T Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

9. TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK ALKALMAZÁSI SZINTJEI DÖNTÉSI SZINTEK ÉS FELADATOK DÖNTÉS - ELŐKÉSZÍTÉS STRATÉGIAI IRÁNYÍTÁSI OPERATÍV AUTOMATIZÁLT IRÁNYÍTÁS TÖMEGMUNKA AUTOMATIZÁLÁSA Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

10. NÉGY KOMPONENSŰ INFORMÁCIÓS RENDSZER MODELL • ADATNYERÉS (INPUT) adatbevitel, adattárolás szervezése • ADATKEZELÉS (MANAGEMENT) adatkeresés, generalizálás, pufferzóna előállítás • ADATELEMZÉS (ANALYSIS) mérések, statisztikák készítése, felületek metszése, modellezési műveletek • ADATMEGJELENÍTÉS (PRESENTATION) tematikus térképek, feliratok készítése, perspektív és egyéb megjelenítés Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

11. 8 emeletes irodaház 5 utca 1. 37 utca Valós világ Elméleti modell Logikai modell adatmodell Fizikai modell adatbázis Ábrázolás 6 emeletes áruház 5 utca 2. 1 2 3 5 utca 2 emeletse templom 5 utca 3. A TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK LÉTREHOZÁSÁHOZ SZÜKSÉGES MODELLALKOTÁSI FOLYAMAT tulajdonságok: entitások: objektumok: objektumok: szöveg kapcsolatok típus típus típus grafika attribútum geometria geometria multimédia kapcsolat attribútum attribútum kapcsolat kapcsolat minőség minőség Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

12. TÉRINFORMATIKAI MODELLEZÉSALAPFOGALMAI TÉRINFORMATIKAI MODELLEZÉS A VALÓSÁG MODELLEZÉSE  a valóság elemei ENTITÁSOK entitásosztályok:  települések  utak, folyók  domborzat, növényzet  az entitás digitális megjelenítése OBJEKTUM Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

13. TÉRINFORMATIKAI MODELLEZÉSALAPFOGALMAI (2) ENTITÁS kapcsolat- típusok Térbeli OBJEKTUM - típusok 1 – 1 kapcsolat 0 - dimenziós (0D) pl. ország – főváros pont, csomópont 1 – dimenziós (1D) 1 – n kapcsolat vonal, szakasz pl. ország – város törtvonal, görbe 2- dimenziós (2D) n – m kapcsolat terület, poligon pl. ország – agglomeráció 3- dimenziós (3D) testek 4- dimenziós (4D) idő (monitoring célú rendszerek) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

14. Objektum tulajdonságok meghatározása Valós világ jelenségei Objektum definíció Tulajdonságok számszerűsítése TÉRINFORMATIKAI MODELLEZÉSALAPFOGALMAI (3) ATTRIBÚTUM értéktartománnyal rendelkező entitástulajdonság FEDVÉNY térbeli objektumok csoportosítása rétegekbe (fedvényekbe - layers) (egy fedvény összetartozó dolgokat, pld. entitástípust tartalmaz) A CÉL: térbeli információ numerikus leírása Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

15. OBJEKTUMOK ATTRIBÚTUMAI • Egyes objektumok sajátosságait, tulajdonságait írja le • Minőségi, mennyiségi adatok (sorrendi, intervallum, viszonyított) • Jellemző megjelenítés a táblázatos forma is Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

16. OBJEKTUMOK ATTRIBÚTUMADAT - CSOPORTJAI Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

17. felület pont vonal tesszelációs felület 3D test OBJEKTUMOK TÍPUSA GEOMETRIÁJA Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

18. 0 – DPONT • geometriai pont • egy felületelem tulajdonságait hordozó felületpont • topológiai csatlakozást definiáló csúcs Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

19. 1-DVONAL • két pontot összekötő vonal (line) • ponthalmazt összekötő törtvonal (string) • folytonos matematikai görbe (arc) • két csúcsot összekötő él (link) • irányított él (directed link) • irányított szakaszok sorozata (chain) • láncok, élek, ívek zárt sorozata (ring) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

20. 2-DFELÜLET • lehatárolt folyamatos objektum határával együtt (area) • egy 2 dimenziós tovább már nem osztható képelem (pixel) • egy felület szabályos rácsfelosztásának eleme (rácscella) Megjegyzések: • 2D ábrázolással a testnek csak vízszintes vetülettel a felülnézetét ábrázoljuk. • 2D+1D ábrázolással a testet, vízszintes vetülettel és szintvonallal ábrázoljuk. • 2,5D ábrázolással a testnek csak vízszintes vetülettel a felülnézetét ábrázoljuk, a test magasságát attribútumként adjuk meg. Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

21. OBJEKTUMOK KÖZÖTTI KAPCSOLATOK • PONT- PONT: két pont milyentávolságra van egymástól ? • PONT-VONAL: a pont milyen távol van a vonaltól ? • VONAL-VONAL: két vonal metszi-e egymást ? • VONAL-FELÜLET: a vonal metszi-e az adott felületet ? • FELÜLET-FELÜLET: a zónák érintik, tartalmazzák-e egymást ? Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

22. A HELYMEGHATÁROZÁS ELVE • a meghatározás célja és viszonyítási alapja: a FÖLDfizikai felszíne • a FÖLDfizikai alakja helyett elméleti alak (vonatkozási rendszer) meghatározása • a térbeli hely ábrázolása síkban (vetületi rendszerben) • a viszonyítás módjának meghatározása (vonatkozási rendszer koordinátarendszere) adott vonatkoztatási rendszerben létrehozott alappont hálózaton végzett mérések alapján az objektumok geometriai adatainak a meghatározása Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

23. A térinformatika alapja: A TÉRKÉP FÖLD fizikai felszínének megjelenítése: • az anyagi valóság vagy elvonatkoztatott objektumai • kiválasztott csoportjának, • valamely méretarány szerint, • síkban történő ábrázolása Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

24. A TÉRKÉPEK RENDELTETÉS SZERINTI FELOSZTÁSA Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

25. TÉRKÉPFAJTÁK  Topográfiai térképek: kiválasztott természeti vagy emberalkotta tárgyak ábrázolása  Tematikus térképek: információk valamely szempontból történő összegzése • kartogram (pl. népszámlálási adatok) • folt térkép (pl. talajtérképek) • izovonalas térkép (pl. szintvonalas térkép) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

26. KARTOGRAM Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

27. FOLTTÉRKÉP Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

28. IZOVONALAS TÉRKÉP 100 97 108,3 104 92,7 Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

29. ADATOK VONATKOZÁSIHELYHEZ VALÓ KÖTÉSE GÖMBFELÜLET(ellipszoidi felület, geoid) ábrázolása SÍKBAN (koordinátarendszerek) a TÉR KÉPE TÉRKÉP Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

30. GEOMETRIAI ADATOK VONATKOZÁSIRENDSZEREI a FÖLD felszínének SÍKBA való leképezése Föld fizikai alakját - elméleti földalakokkal modellezik (mely nem írható le semmilyen zárt matematikai formulával) gömb Föld alakjának megközelítései normál szferoid (sarkoknál belapult alak) forgási ellipszoid Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

31. GEOMETRIAI ADATOK VONATKOZÁSI RENDSZEREI TÉRKÉPI VETÜLETEK alapfelületeként (A) földi ellipszoidot vagy gömböt képfelületként (K) síkot vagy valamilyen síkba fejthető felületet használnak (kúp- vagy hengerpalástot) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

32. GEOMETRIAI ADATOK VONATKOZÁSI RENDSZEREI (2) A vetítés matematikai elve az (A) felület minden pontjának legyen a (K) felületen megfelelője (A) (K)  az (A) és (K) paraméteres egyenletek közötti függvénykapcsolat  a paraméterek közötti egyenletek a vetületi egyenletek a képfelület egyenletei Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

33. GEOMETRIAI ADATOK VONATKOZÁSI RENDSZEREI (3) A vetületi egyenletekkel szemben támasztott követelmények: • egyértelműség követelménye (egy és csakis egy pont feleljen meg egymásnak) • matematikai kezelhetőség követelménye (az egyenletek folytonos- és differenciálható függvények) • vetületi torzulások korlátossága (bizonyos megadott értéket ne haladjon meg) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

34. GEOMETRIAI ADATOK VONATKOZÁSI RENDSZEREI (4) Vetületek csoportosítása torzulások szerint: • általános torzulású vetületek - szögek, hosszak, területek is torzulnak • szögtartó (konform) vetületek • területtartó (ekvivalens) vetületek Torzulási modulusok: • lineáris modulus (l) –a hossztorzulás jellemzője • irány modulus (i) - az irány- (szög-) torzulás jellemzője • területi modulus ( ) - a területtorzulás jellemzője (Megjegyzés: valamelyik elem – szög, hossz, terület – változatlansága a többi elem erősebb torzulását idézi elő) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

35. GEOMETRIAI ADATOK VONATKOZÁSI RENDSZEREI (5) Különböző célú vetületek: • Geodéziai vetületek szabados geodéziai mérések alapján készülő nagyméretarányú (1:500 – 1:10000) térképezés estén • Topográfiai vetületek kisméretarányú (1:10000 – 1:200000) térképezéshez szolgáló vetületek • Geográfiai (földrajzi) vetületek az előbbieknél kisebb méretarányú térképek vetületei Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

36. VETÜLETI RENDSZEREK • a síkvetületek 3 fő csoportja: • kúpvetületek • azimutális - vetületek • hengervetületek • a kúp, henger, sík elhelyezése szerint: • normális (poláris) • transzverzális (ekvatoriális) • ferdetengelyű (horizontális) vetületek • a vetítés alapjául szolgáló felület szerint: • sík - • kúp - • hengervetületek Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

37. VONATKOZÁSI ÉS KOORDINÁTA RENDSZEREK Geocentrikus vonatkozási-rendszer • origó: Föld középpontja • X tengely: greenwich-i kezdő-meridiánra illeszkedik • koordináták: X,Y,Z Gömbfelületi vonatkoztatási-rendszer • origó: Föld középpontja • X tengely : greenwich-i kezdő-meridiánra illeszkedik • koordináták:  gömbi földrajzi  szélesség, hosszúság Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

38. VONATKOZÁSI ÉS KOORDINÁTA RENDSZEREK (2) Ellipszoidi felületi (földrajzi) vonatkozási-rendszer - origó: Föld középpontja - X tengely: greenwich-i kezdő-meridiánra illeszkedik - koordináták:  ellipszoidi földrajzi szélesség (egyenlítővel párhuzamos síkok metszetei paralelkörök)  ellipszoidi földrajzi hosszúság (az egyenlítő síkjára merőleges síkok, meridiánok) Síkfelületi vonatkozási-rendszer - origó - a két (egymásra merőleges) x és y tengely iránya Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

39. VETITÉS KÉT LÉPÉSBEN  ELLIPSZOID- ról GÖMB- re (Gauss-gömbre, amely a vetületi rendszer kezdőpontjában érinti az ellipszoidot)  GAUSS – gömbről SÍK-ra Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

40. GYAKORLATBAN ALKALMAZOTT VONATKOZTATÁSI ÉS VETÜLETI RENDSZEREK Az ellipszoid valódi síkvetületei: Gauss - Krüger –féle vetület  a Gauss -féle szögtartó síkvetület elveinek alkalmazása az ellipszoidra mint alapfelületre  az ellipszoid transzverzális elhelyezésű érintő szögtartó hengervetülete forgási ellipszoid henger (tengelye az egyenlítő síkjában) a henger és ellipszoid közös vonala az ún. érintési meridián, a torzulásmentes vonal egyenlítő Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

41. GYAKORLATBAN ALKALMAZOTT VONATKOZTATÁSI ÉS VETÜLETI RENDSZEREK (2) középmeridián szegélymeridián + x egyenlítő y •  minden egyes vetületi sávhoz a síkon egy-egy koordináta-rendszer tartozik • a sávbeosztás az ellipszoidot, meridiánokkal határolt vetületi sávra osztja • a vetítés a forgási ellipszoidról a hengerre 3 ill. 6 fokos sávban történik Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

42. GYAKORLATBAN ALKALMAZOTT VONATKOZTATÁSI ÉS VETÜLETI RENDSZEREK (3) • A Gauss - Krüger - féle vetület előnyei: • az északi pólustól a déli pólusig terjed • kevés koordináta-rendszert igényel • a sávok csatlakoztatása egyszerű • valamennyi középmeridián torzulásmentes • világ koordináta-rendszer • a vetítési sávok és az előállított térképek számozása egységes Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

43. GYAKORLATBAN ALKALMAZOTT VONATKOZTATÁSI ÉS VETÜLETI RENDSZEREK (4) UTM – vetület(Universal Transverse Mercator projection)  szögtartó metsző hengervetület • az érintő henger kismértékben belemetsz a felhasznált forgási ellipszoidba • a NATO térképei UTM - vetületben készülnek • világ- koordináta rendszer Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

44. MAGYARORSZÁGON ALKALMAZOTT VONATKOZTATÁSI ÉS VETÜLETI RENDSZEREK a Föld forgás tengelye Gellérthegyi meridián Gellérthegy Egységes Országos Vetület (EOV) (1975) alapfelülete : IUGG / 1967 forgási ellipszoid vetítés: a Gauss-gömbre, amely Budapest környékén legjobban simul az ellipszoidhoz Magyarországon alkalmazott forgási ellipszoidok: féltengely a b (km) lapultság (a-b):a Hayford 6378,388 6356,912 1/297 Kraszovszkij 6378,210 6356,849 1/298,66 IUGG67 6378,160 6356,774 1/298,247 Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

45. MAGYARORSZÁGON ALKALMAZOTT VONATKOZTATÁSI ÉS VETÜLETI RENDSZEREK (2) hosszrövidülés maximuma: -7 cm/km hossznövekedés maximuma: + 26 cm/km Magyarország helyzete az Egységes Országos Vetület (EOV) koordináta-rendszerében Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

46. MAGYARORSZÁGON ALKALMAZOTT VONATKOZTATÁSI ÉS VETÜLETI RENDSZEREK (3) Sztereografikus síkvetület - a Gauss-gömb vetületi kezdőpontjára illesztett képsík - hossztorzulások, a kezdőponttól távolodva egyre nagyobb • Ferdetengelyű hengervetületek • a Gauss-gömbre illesztett hengerfelület, tengelye a kezdőpont meridiánjának síkjában esik • három hengervetület HKözépR, HÉszakiR, HDéliR • a hengerek tengelye a gellérthegyi ponton átmenő meridiánra illeszkedik. • egy-egy vetület sávszélessége 180 km Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

47. LEGGYAKRABBAN HASZNÁLT VETÜLETI ÁTSZÁMÍTÁSOK Koordináta átszámítások:  Síkfelületiből síkfelületi rendszerbe • indirekt transzformáció • transzformációs egyenletek  Ellipszoidiból síkfelületi rendszerbe • vetítéssel, vetületi rendszerek segítségével  Geocentrikusból ellipszoidi és síkfelületibe • térbeli hasonlósági transzformációval Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

48. INDIREKT TRANSZFORMÁCIÓ  síkfelületi rendszerek vonatkozási rendszerei (alapfelületei) azonosak  pontok koordinátáiból (x, y)  alapfelületi koordináta (j, l)  alapfelületi koordináta (j, l)  új vetületi koordináta (x’, y’) Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

49. TRANSZFORMÁCIÓS EGYENLETEK  síkfelületi rendszerek vonatkozási rendszerei különbözőek  koordináták átszámítása: magasabb-rendű polinomos transzformációval x’ = c0 + c1x + c2y + c3x2 + c4xy + c5y2 + … y’ = d0 + d1x + d2y + d3x2 + d4xy + d5y2 + ...  paraméterek meghatározása: azonos pontok felhasználásával Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek

50. ÁTSZÁMÍTÁS TRANSZFORMÁCIÓS EGYENLETEKKEL  azonos pontok koordinátáinak kigyűjtése  együtthatók meghatározása x1’ = c0 + c1x1 + c2y1 + … y1’ = d0 + d1x1 + d2y1 + ...  koordináták átszámítása x’ = c0 + c1x + c2y + … y’ = d0 + d1x + d2y + ... Gábor Dénes Főiskola Térinformatikai rendszerek