Podstawowe pojęcia GIS

1. Podstawowe pojęcia GIS dr hab. Ryszard Walkowiak prof. nadzw.

2. Spis treści • Podstawowe funkcje systemów GIS • Mapa cyfrowa • Reprezentacja rastrowa i wektorowa

3. Podstawowe funkcje systemów GIS • Wprowadzanie danych • skanowanie i digitalizacja (zamiana na reprezentację cyfrową) map i fotografii • geokodowanie (przypisywanie współrzędnych punktom i obszarom) • tworzenie i uzupełnianie baz danych. • Generalizacja danych(uogólnianie zbyt szczegółowych danych). • Przechowywanie danych. • Zarządzanie danymi. • Analizy przestrzenne oraz prezentacje danych.

4. Mapa cyfrowa Istnieje wiele definicji pojęcia mapa: mapa drogowa, mapa konturowa, mapa fizyczna, mapa administracyjna, itd. Generalnie można przyjąć, że mapa jest graficznym wyobrażeniem wzajemnego rozmieszczenia pewnych obiektów. Mapa cyfrowa różni się opisanej powyżej „zwykłej” mapy tym, że jej integralną częścią jest baza danych zawierająca atrybuty obiektów geograficznych uwidocznionych na mapie.

5. Obiekt Obiektem geograficznym może być wszystko: • obiekty stworzone przez naturę – drzewa, rzeki, jeziora itd., • obiekty stworzone przez człowieka – domy, fabryki, miasta itd., • obiekty wirtualne – połączenia lotnicze, sieć sprzedaży itd.

6. Obiekt Na graficznym obrazie mapy cyfrowej wyróżniamy pewne grupy obiektów: • punktowy – drzewo, słup energetyczny itd., • liniowy – droga, linia kolejowa, rzeka, itd., • obszarowy (wielobok, kalka z ang. poligon) – miasto, park itd. • Czasami obiekt punktowy oznacza się za pomocą symbolu.   

7. Obiekt Czym różnią się zwykłe obiekty graficzne (Paint, Corel) od obiektów tworzących mapę cyfrową? • Na mapie cyfrowej z każdym obiektem związany jest opis w bazie danych. • Obiekty na mapie cyfrowej prezentują pewien fragment rzeczywistości. Zapisane są w odpowiednim układzie współrzędnych, wizualizowane za pomocą odpowiednich symboli. • Podstawowym zadaniem GIS jest efektywność przetwarzania i przechowywania danych a nie ich piękna lub realistyczna prezentacja.

8. Obiekt Każdemu obiektowi mapy cyfrowej przyporządkowany jest rekord w bazie danych. Pola tego rekordu, zwane są atrybutami. Atrybutami obiektu mogą być: • dane liczbowe, np. liczba mieszkańców budynku, gdy obiektem jest budynek, • dane tekstowe, np. nazwisko właściciela budynku, • dane typu data, np. termin płatności podatku gruntowego, • dane typu graficznego, np. zeskanowana fotografia budynku, • dźwięk, • animacje itd.. Atrybuty mogą, lecz nie muszą być wyświetlane w widoku mapy.

9. Warstwy Warstwa to pojęcie hierarchizujące strukturę zapisu mapy cyfrowej. Warstwę stanowi zbiór obiektów charakteryzujących się wspólną cechą. Można je porównać do folii nakładanych w odpowiedniej kolejności, tak, że obiekty znajdujące się w warstwie niższej mogą być, całkowicie lub częściowo, przesłonięte przez obiekty znajdujące się w warstwie wyższej.

10. Przykład – mapa fragmentu Warszawy Wszystkie warstwy

11. Przykład – mapa fragmentu Warszawy Wszystkie warstwy bez niektórych etykiet

12. Przykład – mapa fragmentu Warszawy Warstwa „ulice”

13. Przykład – mapa fragmentu Warszawy Warstwa „koleje”

14. Przykład – mapa fragmentu Warszawy Warstwa „wody”

15. Przykład – mapa fragmentu Warszawy Warstwa „zieleń”

16. Przykład – mapa fragmentu Warszawy Warstwa „budynki”

17. Przykład – mapa fragmentu Warszawy Wszystkie warstwy

18. Reprezentacja rastrowa i wektorowa Dobra reprezentacja środowiska pozwala poznać i zrozumieć zjawiska zachodzące w przyrodzie, miejscach i czasie, które znajdują się poza zasięgiem naszego bezpośredniego doświadczenia. Jest ona postawą badań naukowych, planowania oraz rozwiązywania wielu codziennych problemów. Środowisko przyrodnicze jest bardzo złożone, zatem stworzenie właściwej reprezentacji zjawisk przestrzennych wymaga dokonania wyboru co do obiektu, stopnia szczegółowości oraz przedziału czasowego reprezentacji. W celu zmniejszenia objętości danych i przyśpieszenia ich przetwarzania dokonuje się usunięcia z reprezentacji zbędnych szczegółów poprzez zastosowanie różnych metod generalizacji.

19. Reprezentacja rastrowa i wektorowa Istnieje wiele różnych form reprezentacji danych przestrzennych: • jako obrazy i dźwięki powstałe w ludzkim umyśle, • na fotografiach, • w tekstach i ustnych relacjach, • w postaci liczb będących wynikiem pomiarów dokonanych za pomocą różnych przyrządów. Szczególne miejsca wśród metod reprezentacji obiektów zajmuje reprezentacja cyfrowa, tzn. reprezentacja w postaci ciągów cyfr 0 i 1. Cechą charakterystyczną reprezentacji cyfrowej jest to, że nie jest ona widoczna dla użytkownika. Jedyną jej postacią dostępną użytkownikowi jest specjalnie przygotowany widok, zawierający tylko istotne informacje. Umożliwia ona jednocześnie dokonywanie wielu operacji na obiektach.

20. Reprezentacja rastrowa i wektorowa Stosuje się dwie metody reprezentacji obiektów na mapach cyfrowych: • rastrową, • wektorową. Prezentację rastrową stosuje się do obrazowania powierzchni. W prezentacji rastrowej przestrzeń podzielona jest zwykle na kwadratowe pola, zwane komórkami lub pikselami, uporządkowane w wiersze i kolumny. Każdej komórce przyporządkowany jest atrybut (najczęściej kolor). Dokładność reprezentacji zależy od długości boku (lub od pola powierzchni) komórki.

21. Reprezentacja rastrowa Im mniejsze komórki tym dokładniejsza reprezentacja ale więcej miejsca w pamięci – problem rozdzielczości

22. Reprezentacja rastrowa Problem mieszanych komórek

23. Reprezentacja wektorowa Reprezentacja wektorowa stosowana jest do przedstawiania obiektów punktowych, liniowych i wieloboków. Zapamiętuje się tylko współrzędne wierzchołków, zwanych węzłami, i boki łamanej lub wieloboku jako nazwane odcinki o oznaczonych końcach. Dokładność reprezentacji wektorowej zależy od liczby węzłów. (X2,Y2) (X2,Y2) Linia Wielobok (X4,Y4) Punkt (X,Y) (X3,Y3) (X5,Y5) (X,Y) (X5,Y5) (X,Y) (X3,Y3) (X4,Y4)

24. Przykład Kabel telekomunikacyjny na dnie cieśniny gibraltarskiej (Alfaro 1979)

25. Literatura • Leszek Litwin, Grzegorz Myrda: Systemy Informacji Geograficznej. Zarządzanie danymi przestrzennymi w GIS, SIP, SIT, LIS. Helion 2005. • Paul A. Longley, Michael F. Goodchild, David J. Maguire, David W. Rhind: GIS Teoria i praktyka. PWN Warszawa 2008.