Geokodowanie

1. Geokodowanie dr hab. Ryszard Walkowiak prof. nadzw.

2. Geokodowanie • Położenie geograficzne jest elementem charakterystycznym dla danych przestrzennych, cechą która pozwala zlokalizować dane zjawisko na powierzchni Ziemi i zapisać je w systemie geoinformacyjnym. • W celu prawidłowego zapisania danych przestrzennych, każdemu obiektowi przyporządkowane są jego współrzędne. • W literaturze obcej istnieje kilka terminów określających proces przypisania współrzędnych obiektom przestrzennym: georeferencing, geolocating, geocoding. W języku polskim przyjęto nazywać ten proces geokodowaniem. • Z punktu widzenia informatyki jest to wzbogacenie rekordu danych o pole lub pola przechowujące współrzędne.

3. Geokodowanie Warunkiem koniecznym poprawnego geokodowania jest zapewnienie jednoznaczności przypisania współrzędnych obiektowi, tzn. zapewnienia, że różnym obiektom przypisane zostaną różne współrzędne. Dobry sposób określenia położenia powinien też być niezmienny w czasie.

4. Geokodowanie Istnieje wiele metod lokalizacji obiektów. Każda z nich charakteryzuje się specyficzną precyzją zależną od wielkości opisywanego obszaru: • Nazwa geograficzna, • Adres i kod pocztowy, • Kataster, • Pomiary Ziemi: • Współrzędne geograficzne, • Odwzorowania kartograficzne, • GPS

5. Geokodowanie - Nazwa geograficzna Nazwanie miejsca jest najprostszą i najstarszą metodą określenia położenia, np. Apteka „Pod orłem” w Poznaniu. Jest ona powszechnie stosowana do opisu oceanów, mórz, kontynentów, państw, miast, ulic itd. Metoda ta ma dwie zasadnicze wady: • ten sam obiekt może mieć różne nazwy • Warszawa, Warsaw, Warschau • Mt. Everest, Czomolungma

6. Geokodowanie - Nazwa geograficzna • mogą istnieć różne obiekty o tych samych nazwach. Nazwy ulic są na ogół jednoznaczne w ramach miasta, ale w rożnych miastach mogą się powtarzać. Nazwa Warszawa w Polsce jest jednoznaczna, ale już w świecie nie.

7. Geokodowanie - Adres i kod pocztowy W XIX wieku wprowadzono adresy pocztowe. U ich podstaw legły następujące założenia: • mieszkaniec każdego domu lub właściciel lokalu użytkowego są potencjalnymi odbiorcami przesyłek pocztowych. • domy są budowane wzdłuż ulic lub rzek, zatem mogą być ponumerowane w pewnym, rosnącym porządku, • ulice mają nazwy unikatowe w danej dzielnicy, • dzielnice mają nazwy unikatowe w danym mieście, • miasta mają nazwy unikatowe w danym kraju.

8. Geokodowanie - Adres i kod pocztowy Jeśli te założenia są prawdziwe, to możliwa jest jednoznaczna identyfikacja każdego budynku. Adresy pocztowe są obecnie najbardziej uniwersalnym sposobem określania położenia. Są używane przy dostarczaniu poczty i innych towarów lub usług. Przechowywane są w bazach adresowych. Systemy geoinformacyjne wykorzystują dane z baz adresowych po uprzednim przekształceniu adresu pocztowego na współrzędne geograficzne, dogodniejsze do analiz przestrzennych.

9. Geokodowanie - Adres i kod pocztowy Kody pocztowe wprowadzono w wielu krajach pod koniec XX wieku głównie z myślą o usprawnieniu sortowania przesyłek przed spedycją. Granice stref oznaczonych kodem pocztowym mogą służyć do lokalizacji grupy budynków. • W Polsce system kodów pocztowych (Pocztowe Numery Adresowe – PNA) wprowadzono 1 stycznia 1973 • Kody pocztowe mają format dd-ddd, gdzie d oznacza cyfrę, i umieszcza się je z lewej strony nazwy miejscowości, w której znajduje się pocztowy urząd oddawczy. Pierwsza cyfra określa okręg pocztowy, a cały PNA jest przypisany albo do urzędu pocztowego, albo, w tzw. miastach wydzielonych, do poszczególnych ulic i domów.

10. Geokodowanie - Adres i kod pocztowy Znaczenie kolejnych cyfr • Pierwsza – okręg kodowy – określa okręg pocztowy. W momencie wprowadzenia PNA były to ówczesne jedno lub dwa województwa. • Druga – strefa kodowa – wskazuje część okręgu którym jest określony obszar położony wzdłuż linii komunikacyjnych lub miasto wojewódzkie. • Trzecia - sektor kodowy – obejmuje obszar podległy rozdzielni sektorowej (dawne powiaty), a w dziewiętnastu największych miastach umowne części miast. Takie były założenia w chwili tworzenia systemu. Obecnie, gdy likwidacji uległy urzędy sektorowe pojęcie „sektor” jest pojęciem abstrakcyjnym, a trzecia cyfra kodu pozostanie wyróżnikiem, określającym jakiś obszar pocztowy. • Czwarta i piąta (czytane łącznie) wskazują placówkę pocztową i jej obszar działania, a w 19 największych miastach jednostkę doręczeniową.

12. Kataster Kataster jest rodzajem rejestru, w którym przechowywane są dane o własności terenu. Jest on wykorzystywany do celów podatkowych i planistycznych. Podstawową jednostką jest tzw. działka. Działki są oznaczane numerem lub kodem, który nie ulega zmianom, może więc być wykorzystywany jako identyfikator w systemach geoinformacyjnych.

13. Pomiary Ziemi Współrzędne geograficzne Najlepszym sposobem określenia położenia jest taki, który nie ma ograniczenia wynikającego z precyzji pomiaru, a ponadto opiera się na współrzędnych umożliwiających obliczenia kartometryczne. Warunki te spełnione są przez współrzędne geograficzne odnoszące się do układu globu ziemskiego.

14. Pomiary ZiemiWspółrzędne geograficzne (Południk - długość geograficzna) (Równoleżnik - szerokość geograficzna)

15. Pomiary ZiemiWspółrzędne geograficzne Szerokość i długość geograficzna pozwalają wyznaczyć położenie dowolnego punktu na powierzchni Ziemi. Są to miary kątowe odniesione do przyjętego układu: • południka zerowego przechodzącego przez obserwatorium astronomiczne w Greenwich, • równika, • środka masy Ziemi, • osi obrotu Ziemi. Dzięki takiemu układowi współrzędnych można obliczyć odległość między dwoma dowolnymi punktami na powierzchni elipsoidy.

16. Pomiary ZiemiWspółrzędne geograficzne W celu zobrazowania powierzchni Ziemi, będącej elipsoidą, na płaskich mapach przeprowadza się odwzorowanie przekształcające współrzędne geograficzne (, ) na współrzędne prostokątne (x, y). Odwzorowania zachowujące jedną (i tylko jedną) z własności powierzchni Ziemi dzielimy na: • wiernokątne – zachowują kształt małych obiektów. Stosowane np. w nawigacji – stały kurs statku oznacza zachowanie stałych kątów między prostą wyznaczającą kierunek ruchu statku a wszystkimi południkami. • wiernopowierzchniowe – powierzchnie mierzone na mapie są takie same jak na powierzchni Ziemi.

17. Pomiary ZiemiWspółrzędne geograficzne Ze względu na powierzchnię, na którą rzutowana jest powierzchnia Ziemi, odwzorowania dzielimy na: • walcowe, • stożkowe, • azymutalne.

18. Pomiary ZiemiWspółrzędne geograficzne Odwzorowanie walcowe - równoodległościowe

19. Pomiary ZiemiWspółrzędne geograficzne Odwzorowanie stożkowe

20. Pomiary ZiemiWspółrzędne geograficzne Odwzorowanie azymutalne

21. Pomiary ZiemiWspółrzędne geograficzne Dokładne obliczenie współrzędnych geograficznych wymagało określenia modelu bryły geometrycznej obrazującej dokładnie kształt globu ziemskiego. Powszechnie przyjętym standardem stała się elipsoida WGS84 (WorldGeodetic System of 1984). Założono tam następujące parametry Ziemi: oś dłuższa a = 6 378 137,0 m oś krótsza b = 6 356 752,314 245 m Dzięki temu, możliwe jest obliczenie odległości między dwoma punktami jako długości łuku łączącego te punkty i leżącego na powierzchni elipsoidy.

22. GPS Jedną z najwygodniejszych i najszybszych metod wyznaczania współrzędnych geograficznych jest wykorzystanie satelitarnego systemu radionawigacyjnego. Obecnie funkcjonują dwa takie systemy: • amerykański GPS (Global Positioning System), • rosyjski GLONASS (ГЛОНАСС , Глобальная навигационная спутниковая система) • w przygotowaniu jest europejski GALILEO.

23. GPS System GPS obsługują 24 satelity krążące na wysokości około 20 200 km nad Ziemią. Ich okres obiegu wynosi 12 godzin.

24. GPS Działanie polega na pomiarze czasu dotarcia sygnału radiowego z satelitów do odbiornika. Znając prędkość fali elektromagnetycznej oraz znając dokładny czas wysłania danego sygnału można obliczyć odległość odbiornika od satelitów. Sygnał GPS zawiera w sobie informację o układzie satelitów na niebie (tzw. almanach) oraz informację o ich teoretycznej drodze oraz odchyleniach od niej (tzw. efemeryda). Odbiornik GPS w pierwszej fazie aktualizuje te informacje w swojej pamięci oraz wykorzystuje w dalszej części do ustalenia swojej odległości od poszczególnych satelitów, dla których odbiornik jest w zasięgu. Następnie na podstawie odległości od poszczególnych satelitów oblicza pozycję odbiornika i podaje ją w wybranym układzie odniesienia - standardowo jest to WGS 84. Może także obliczać wysokość położenia odbiornika.

25. GPS Do prawidłowego obliczenia pozycji odbiornika potrzebne są dane z co najmniej trzech satelitów: • odległość od jednego satelity pozwala określić sferę, na której znajduje się odbiornik, • odległość od drugiego satelity zawęża umiejscowienie odbiornika do okręgu będącego przecięciem dwóch sfer, • odległość od trzeciego satelity wyznacza dwa punkty będące przecięciem trzech sfer. Jeden z nich można zawsze wyeliminować jako leżący zbyt wysoko. • dla wyznaczenia wysokości odbiornika niezbędna jest widoczność czterech satelitów.