A térinformatika alapjai dr Siki Zoltán

Átírás

1 BME Általános és Felsőgeodézia tanszék A térinformatika alapjai dr Siki Zoltán siki@agt agt.bme.hu A térinformatika fogalma Adatnyerési eljárások Digitális térképek Relációs adatbázisok Térinformatikai rendszerek Alkalmazási területek

2 A térinformatika fogalma Hardver Adatok Személyzet Szoftver

3 ! A térinformatika a helyhez kötött jelenségekkel és a köztük levő, első sorban térbeli kapcsolatokkal foglakozik a világban levő adatok nagy része helyhez illetve térképhez köthető! A térinformatikai rendszerek (GIS) a hardver, szoftver, térbeli adatok és kezelő személyzet szervezett együttese a helyhez köthető információk beszerzésére, tárolására, aktualizálására, elemzésére és megjelenítésére! A térbeliség általában a Föld felszinére korlátozódik térképek (2D/3D) Költségek megoszlása Hardver Szoftver Adat Oktatás 1-5% 5-10% 70-90% 5-10% Alkotóelemek élettartama Hardver Szoftver Adat Oktatás 2-5 év 5-10 év év

4 Térinformatikai rendszerek jellemzői Múlt Jelen! CAD rendszerek térképek rajzolásához! Térbeli adatok digitalizálása, tárolása és aktualizálása!grafikus (vektor és raszter) adatok és a hozzájuk kapcsolt járulékos adatatok együttes kezelése! Alkalmazási területek széles skálája pl. környezetvédelem, közmûvek, marketing! Különbözô elemzési és megjelenítési lehetôségek Jövő! A térinformatika integráns része más információs rendszereknek pl. hálózati felügyeleti rendszer, irodai információs rendszer! Megbízható, alacsonyabb költségû, hatékonyabb feldolgozás

5 Adatmodell Leíró adatok Objektumok Valós világ 12 út épület Absztrakció Rétegek Kutak Utak Talajok Lehetséges modellek Modell megvalósítása

6 Vektoros és raszteres ábrázolás Vektoros Kisebb méretű állományok Tetszőleges felbontás Összetett adatszerkezet Hibrid modell Raszteres Nagy méretű állományok Rögzített felbontás Egyszerű adatszerkezet

7 Réteg és objektum technika Rétegek Épület objektum Épület Fák Terasz Házszám Víz Épület Telek

8 A digitális térkép A térkép, számítógéppel kezelhetõ, numerikus (digitális) leírása Digitális térképek felépítése Rajzi alapelemek: pont, szimbólum egyenes, körív, kör, görbe szöveg poligon, terület

9 Digitális térképek A térkép a Föld felszínén illetve azzal kapcsolatban álló anyagi vagy elvont dolognak - általában kicsinyített, generalizált, síkbeli megjelenítése. A digitális térkép, a térkép tartalmának számítógéppel kezelhetõ, numerikus (digitális) leírása. Eltérések a hagyományos és a digitális térképek között A tárolás általában folytonos, nincs szelvényekre bontva Struktúra, a térképi elemek csoportokba sorolhatók (réteg, objektum) Valós méretekkel ábrázolja az elemeket Pontos csatlakozások, topológia!

10 A digitális és hagyományos térképek összehasonlítása "hátrányok" fegyelmezettebb munkát követel újabb ismeretek elsajátítását igényli másfajta eszközök illetve logika a hagyományos nyilvántartások hibái kiderülnek elõnyök hatékonyabb, gyorsabb munkavégzés eddig "megoldhatatlan" feladatok megoldása egységes térképi alap az összes hivatalban, többcélú felhasználhatóság strukturáltság Alapszabály: "A számítógép az utasításaink és nem az elképzeléseink szerint mûködik!" (Murphy)

11 G V G V G G T a.j. G V T V T C C Nagyméretarányú térképek Földmérési alaptérkép Közmű alaptérkép Egyesített közműtérkép Szakági helyszinrajzok Szabályozási Keretterv Részletes Rendezési Tervek Légifényképek Topográfiai térkép... UTCA MÁTRA UTCA UTCA TÁTRA MÁTRA TISZA TÉR UTCA ZAGYVA UTCA UTCA a.j UTCA aszfaltburkolat ÚT

12 Digitális térképek létrehozása Másodlagos adatnyerés Elsődleges adatnyerés Georeferencia Digitalizálással Szkennelés Digitalizáló tábla Numerikus adatokból Mérésekből vagy korábbi jegyzőkönyvekből Automatikus vektorizálás Manuális vektorizálás Numerikus adatbevitel, szerkesztés Digitális raszter térkép Digitális vektor térkép

13 Raszter vektor átalakítás P Pixel N szomszédai, páros él szomszéd Vektorizálás lépései Idom határvonalának kikeresése, egyik n szomszéd háttér színű Többszörös pixelek, körvonalban többször Objektum vékonyítás, amíg már csak többszörös pixelek vannak (max 2 pixel széles) Félautomatikus módszer Raszter snap OCR

14 Topológia A térképi elemek közötti folytonossági és szomszédossági viszonyok leírása A topológiai adatok a koordinátarendszer választásától függetlenek (invariánsak) Az elemzések végrehajtását gyorsítják, pl. útvonal keresés FNODE_ TNODE_ LPOLY RPOLY LENGTH ID tó Grafikus elemek illesztőpont (tic) csomópont (node) vonallánc (polyline) centrális (label) poligon (polygon) térképi megírás (annotation) 7 - centrális azonosító 12 - vonallánc azonosító 5 - csomópont azonosító

15 Rajztisztítás Cél a topológiailag hibátlan állomány előállítása Automatizálható, tolerancia Rajzi hiba 1. Duplikált rajzelemek (duplicate objects) 2. Túl rövid rajzelemek (short objects) Magyarázat Részben vagy teljesen átfedő rajzelemek. Például két azonos végpontokkal bíró vonalelem. A rajzban előforduló, a megadott toleranciánál rövidebb rajzelemek. 3. Alul lógás (undershoots) Egy vonal nem éri el a megadott tolerancián belül eső cél rajzelemet. 4. Túl lógás (overshoots) Egy vonal, mely a toleranciát nem meghaladó mértékben nyúlik túl egy cél rajzelemmel alkotott metszésen. 5. Metsződő rajzelemek (crossing objects) Két egymást metsző rajzelem. 6. Pontatlan csatlakozások (clustered nodes) 7. Álcsomópontok (pseudo nodes) 8. Lógó vonalak (dangling objects) A megadott toleranciánál közelebb eső kettő vagy több elem végpont. Egy olyan pont, melyben csak két rajzelem végpontjai csatlakoznak. Olyan rajzelemek, melyek egyik végéhez nem csatlakozik másik rajzelem (pl. zsákutca)

16 Eltérés a CAD és GIS adatszerkezetek között CAD (DXF, DWG, DGN) Rajzolás támogatása Sokféle elem típus Egy fájl sok réteg Spagetti adatmodell Megjelenítési tulajdonságok is Attribútumok nem szerves részei 3D-s GIS (Shape, TAB, GeoBase) Lekérdezés, elemzés Pont, törtvonal, felület, (szöveg) Egy réteg több fájl Topológikus adatmodell Csak geometriai adatok Attribútumok szerves részei 2D-s, 2.5D-s

17 Vetületi rendszerek Alapfelület Gömb, ellipszoid Elhelyezési adatok Síkbafejthető felület Kúp Henger Sík Vetület típusok Szögtartó Területtartó

18 Nyilvántartó rendszerek Digitális térképek és relációs adatbázisok összekapcsolása Telkek ID Épületek ID Vezetékek ID Fák ID! Minden grafikus elemhez tartozik egy sor az egyik táblázatban! A kapcsolatot azonosítok biztosítják A nyilvántartó rendszer segítségével megválaszolható kérdések Mi van itt? tipusú kérdések Hol vannak...? tipusú kérdések Lekérdezés a grafika felöl Lekérdezés a táblázatok felöl

19 Grafikus és leíró adatok kapcsolata Grafikus adatbázis Grafikus adatok + azonosító Relációs adatbázis Leíró adatok + azonosító x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y /2 L4

20 Cím nyilvántartások kialakítása Kapcsolat a térkép és az alfanumerikus nyilvántartások között Utca tengelyekkel Címpont felhő HRSZ-cím kapcsolat

21 GIS rendszerek Topológikus adattárolás szomszédossági és folytonossági információk tárolása Grafikus adatok és megjelenési módjuk szétválasztása geometriai adatok megjelenítési tulajdonságok pont szimbólum vonal vonaltípus terület szín szöveg kitöltési minta Betűméret, típus Előny: az adatok megjelenésének módosítása független az adatbázistól Elemzési funkciók Új adatok levezetése a rendelkezésre állók segítségével

22 Megválaszolható kérdések Pozíció - mi van egy adott helyen Feltétel - hol vannak? Trendek - mi változott meg? Minta - milyen térbeli minták léteznek? Modellezés - mi lenne, ha...?

23 Eszközök a kérdések megválaszolásához I. Szelekció Adattábla alapján (Hol vannak?) SQL lekérdezések Geometriai feltételekkel (Mi van itt?) Kattintással Körbe beleeséssel Téglalapba eséssel Poligonba eséssel Teljes, részleges beleesés, centrális alapján Térbeli összekapcsolás két réteg között

24 Eszközök a kérdések megválaszolásához II. Övezet generálás Közel vagy távol valamitől Konstans értékkel Attribútum értéke alapján Többszörös övezet

25 Eszközök a kérdések megválaszolásához III. Átfedés vizsgálat (egyik réteg poligonokat tartalmaz Unió Metszet Egyéb műveletek Kivágás Egyesítés Összevonás (dissolve) Töredék poliginok (sliver)

26 Elemzési példa Feladat: gumipitypang termesztésre alkalmas terület keresése Feltételek: Vízfolyás, tó 10 km-es közelében Réti talaj (8) Napsütéses órák száma > 1800 óra Terület > 15 km 2 Szükséges adatok: Vízrajzi térkép Talajtérkép Napsütéses órákat ábrázoló térkép

27 Elemzés végrehajtása Vízrajzi térkép Talajtérkép Napsütéses órák 10 km-es övezet Réti talaj és napsütéses órák > 1800 Minden feltételt kielégítő területek

28 Elemzések eredménye

29 Raszteres elemzések I. Azonos kiterjedésű és felbontású rácsokra Az azonos pozícióban lévő elemek közötti művelet Grid algebra Aritmetikai műveletek +, -, *, / Függvények Nincs adat érték, bármely műveletbe bevonva az eredmény Nincs adat lesz

30 Raszteres elemzések II. Újra mintavételezés (resampling) Legközelebbi szomszéd Bilineáris interpoláció (2x2) Bikubikus interpoláció (4x4)

31 Digitális Domborzat Modellek (DTM)

32 DTM fogalma Cél: tetszőleges pontban magasság érték interpolálása a rendelkezésre álló támpontok alapján Interpolációs eljárás Lehetőleg folytonos legyen (0. rendű, 1. rendű, 2. rendű) Jól közelítse az eredeti terepet

33 Támpontok elrendeze Szabályosan elrendezett pontok alapján (tesszelláció) Szórt pontok alapján idomvonalak korlátok (pl. tó) + +

34 Támpontok beszerzése Topográfiai felmérés (szórt pontok és idomvonalak) Területszintezés (rács) Fotogrammetriai kiértékelés (szintvonal, rács) Szintvonal digitalizálás (szintvonal + kótált pontok + esésvonal) Radar letapogatás (SRTM Shuttle Radar Topography Mission) 1 felbontás (30 m) 3 felbontás (100 m)

35 DTM létrehozása Szabályos elrendezésű rács (Grid) Támpontokból levezetett pontok Inverse Distance Weight (IDW) Krigelés Felületekkel intepolálás (trend) Háromszögrács (TIN) Eredetei támpontokra támaszkodva Optimális háromszögrács, minimális kerületösszeg Delaunay háromszögelés

36 IDW (Shepard 1968) F( x, y) = n i= 1 w i f i w súly f függvény érték a támpontban w i t p i = n p t j j= 1 t távolság a támpont és a levezetendő pont között p általában értéke 2 Távolság korlát Irány figyelembe vétele (negyedek)

37 Delaunay háromszögelés A támpontokra illeszkedő minimális kerületösszegű háromszögrács Létrehozás módszere: Kiindulunk egy optimális rácsból és azt bővítjük újabb pontokkal Feltétel: a háromszög köré írható körbe nem eshet támpont

38 Többfelhasználós környezetek Egyszerű fájlszerveres megoldás, LAN (Novel, Windows hálózat) Egy fájl egyidejű módosítása több helyről nem lehetséges Speciális grafikus adatbázis Részek zárolása, check out/check in Téradat szerver Relációs adatbázis alapokon, zárolások, SQL Web térkép szerver

39 A GIS világa ma ARC/INFO Geomedia? GIF AUTOCAD MIF Intergraph DWG GML DAT MapGuide SICAD MicroStation MapInfo DXF DGN SHP Atlas GIS XML ArcView OGC

40 Trendek Szabványosítási törekvések OpenGIS Különböző adatformátumok, hálózaton keresztüli adatfelhasználás, eltérő rendszerek között Grafikus és leíró adatok közös relációs adatbázisban tárolása Oracle térbeli modul (spatial cartridge) ESRI térbeli adat motor (SDE) Internetes térképszolgáltatás, térkép szerverek Ingyenes megjelenítő programok Integráció más információs rendszerekkel

41 Ingyenes megjelenítők

42 Internetes térkép szolgáltatás agt.bme.hu mapnet.hu esrihu.hu geotools.com esri.com autodesk.com mapinfo.com bentley.com...