Jegyzet a Térinformatika tantárgyhoz Tantárgyfelelős oktató: A jegyzetet szerkesztette: Lektorálta: Honfi Vid, egyetemi tanársegéd Kaposvár 2004. 1
Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék... 2 Előszó... 3 1. A térinformatika tárgya, kialakulása... 4 1.1. A térinformatika lehetőségei... 4 1.2. Térinformációs rendszerek csoportosítása... 6 1.3. Térképészeti alapismeretek... 6 1.3.1. Térképek alapvető jellemzői... 6 1.3.2. Geometriai adatok és vonatkoztatási rendszerek... 11 1.3.3. Geodéziai dátum... 13 1.3.4. Térképi vetületek... 14 2. Adatmodellek, térbeli és leíró adatok... 20 2.1. Leíró adatok... 20 2.1.1. Relációs adatbázisok... 20 2.2. Térbeli adatmodellek... 21 2.2.1. Raszteres adatmodellek... 22 2.2.2. Vektoros adatmodellek... 22 2.2.3. Hibrid modellek... 23 3. Adatgyűjtés... 24 3.1. Projekt szervezés... 24 3.2. Adatgyűjtési eljárások... 25 3.2.1. Térbeli adatok nyerését szolgáló eljárások... 26 3.2.2. A GPS... 39 4. A térinformatika alkalmazásai... 45 4.1. Geodéziai alkalmazások... 45 4.1.1. földmérés... 45 4.2. Közműrendszerek, hálózatok... 45 4.2.1. Közműrendszerek... 45 4.2.2. közlekedés... 45 4.3. Területi információs rendszerek... 46 4.3.1. Tájtervezés... 46 4.3.2. Földhasznosítás tervezés... 46 4.3.3. Regionális tervezés... 46 4.3.4. Város tervezés... 46 4.4. Környezetvédelem, mező- és erdőgazdaság... 46 4.4.1. Környezetinformációs rendszerek... 47 4.4.2. Monitoring rendszerek... 47 4.4.3. Erdőgazdálkodási alkalmazások... 47 4.4.4. Precíziós gazdálkodás... 47 4.5. Tudományos alkalmazások... 47 4.5.1. Talajerózió vizsgálatok... 47 4.5.2. Környezetérzékenységi vizsgálatok... 47 4.6. Közigazgatási alkalmazások... 47 4.7. Üzleti célú GIS alkalmazások... 48 5. Ábrajegyzék... 49 6. Irodalomjegyzék... 50 2
Előszó Egyre több olyan problémával találkozhatunk a mezőgazdálkodás, a természetvédelem, környezetgazdálkodás és vidékfejlesztés területén melyeknek megoldása során a térinformatikát hívják segítségül a hatékony és a valóságot hűen tükröző rendszer kialakítása érdekében. A Kaposvári Egyetem Állattudományi Karán 2002-ben hirdetett először Térinformatika kurzust az Informatikai Tanszék. Az azóta eltelt idő során sok tapasztalat és ötlet gyűlt össze, amelyek szükségessé, és időszerűvé tették egy olyan elméleti összefoglaló elkészítését, amit eredménnyel forgathatnak az egyetem nappali és levelező szakos hallgatói mellett azok a gyakorlati szakemberek is, akik szeretnének betekintést nyerni erre a területre. A térinformatika területén rendkívül sok értékes, érdekes és terjedelmes munka jelent meg, melyeket nem képes és nem kíván pótolni ez a jegyzet, ám gondolataikat felhasználja. Az elméleti összefoglaló áttekinti, hogy miképpen alkalmas a GIS technológia a különféle problémákról rendelkezésre álló adatok rendszerezésére és térbeli kapcsolataik könnyebb megértetésére, mely alapja lehet az eddigieknél sokkal érzékenyebb és intelligensebb döntéshozatalnak. A jegyzet írójának nem titkolt célja, hogy ennek az áttekintésnek a segítségével felkeltse az érdeklődést a térinformatikai technológiák használhatósága, megismerése iránt. 3
1. A térinformatika tárgya, kialakulása A térinformatika fogalma lényegében azonos a korábban földrajzi információs rendszerek (angolul: Geographic Information Systems, a továbbiakban: GIS) címszóval megjelölt tudományterülettel. [1.] FIR, GIS, térinformatika tehát közel ugyanazt jelenti. A GIS a térinformatika eszköze, amellyel a földrajzi helyhez köthető adatokat tartalmazó adatbázisból információk vezethetők le. Technikáját tekintve a GIS egy olyan számítógépes rendszer, melyet ezen földrajzi helyhez kapcsolódó adatok gyűjtésére, tárolására, kezelésére, elemzésére, a levezetett információk megjelenítésére, a földrajzi jelenségek megfigyelésére, modellezésére dolgoztak ki. A hálózatok terjedésével egyre nagyobb hangsúlyt kap az információk elérését, továbbítását szolgáló szerep. Alkalmazási oldalról a GIS egy eszköz a "térkép"használat pontosabban a földrajzi adatok használatának fejlesztésére. A GIS lehetőséget ad nagyszámú helyzeti és leíró adat gyors, együttes, integrált áttekintésére és elemzésére. A GIS felépítésében, tartalmában, az alkalmazott hardver és szoftver tekintetében, a felhasználói környezetet illetően nagyon eltérő formákban jelenik meg. Az alábbi felsorolásban nézzünk néhány, kvázi szinonim fogalmat: [1.] Térinformatikai Rendszer Térinformációs Rendszer Területi Információs Rendszer Földrajzi Információs Rendszer Geoinformációs Rendszer 1.1. A térinformatika lehetőségei Bizonyára mindenki találkozott olyan problémával, aminek megoldásához elővett egy térképet és megvizsgálta, hogy mi van az adott területen, hol helyezkedik el egy adott épület, terület, esetleg próbált távolságot mérni. Ezekre a kérdésekre szinte minden esetben közel kielégítő választ kaphatunk egy hagyományos térkép segítségével. Mi a helyzet azonban akkor, ha több térképlapot kezelnénk együttesen mintegy egymás átfedéseként? Hogyan tudjuk vizsgálni és szemléltetni a változásokat? Hogyan tudunk lehatárolni bizonyos szempontok szerint területeket? Rendelhetünk-e leíró jellegű adatokat (parcella mérete, tulajdonosa, művelési ága stb.) a térképen megjelenő területegységeinkhez? Hogyan tudjuk biztosítani ezek naprakészségét? Belátható, hogy hagyományos eszközökkel (papírtérképek, táblázatos nyilvántartások) ezek az igények egyáltalán nem vagy csak igen nehézkesen elégíthetőek ki. A számítástechnikai eszközök, eljárások fejlődése hozta magával a térinformatika eszköztárának megteremtését, aminek a segítségével ezek a bonyolultnak tűnő kérdések hatékonyan megválaszolhatóak lettek. [4.] Egy térinformatikai rendszer lehetővé teszi: az adatok bevitelét (térképeket, alaprajzokat, műholdképeket, analóg képeket, légi fotókat, adatbázisokat, leíró táblákat), az adatok rendszerezett tárolását (térbeli adatokat térképi rétegeken, leíró adatokat relációs adattáblákban), az adatok könnyű frissítését, 4
az adatok manipulálását, elemzések készítését (adatbázis lekérdezés, távolság meghatározások, szomszédsági műveletek), az elkészített térképek megjelenítését, sokszorosítását, jelentések készítését. Ehhez persze a térinformatikai rendszernek vannak általános és speciális erőforrás igényei, amelyek a következők: hardver, szoftver, alaptérképek, adatok, szakértők. Hardver: a térinformatikai feladatok általában processzor és memória igényes számolással járnak. Gyors és kényelmes elvégzésükhöz szükség van olyan számítógépre, melynek kapacitása mindezt lehetővé teszi. A háttértároló kapacitását az elvégzendő feladatok mellett alapvetően a felépített rendszer mérete határozza meg. A térképi adatbázisok mérete nagyon változó a 1-200 kbyte-tól a több Mbyte méretig terjedhetnek. A térképek megjelenítésére célszerű minél nagyobb méretű és felbontású monitort beszerezni. A térinformatika eszközei továbbá a szkennerek (akár A0-s méretig), színes nyomtatók, plotterek, digitalizáló táblák, GPS vevők. Szoftver: a térinformatikai szoftverek között az asztali térképező szoftverektől, a videó GPS rendszerekig széles a skála, rendkívül nagy a választék. Egy-egy rendszer összeállítása előtt célszerű végiggondolni, mit is szeretnénk csinálni, mire szeretnénk használni a kiépítendő térinformatikai alkalmazást, vagy kutatóhelyet. Ettől függően tág határok között mozoghat mind a szoftver, mind pedig a hardver igény. Az adatokról, alaptérképekről a későbbi fejezetekben lesz szó. Szakértők alatt értjük azokat a szakembereket, akik az információs rendszer adatbázisát feltöltik egy adott szakterület (természetvédelem, katasztrófa-elhárítás ) speciális ismeretanyagával. Ezek alapján megpróbálkozhatunk a GIS (Geographical Information System) definíciójának megfogalmazásával: A GIS, hardver, szoftver és módszerek együttese, amelyek segítik a komplex tervezési és irányítási feladatok megoldását. Támogatják a térbeli adatok gyűjtését, kezelését, feldolgozását, elemzését a modellezést és a megjelenítést. Foglaljuk tehát össze, melyek a térinformatika lehetőségei egy hagyományos adatbázissal szemben: Egy térinformatikai rendszerben az adatok elérése földrajzi helyzetük alapján is lehetséges. Azaz egy földrészletet a digitális térképen megjelölve, a szoftver kikeresi a térképhez tartozó adatbázisból az adott parcellához tartozó összes hozzákapcsolódó, tárolt adatot (helyrajzi szám, tulajdonos neve, hasznosítás típusa, területe, stb.). Egyetlen rendszerbe integrálja a földrajzi és leíró adatokat, ezáltal a hagyományos adatbázis műveletek a földrajzi adatokon is elvégezhetők. Egy project elkészítése során minden tekintetben digitális állományok készülnek, egyszerűbbé téve a rendszer naprakészen tartását, különböző típusú jelentések elkészítését, valamint a reprodukálást. 5
1.2. Térinformációs rendszerek csoportosítása A térinformációs rendszereket szokás területi kiterjedésük és felhasználási céljuk alapján csoportosítani. A területi kiterjedés alapján megkülönböztetünk: globális, regionális, lokális rendszereket. A globális rendszerek a Föld egészére, esetleg egyes kontinensekre terjednek ki. Ilyen rendszerek alkalmasak például az ózonlyuk vizsgálatára. A regionális rendszerek nagyobb összefüggő területek (például országok vagy országrészek) bizonyos jellemzőinek vizsgálatára alkalmasak. Végül a lokális rendszerek viszonylag kis területre (például egy településre) kiterjedő feladatok megoldásának az eszközei.[5.] A térinformációs rendszerek felhasználása igen sokrétű, amelyekről a későbbi fejezetekben lesz szó. A legjelentősebb felhasználási területek a teljesség igénye nélkül, a következők: közművek információs rendszerei, önkormányzati információs rendszerek, környezetvizsgálati információs rendszerek, topográ információs rendszerek, földadat információs (Land Information Svstem. LIS) rendszerek. 1.3. Térképészeti alapismeretek 1.3.1. Térképek alapvető jellemzői Térkép: A föld felszínén illetve azzal kapcsolatban álló anyagi vagy elvont dolgoknak általában kicsinyített, generalizált, síkbeli megjelenítése. Kicsinyítés: Definiálására a méretarány, lépték szolgál (a térképi távolság és a valós távolság hányadosa) Méretarány, lépték: A térképészetben ez a valós méretből csökkentés mértékét jelenti, abból a valós méretből, amelyet térképen ábrázolnak. A csökkentés mértékét rendszerint arány (pl. 1:250 000), reprezentatív tört (pl.1/250 000) vagy pedig egyenlőség (1 cm= 2,5 km) formájában tüntetik fel a térképen. Érthetőbben egy térképen, vagy képen szereplő távolság és a Föld felületén neki megfelelő távolság aránya, egy térképi objektum és a valós világban meglévő mérete közötti kapcsolat. Például egy 1:10000 ("egy a tízezres") térképméretarány azt jelenti, hogy a térképen szereplő 1 centiméteres méret a terepen 10000 centiméternyi (azaz 100 méternyi) méretnek felel meg. [2.] Egy nagyméretarányú térkép a terepi méreteket nagyobb térképi méretekkel ábrázol, mint egy kisebb méretarányú térkép. Nagyméretarányú (nagyléptékű) részletes térkép: méretarányszám kicsi 1:1000, 1:4000 pl.: üzemi térkép Kisméretarányú (kisléptékű) térkép: nem részlet gazdag, méretarányszám nagy 1:100000 pl.: Magyarország agrotopográfiai térképe 6
Generalizálás: A térkép készítése során bizonyos általánosításokat kell megfogalmazni, ezért elvonatkoztatunk a valóság pontos tükrözésétől, absztrakciót hajtunk végre. Absztrakciók: - Szelekció: a valós világ objektumaiból kiválasztjuk azokat, amelyeket megjelenítünk a készítendő térképünkön. - Osztályozás: a valós világban például az épületek épülettípusokba sorolhatók, amit szeretnénk különféle objektumoknak feltűntetni a térképen, az egyszerűbb ábrázolás elősegítése érdekében. Például: templom, iskola, pályaudvar, egy-, két-, többszintes épületek ábrázolásához jelkulcsi elemeket használunk. Egy jelkulcsnak több jellegzetessége is lehet (szín, méret, stb.). Ugyanígy a közlekedés vonalas objektumait is szétválasztjuk aszerint, hogy milyen közlekedési típust és milyen nyomvonalat reprezentálnak. - Egyszerűsítés: különböző objektumok, alakzatok, például az erdőhatár, vagy a tengerpart vonala különböző részletességű az eltérő léptékű térképeken. Például a világtérképen (1 : 50 00 000) csak az Adriai tenger alakja vehető ki, míg az autóstérképen (1:100000) már az öblök, torkolatok is megfigyelhetőek. - Kihangsúlyozás: ezt az absztrakciót akkor alkalmazzuk, amikor számunkra fontos objektumok, az adott lépték mellett nem jelennének meg a térképen. Például egy vadles valódi mérete 3m*3m, amit egy 1:10000-es térképen egy 0,3*0,3 mm-es ponttal tudnánk mérethelyesen ábrázolni. Ehelyett szimbólumot alkalmazunk. - Jelkulcsok alkalmazása: az egyszerűbb megjelenés, könnyebb áttekinthetőség érdekében különböző jelkulcsokat használhatunk a térképeken. Például: Rét, legelő Szőlő $ Növényzet határa Térkép típusok Elméletileg lehetséges ábrázolni csaknem mindennek, vagy a dolgok bármely kombinációjának az előfordulását. Ez azt jelenti, hogy elméletileg a térképfajták végtelen sokasága létezik. [2.] Ha nagyon leegyszerűsítjük a dolgot, a térképeket három nagy csoportra oszthatjuk: [3.] a) geodéziai nagyméretarányú térképek b) topográfiak térképek c) tematikus térképek. a) Geodéziai nagyméretarányú alaptérképek. Ezeknek a térképeknek fő jellemzője, hogy közvetlen mérések alapján készülnek. A mérési eredmények minimális általánosítással és szimbolikával kerülnek ábrázolásra. Az eltolt ábrázolás nem engedélyezett. Méretarányuk 1:500 és 1:5 000 közé esik. b) Topográfiai térképek: A legszélesebben használt térképtípus. Méretaránya 1:10 000 - től 1:200 000 -ig terjed. A méretarány csökkenésével az általánosítás foka nő. A Föld felszín mesterséges és természetes objektumainak ábrázolása mellett adminisztratív, gazdasági tematikákat is tartalmazhat. Ennek megfelelően ábrázolásmódja gazdag, melyet színek és szimbólumok segítségével valósít meg. A nagyobb méretarányú topográfiai térképek (1:10 000, esetleg 1:25 000) közvetlen felméréssel 7
készülnek, míg a kisebb méretarányúakat kartográfiai úton az eredeti felmérések egyszerűsítésével és általánosításával állítják össze. A topográfiai térképek élnek az eltolt ábrázolás és a szimbólumok használatával. Az állami topográfiai térkép papírlapon, többszínnyomással, vagy számítógépen kezelhető formában, rétegekben szerkesztett, az ország egész területéről közepes- és kisméretarányban, készülő térkép, amely a földfelszín természetes és mesterséges alakulatainak síkrajzi és domborzati elemeit tartalmazza a tulajdoni viszonyokra vonatkozó információk nélkül. 1. ábra: 1:200000 topográfiai térkép (forrás: FÖMI) c) Tematikus térképek: A tematikus térképek gyakran kis méretarányúak (1:500 000-1:2 000 000). Ennek oka, hogy - ezeket a térképeket gyakran áttekintő céllal készítik, s vizuálisan egyszerűen lehetetlen globális kérdéseket nagyméretarányú térképeken ábrázolva szemlélni és értelmezni, - olyan jelenségeket ábrázolnak e térképeken, mely jelenségek ábrázolása nagyméretarányú térképeken értelmetlen volna, - egy-egy tematikát viszonylag szűk felhasználói réteg hasznosít. A tematikus térképeken leggyakrabban területi lehatároláshoz kötődő értékeket ábrázolunk, különböző módszerekkel, mint: - Színfokozatok: Az alakzatok ugyanolyan szimbólummal, de különböző színnel jelennek meg. A különböző színeket a definiált érték intervallumoknak feleltetjük meg. 8
- Szimbólumfokozatok: Az alakzatok ugyanolyan színnel és szimbólumtípussal jelennek meg a térképen, a szimbólumok mérete fejezi ki a különböző értékintervallumokat. Méret, nagyság és terjedelem kifejezésére igen alkalmas. Csak pont és vonal objektumok esetében használható. - Egyedi érték: Minden értékhez egy-egy színt rendelünk. Osztályba sorolt értékek megjelenítésére alkalmas. - Pontsűrűség: Olyan számértékek megjelenítésére alkalmas, amelyek területi (területtel rendelkező) objektumokhoz kötődnek, mint pl. a népsűrűség, termékek eladott mennyisége. - Diagram: Egy objektum több tulajdonsága is összehasonlítható, illetve eloszlásuk szemléltethető. A diagramok egyes részei egy-egy attribútum értékkel feleltethetőek meg. 1.)Eloszlási térképek: eloszlási, tematikus, vagy statisztikai térképek a Föld felszínén előforduló bármely jelenség térbeli sokféleségét ábrázolja. Térképjelek segítségével egy térkép bemutatja például ásványi lelőhely, állatfajták vagy közkönyvtárak előfordulását. Egyes térképek izovonalasak, ahol a vonalak egyenlő értékű pontokat kötnek össze. Magassági viszonyokat ábrázoló térképek izovonalait szintvonalaknak nevezzük. Egyes térképek színes sávokat alkalmaznak különféle értékintervallumok ábrázolására. A bemutatandó információt érték szerint csoportosítják, és minden csoporthoz egy színt vagy mintát rendelnek. Az adott értékkel rendelkező térképi területeket azután a megfelelő színnel vagy mintával kitöltik. 2.) Geológiai térképek: Bármely geológiai objektum területi eloszlásával a geológiai térképek foglalkoznak. Felszíni rétegek alatti kőzeteket ábrázoló térképek olyan geológiai alakzatot jelenítenek meg, amely vagy a felszínre tör, vagy amelyet felszíni réteg fed el. Ilyen térképek építkezési tervekhez vagy ásványkitermeléshez fontosak. Felületi geológiai térképek az üledékeloszlásra vonatkozó információkat szolgáltatnak. Ezek gyakran arra az időszakra is információt szolgáltatnak, amely alatt 9
az üledék lerakódása lejátszódott. Tektonikai térképek olyan szerkezeti elemekből származó.tényleges vagy vetített felületet ábrázolnak, mint a vetődés síkja és gyűrődés tengelyei. Azt a szöget is jelzik amely az eredetileg vízszintes sziklarétegek deformálódásának mértékét jellemzi. Az őskori geológiai térképek az őskori kőzettani és az őskori tektonikai térképekkel együtt a bizonyos idővel régebben érvényesülő területi geológiát jelenítik meg. Azt is meg tudják mutatni, hogy a szárazföldek és óceánok hogyan változtatták alakjukat és méretüket az idők folyamán. A szerkezeti szintvonalas térképek az alakzatok magasságát és mélységét mutatják egy folytonos felülethez képest, pl. két üledékes sziklaalakzat érintkezési síkja. Isopach térképek speciális rétegtani alakzat (mint pl. olajpalaréteg) vastagságát rögzítik isopach-vastagság-szintvonal segítségével. 3.) Talajtérképek: A térkép által ábrázolt területen jelen levő talajféleségek a sok osztályozási rendszer egyikével ábrázolhatók. Az ilyen térképek a földhasználatot érintő döntésekhez használhatók. 4.) Földhasználati térképek: Egy adott területen belül végzett tevékenységek sokféleségét mutatja be. Lakott, ipari és mezőgazdasági területek differenciáltan ábrázolhatók a célból, hogy a várostervezők és útépítők részére hasznos információt nyújtson. Önkormányzatok övezeti szabályozás összeállításához alkalmaznak ilyen térképeket. 5.) Gazdasági térképek: Az olyan speciális gazdasági tevékenységek, mint bányászat, gyártás és mezőgazdaság ábrázolása a gazdasági térképeken történik. Gazdasági tevékenységgel kapcsolatos, ész okokon nyugvó telepítési döntések gazdasági térképek segítségével történhetnek. 6.) Állattani és növénytani térképek: Állatok és növények területi eloszlását állattani és növénytani térképeken mutatják be. Az állatok vándorlási útvonala is bemutatható, valamint egy terület etológiai státusza. Ilyen térképek faipari vállalatok és vadgondozó szakemberek részére hasznosak. 7.) Statisztikai térképek: Mérhető mennyiségi adatok statisztikai térképeken találhatók. Minden adott téma térbeli változásának rendszere magától értetődővé válik, ha térképezik: térképjelek, a csík kartogramok vagy izovonalak segítségével. 8.) Politikai térképek: Közigazgatási egységek határait politikai térképeken találhatjuk. Gyakran a határokon belül lévő politikai objektumokat is ábrázolják névvel. 9.) Topográfiai térképek: Terepalakzatok látható formája mint pl. látható hegységek és völgyek láthatók a topográfiai térképeken. Ezeket építési projektek tervezési szakaszában használhatják a mérnökök. Topográfiai térképek mutatják a táj pontos képét. Ezen térképek elemei a tengerszint feletti ismert magasságú magassági alappontok és az azonos magasságú pontokat összekötő szintvonalak is. Az ortofoto térképeket, a topográfiai térképek egy másik típusát, a légi felvételekből, vagy egyéb távérzékelési móddal előállított felvételekből állítják elő. 10.) Tengermélység térképek: a tengerfenék domborzatát mutatják a tengerszint alatti magasságkülönbségek szintvonalakkal történő ábrázolásával. 11.) Kataszteri térképek: A kataszteri térképek földrészletek azonosítására szolgálnak a tulajdon bemutatására és az adózás céljaira. Mivel itt a nagy pontosság fontos, a legtöbb kataszteri térképet csak felhatalmazott földmérő készítheti el. 12.) Meteorológiai térképek: A légkör és az időjárási viszonyok közötti összefüggést szemléltetik a meteorológiai térképeken. Főbb elemei közé tartozik az izobár, vagyis az egyenlő légnyomásértékű pontokat összekötő vonalak és az izoterm, vagyis az egyenlő hőmérsékletértékű pontokat összekötő 10
vonalak. A szélsebességet és -irányt szélrózsa-diagram segítségével ábrázolják. az űrfelvételek felhasználásával a meteorológusok javítani tudják az ilyen térképek minőségét. Nagy pályamagasságú mesterséges holdakról készült és Földre sugárzott felvételek mutatják a frontmozgásokat és a közelgő viharokat, így lehetővé téve az időjárás előrejelzőknek, hogy jóval előbbre tudják jelezni az időjárást, mint az a kisebb magasságra felbocsátható meteorológiai ballonokkal lehetséges volt. 13.) Szállítási térkép: Az egyik leggyakrabban használt térképfajta a szállítási térkép. Közlekedési főutakat, vasutakat és repülőtereket ábrázolnak városokkal és fontosabb pontokkal együtt. 14.) Történelmi térképek: A történelmi térképeken felfedezéseket, kereskedelmi útvonalakat, katonai mozgásokat és korábbi politikai egységeket ábrázolnak. A korábban készített térképeket, még ha gyakran nem túlságosan pontosak is, a történészek gondosan értelmezhetik és alapul használhatják fel pontos történelmi térképek szerkesztéséhez. [2.] 1.3.2. Geometriai adatok és vonatkoztatási rendszerek A térinformációs rendszerek objektumai a Föld felszínéhez kapcsolódnak. Az objektumok geometriai adatait általában pontjaik koordinátáival jellemzik. A folytonos jellegű koordináták mellett az értékmegadás lehetséges diszkrét értékekkel (például postai irányítószámokkal) is. Az objektumok geometriai adatait valamely elméleti földalakból kiindulva, annak alapján választott vonatkoztatási rendszerben létesített alappont hálózatokban végzett mérések segítségével lehet meghatározni. A térinformációs rendszer területi kiterjedésétől függően a Földet más és más elméleti földalakkal jellemezhetjük, és ennek függvényében más és más vonatkoztatási rendszert használhatunk. A gyakorlati feladatok megoldásakor gyakran előfordul, hogy különböző eredetű, különböző vonatkoztatási rendszerekhez tartozó geometriai adatokat együttesen kell felhasználnunk. Ezért ismernünk kell a különböző vonatkoztatási rendszerek kapcsolatának meghatározási módszereit is.[5.] A Föld alakja A Föld alakjáról szólva hagyományosan különbséget teszünk a Föld fizikai alakja és a fizikai alak modelljéül szolgáló elméleti alakok között [6.] A Föld fizikai alakján a litoszféra és a hidroszféra által meghatározott földalakot értjük. A fizikai földalak csak pontonként, nem pedig valamilyen zárt matematikai függvény segítségével adható meg. Az elméleti földalakok a Föld egészét vagy bizonyos részeit matematikai függvényekkel leíró modellek, amelyek megfelelően tükrözik a Föld geometriai, fizikai jellemzőit. [5.] A Föld elméleti alakjával kapcsolatos elképzelések az idők folyamán változtak. Hosszú időn keresztül a Föld elméleti alakját kizárólag geometriai felületek felhasználásával jellemezték. Az elméleti alak az ókorban a gömb, a felvilágosodás kora óta pedig a forgási ellipszoid volt. A múlt század elején világossá vált, hogy a tisztán geometriai szemléleten alapuló földalak nem megfelelő a Föld fizikai sajátosságainak figyelembevételére. A felismerés alapján vezette be 1872-ben Listing a geoidot, mint elméleti földalakot. A Föld topográfiai felszíne adott időben a szárazföldek és a vízzel borított területek aktuális felszíne. A tengerszint az óceánok átlagos felszíne. A geoid a Föld nehézségi erőtere potenciáljának szintfelülete, amelyet a középtengerszinthez kötnek. A geoid jó közelítéssel a nyugalomban lévő 11
tengerfelszínnek tekinthető.[5.] Ilyen felszínt kapnánk, ha az óceánokat és tengereket kicsi csatornákon összekötnénk a szárazföld alatt. A geoid formája függ egyrészt a gravitációtól (a vektor a Föld középpontja felé mutat) és a tehetetlenségi (centrifugális) erőtől (mely a Föld tengely körüli forgásából adódik). A geoidhoz leginkább hasonlító szabályos, matematikailag leírható test az ellipszoid. [4.] 2. ábra: A geoid és az ellipszoid viszonya egymáshoz Természetesen nem csak egyetlen ellipszoidot találunk, amely a geoidhoz simul. A sokféle ellipszoid között vannak ún. referencia ellipszoidok, amelyekkel a földfelszín egy-egy területét próbálják minél valóság hűbben közelíteni. Ezekre jellemző, hogy: - az ellipszoid középpontja a Föld középpontjában van, - a forgástengely a Föld forgástengelyével esik egybe. A referencia ellipszoidok meghatározó paraméterei: - a nagy tengely (egyenlítői sugár), és - a lapultság (összefüggés az egyenlítői és a sarki sugár között). Egyéb paraméterek: - a kis tengely (sarki sugár), és - az excentricitás (kör szimmetriától való eltérés) az előző adatokból számíthatók. A Föld felszínén található valamely pontot három jellemzővel, három koordinátával adhatunk meg. Mesterséges holdakra történő mérés esetén a pontok meghatározása a Föl középpontjához és forgástengelyéhez kapcsolódva, térbeli derékszögű koordináták segítség történik. Hagyományos -a Föld felszínéhez kapcsolódó- méréseket feltételezve az elméleti földalakokhoz kapcsolódva adnak meg koordinátákat. A három koordináta közül kettő a forgási ellipszoidhoz kötött. Ezeket a koordinátákat vízszintes koordinátáknak nevezzük. A vízszintes koordináták a Föld felszínén található pontnak az ellipszoidra történő vetítéséből származnak. A harmadik koordináta a magasság, amely a Föld felszínén található pontnak és a geoidnak a távolsága. [5.] Az ellipszoidot csupán globális kiterjedésű térinformációs rendszerek létrehozásakor indokolt alapfelületként felhasználni. Regionális feladatok megoldásakor az ellipszoidot általában a vizsgált felülethez simuló gömbbel lehet és célszerű helyettesíteni. Lokális feladatok megoldásakor -mintegy 50 négyzetkilométerig- az ellipszoid jól helyettesíthető érintősíkjával. A térinformációs rendszerek kialakításakor mind az ellipszoidi, mind a gömbi koordinátákat általában síkra vetítik. 12
A felhasználható forgási ellipszoidok mérete, alakja és elhelyezése általában különbözik egymástól, ezért konkrét feladatok megoldásakor az ellipszoid jellemzőit is meg kell adni. A gyakorlatban az ellipszoidok azonosítására az ellipszoid meghatározását végző tudós, vagy tudományos szervezet elnevezése szolgál. [5.] Például négy, Magyarországon is alkalmazott forgási ellipszoid adatai: Elnevezés fél nagytengely (m) lapultság Bessel 6 37 39,15 1/299 1528 Havford 6 378 388 1/297 Kraszovszkij 6 378 24 1/298,3 IUGG 67 6 378 160 1/298,247167 1.3.3. Geodéziai dátum Geodéziai dátumról beszélünk, amikor egy ellipszoidnak addig mozgatjuk a középpontját, míg a legkisebb hibával illeszkedik a vizsgált területhez. A különböző országokban és különböző hivatalokban sokféle referencia ellipszoid van használatban. A teljesség igénye nélkül a legfontosabbak: - WGS 84 (G P ami az egész Földre definiál dátumot), - IUGG/1967. (EOV), - Bessel (sztereografíkus), - Krassovsky (Gauss-Krüger), - Hayford (UTM). Az Egyesült Államok Térképészeti Intézete (régebben a Védelmi Minisztérium Térképészeti Intézete) közétett egy 10 fokos grid hálózatot a geoig és a WGS 84 ellipszoid felszínének különbségéről. Az ábráról látható, hogy a sárga területek simulnak legjobban a geoidhoz, a pirosak elemelkednek tőle, a kékek pedig alatta mennek. 3. ábra: A WGS-84 ellipszoid és a Földfelszín eltérései 13
1.3.4. Térképi vetületek Vetítés A vetület egy felületnek a másikon való leképeződésére utal. A térképészeti tudományokban a közelítőleg gömb alakú földnek, sík médiumon, mint például papíron vagy számítógép képernyőjén történő megjelenítését értik. Minthogy pedig fizikailag lehetetlen egy földgömböt síkba fektetni torzulás nélkül, a méretarány változni fog a vetítés síkjában a távolság-, terület- és szögviszonyok szabályos torzulásának függvényében. Szerencsére van lehetőség arra, hogy ezt a torzulást úgy kezelhessük, hogy bizonyos speciális tulajdonságok (mint például a terület- és szögviszonyok megőrzése) néhány megszorítás mellett megtarthatók. [2.] Térképvetületek készítésekor a földfelszín vagy a földfelszín egy részletének a síkon való ábrázolására törekednek. Bizonyos torzulások, mint szög-, távolság-, vetületi irány-, vonalas aránymérték- és terület-torzulás mindig nemkívánatos eredményei a folyamatnak. Néhány leképezés ezen tulajdonságok valamelyikének torzulását minimálisra csökkenti más, maximálisan kihasználható hibák rovására. Némely vetület pedig csak mérsékelten igyekszik torzítani ezen tulajdonságok mindegyikét. Számunkra legfontosabb a szögtartó (konform) tulajdonság, mivel a hazánkban használatos vetületek mindegyike szögtartó. Amikor a térkép bármely pontján a vonalas aránymérték bármilyen irányban változatlan marad, szögtartó vetületről beszélünk. A meridiánok (délkörök, földrajzi hosszúsági körök) és a paralelkörök (földrajzi szélességi körök) derékszögben metszik egymást. Alakjukat megtartják a szögtartó térképeken. (magyar vetületi rendszerek (EOV, sztereografikus), Gauss-Krüger, UTM.) [4.] A vetítés metódusa szerint a vetítés lehet valódi (igaz) vagy képzetes. A valódi (igaz) vetítés folyamata geometriailag szemléltethető, ilyen például az Egységes Országos Vetületi Rendszer. A képzetes vetítés matematikailag definiált, geometriailag nem szemléltethető, például a Gauss Krüger és az UTM. A vetületeket csoportosíthatjuk: a) a képfelület alakja, b) a képfelület tengelye és Föld tengelyének egymáshoz való viszonya, c) a képfelület és az alapfelület kontaktusa szerint. a) A felület alakja szerint beszélhetünk hengervetületről, kúpvetületről, illetve síkvetületről. 4. ábra: Vetületek a felület alakja szerint 14
b) A képfelület tengelye és a Föld forgástengelyének egymáshoz való viszonya szerint lehet poláris (normális), transzverzális (egyenlítői), ferde (nem merőleges eltérés) vetítés. 5. ábra: Vetületek a forgástengelyek egymáshoz való viszonya szerint c) A képfelület és az alapfelület kontaktusa szerint megkülönböztetünk érintő és süllyesztett (metsző) vetítést. Vetületi rendszerek 6. ábra: Vetületek, a felületek kontaktusa alapján A nem sík elméleti földalakokról (azaz a forgási ellipszoidról és a gömbről) a síkra vetítéssel térhetünk át. A vetítés különböző eljárásokkal végezhető el. Gyakran a vetítés nem közvetlenül a síkra, hanem valamely síkba fejthető felületre (hengerre vagy kúpra) történik. Valamely konkrét vetítési módot a továbbiakban vetületnek, a vetületek nagyobb területre (például egy országra) kiterjedt megvalósítását vetületi rendszernek nevezzük. Az elméleti földalakok görbült, ún. másodrendű felületek, így azokról a vetítés a síkra csak a vetített idomok torzításával lehetséges. A különböző konkrét vetületeknél a torzulás mértéke számszerűen meghatározható. A leggyakrabban alkalmazott vetületek ún. szögtartó vetületek., amelyeknél a vetítéssel a szögek változatlanok, csupán a vonalak hossza és az idomok területe változik meg. Általában elfogadott szabály, hogy a hosszak torzulása nem halad hatja meg az 1/10 000 értéket, azaz 1 km hossz esetén a változás 0,1 méter lehet. [5.] Ez természetesen korlátozza a vetületek területi kiterjedését. Térképi vetületek, szelvényezés A vetületi rendszerek különbözhetnek egymástól abban, hogy melyik referencia ellipszoidon alapulnak, milyen a vetítés metódusa, az egységnyi hossz mértéke (szög, méter, láb), stb. Annak érdekében, hogy adott vetületi rendszerben adott méretarányú térképeket kezelhető méretű térképlapként elő tudjanak állítani, a térképeket szelvényezni kell. Szelvényezésnél az egyes térképlapok csatlakoznak, a lapok között nincs átfedés. Minden vetületi rendszerben a szelvények 15
egyedi jelölést kapnak. Az egyre nagyobb méretarányú szelvények a kiindulási szelvény további bontásával keletkeznek. Megkülönböztetünk globális vetületi rendszereket, azaz olyanokat, amelyek az egész földfelszínre használhatóak (Gauss-Krüger, UTM) és lokálisakat, amelyek kisebb (regionális, országos) területeket fednek le (EOV). Globális rendszerek A Föld egészét geocentrikus vagy ellipszoidi felületi vonatkozási rendszerek segítségével írhatjuk le. Mindkettőre találhatunk példát. Geocentrikus vonatkoztatási rendszerben történik a mesterséges holdak segítségével történő helymeghatározás. Ilyen rendszert alkalmaznak az amerikai GPS, illetve az orosz GLONASS navigációs rendszer segítségével történő helymeghatározáskor. A GPS adatok vonatkoztatási rendszere a Nemzetközi Geodéziai és Geofizikai Unió által elfogadott World Geodetic System 1984 (WGS84). Ellipszoidi felületi rendszerek az alapjai a Föld egészére kiterjedő térkép-, illetve térinformációs rendszerek létrehozásának. Napjainkban a legelterjedtebb két ilyen rendszer a: - Gauss-Krüger-rendszer, - Universal Transverse Mercator (UTM) rendszer. [5.] Gauss-Krüger vetületi rendszer Referencia ellipszoid: a Krasszovszkij-féle ellipszoid. A vetítés metódusa: az egyes vetületeknél a vetítés a középmeridiánok mentén érintő transzverzális elhelyezkedésű érintőhengerekre történik (képzetes vetítés). A vetület szögtartó (konform). A vetület alkalmas nagy területek egybefüggő, csatlakozó ábrázolására. 7. ábra: Gauss-Krüger vetítés 16
Szelvényezése: A sávok szélessége 6. A sávokat számmal jelölik, a kezdő meridiánnal szemközt lévő meridiántól kezdve, keletre haladva. A 6 -os sávokat függőlegesen 4 -ként osztják fel, amelyeket az Egyenlítőtől északra 4 -onként haladva az ABC betűivel jelölik, A-val kezdődően. Ezek alapján például Magyarország az M33, M34, L33, L34-es részekbe esik bele. Egy szelvény M 1:1000000, mérete 6 x4, jelölése pl.: L34. Az alábontás következőképpen történik: ezeket a területeket 12x12 szelvényre bontják, jelölésük 1-144-ig sorban történik, majd a negyedelés során az ABC nagy illetve kis betűi következnek felváltva A-D-ig. A különböző méretarányú szelvények jelölése tehát a következő: [4.] 1:100000 L34-15 1:50 000 L34-15-B 1:25 000 L34-15-Bd 1:10 000 L34-15-BdA 8. ábra: Gauss-Krüger vetület szelvényezése Universal Transverse Mercator (UTM) Referencia ellipszoid: a Hayford Ellipszoid. A vetítés metódusa: Transzverzális, metsző, szögtartó, képzetes hengervetület. Szelvényezése: 9. ábra: Az UTM szelvényezése A sávok 8 szélesek, az észak-déli beosztás 6. A hazánkban is felhasználásra kerülő távérzékelési célú űrfelvételeket UTM-rendszerbe vetítve árusítják. 17
Helyi rendszerek Egységes Országos Vetület (EOV) Az EOV olyan hengervetület, amely a Magyarországi földmérés és térképészet által előállított alaptérképek, illetve a térinformatikai adatok egységes vetületi rendszereként lett bevezetve. Kettős vetítésű, szögtartó, ferde tengelyű, metsző hengervetületi rendszer. Alapfelülete az IUGG/1967 ellipszoid. A vetítés kettős: az IUGG/1967 ellipszoidról a Gauss gömbre, majd onnan a süllyesztett (metsző) hengerre történik a vetítés. Az ország területe egyetlen hengervetületre képződik le. A metszőkörön belül hosszrövidülés, a körön kívül hossznövekedés van. Az előjelhibák miatt a kezdőkoordinátákat 200km-rel délre és 650km-rel nyugatra helyezték. Így az X (ordináta) koordináták kisebbek az Y (abszcissza) koordináták pedig mindig nagyobbak 400000-nél.[4.] Szelvényezése: 107 108 109 96 97 98 99 910 82 85 86 87 88 89 810 811 71 72 73 74 75 76 77 78 79 710 711 61 62 63 64 65 66 67 68 69 610 51 52 53 54 55 56 57 58 59 510 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 31 32 33 34 35 36 37 38 39 21 22 23 24 25 26 27 28 29 12 13 14 15 16 17 18 3 4 5 10. ábra: Az EOV szelvényezése Az ország 84 db 1:100000-es szelvényre osztható. A szelvények száma a sorok sorszámából és az oszlopok sorszámából adódik, a bal alsó sarokból kiindulva. A 1:100000-es szelvényeket negyedeléssel osztjuk tovább, a jelölésnél a megfelelő negyed sorszámát adjuk. Ebből következően a különböző méretarányú szelvényeket az alábbiak szerint jelöljük: M 1:50000 34-2 M l:25000 34-4 2 M l:10000 34-4 4 3 11. ábra: Az EOV szelvények aláosztása 18
Sztereografikus vetületi rendszer 1865-től alkalmazták kettős vetítéssel. A Bessel-féle ellipszoidról a Gauss gömbre, majd onnan a síkra sztereografikus vetítéssel. Magyarország az akkori méretei miatt több vetületi kezdőponttal rendelkezett, ezek: 1. a gellérthegyi volt csillagvizsgáló keleti kupolájának középpontja, 2. Marosvásárhelyen a Kesztejhegy alappont, 3. Ivanicson a zárdatorony. 12. ábra: A sztereografikus vetületi rendszer A vetületi rendszert az origón átmenő tengelyek (lefelé mutató x, nyugatra mutató y) négy térfélre osztják: ÉNY, ÉK, DNY, DK. Ezeket kelet-nyugati irányba felosztva római számokkal, észak-déli irányba felosztva arab számokkal jelöljük a tengelyektől kiindulva. Egy ilyen szelvény további bontása 5x5 részre történik, méretarányuk 1:2000, kelet-nyugati irányba felosztva a-e-ig, észak-déli irányba felosztva f-k-ig jelöljük a tengelyektől kiindulva. 13. ábra: A sztereografikus vetületi rendszer szelvényezése és aláosztása 19
2. Adatmodellek, térbeli és leíró adatok A térinformatikai rendszerekben a valós világ objektumait tartjuk nyilván. Ezeknek az objektumoknak két fontos tulajdonságuk van: egyrészt meg kell mutatnunk, hogy hol helyezkednek el a térben, másrészt meg kell mondanunk, hogy miről van szó. Azaz meg kell neveznünk, mi az a tárgy vagy jelenség, amelynek koordinátáit az imént megadtuk. Egyrészt tehát geometriai adatokat, másrészt pedig tulajdonságokat (attribútumokat) tárolunk, alfanumerikus (leíró) adatok formájában.[1.] 2.1. Leíró adatok A leíró adatok a térképről általában nem leolvasható adattartalmat takarnak. Ilyen például egy parcella tulajdonosának a neve, a művelés fajtája, adott parcella tulajdonosa részesül-e valamilyen támogatásban, ha igen milyen mértékben, stb.[4.] Mivel a területi adatok mindig kapcsolatba hozhatók különböző tulajdonság jellemző alfanumerikus adatokkal, a térbeli információs rendszereknek is szerves része egy vagy több alfanumerikus adatbázis.[3.] 2.1.1. Relációs adatbázisok A jelenleg működő korszerű adatbázisok négy alapvető adatmodellt realizálnak: - a hierarchikus adatmodellt, - a hálós adatmodellt, - a relációs adatmodellt és az - objektum orientált adatmodellt. [3.] A kereskedelemben kapható szoftverek legnagyobb része a relációs adatmodellt valósítja meg. Ez az adatbázis modell napjainkban már szinte általános elterjedésnek örvend a leíró adatok kezelésében, de több GIS szoftver relációs adatbázis-kezelőt használ a grafikus adatok tárolására is. A modell kialakítását alapvetően az inspirálta, hogy az adatbázis megtervezésekor az adatokat a felhasználó számára áttekinthető és egyszerűen kezelhető táblázatokba lehessen elhelyezni. Ez a táblázatos forma erősen hasonlít a hagyományos adatszervezés rekord struktúrájához. Ez a táblázatos modell abban tér el alapvetően a hagyományos adatmodelltől, hogy nem csak egy táblázat kezelésére alkalmas, hanem több, egymással összefüggő táblázat feldolgozására is képes. A feldolgozás alapját a halmazelméleti relációs kalkulus szolgáltatja.[3.] Attribútum: bármilyen adat, ami az entitásra (adott fedvény egy egyedére) vonatkozóan minőségi, mennyiségi, azonosítási, osztályozási tulajdonságokat ír le. Az attribútum tábla részei: Mező Rekord (entitás) Record_ID Típus Magasság 1 oszlop 15 2 fa 21 Attribútum (jellemző) 20
Lehetséges attribútum típusok: String (alfabetikus karakterek, betűk, számok: 7400, Kaposvár ) Szám Egész (586) Decimális (62.5 width:4, decimal places:2) Lebegőpontos: 2.3547 Dátum: 12-06-1999 Logikai: Y/N 2.2. Térbeli adatmodellek A térbeli információs rendszerek egyik legáltalánosabb tulajdonsága, hogy két különböző fajta adattípust (a grafikust és alfanumerikust), vagy logikai oldalról megközelítve, a hely és tulajdonság jellemzőket, egységes rendszerben tárolják és kezelik. [3.] A jelenleg működő térinformatikai rendszer szoftverek jelentős része, külön adatbázisban tárolja a grafikus adatokat és egy másik, rendszerint relációs adatbázisban, az alfanumerikus adatokat. A két adatbázis közötti kommunikációról egy kapcsoló szoftver rendszer gondoskodik. Mivel napjainkban a hardverkötöttségek jelentősége egyre inkább csökken (mind a tárkapacitás, mind a műveleti sebességek rohamosan nőnek), újabban olyan szoftvereket is találhatunk már, melyek a két fajta adatállományt közös relációs adatbázisban kezelik. Ezeknél a megoldásoknál speciális szoftvermodul gondoskodik arról, hogy a grafikus adatok a jellegükből következő egyszerűsítési lehetőségek kihasználásával kerüljenek ideiglenes tárolásra és manipulálásra.[3.] A térinformatikában két fő adatmodell létezik: a raszteres és a vektoros. Ehhez járul harmadikként a hibrid adatmodell. Ezek természetesen már korábban is léteztek, nem a térinformatikában alakultak ki.[1.] Nézzünk egy példát a térbeli adatmodellek használatára: Az alaptérképet rétegekre bontjuk, mint talajtípus, földhasználat, utak, vízfolyások stb... Az térinformatikai programok a rétegeken lévő objektumokat pontok, vonalak és poligonok formájában vagy raszterekként tárolja. (Az egyes rétegek, vagy raszteres, vagy vektoros formában tárolják az információt.) A rétegek topológikusan összeszervezett objektumokból és a hozzájuk kapcsolódó tulajdonságaikat tároló táblázatokból állnak 14. ábra: Rétegek egy térinformatikai rendszerben 21
2.2.1. Raszteres adatmodellek A terep képét kis, homogén területekre osztjuk és az így kapott területeket tároljuk illetve manipuláljuk. A valóság képét területelemekben rögzítő módszereket tesszellációnak nevezzük. Azon az alapon, hogy milyen az elemi területek alakja szabályos és szabálytalan tesszellációról beszélünk. A szabályos tesszelláció általában hierarchikus struktúrába szervezhető, azaz a kisebb területekből szakadásmentesen hasonló alakú nagyobb területek hozhatók létre. 15. ábra: Négyzet, háromszög és hatszög alapú tesszellációk A tesszellációs modellnek az a legelterjedtebb változata, amelyben a területegység a négyzet. [3.] A területen meghatározott sorrendben szabályos rácson elhelyezkedő cellák vannak Minden cella egy értéket tartalmaz Az egész teret kitölti A tér minden pontjáról ad információt[4.] 2.2.2. Vektoros adatmodellek 16. ábra: Raszteres adatmodell A helyleíró adatok hagyományos ábrázolási formája a vektor modell. A tárolás alapeleme ebben a megközelítésben a vonaldarab. A terep vektoros ábrázolása azonban csak jelentős egyszerűsítő munka eredményeképpen jöhet létre, hisz a terep minden pontja önálló, a többi ponttól eltérő sajátosságokkal is rendelkezhet.[3.] A vektoros modellek lényege, hogy az ábrázolandó területet és a rajta lévő objektumokat pontok és a köztük lévő vonalak együtteseként fogja fel. A terep absztrakciója következtében a térképen, így a digitális térképen is pontszerű, vonalas és területi objektumok találhatók. Pont 1. X, Y koordinátával meghatározott, területtel nem rendelkező objektum. Általában akkor használjuk, ha az általa jelölt valós objektum túl kicsi lenne a térképen vonallal, vagy poligonnal megjelenítve. 2. Csomópont, kezdő és végpont (node) 3. Töréspont (vertex) 22
Vonal (arc) 1. Koordinátapárok sorozata, ami vonalas objektumot reprezentál. Nem rendelkezik szélességgel és területtel. 2. Poligonok határvonala (illetve mindkettő) Polygon területtel rendelkező objektumot testesít meg A polygon egy zárt alakzat, a határvonala egy egységes területet zár közre, mint például egy tó, vagy megye. Topológikusan vonalak sorozatával írható le, a vonalak a határvonalat alkotják. [4.] 2.2.3. Hibrid modellek 17. ábra: Vektoros adatmodell A grafikus adatmodell kialakításánál két alapvető szempont játssza a főszerepet: mennyire tömöríthető a modellben az információ, illetve hogyan hat a (tömörített) modell a műveleti sebességre. A két követelmény együttesen sohasem elégíthető ki optimálisan, ezért rendszerint az adott hardverfeltételekhez legjobban illő kompromisszum szolgáltatja a megoldást.[3.] A vektor és a raszter alapú rendszerek számos jellemzőben különböznek egymástól. A vektor alapú rendszerek alapegysége a pont, a vonal és poligon, a raszter alapú rendszereké viszont a képelem A kétfajta rendszer célszerű alkalmazási területei, létrehozásuk és felhasználásuk módja sok tekintetben különböző. A lehetséges felhasználási módok közül a hálózatok elemzésére a vektor alapú rendszerek alkalmasak, a raszter alapúak alig használhatóak. Területi elemzésre viszont a raszter alapú rendszerek a jobban megfelelők. A grafikus ábrázolás mindkét rendszerben lehetséges, vektor alapú rendszerek esetében általában egyszerűbb. A pontokon és vonalakon, illetve a felületeken alapuló elemzés mellett egyre több területen szükséges a pontok és vonalak illetve a felületek egyidejű kezelése. [5.] Ilyenkor nem kifizetődő valamennyi adat egyetlen rendszerbe történő átalakítása. Sokkal célszerűbb az adatokat eredeti formájukban tárolni, és csak bizonyos elemzésekhez átalakítani. Az így létrehozott rendszerek a hibrid rendszerek. A vektoros és raszteres modellek: - fedvénybe hozhatóak egymással - egymásba átalakíthatóak. 23
8. ábra: Fedvénybe hozott raszteres és vektorok téradatok 3. Adatgyűjtés A térinformatikai rendszer legköltségesebb és legtöbb figyelmet igénylő eleme a megfelelő adatok beszerzése és feltöltése a rendszerbe. Térbeli (területi) adatokat igen sok forrásból kaphatunk, ezek lehetnek hagyományos papírtérképek, geodéziai felmérések eredményei, távérzékeléssel gyűjtött adatok vagy globális helymeghatározó rendszer által szolgáltatott koordináták.[4.] De nem szabad figyelmen kívül hagyni azt a tényt sem, hogy a térinformatikai rendszerben legalább olyan fontosak az attribútum adatok, mint a térbeli (geometriai) adatok. Mielőtt ezeket áttekintenénk, célszerű legalább nagy vonalakban áttekinteni, hogyan is történik egy térinformatikai projekt lebonyolítása. 3.1. Projekt szervezés Egy GIS project számtalan egymásra épülő logikai lépés egymásutánja. A projekttervezés előtt mindenképpen végig kell gondolni a következő kérdéseket: - Mi a megoldandó probléma és hogyan van jelenleg megoldva? - Mi lenne a projekt végterméke? - Milyen gyakran lehet ezeket a termékeket létrehozni? - Kik az érintettek a projekt végtermékét illetően? GIS projekt lépései: Adatbázisépítés: Adatbázistervezés Térbeli adat bevitel Szerkesztés és topológia építés, leíró adatok hozzáadása Adatmanipuláció és karbantartás Elemzések készítése Végtermékek elkészítése Térképek Jelentések 19.ábra: GIS projekt sémája 24
Adatbázis tervezés: A projekt legfontosabb és néha leginkább időigényes része az adatbázis tervezés, adatbázis építés. Az adatbázis pontos tervezése és teljes felépítése meghatározza a továbbiakban az elemzések hatékonyságát, pontosságát és ezáltal a végtermék minőségét. A projekttervezés adatbázis tervezés, adatbázis építés lépése a következő lépésekre bontható: - A vizsgálat, a tanulmány kereteinek meghatározása. - Milyen koordinátarendszerben fogunk dolgozni? - Milyen rétegekre bontsuk a térbeli adatainkat? - Mely objektumokat vegyünk fel a rétegeinkbe? - Milyen attribútumokat rendeljünk az objektumokhoz? - Hogyan szervezzük az attribútumokat és hogyan kódoljuk? Adatbázis építés lépései: - A megjelenítendő adatok leválogatása és a hozzátartozó attribútumok kiválasztása. Az objektumokat szétválogatjuk aszerint, hogy milyen elemtípus (pont, vonal, poligon) milyen tematikus csoportot képvisel (lakóépület, középület). Ezeket a szétválogatott objektumokat külön-külön rétegeken tároljuk. A rétegeket a szerint rendezhetjük egy-egy térképre, amit a projekt célja megkíván. - Térbeli adatok bevitele (digitalizálás, más adatbázisokból történő beimportálás). - A térbeli adatokat használhatóvá kell tenni (geokódolás, szerkesztés, egymás mellett fekvő szelvények összeillesztése, hibajavítás, topológia építés). A geokódolás azt a folyamatot jelenti, amikor a digitalizálandó állományunkat ellátjuk a valós világ koordinátáival. Ezek lehetnek a térképek koordinátahálózatáról leolvasott koordináta-párok, vagy egyéb azonosító pontok (útkereszteződések, jellegzetes tereppontok). 20. ábra: Geokódolt részlet - Leíró adatok bevitele az adatbázisba, a leíró adatok és a térbeli adatok megfeleltetése. - Adatok frissítése, karbantartása. [4.] 3.2. Adatgyűjtési eljárások A geometriai és az attribútum adatnyerési eljárásokat is csoportosíthatjuk aszerint, hogy milyen forrásból történik az adatnyerés. Elsődleges adatnyerési eljárásról beszélünk, ha az adatot közvetlenül a tárgyról, vagy annak képéről nyerjük. Másodlagos adatnyerés forrása a már rendelkezésre álló adat. Az elsődleges adatnyerés több időt és költséget igényel a másodlagos adatnyerési eljárásokhoz képest. Térbeli, elsődleges jellegű eljárások: A földi geodéziai eljárások, Fotogrammetriai módszerek, 25
Távérzékelés, Mesterséges holdakon alapuló helymeghatározások Helyszíni adatfelvétel, pl. kérdőívek alapján (leíró adatok). Térbeli, másodlagos adatnyerést biztosítanak: Meglévő térképek digitalizálása, Meglévő térképek szkennelése, Digitális állományok átvétele.[5.] Leíró adatnyerés elsődleges eljárásai például: Szociológiai adatok felvételéhez megszervezett helyszíni adatgyűjtés, Kérdőíves tematikus adatfelvételek. Másodlagos eljárás például a meglévő statisztikai adatok felhasználása. 3.2.1. Térbeli adatok nyerését szolgáló eljárások A térinformációs rendszerek létrehozásakor, a geometria adatnyerési eljárás kiválasztása függ a létrehozandó rendszer területi kiterjedésétől, az adatsűrűségtől, a rendelkezésre álló adatforrásoktól, a minőségi követelményektől. A lokális rendszerek létrehozásakor a földi mérések, műholdas helymeghatározás, és a fotogrammetriai módszerek megfelelőek. Regionális rendszerek estében a fotogrammetriai és távérzékelési, míg globális rendszereknél a távérzékelési eljárások alkalmazhatók a legcélszerűbben.[8.] A megkívánt pontosság tekintetében az elsődleges adatnyerési eljárások a következő osztályokba sorolhatók: adatnyerési eljárás pontosság geodéziai eljárások mm-cm fotogrammetriai eljárások cm-dm távérzékelési eljárások m-100 m A geometriai adatnyeréssel egyidejűleg nagyon gyakran egy-egy leíró adathoz is hozzájuthatunk, de a következő eljárások elsődleges célja a geometriai adatnyerés. Kézi technológiák, Geodézia technológiák, Szkennelés és digitalizálás, Photogrammetria légifotók, Űrfotók, Radaros távérzékelés (3D modell), GPS. Kézi technológiák Eszközök: papír, toll, mérőszalag, mérőbot, iránytű. Előnyök: Alacsony költség, praktikus kisköltségvetésű projecteknél. Hátrányok: a pontosság hozzávetőleges a tereptárgyakhoz képest, pontatlanság emberi tényezők miatt, nehéz a relokalizálás. 26