EURÓPAI UNIÓ STRUKTURÁLIS ALAPOK T É R I N F O R M A T I K A A L A P J A I BMEEOFTAT10 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése HEFOP/2004/3.3.1/0001.01
Tartalom 1. Előadás: A HELYHEZ KÖTÖTT INFORMÁCIÓ FOGALMA. TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK. TÉRINFORMATIKA.... 3 2. Előadás: A TÉRINFORMÁCÓS RENDSZEREK ALKALMAZÁSA... 6 3. Előadás: A térinformációs rendszerek alkalmazási lehetőségei szoftver bemutató... 9 4. Előadás: A TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK LÉTREHOZÁSÁHOZ SZÜKSÉGES MODELLALKOTÁS... 10 5. Előadás: A GEOMETRIAI ADATOK VONATKOZÁSI RENDSZEREI... 14 6. Előadás: ADATFORRÁSOK... 18 7. Előadás: ADATNYERÉSI ELJÁRÁSOK... 20 8. Előadás: ADATMINŐSÉG, SZABVÁNYOK... 24 9. Előadás: A TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK HARDVER ESZKÖZEI... 28 10.Előadás: A TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK SZOFTVER KOMPONENSEI... 34 11. Előadás: ADATBÁZISRENDSZEREK... 42 12. Előadás: GEOMETRIAI ADATOK MODELLEZÉSE A TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREKBEN... 48 13. Előadás: TÉRBELI INFORMÁCIÓSRENDSZEREK MEGVALÓSÍTÁSA... 55
1. Előadás: A HELYHEZ KÖTÖTT INFORMÁCIÓ FOGALMA. TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK. TÉRINFORMATIKA. 1.1. A helyhez kötött információ fogalma. Az információ fogalmát többféle módon definiálják. Két lehetséges definíció: Az információ: hír, a közlés tárgya. Az információ: értelmezett adat, Az információk sajátos csoportját alkotják azok az információk, amelyekben valamely hely szerepet játszik. (Példa: szeptember elejétől a Millenárison látható a Titanic-kiállítás). A helyhez kötött információk angol elnevezése: Geographical Information (GI). A helyhez kötött információk jelentősége növekszik. Példák a mindennapi életből: Google Earth, cunami ürfelvételek, útvonal kereső programok. Európai Uniós programok: CORINE (Coordination of Information ont the Enviroment), INSPIRE (Infrastructure for Spatial Infrastructure), Nemzetközi programok: GSDI (Global Spatial Data Infrastructure), Digitális Föld. 1.2. A térinformációs rendszerek 1.2.1. A térinformációs rendszerek fogalma A helyhez kötött információk: nyerésére (input), kezelésére (management), elemzésére (analysis), megjelenítésére (presentation) szolgáló információs rendszereket térinformációs rendszereknek nevezik. A térinformációs rendszerek angol elnevezése: Geographical Information System (GIS). A térinformációs rendszerek elnevezésnek számos szinonimája használatos. Például: geoinformációs rendszer, térképalapú információs rendszer. Gyakran külön névvel jelölik a valamely konkrét célra létrehozott térinformációs rendszert is. Például: többcélú kataszter (Multipurpose Cadastre). A térinformációs rendszerek két specifikus sajátossága: a térbeli elemzésre és a vizuális megjelenítésre való alkalmasság. 1.2.2. A térinformációs rendszerek alkotóelemei A térinformációs rendszerek alkotóelemeit az egyéb információs rendszerek alkotóelemeihez hasonlóan- a következő csoportokba oszthatjuk: hardver, szoftver, adatok, felhasználók. Az utóbbi években a felsorolt négy elemet a következőkel egészítik ki:
eljárás, hálózat. Hardver A hardver a térinformációs rendszer műszakilag megépített eszközeinek, technikai elemeinek összessége. A térinformációs rendszerek hardver elemei közül: az adatnyerést különböző helymeghatározó eszközök (például GPS), digitalizáló berendezések (például térképszkennerek) szolgálják, az adatkezelést és elemzést az informatikában szokásos számítógépek biztosítják, az adatközlést részben az informatikában szokásos eszközökkel, részben speciális felszereléssel (például A0 méretű plotter) végzik. Térinformációs rendszerek különböző jellegű és különböző teljesítményű számítástechnikai eszközökkel hozhatók létre. A térinformációs rendszerek jelentős része hálózatba kötve működik. Szoftver A szoftver az adott hardver lehetőségeit kihasználó ötleteket, elgondolásokat, eljárásokat megvalósító programok, programrendszerek és az ezekhez kapcsolódó dokumentumok összessége. A térinformációs rendszerek szoftverei is: rendszer szoftverből, rendszer közeli szoftverből, alkalmazói szoftverből tevődnek össze. Sajátságuk: mind alfanumerikus, mind grafikus adatokat kezelniük kell. Adatok Az adatok egy modellezési folyamat eredményeként jönnek létre. A folyamatot a 4. fejezetben ismertetjük. Felhasználók A térinformációs rendszerek létrehozásában informatikusok és térinformatikusok vesznek részt. A felhasználók egy részének munkájához szükségesek a térinformációs rendszerek (például ingatlanértékesítők, regionális tervezők), más részük a mindennapi életben használja azokat (például útvonalat keres Interneten). 1.3. Térinformatika A térinformatika a helyhez kötött információk és a térinformációs rendszerek elméleti és gyakorlati kérdéseivel foglakozó szakterület (tudomány). Szinonimái: geoinformatika, GIS, geomatika. A térinformatika része az informatikának. A térinformációs rendszerek sok rokonságot mutatnak a műszaki tervező (CAD/CAM) és az adatbázis kezelő (DBMS) rendszerekkel. A térinformatika jellegét is módosította az Internet elterjedése. Ugyanakkor az Internet biztosította a térinformatika széleskörű elterjedését.
FELHASZNÁLT IRODALOM Bartelme, N. (1994): Geoinformatik, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. Bernhardsen, T. (1999): Geographic Information System, John Wiley & Sons, Inc. New York stb.. Bill, R. (1999): Grundlagen der Geo-Informations-systeme, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. Bill, R., Fritsch, D., (1991): Grundlagen der Geo-Informations-Systeme, Wichmann Verlag, Karlsruhe. Detrekői. Á. (1999): A térinformatika szerepe a városi informatikában, Térinformatika a helyi önkormányzatokban konferencia kiadványa, pp 9-13.. Detrekői, Á., Szabó, Gy. (2002): Térinformatika, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest Detrekői, Á., Szabó, Gy. (1995): Bevezetés a térinformatikába, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. Domokos, Gy. (1999): Hálózati térinformatika az informatika hálójában, Térinformatika, 1999/7. pp. 28-30. Europen Commission (1995): GI 2000 Towards an European Geographic Information Infrastructure (EGII), Manuscript. Grimshaw, D.J. (2000): Bringing Geographical Information Systems into Business, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Herrmann, Ch., Asche, H. (HRSG.) (2001): Web. Mapping 1 Longley, P. A. et al (1999): Introduction, Longley, P. A. at al (szerk.): Geographical Information Systems, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Vol. 1: pp. 1-20. Longley, P. A. et al (2001): Systems, Science, and Study in Longleygley, P. A. at al (szerk.): Geographical Information Systems, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. pp. 1-26. Maguire, D.J. (1991): An overview and definition of GIS, Maguire, D.J., at al (szerk): Geographical Information Systems, Longman London, Vol. 1. pp. 9-20. Sárközy, F. (2000): Térinformatika a világhálón, Térinformatika, 2000/3. pp. 11-20. Szabó, Sz. (1997): Az Autodesk a térinformatikai piac meghódítására készül, Térinformatika, 1997/5, pp 20-21. Szabó, Sz. (1999): Meghalt a GIS, éljen a térinformatika!?, Térinformatika, 1999/3, pp 10.
2. Előadás: A TÉRINFORMÁCÓS RENDSZEREK ALKALMAZÁSA 2.1. A térinformációs rendszerek alkalmazásának okai A térinformációs rendszerek alkalmazásának okai közül a legfontosabbak a következők: Az infokommunikációs technológiák gyors fejlődése. A fejlődést leíró törvények: o Moore-törvény a számítási kapacitásról (az integrált áramkörökbe épített tranzisztorok száma évente megkétszereződik, o Shugart-törvény az adattárolók áráról: a mágneses adathordozók egy bitjének ára 18 havonként feleződik, o Ruettgers-törvény a tárolási kapacitásról: a felhhasznált tárolási kapacitás 12 havonta mmegkétszereződik, o Gilder-törvény a sávszélességről: a kommunikációs rendszerek teljes sávszélessége 12 havonta megháromszorozódik. Az Internet elterjedése. A távérzékelési mesterséges holdak számának és a képek felbontásának növekedése. A felhasználói kör bővülése. 2.2 A térinformációs rendszerek csoportosítása Kiterjedés szerint: o globális: a Föld egészére kiterjedő (például: meteorológiai célú rendszerek), o regionális: nagyobb összefüggő területre kiterjedő (például a Tisza vízgyűjtő területét vizsgáló rendszer), o lokális: viszonylag kis területre kiterjedő (például egy régészeti ásatás). Szokás külön kezelni az európai rendszereket is. Felhasználási terület szerint: o üzemeltetési alkalmazások, például: közlekedés, közművek, távközlés, földhasználat; o szociális és környezeti alkalmazások, például: regionális tervezés, mezőgazdaság. 2.3. A térinformációs rendszerek alkalmazási lehetőségei Két alapvető fontosságú funkció: o térbeli analízis, o megjelenítés, ezen belül a vizuális információk kezelése. Térbeli analízis Tipikus kérdések: Helyre vonatkozó Körülményre vonatkozó Trendre vonatkozó Útvonalra vonatkozó Jelenségre vonatkozó Mi található azon a helyen? Hol van az a? Hogyan változott meg? Melyik a legkedvezőbb út? Mi a jelenség?
Modellezéssel kapcsolatos Mi történi, ha? A kérdésekre a választ különböző összetettségű általában matematikai eljárások alkalmazásával kaphatjuk meg. Megjelenítés Lehetőség: vizuális eljárások, multimédia alkalmazása. A vizuális megjelenítés hagyományos eszköze a térkép. A hagyományos térkép és a térinformációs rendszerek megjelenítési lehetőségeinek az összehasonlítása. 2.4. A térinformációs rendszerek alkalmazási szintjei Az információs rendszerek alkalmazása a következő feladatokra irányul: o rutin- és tömegmunka automatizálása, o az irányítás részbeni automatizálása, o tervezés és fejlesztés segítése, o döntés-előkészítés támogatása. A felsorolt feladatokhoz tartozó döntési szintek: o operatív, o irányítási, o stratégiai. Térinformációs rendszerek esetén ezeknek megfelelő feladatok: o nyilvántartási, o térbeli analízis alkalmazási, o döntéssegítői. Valamely rendszer esetén az egyes feladatokra való alkalmasság 3-5 évente növekszik. 2.5. A térinformációs rendszerek létrehozásának stratégiája A téma fontosságát indokolja: számos nem megfelelően előkészített - projekt kudarca. Alapelv: Brainware szoftver hardver. Nyers fordításban: a szellemi tevékenység megelőzi a szoftver kiválasztását, s a hardvert csak ezek után vesszük meg. Térinformációs rendszerek létrehozása öt lépésre bontható: o a célok kitűzése, a rendszer feladatának meghatározása (előzetes tervezés), ide tartozik az esetleges pilot projekt és a költség-haszon elemzés, o a támasztott követelmények összeállítása (végleges tervezés), beleértve a tender kiírásokat, o a rendszer elemeinek kiválasztása (fontos a megfelelő referencia munka), o a rendszer telepítése, o a rendszer üzemeltetése.
Tekintettel arra, hogy a rendszerek alkalmazása 3-5 évente bővül a tervezést 3-5 évente meg kell ismételni. FELHASZNÁLT IRODALOM Behr, F.-J. (2000): Strategisches GIS-Management, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. Bernhardsen, T. (1999a): Geographic Information System, John Wiley & Sons, Inc. New York stb.. Bernhardsen, T. (1999b): Choosing a GIS, Longley, P. A. at al (szerk.): Geographical Information Systems, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Vol. 2. pp. 589-600. Bill, R. (1999): Grundlagen der Geo-Informations-systeme, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. Britannica Hungarica (1997), Magyar Világ Kiadó, Budapest. Davis, D. E. (1999): GIS for Everyone, ESRI Press, Redland. Detrekői. Á. (1989): A földmérés és a számítástechnika, Geodézia és Kartográfia 40. évf. pp 76-80. Detrekői, Á., Szabó, Gy. (2002): Térinformatika, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest Detrekői, Á., Szabó, Gy. (1995): Bevezetés a térinformatikába, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. Grimshaw, D.J. (2000): Bringing Geographical Information Systems into Business, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Klinghammer, I., Pápay, Gy., Török, Zs. (1995): Kartográfiatörténet, Eötvös Kiadó, Budapest. Kraak, M.-J. (2001): Webmapping-WebDesign, Hermann, Ch., Asche, H. (Hrsg.): Web.Mapping 1, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. Longley, P. A. et al (1999): Introduction, Longley, P. A. at al (szerk.): Geographical Information Systems, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Vol. 1: pp. 1-20. Luciano, E. (1978): Geschichte der Agrimesoren und Geometer von ihren Anfangen bis 1900, Consiglio Nazionale Geometri, Róma. Maguire, D.J. (1991): An overview and definition of GIS, Maguire, D.J., at al (szerk): Geographical Information Systems, Longman London, Vol. 1. pp. 9-20. Raum, F. (1991): Szakmatörténet, Székesfehérvár, EFE FFFK, kézirat.
3. Előadás: A térinformációs rendszerek alkalmazási lehetőségei szoftver bemutató Eltérő rendszer típusok bemutatása: Vektoros Raszteres Hibrid rendszerek Különböző alkalmazási területek bemutatása: Műszaki/tervezési alkalmazások Hidrológiai alkalmazások Katonai alkalmazások Infrastrukturális alkalmazások Üzleti alkalmazások
4. Előadás: A TÉRINFORMÁCIÓS RENDSZEREK LÉTREHOZÁSÁHOZ SZÜKSÉGES MODELLALKOTÁS 4. 1. A modellalkotás célja és lépései A térinformációs rendszerek a valós világ valamilyen szempontból - érdeklődésre számot tartó leírását szolgálják. A leíráskor a valós világ teljessége helyett a valós világ modelljét használjuk fel. A modell a valóság leegyszerűsített és absztrakt mása, amely a valóság egy részének a vizsgált szempontok szerinti tulajdonságait, törvényszerűségeit mutatja be. A valós világ modellezése a következő lépésekben történhet: A valós világ egy adott célból fontos jellemzőinek az un. entitásoknak a kiválasztása. Ezzel az elméleti (valós világ) modell létrehozása. Az entitások digitális megfelelőinek az un. objektumoknak meghatározása. Ez a lépés a logikai (adat) modell kialakítása. A logikai modell az objektumokat jellemző adatok számítógépi tárolási módját írja le. A logikai modellben szereplő konkrét értékek meghatározásával a fizikai modell (adatbázis) létrehozása. Az információk megjelenítéséhez szükséges megjelenítési modell kialakítása. 4. 2. Az elméleti (valós világ) modellek Az elméleti modell alapegysége az entitás. Az entitás a valós világ olyan érdeklődésre számot tartó alapegysége, amely hasonló jellegű alapegységekre tovább nem bontható. Azt, hogy valamely rendszerben mit tekintünk entitásnak a rendszer célja határozza meg. (Példa: egy adott településen más entitások szükségesek egy környezeti monitoring rendszerhez, mint egy turisztikai információs rendszerhez). Az entitások jellemzésére: az osztályba sorolást (az entitás hovatartozását), a tulajdonságokat (az entitás jellegének leírását), a kapcsolatokat (az egyéb entitásokhoz fűződő viszonyt) használjuk fel. Az osztályba sorolás azon az elven alapszik, hogy az azonos jellegű entitások az osztály megadásával is jellemezhetők. A tulajdonságok (attribútumok) az entitás jellegét adják meg. A tulajdonságok lehetnek minőségi (kvalitatív) és mennyiségi (kvantitatív) jellegűek. A kapcsolatok többféle módon jellemezhetők. (Például 1:1 és 1:m jellegű hierarchikus, és n:m jellegű hálózati kapcsolatok). 4. 3. A logikai modellek (adatmodellek) 4. 3. 1. Az objektumok fogalma és jellemzői
Objektumnak valamely entitás egészének vagy részeinek digitális reprezentációját tekintjük. Az objektumok jellemzésére a következő tulajdonságok szolgálnak: osztály, geometria, attribútumok, kapcsolatok, minőség. Az objektumok lehetnek: létező tárgyak, események, időben változó jelenségek, önkényesen definiált dolgok. 4. 3. 2. Az objektumok osztályai Az objektumok osztályai az objektumok definiálásának eszközei. Valamely objektum definiálásához ismernünk kell azt az osztályt, amelybe tartozik és azt az azonosítót (ID) amellyel az osztályhoz tartozó egyéb objektumoktól megkülönböztethető. Az objektumok osztályba sorolásához használnak komplex objektumosztályokat, illetve felhasználják a valóság fedvényekkel (layer) történő leírását. 4. 3. 3. Az objektumok geometriája Az objektumok geometriájának leírásakor a következő alakzatokat használjuk fel: pontok (0D), vonalak (1D), felületek (2D), testek (3D). Az alakzatok leírásához ismernünk kell azok: alakját, méretét, elhelyezkedését valamint kapcsolatait. Az, hogy valamely objektum geometriáját milyen alapalakzattal adjuk meg a rendszer felbontásától függ. (A rendszerek felbontása a hagyományos térképek esetén a méretaránnyal jellemezhető). A testek (3D) modellezése a következő módokon történhet: 2D, a testeket csak vízszintes vetületükkel adjuk meg, 2D+1D, a testeket vízszintes vetületükkel, a magasságot szintvonallal jellemezzük, 2,5D, a testeket vízszintes vetületükkel jellemzzük, a magasság bizonyos pontokban attribútumként szerepel, 3D modellezés vonalakkal, felületekkel, vagy elemi testekkel. A geometriai alakzatok alakjának, méretének, elhelyezkedésének megadása: vektor alapú rendszerben (pontok, vonalak, felületek, testek), raszter alapú rendszerben (pixelek, voxelek),illetve a kettőt kombináló hibrid rendszerben történhet. A geometriai alakzatok kapcsolatait a topológiai modell megadásával írhatjuk le. Vektoros rendszerek topológiájának megadása gráfelméleti eszközökkel történhet. 4. 3. 4. Az objektumok attribútumai Az objektumok attribútumai igen sokfélék lehetnek. Például: környezeti és természeti erőforrás, adatok, szocio-ökonomiai adatok, infrastrukturális adatok. Az attribútumokat hagyományosan táblázatos formában, web alapú adatok esetén HTML formában tárolják. Az
adatok lehetséges fajtáiról jó áttekintést adnak az INSPIRE elfogadott dokumentumának I.-III. mellékletei. 4. 3. 5. Az objektumok kapcsolatai Az objektumok kapcsolatai vagy az adatokból számolhatók, vagy attribútumként kerülnek megadásra. 4. 3. 6. Az objektumok minősége Az objektumok minőségének témáját a 8. fejezetben tárgyaljuk. 4. 3. 7. A metaadatok A metaadatok az adatokra vonatkozó adatok. (céljuk hasonló a könyvtári katalógusok céljához). A metaadatok előállításához metaadatbázisokat hoznak létre. 4. 3. A fizikai modellek (adatbázisok) Az adatbázisok a logikai modellben (adatmodellben) kiválasztott adatok konkrét értékeinek megadásával jönnek létre. Az adatbázisok létrehozásához szükséges: technológiai alapokkal a 9.-10. fejezetben, az adatbázis rendszerekkel a 11. fejezetben, az adatforrásokkal és adatnyerési eljárásokkal a 6.-7. fejezetben foglakozunk. Felhasznált irodalom: http://www.nhit.hu/prezentációk/inspire két év múltán. Bartelme, N. (1995): Geoinformatik, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. Behr, F.-J. (2000): Strategisches GIS-Management, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. Bernhardsen, T. (1999): Geographic Information System, John Wiley & Sons, Inc. New York stb.. Bill, R. (1999): Grundlagen der Geo-Informations-systeme, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. Britannica Hungarica (1997), Magyar Világ Kiadó, Budapest. Carosio, A. (1997): Geoinformationssysteme, Band 1., ETH Zürich, kézirat. Detrekői, Á., Szabó, Gy. (2002): Térinformatika, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest Detrekői, Á., Szabó, Gy. (1995): Bevezetés a térinformatikába, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. Grimshaw, D.J. (2000): Bringing Geographical Information Systems into Business, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Longley, P. A. at al (1999): Introduction, Longley, P. A. at al (szerk.): Geographical Information Systems, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Vol. 1: pp. 1-20. Mélykúti, G. (1999): Digital Terrain Models, Bähr, H.-P., Vögtle, T. (szerk): GIS for Enviromental Monitoring, E, Schweizerbart sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart.
Molenaar, M. (1998): An Introduction to the Theory of Spatial Object Modelling for GIS, Taylor&Francis, London, Bristol. Peuquet, D. J. (1999): Time in GIS and geographical databases, Longley, P. A. at al (szerk.): Geographical Information Systems, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Vol. 1. pp. 91-103.
5. Előadás: A GEOMETRIAI ADATOK VONATKOZÁSI RENDSZEREI 5. 1. A helymeghatározás elve A geometriai adatok megadásához megfelelő vonatkozási (referencia-) rendszer szükséges. Az objektumokat a Föld felszínén megadhatjuk: koordinátákkal, amelyek értéke valamely vonatkozási rendszerben folytonosan változik, diszkrét jellemzőkkel (például postai irányítószámokkal) amelyek áttételesen kapcsolódnak valamely vonatkozási rendszerhez. Valamely vonatkozási rendszer definiálásához a következők szükségesek: koordináta-rendszer felvétele (origó, tengelyek iránya, forgási irány), mértékegységek megadása (hossz- és szögmértékegységek), a fizikai megvalósítást biztosító pontok (például geodéziai alappontok) létesítése. A különböző kiterjedésű térinformációs rendszerek objektumainak meghatározásához más és más vonatkozási rendszer felhasználása indokolt. A vonatkozási rendszerekben az objektumok helyét mérésekkel határozzák meg. 5. 2. A Föld elméleti alakjai Az elméleti földalakok a Föld egészét, vagy bizonyos részeit matematikai függvényekkel leíró modellek. A modellek a történelem folyamán folyamatosan fejlődtek. A fejlődés lépései: Az ókorban először: sík. Az ókorban később: gömb. Alakjának és méretének megadásához 1 mennyiség (a sugár) szükséges. Első meghatározás: Eratoszthenész. A felvilágosodás korában: forgási ellipszoid. Alakjának és méretének megadásához 2 mennyiség (például fél nagytengely és lapultság) szükséges. Elhelyezése lehet: o földi: középpontja illeszkedik a Föld tömegközéppontjához, o önkényes: a Föld valamely részéhez (valamely országhoz) simul. o 19 században: geoid. A föld nehézségi erőtere potenciáljának speciális szintfelülete, amelyet a középtengerszinthez kötnek. A Föld felszínén valamely pontot három koordinátával adhatnak meg. A megadás történhet: o a Föld középpontjához és forgástengelyéhez kötött térbeli 3D rendszerben, o forgási ellipszoidhoz kapcsolt vízszintes (2D) és a geoidhoz kötött magassági (1D) rendszerben. Különböző alakú, méretű és elhelyezésű forgási ellipszoidok léteznek. Kisebb terület esetén a forgási ellipszoidot síkkal helyettesíthetik. 5. 3. A vonatkozási rendszerek fajtái
A vonatkozási rendszerek lehetnek: geocentrikus térbeli derékszögű (3D), vízszintes (2D), és magassági (1D) rendszerek. A geocentrikus térbeli rendszerek koordináta-rendszere a Föld középpontjához és forgástengelyéhez kötött. Mértékegysége hossz mértékegység. Fizikai megvalósítását a Föld felszínéhez kötött nemzetközi vonatkozási rendszer (ITRF) biztosítja. Legfontosabb alkalmazásuk a mesterséges holdak (például GPS) felhasználásával történő helymeghatározás. A vízszintes vonatkozási rendszerek kapcsolódhatnak forgási ellipszoidhoz, gömbhöz vagy síkhoz. Az első két esetben a koordináták a földrajzi szélesség és hosszúság (általában szög mértékegységben adottak), a harmadik esetben a koordináták sík koordináták (hossz mértékegységben adottak). A rendszerek fizikai megvalósítását a geodéziai alappont hálózatok biztosítják. A magassági vonatkozási rendszerek valamely tengerszinthez kötöttek. A Magyarországon használt térbeli geocentrikus rendszer a WGS 84. Az ellipszoidi rendszerek különböző forgási ellipszoidokhoz kapcsolódnak (Bessel, Krasszovszkij, UGGI 67, WGS 84). A magassági rendszer a Balti, illetve az Adriai tengerhez kötött. 5. 4. Vetítések, vetületi rendszerek A gyakorlatban általában sík koordináta rendszereket használnak. A forgási ellipszoidról, illetve a gömbről a síkra un. vetítéssel térhetnek át. A vetítési módot a továbbiakban vetületnek, a vetület nagyobb területre (például egy országra) kiterjedt megvalósítását vetületi rendszernek nevezzük. A térinformációs rendszerek létrehozásakor legtöbbször un. szögtartó vetületeket használnak. A vetítés a forgási ellipszoidról történhet közvetlenül a síkra, vagy síkba fejthető felületre (henger, kúp). Más esetekben un. kettős vetítést alkalmaznak. Ilyenkor az ellipszoidról először gömbre, majd arról síkba fejthető felületre vetítenek. A szögtartó vetítéskor a hosszak és a területek torzulnak. A torzulás mértéke kiszámítható. Magyarországon a katonai térképek előállításához a forgási ellipszoidokból közvetlenül előállított következő vetületeket használják: Gauss-Krüger, UTM. A polgári térképek vetülete a kettős vetítéssel létrehozott Egységes Országos Vetületi Rendszer (EOV). A korábbi polgári térképek sztereografikus és henger vetületben készültek. 5. 5. Átszámítások vonatkozási és vetületi rendszerek között A térinformációs rendszerek előállításakor gyakran előfordul, hogy az adott területről különböző vonatkozási, illetve vetületi rendszerben előállított adatok állnak rendelkezésünkre. Ilyenkor az adatokat azonos rendszerbe szükséges átszámítani. Az átszámítás esetei: o 3D térbeli 2D ellipszoidi, o 3D térbeli 2D sík, o 2D ellipszoidi 2D sík, o 2D sík 2D sík.
A felsorolt esetek közül az első három összetettebb matematikai ismereteket igényel. A gyakorlatban legtöbbször előforduló negyedik eset könnyen számítható. Az átszámítás előfeltétele, hogy mindkét rendszerben ismert koordinátájú azonos pontokkal rendelkezzünk. Az átszámítást síkbeli hasonlósági transzformációval, vagy affin transzformációval végzik. A transzformációs egyenletek ismeretlen együtthatóit az azonos pontok felhasználásával általában a legkisebb négyzetek módszerének alkalmazásával számítják. 5. 6. Diszkrét vonatkozási rendszerek Az objektumok geometriai adatait diszkrét jellemzőkkel is megadhatják. Ilyenek például: o postai irányítószám, o utcanév és házszám, o mobil telefon rendszerek un. cellái. A folytonos és diszkrét rendszerek kapcsolatát úgy biztosíthatjuk, ha a diszkrét egységek valamely jellemző pontjának koordinátáit meghatározzuk (geokódolás). 5. 7. Szempontok a vonatkozási rendszer megválasztásához Valamely térinformációs rendszer vonatkozási rendszerének megválasztásakor a következők figyelembevétele indokolt: o a rendszer célja, o a rendszer kiterjedése, o az adatgyűjtés módja, o a már meglévő adatok vonatkozási rendszerei. FELHASZNÁLT IRODALOM Bácsatyai, L. (1994):Magyarországi vetületek, Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, Budapest. Bernhardsen, T. (1999): Geographic Information System, John Wiley & Sons, Inc. New York stb.. Bill, R. (1999): Grundlagen der Geo-Informations-systeme, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. Biró, P. (1985): Felsőgeodézia, Tankönyvkiadó, Budapest, Kézirat. Detrekői, Á.(2005): A gömbtől a geoidig: a Föld és az űrkutatás (in: Mindentudás Egyetem, negyedik kötet, Kossuth Kiadó, Budapest, pp. 321-342.) Detrekői, Á. (1991): Kiegyenlítő számítások, Tankönyvkiadó, Budapest. Detrekői, Á. (1999): Reference Systems, Bähr, H.-P., Vögtle, T. (szerk): GIS for Enviromental Monitoring, E, Schweizerbart sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, pp 10-17. Detrekői, Á., Szabó, Gy. (2002): Térinformatika, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest Detrekői, Á., Szabó, Gy. (1995): Bevezetés a térinformatikába, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. Homoródi, L. (1966): Felsőgeodézia, Tankönyvkiadó, Budapest. Husti, Gy. (2000): Globális helymeghatározó rendszer (bevezetés), Nyugat- Magyarországi Egyetem, Sopron. Oltay, K., Rédey I.: Geodézia, Tankönyvkiadó, Budapest.
Resnik, B., Bill, R. (2000): Vermessungskunde für den Planungs-, Bau- und Umweltbereich, Herbert Wichmann Verlag, Heidelberg. Seeger. H. (1999): Spatial referencing and coordinate systems, Longley, P. A. at al (szerk.): Geographical Information Systems, John Wiley & Sons, Inc. New York stb. Vol. 1: pp. 427-436. Torge, W. (1991): Geodesy, Walter de Gruyter, Berlin, New York. Varga, J. (1986): Alaphálózatok I. (Vetülettan), Tankönyvkiadó, Budapest, Kézirat.
6. Előadás: ADATFORRÁSOK 6. 1. Az adatforrások áttekintése A 4. fejezetben leírtak szerint az objektumok jellemzésére geometriai és attribútum adatokat használnak. Az adatokat különböző forrásokból szerezhetjük be. Az adatok előállítására többféle módszer használható. Az adatok beszerzésénél meghatározó jelentőségű az adatok hozzáférhetősége, költsége és minősége. Valamely térinformációs rendszer létrehozásakor az adatokhoz a következő módokon juthatunk hozzá: meglévő adatok felhasználásával, új adatok előállításával. A meglévő adatok vagy a különböző adattulajdonosoktól, vagy a világhálóról szerezhetők be. A szükséges adatok megtalálása tekintettel az adattulajdonosok sokféleségére nem könnyű feladat. Az adatok egy része ingyen hozzáférhető, más részükért fizetni kell. Az adatok megtalálását megkönnyíti, ha metaadatok állnak rendelkezésünkre. A geometriai és az attribútum adatok forrásai és adatnyerési eljárásai különbözők. A meglévő geometriai adatokat gyakran analóg térképek digitalizálásával hozzák létre. A felhasznált térképek méretaránya a térinformációs rendszer terület kiterjedésétől függ. 6. 2. Adatok beszerzése adattulajdonosoktól Az adattulajdonosoktól történő adatbeszerezés előfeltétele a megfelelő adattulajdonos megtalálása. Geometriai adatállományok kiterjedésük alapján lehetnek globálisak, regionálisak vagy lokálisak. Globális adatállományt hozott létre például az ENSZ környezetvédelmi szervezete GRID (Global Resource Information Database) néven, és az olajipari vállalatok szövetsége MUNDOCART néven. A regionális adatállományok részben az európai kiterjedésűek (például CORINE), részben az egyes országok adatait tartalmazzák. Magyarországon az ország egészére kiterjedő adatállomány az állami földméréstől (FÖMI), a katonai térképészettől és magán cégektől szerezhető be. Lokális adatállományokkal az önkormányzatok és a közmű cégek rendelkeznek. Az attribútum adatok jellegük szerint lehetnek környezeti erőforrás, szocio-demográfiai, infrastrukturális adatok. Kiterjedés szerint a geometriai adatokhoz hasonlóan csoportosíthatók. Környezeti erőforrás adatok közül globálisak például a meteorológiai adatok, regionálisak például a földtani adatok, lokálisak például a légszennyezettségi adatok. Magyarországon ezek az adatok elvileg a szakhatóságoktól (például Magyar Állami Földtani Intézet) szerezhetők be. Szocio-demográfiai adatok jelentős része regionális, illetve lokális. A regionális adatokkal a különböző országok statisztikai hivatalai (Magyarországon a Központi Statisztikai Hivatal) rendelkeznek. Infrastrukturális adatok legtöbbször a közmű cégek, önkormányzatok tulajdonai.
6. 3. Adatok beszerzése a világhálóról A világhálón mind a geometriai, mind az attribútum adatok sokasága található meg. A szükséges adatok megtalálása nem midig egyszerű feladat. Erre a célra sokszor un. adatbányászati eljárásokat alkalmaznak. A világhálón található állomány gyakran változik. A világhálóról a geometriai adatok nyerése legtöbbször térképi (vonalas térkép, ortofotó térkép) formában történik. A térképek lehetnek: csak megjelenítést biztosító térképek (online view map), interaktív beavatkozást lehetővé tevő térképek (interactive map), térbeli elemzésre alkalmas térképek (spatial analysis map), teljes körű térinformatikai alkalmazást lehetővé tevő térképek (geprocessing maps). A világhálón megtalálható adatállomány létrejöttében fontos szerepet játszanak a nagy informatikai cégek állományai: Google Earth, Microsoft Virtual Earth, illetve a felhasználók által létrehozott állományok. Ez utóbbira példa az un. geotagging (koordinátákkal ellátott digitális képek) rohamos terjedése. 6. 4. Meglévő adatok átalakítása (konverziója) Az adattulajdonosoktól vagy a világhálóról beszerzett adatok adatformátuma nem feltétlenül egyezik az általunk használt szoftver adatformátumával. Ezért az adatokat konvertálni kell. A konvertálás történhet: direkt átalakítással, semleges adatformátumok alkalmazásával. A semleges adatformátumok ténylegesen elfogadott vagy de facto szabványokban (lásd 8.fejezet) rögzítettek. Ilyen célra használható a világháló adatai esetén az Extensible Markup Language (XML) leíró nyelv. Az Amerikai Egyesült Államokban erre a célra a dolgozták ki a térbeli adat transzfer szabványt (SDTS). A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet az ISO 19118 szabványt alakította ki. 6. 5. Metaadatok A meglévő adatok átvételét nagymértékben megkönnyíti a metaadatok felhasználása. A metaadatok előállításának módját szabványok tartalmazzák. Metaadatokban a következő megadása indokolt: az adatállomány azonosítása (például neve, tulajdonosa), az adatállomány általános jellemzése (például tartalom, használt nyelv), az adatok minősége (lásd 8.fejezet), az alkalmazott vonatkozási rendszerek (például alapfelület, vetület), az adatállomány terjedelme (például legkisebb és legnagyobb koordináták), adminisztratív információk (például a tulajdonos címe), az adatállomány hozzáférési módja (például tulajdonos, ár).
7. Előadás: ADATNYERÉSI ELJÁRÁSOK 7. 1. Áttekintés az adatnyerési eljárásokról Mind a geometriai, mind az attribútum adatok nyerésére különböző eljárások szolgálnak. Az eljárásokat szokás elsődleges és másodlagos eljárásoknak nevezni: elsődleges eljárás: az adatot közvetlenül az objektumról, vagy annak képéről nyerjük, másodlagos eljárás: az adatot meglévő analóg adat digitalizálásával kapjuk. A fejezetben viszonylag teljes képet adunk a geometriai adatok adatnyerési eljárásairól, s példákat mutatunk be a különböző jellegű attribútum adatok adatnyerési eljárásaira. 7. 2. Vektor jellegű geometriai adatokat szolgáltató elsődleges adatnyerési eljárások 7. 2. 1. Földi geodéziai eljárások Lokális rendszerek létrehozásához használt, nagy pontosságú (cm-dm) eljárás. Idő és költségigényes. Előfeltétele: geodéziai alappont hálózat létezése. Távolságok és szögek mérésén alapszik. Két alapvető módszerét használják. A derékszögű koordinátamérés eszköze: mérőszalag, szögprizma. Az adatokat nem digitális formában szolgáltatja. Célszerűen kevés adat mérése esetén használható. A poláris koordinátamérés eszköze: mérőállomás. Digitális adatokat szolgáltat. Célszerűen nagy pontossági igényű adatnyeréshez használható. 7. 2. 2. Mesterséges holdakon alapuló helymeghatározások Különböző kiterjedésű rendszerek adatnyeréséhez és járművek navigálásához használt eljárások. A választott műszertől és mérési időtől függően cm m pontosságot biztosítanak. A költség a pontossági igénytől függ. Az ismeretlen pontok koordinátái ismert koordinátájú mesterséges holdakra végzett távolságmérés alapján határozhatók meg. Különböző rendszerek léteznek: összefoglaló nevük: Global Navigation Satellite System (GNSS). Megvalósult rendszerek: Global Positioning System (GPS). Amerikai. Mintegy 30 darab 20 ezer km magasságban keringő mesterséges holdat használ fel. Nagyobb pontossági igény esetén differenciális mérés szükséges (DGPS). A differenciális mérést permanens állomásokkal biztosítják (WAGPS). GLONASS. Orosz. Jelenleg 10 darab mesterséges holdat használ. Tervezett, illetve kiépülő rendszerek: Galileo (EU), Beidou (Kína), IRNSS (India). 7. 2. 3. Inerciális rendszerek Járművek navigálásához használt rendszerek. Méter nagyságrendű pontosságot biztosítanak. A nevüknek megfelelően inerciális rendszerben folyamatosan mért gyorsulás integrálásával határozzák meg a helyet. Gyakran a mesterséges holdakon alapuló helymeghatározó rendszerek kiegészítő rendszerei. 7. 2. 4. Mobil telefonok