30. 3. 2015, Brno Připravil: Ing. Jaromír Landa, Ph.D.
AGP – Geografické informační systémy LS2015
strana 2
Co je GIS? • GIS je elektronický systém pro zpracování geografických informací. • Jakýkoliv soubor manuálních nebo počítačových procedur používaných k ukládání a manipulaci geograficky definovaných údaju. • Informační technologie, která ukládá, analyzuje a zobrazuje prostorové a neprostorové údaje
strana 3
K čemu je to dobré? • • • • •
Jak se dostat z bodu A do bodu B Odpady Rozvoj města Turismus Záchranný systém (kde je nejbližšší nemocnice) • Povodňové plány • Vizualizace
strana 4
Základní prvek - mapa • Mapa vždy něco zobazuje • Nejběžněji se používá pro zobrazení geografických dat • Musí být perfektně čitelná • Může mít tisíce různých podob
strana 5
strana 6
strana 7
strana 8
http://www.boredpanda.com/interesting-maps/
DALŠÍ PŘÍKLADY MAP
strana 9
Co je to?
strana 10
Náležitosti mapy • • • • •
Titulek Měřítko Legenda Tiráž (důvěryhodnost) Nejdůležitější část: – geodata
strana 11
strana 12
Důvěryhodnost mapy • Mapa zdarma – OpenStreetMap
• Placená mapa – Mapa zakoupená od společnosti, která ji vytvořila
• Placená mapa za kterou ale nemusím platit – mapy.cz, Google Maps, Bing Maps
strana 13
Geodata • 3 typy informace – Prostorová – kde objekt je – Atributová – co je to za objekt – Časová – jak se objekt změnil v čase
• Rastrová data • Vektorová data
strana 14
Vektorová data • Bod, Linie, Polygon • TIN, ESRI Shapefile – SHP, Autocad DWG, Google KML, GML1, SketchUP • Komplexní scény s různými geodaty: – projektové soubory ArcScene, ArcGlobe, aj. – VRML (bez informací o poloze), Google KMZ.
strana 15
Rastrová data • • • • •
Data uložená v podobě rastrového obrazu Každému pixelu je přiřazena hodnota Hodnota představuje nějakou informaci Formáty: TIFF, Geo JPEG, PNG, MrSID, DEM, aj. Klasické formáty doplněné o souřadný systém a souřadnice
strana 16
Na pořadí záleží • • • •
Body Linie Polygony (land use) Základová mapa satelitní nebo letecké obrazy)
strana 17
Postupné zobrazení dat • Není možné zobrazit vše naráz • Scale in a scale out • Čím blíže jsme, tím více detailů je zobrazeno • Pyramidy a zjednodušování
strana 18
Pořízení geodat • Zdroje dat – Primární • Ruční sběr - měření pomocí GPS • Automatický sběr – Laserové skenování z letadel a automobilů, skupiny stacionárních stanic (meteorologická data)
– Sekundární – analýza již pořízených dat odvozování
• Nejdůležitější, nejnákladnější a časově nejnáročnější část
strana 19
Jak změřit vzdálenost? Souřadné systémy
• Požadavky na souřadné systémy – Definice polohy je jednoznačná – Definice polohy je kvantifikovatelná – Musí být definována metrika tak, že lze měřit vzdálenost mezi objekty
strana 20
Souřadné systémy • Lokální – Rastrový obraz
• Globální – WGS84
• Národní – S-JTSK/Krovak (jednotkou je metr)
strana 21
GPS • Globální navigační systém • Tři segmenty – Vesmírný (satelity – 24) – Kontrolní (pozemní řídící stanoviště) – Uživatelský (uživatelé s GPS přístroji)
• Vždy jsou „vidět“ alespoň tři satelity
strana 22
Přesnost GPS • Teoretická: 7,8 metrů s 95% jistotou • Záleží na: atmosférických podmínkách, množství mraků, kvalita přijímače • Selective availability • Normální přesnost cca. 15 metrů
strana 23
Jak je možné zvýšit přesnost?
• Mobilním telefonem (GPS, Wi-Fi, Cell towers, other information) • Diferenciální GPS • LIDAR
strana 24
Diferenciální GPS • • • • •
Metoda pro zpřesnění GPS Mobilní vs. permanentní stanice Mobilní: základna + rover (cca 1.5 mil) Permanentní stanice Základem je, že stanice ví svou přesnou pozici a je tím pádem je schopna vypočítat odchylku GPS signálu
strana 25
LIDAR • LIght Detection And Ranging • Metoda dálkového průzkumu země • Systém složený z mnoha různých zařízení: – 3D skener – Kamera (kamery) – GPS přijímač – INS (Inertial Navigation System)
strana 26
Jak to funguje? • 3D skener vyšle laserový paprsek a měří čas, který paprsek potřebuje k návratu. Čas je pak přepočítán na vzdálenost. • Zároveň s 3D skenerem pracuje i kamera • Topografické LIDARy – infračervené laserové paprsky • Hloubkové LIDARy – světlo zelené části světla
strana 27
Co je výsledkem? • Výsledkem je georeferencovaný mrak bodů (mračno bodů) • Mrak bodů – množina 3D bodů kde každý bod má přidělenu souřadnici v souřadném systému • Přesnost na centimetry, milimetry nebo až tisíciny milimetru • Georeferencované obrazy
strana 28
strana 29
Proč LIDAR a ne pouze fotografie • Přesnější a hustší digitální výškový model • Body na povrchu jsou získány automaticky, a ne v postprocessingu • Pořizování může probíhat za jakýchkoliv světelných podmínek • Rychlejší pořízení dat • Cenově výhodný pro velké projekty
strana 30
Mapování pomocí LIDARu • • • •
Letecké mapování Mobilní mapování Pozemní mapování (Vesmírné mapování)
strana 31
Letecké mapování
strana 32
Letecké mapování • Aerial Laser Scanning • LIDAR je připevněný na letadlo nebo helikoptéru • Letadlo prolétá nad požadovanou oblastí a snímá ji • Výhoda: schopnost pokrýt velké území • Nevýhoda: cena (musím si koupit letadlo)
strana 33
Pozemní mapování • Většinou se používá pouze 3D skener • Skenování omezeno pouze na malou oblast – Křižovatka – Památka – Most
• Mnohem větší přesnost než u leteckého • Mrak bodů nemusí být ani georeferencovaný
strana 34
strana 35
Mobilní mapování • Stejný princip jako u leteckého, ovšem s použitím automobilu • LIDAR je připevněn na automobil, který projíždí danou oblastí • Výhoda: levnější než letecké, přesnost • Nevýhoda: schopnost pokrýt menší uzemí
strana 36
strana 37
A K ČEMU TO JE DOBRÉ?
strana 38
Letecké mapování
• Digitální výškový model –Digitální model terénu –Digitální model povrch
• Ortofotomapa
strana 39
Digitální výškový model • Inventarizace a sledování stavu lesů • Rekonstrukce střech a tím sledování změn v obydlených oblastech • Inspekce stavu objektů (např. sloupy vysokého napětí) • Inventarizace a sledování lesního porostu • Analýza povodňových oblastí • Solární potenciál • Armáda
strana 40
Mobilní mapování • • • •
Hledání objektů Pasportizace Autonomní automobily 3D rekonstrukce měst
strana 41
DARPA Challange (autonomní automobily) • Vyhlášena Ministerstvem obrany USA • Cílem bylo vytvořit systém který je schopen se navigovat v místech, kam člověk nemůže • 2004: $1 000 000 – pouštní trasa (228 km) – nikdo nevyhrál • 2005: $2 000 000 – 5 týmu projelo – vyhrál Stanford • 2007: Urban Challange – 96 km - $2 000 000 • LIDAR je použit pro detekci značení, Lane Departure Warning nebo detekce kolizí
