Alkalmazott GIS 4. gyakorlat Térinformatikai rendszerek alapjai
Térinformatika vagy GIS? A térinformatika a helyhez kötött (térbeli) információk elméletének és gyakorlati elemzésének tudománya. A térinformációs rendszer (GIS=Geographical Information System) a helyhez kötött (térbeli) információk elemzései végrehajtásának gyakorlati eszköze. GIS rendszerfunkcionalitás - adatnyerés - adatkezelés - adatelemzés - adatmegjelenítés
Adat vagy információ? Adat „alapvetően a tények, jelenségek nem értelmezett, de értelmezhető formában való közlése” Információ „olyan szimbólumok összessége, amely jelentést hordozó adatokat tartalmaz és új ismereteket ad” Értelmezett ismeret, mert tudjuk: - mire vonatkozik - mi a struktúra - mik a hordozott jelentések
Adat vagy információ?
Interdiszciplinaritás • • • • • • • • • • • • •
Gazdaságföldrajz (regionális elemzések) Ökonometria Mikro- és makrogazdaságtan Térinformatika Adatbányászat E-kormányzat Fotogrammetria Távérzékelés Geodézia Elméleti és alkalmazott matematika Adatbázis-tervezés és -kezelés Lekérdező nyelvek (SQL) etc…
Térinformatikai rendszerek általában Térinformatikai rendszerek általános felépítése • geometriai adatok (térképek) • leíró (attribútum) adatok • metaadatok (információk a leíró és geometriai adatokról) Kapcsolódó rendszerek • adatbázis-kezelő rendszerek (Oracle DBMS, MS Access, postgreSQL, MS SQL, etc…) • CAD (Computer Aided Design) rendszerek (AutoCad, Bentley MicroStation, ArchiCad, etc…)
Térinformatikai szoftverek -
ArcGIS (shp, dbf, shx,prj, xml) MapInfo (mif, mid) GeoMedia (geo) GRASS (cell, dig) QGIS (Quantum GIS) (qgs, uprj) MicroStation (dgn) AutoCad Map (dxf, dwg) ITR (11 különböző állomány = 1) IDRISI (idr) ERDAS MIKE (hidrológiai modellezés) Egyedi fejlesztésű rendszerek (pl. önkormányzati rendszerek) etc…
Szoftverek költsége Megnevezés
Ár
ArcGIS Server Advanced
kb. 16 000 000 HUF
ArcGIS Server Standard
kb. 8 000 000 HUF
ArcGIS extensions
változó
MapInfo Professional
2 000 USD
GeoMedia Professional
1 500 USD
IDRISI (desktop liszensz)
1 250 USD
IDRISI (campus liszensz)
6 500 USD
ERDAS Professional
2-3 000 000 HUF
AutoCad Map 3D 2011 (szerver)
1 400 000 HUF
Autodesk Topobase 2011 (szerver)
2 400 000 HUF
Bentley Microstation (Powermap/Powerdraft)
kb. 2000 – 5000 USD
GRASS
OS
QGIS
OS
SPRING
OS
GeoDA
OS
Diva GIS
OS
Adat – szoftver költségek aránya általában 80% - 20% !
Folyamatok térinformatikai elemzése? Cél egy folyamatra ható térbeli és időbeli elemek egyszerre történő figyelembe vétele során meglévő információkból új információk előállítása Eszközkészlet Modell – folyamatstatisztika, idősor-analízis Adat – adatbányászat, adatbázis-kezelés Megjelenítés - térinformatika Új információk generálása - térinformatika
Térinformatikai rendszerek létrehozása
Elméleti modell (A) A1 Kérdésfeltevés
Mit szeretnék, mire van szükségem? Mire akarom használni? Milyen eredményeket várok tőle?
Elemzési célok és A2 forrásadatok meghatározása
Milyen elemzésekkel érem el az eredményt? Milyen típusú adatokra van szükségem? Léteznek-e az adatok? Meg tudom-e venni avagy adatgyűjtésre lesz szükségem? Honnan, mely szervezettől tudom beszerezni a hiteles adatokat? Mennyibe kerülnek ezek az adatok?
Elemzési modell A3 kiválasztása
Milyen modellt kell használnom az elemzések során? Milyen módszertanokkal dolgozom? Milyen szoftver(eke)t használjak az eredmények elérése érdekében? Szükségem van-e sajátos funkcióra?
A4 Adatbázis tervezés
Milyen struktúrában kell tárolnom az adatokat, hogy az elemzéseket megfelelően elvégezhessem? Milyen adatbáziskezelőt használjak? Mekkora tárhelyre lesz szükségem?
Fizikai modell (B) B1
Adatbeszerzés és előkészítés
Adatgazda szervezettel és/vagy adatgyűjtést elvégző vállalkozással való kapcsolatfelvétel Szerződéskötés Adatátadás-átvétel
B2
(Alap)szoftverkörnyezet kialakítása
Hardverelemek beszerzése, integrálása, üzembe helyezése Alapszoftverek beszerzése, telepítése, konfigurálása Térinformatikai szoftverek beszerzése, telepítése, konfigurálása
B3
Adatbázis létrehozása fizikai síkon
Adatbázis kialakítása a terveknek megfelelő tartalommal
B4
Adatkonverzió adatbetöltés
Adatok (numerikus és grafikus) adatbázisba tölthető formába hozása/átalakítása, betöltése/integrálása
B5
Kapcsolatok létrehozása
Adatok közötti kapcsolatok definiálása
B6
Szoftverfejlesztés
Fejlesztés térinformatikai szoftverhez
GIS elemzés (C) C1
Térinformatikai elemzések végrehajtása
Szintézis során meghatározott részfeladatok végrehajtása Részfeladatok alapján a teljes elemzés lefolytatása
C2
Eredmények megjelenítése
Elemzés eredményeinek megfelelő formában történő megjelenítése (kartogram, diagram, lista, lekérdezés, stb…)
C3
Eredmények ellenőrzése, Verifikáció és validáció elvégzése következtetések levonása
C4
Továbbfejlesztési lehetőségek
Rendszerhasználat során felmerült új igények beépíthetőségének vizsgálata
Példa Alaphelyzet Külföldi/hazai cég szélerőmű-hálózatot kíván telepíteni/létrehozni és üzemeltetni Magyarországon A1 Kérdésfeltevés Hová telepítse a gazdasági tevékenységet? DE! Hová telepítse a tevékenységet akkor, ha a hosszútávú fenntarthatóságot is figyelembe kívánja venni?
A2 Elemzési célok és forrásadatok meghatározása A kérdésfeltevés megválaszolásához meg kell határozni azokat a jellemzőket (paramétereket), amelyeket a modellnek figyelembe kell vennie. Az alapproblémát „darabolni” (szintetizálni) kell, önálló problémákra kell bontani, amelyekből logikai úton a végeredmény előállítható. Ezt nevezzük szintézisnek. Az elemzéssel szemben támasztott követelményrendszer meghatározására is ebben a fázisban kerül sor. Milyen gazdasági és környezeti jellemzőket venne figyelembe egy szélerőmű elhelyezésekor?
Szélerőmű telepítés előírásai Szabályozási környezet Tájékoztató a szélerőművek elhelyezésének táj- és természetvédelmi szempontjairól, KvVM, Természetvédelmi Hivatal, 2005 Szempontrendszer Komplex, a természeti környezetre, a településhálózatra, a meglévő közműhálózatokra, a közlekedésre, a terület- és településrendezés szempontjaira vonatkozó feltételek teljesülésének előírásai
Feltételrendszer • • • • • • • • • • • • • •
Kedvező szélviszonyok (szélirány, szélsebesség, előfordulási gyakoriság és időbeli eloszlás) Átvevő energiahálózat megléte Felügyeleti kapcsolat (optikai hálózat) elérhetősége Közlekedési létesítményektől való megfelelő távolság Ritka településhálózat Tájépítészeti szempontok (vizuális, esztétikai hatás) Zajvédelmi szempontok (mechanikai és aerodinamikai) Élővilágra gyakorolt hatás Talajra, talajszerkezetre gyakorolt hatás Felszíni és felszín alatti földtani értékekre gyakorolt hatás Víztestekre és vízháztartásra gyakorolt hatás Terület- és településrendezési szempontok Területhasználati szempontok Aranykorona és művelési ág figyelembe vétele
Forrásadatok meghatározása Grafikus (térképi) adatok
Numerikus adatok
• Széltérkép • Víztestek (felszíni és felszín alatti) • Felszínborítottsági térkép • Védett területek térképei • Közút- és vasúthálózat térképe • Villamosenergia- és telekommunikációs hálózati közművek térképei • Közigazgatási térkép belterület határokkal • Digitális Terep Modell (DTM) • Talajtérkép, földtani térképek • Árvízveszélyeztetettségi térkép • Terület- és településrendezési tervek • Élőhelytérképek (növény- és állatvilág) • Madárvédelem (vonulási térkép) • Meglévő szélerőművek térképe
• Mértékadó széljárás adatai • Vízháztartási adatok • Művelési ágak adatai • Védett területek neve, kategóriája • Villamosenergia hálózat kapacitásadatai és az átvételi hely műszaki adatai • Talajtípusok műszaki adatai • Gazdasági tevékenységek adatai • Munkanélküliségi és képzettségi adatok • Népességadatok (korcsoportok) • Népmozgalmi adatok • Jövedelmi helyzet adatai • Közszolgáltatási adatok (intézmények adatai: oktatási, szociális, egészségügyi, művelődési, közigazgatási, hatósági)
A3 Elemzési modell kiválasztása 1. Numerikus adatok elemzéséhez alkalmazandó modell kiválasztása, mutatók meghatározása Mit értünk kritériumfeltétel alatt és mi tekinthető megfelelőnek az adott elemzés szempontjából?
2. Grafikus (térképi) adatok elemzése Milyen térképi műveletekre van szükség és milyen térbeli helyzet tekinthető megfelelőnek az adott elemzés szempontjából? Milyen térbeli elemzési műveletek végrehajtására van szükség? Milyen mutató szolgálja a döntés és a megjelenítés alapját?
A két különböző kritériumrendszert egyszerre kell figyelembe venni!
A4 Adatbázis tervezés Az elemzés végrehajtásához szükséges adatok rendezett formába öntése, kódolása és lekérdezése adatbáziskezelő-rendszer segítségével. Elvégzendő alapvető feladatok Adatbázis szerkezetének tervezése (táblák, méret, oszlopnevek, adattartalom) Kapcsolótáblák meghatározása (tervezni kell a bővíthetőséget is!) Elsődleges és másodlagos kulcsok, adatbázis kényszerek meghatározása Lekérdezések definiálása
B1 Adatgyűjtés és elemzés, integrálás A feladat elvégzéséhez beszerzése.
meghatározott
adatok
Adatokat, legyen szó akár grafikus, akár numerikus adatokról, mindig hiteles forrásból – leginkább az adatgazda szervezettől – kell beszerezni! Adatkonverzióra általában szükség van, amire előre fel kell készülni! Folyamatstatisztikai és idősoros elemzés végrehajtása, mutatók előállítása. A szükséges adatok adatbázisba töltése.
B2 (Alap)szoftver-környezet kialakítása Alapszoftverek (operációs rendszer, irodai programcsomag, tűzfal, vírusirtó, stb…) beszerzése Hardverelemek (szerverek, perifériák, kliensoldali kiegészítők, hálózati eszközök) beszerzése
gépek,
GIS szoftver és kapcsolódó alkalmazások (adatbázis-kezelő rendszer, CAD rendszer) beszerzése Hardverelemek integrálása, konfigurálása, tesztelése Alapszoftverek telepítése, konfigurálása, tesztelése GIS és kapcsolódó tesztelése
szoftverek
telepítése,
konfigurálása,
B3 Adatbázis létrehozása fizikai síkon A rendszerben kezelni kívánt adatoknak megfelelően elméletben már kidolgozott adatbázis fizikai implementációja. adattáblák kapcsolatok kényszerek műveleti elemek jogosultságok adatbázis szinten történő létrehozása. (üres adatbázis-szerkezet!)
B5 Kapcsolatok definiálása Numerikus (statisztikai/leíró/attributum) adatok és a grafikus adatok összerendelése Grafikus adatok topológiai vizsgálata
B6 Szoftverfejlesztés Sajátos alkalmazás/modul kódszintű fejlesztése specifikáció alapján Kész alkalmazás telepítése, tesztelése, szükség esetén javítása Verifikáció és validáció Átadás-átvétel
C1 Térinformatikai elemzések végrehajtása A térinformatika eszköztárának felhasználása az elemzések elvégzéséhez. Eszköztár • Meghatározott, adatokra vonatkozó feltételekkel területi szűrés, lekérdezés • Geometriai műveletek elvégzése (pl. terület-, kerület-, súlypont- és távolságszámítás) • Metszés • Pufferzóna generálás • Statisztikák készítése • Osztályozási feladatok • Idősor
C2 Eredmények megjelenítése Az eredmények megjelenítése történhet tematikus térkép (kartogram) vagy diagram formájában, a feladat célkitűzésének függvényében. Az osztályozások osztásköze, valamint az osztályok száma és színezése, illetve a megjelenítési eszköztárak teljes mértékig testre szabhatók az igényeknek megfelelően. Statikus térképek mellett előállítására is lehetőség van.
videoállományok
C3 Minőség-ellenőrzés (verifikáció/validáció) Kvalitatív (minőségi) - adatok - rendszerfunkciók (szoftver) - hardver Kvantitatív (mennyiségi) - adatok - rendszerfunkciók (szoftver) - hardver
Verifikáció Az a folyamat, melyben a vizsgálat a rendszer szoftverére vonatkozik olyan szempontból, hogy az teljesíti-e mindazokat a követelményeket, amelyeket specifikáltak a szoftver fejlesztési vagy előállítási folyamatában. Validáció A teljes rendszer vizsgálata és kiértékelése azzal a céllal, hogy minden szempontból megfelel-e a felhasználói követelményeknek, azaz a valódi rendeltetésének és céljának.
