GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY 11

UNIVERZITA TOMÁŠE BATI VE ZLÍNĚ FAKULTA APLIKOVANÉ INFORMATIKY

GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY 11 Analýzy geografických dat – část 2

Lubomír Vašek Zlín 2013

Tento studijní materiál vznikl za finanční podpory Evropského sociálního fondu (ESF) a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu: CZ.1.07/2.2.00/15.0463, MODERNIZACE VÝUKOVÝCH

MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD

2 Analýzy geografických dat – část 2

Obsah Analýzy geografických dat – část 2 ........................................................................................... 3 1. Základní pojmy ............................................................................................................... 3 2. Mapová algebra ............................................................................................................... 3 2.1 Funkce mapové algebry ........................................................................................... 4 3. Vzdálenostní analýzy – část 1 ......................................................................................... 7 3.1 Využití obálky .......................................................................................................... 8 3.2 Analýzy sousedství .................................................................................................. 9 Použitá literatura .................................................................................................................. 10

MODERNIZACE VÝUKOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD CZ.1.07/2.2.00/15.0463,


Analýzy geografických dat – část 2 STRUČNÝ OBSAH PŘEDNÁŠKY: Mapová algebra Vzdálenostní funkce

MOTIVACE: Prostorové analytické možnosti GIS tvoří jádro systému GIS, tedy to co GIS odlišuje od ostatních informačních systémů. V této přednášce se studenti seznámí s druhou částí metod a postupů pro analýzy geografických dat. Zbývající metody k analýzám jsou probírány v předchozí a následující přednášce a společně tvoří nástroj k provádění analýz. Tyto analýzy provádí uživatelé buď interaktivně (pak musí metody užívané při analýzách znát po věcné i formální stránce), nebo prostřednictvím aplikací (pak jim musí porozumět nejméně po obsahové stránce).

CÍL: Seznámení se s druhou částí metod pro analýzy geografických dat. Probrané metody je nutno spojit s metodami patřícími do první a třetí části, probíranými v předchozí a následující přednášce, aby bylo dosaženo společného cíle tří souvisejících přednášek – získání znalostí o postupech pro analýzy geografických dat.

1.

Základní pojmy

Mapová algebra: nástroj, který umožňuje kombinovat rastrové vrstvy pomocí různých matematických operací. Vzdálenostní analýzy: metody pracující se vzdálenostmi geografických objektů.

2.

Mapová algebra

U rastrových reprezentací se spíše než topologické překrytí používá nástroj zvaný mapová algebra. Ten je určen výhradně pro ně a umožňuje kombinovat rastrové vrstvy pomocí různých matematických operací. Tyto matematické operace se vykonávají buď na jedné, nebo na dvou (i více) vrstvách a jejich výstupem je vždy nová vrstva, kterou je samozřejmě možné používat v dalších analýzách. To vytváří z mapové algebry mocný prostředek pro prostorové modelování a analyzováni. Nástroj mapové algebry je možné využívat pomocí speciálního jazyka (jazyka mapové algebry), což je jednoduchý programovací jazyk navrženy speciálně pro popis analýz MODERNIZACE VÝUKOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD CZ.1.07/2.2.00/15.0463,

4 Analýzy geografických dat – část 2 prostorového modelování nad rastrovou reprezentací. Jeho syntaxe se produkt od produktu liší, ale princip zůstává stejný. Mapová algebra používá objekty, činnosti a kvalifikátory činnosti. Ty mají obdobné funkce jako podstatná jména, slovesa a příslovce. Objekty slouží k uložení informací, nebo jsou to vstupní hodnoty. Jako objekty se používají rastry, tabulky, konstanty, atd. Činnosti jsou příkazy jazyka (operátory a funkce) - vykonávají operace na objektech ·

Operátory - obvyklé matematické, statistické, relační a logické operátory (+, -, *, /, >, <, >=, <=, <>, mod, div, and , or, not .... ).

·

Funkce jsou: ·

Lokální - na individuální buňce, nová hodnota vzniká z individuální buňky jedné nebo více vrstev.

·

Fokálni - v definovaném okolí, nová hodnota vzniká z definovaného okolí buňky.

·

Zonální - na specifické oblasti, nová hodnota vzniká ze zóny definované v jiné vrstvě.

·

Globální - používají se všechny buňky informační vrstvy (např. analýzy povrchu).

Kvalifikátory řídí, jak a kde se vykonává činnost (pomocné konstrukce jazyka, podmínky, cykly, atd.). Z hlediska počtu zpracovávaných vrstev se operace mapové algebry dělí na operace s jednou nebo více vrstvami. Na jedné vrstvě jsou to nejčastěji skalární operace, jako je připočítávání konstanty, umocňováni. Na více vrstvách jsou to pak operace jako sčítání vrstev, které se vykonávají s prostorově odpovídajícími si buňkami.

2.1

Funkce mapové algebry

Lokální funkce (obr. 1) se obvykle dělí na matematické, trigonometrické, exponenciální, logaritmické, reklasifikační, selekční a statistické

Obr. 1. Lokální funkce MODERNIZACE VÝUKOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD CZ.1.07/2.2.00/15.0463,

5 Analýzy geografických dat – část 2 Fokální funkce (obr. 2) se dělí na statistické funkce a na analýzy proudění. Většinou se provádějí na okolí 3x3 sousedních buněk, ale systémy často umožňují definovat sousedské okolí podle uživatele (kružnice, čtverec, atd.). U statistických funkcí jde o stanovení např. aritmetického průměru v okolí, sumy, odchylky, min, max rozpětí a další. U analýz proudění se počítá směr proudění (maximální gradient z hodnot dané buňky do okolních), rychlost proudění a další. Analýzy proudění jsou základem většího počtu dalších pokročilých analýz, jako jsou hydrologické analýzy, modelování eroze.

Obr. 2. Fokální funkce Fokální funkce lze využít k filtrování rastrových dat Příklad filtru

Obr. 3. Příklad fokálního filtru MODERNIZACE VÝUKOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD CZ.1.07/2.2.00/15.0463,

6 Analýzy geografických dat – část 2 Příklad použití filtrů

Obr. 4. Použití fokálního filtru Zonální funkce (Obr. 5) je možné rozdělil na statistické a geometrické. U statistických funkcí jde o statistické zpracování hodnot analyzované informační vrstvy, které patří do zóny definované v druhé informační vrstvě. Statistické funkce mohou být opět průměry, sumy, min., max. hodnoty. Mezi geometrické funkce patří např. stanovení plochy, obvodu a dalších charakteristik každé zóny.



Obr. 5. Zonální funkce Globální funkce mapové algebry se zaměřují na vzdálenostní analýzy. Proto se často zařazují spíše ke vzdálenostním analýzám, o kterých budeme mluvit dále, nicméně je stále možné jejich využíváni pomoci mapové algebry. Hodnota každé buňky výsledného rastru je počítána ze všech buněk zdrojového rastru.

3.

Vzdálenostní analýzy – část 1

Pozn.: V této kapitole je uvedena první část metod vzdálenostních analýz, ostatní jsou uvedeny v následující přednášce. Na první pohled jednoduchá problematika, která se však ve spolupráci s mapovou algebrou může rozvinout ve velice složitý a sofistikovaný nástroj.


8 Analýzy geografických dat – část 2 Obr. 6 Příklady vzdáleností geografických objektů

3.1

Využití obálky

Bezesporu nejpoužívanějším nástrojem vzdálenostních analýz je tvorba obálky (bufferu). Ve vektorové reprezentaci spočívá ve vytvoření polygonů v určené vzdálenosti kolem bodů, linií a polygonů (viz obr. 7). Vytvořené polygony jsou uloženy jako standardní vrstva s definovanou topologií, tudíž je možné je používat v analýzách topologického překrytí.

Obr. 7 Příklady obálek (bufferů) Příklad: vzdálenostní analýzy kombinované s topologickým překrytím: Zjistit plochu lesů, které jsou v ZČ kraji do 3 km od dálnice. Vstupní vrstvy: silnice, lesy. 1. krok: tvorba obálky kolem dálnice ve vzdálenosti 3km – viz obr. 8 2. krok: průnik lesů s vytvořenou obálkou. Výsledkem je vrstva lesů do 3km od dálnice, nad kterou je již snadné provést dotaz na jejích celkovou plochu



Obr. 8 Obálka kolem dálnice v dané vzdálenosti U rastrové reprezentace je tvorba obálky opět jen otázka metriky. Všechny buňky, které jsou od daného objektu v menší vzdálenosti, než definovaná budou označeny. Velice často se ale v rastrové datové struktuře dělá analýza okolí tak, že se spočítá vzdálenost každé buňky od požadovaného objektu a tato vzdálenost se uloží do nové vrstvy.

3.2

Analýzy sousedství

Mezi vzdálenostní analýzy také patří takzvané analýzy sousedství (proximity analysís). Ty spočívají v tom, že se vytvoří „individuální plochy" kolem každého ze vstupních bodů, které definují příslušnost dané lokality k nejbližšímu z objektů. Pro vlastní výpočet se používá metody Thiessenových polygonů nebo Voronoi diagramy (viz obr. 9), což jsou duální funkce k triangulaci. Funkci proximity analysís je možné provádět jak v rastrové, tak ve vektorové podobě. Příklad – nalezení území s nejbližší autobusovou zastávkou



Přednáškový text se vztahuje k těmto otázkám: Mapová algebra, její podstata a rozdíl proti topologickému překrytí Funkce mapové algebry Vzdálenostní analýzy – využití obálky Vzdálenostní analýzy – analýzy sousedství

Použitá literatura [1] Břehovský M., Jedlička K.: Úvod do geografických informačních systémů, ZČU Plzeň, Přednáškové texty [2] Kolár, J.: Geografické informační systémy 10, Praha, ČVUT, 2001. ISBN 80-01-02687-6. [3] Tuček, J.: Geografické informační systémy - principy a praxe, Praha, Computer Press, 1998. ISBN 80-7226-091-X. [4] Burrough, Peter A. McDonnell, Rachael A. : Principles of geographical information systems /. 1st ed. repr.. Oxford :| 1998. 0-19-823365-5.


GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY 11

Recommend Documents