Alapfogalmak... - az információáradat idejét éljük - az összes információ több mint 2/3-a valamilyen módon helyhez kötött - a mindennapi életben feltett kérdések nagy része helyhez kötött…Hol van a legjobb DISCO? Hová megyünk nyaralni? Hol osztják az ösztöndíjat?…. - sok információ TÉRKÉPen ábrázolható
A térkép… - a valós világ kicsinyített modellje − nagyon hatékony információhordozó eszköz...
− 1:50000 térkép, kb. 1000 megírás, 1000 földrajzi hely közötti távolságok minden kombinációban, kb.500000 számból álló táblázat
− szöveges adattárolás, 25
MB digitális állomány
…még valamit tud a térkép... Helyzet: 1853, London, Soho, kolerajárvány, 700 halott Kérdés: honnan ered a járvány? Adatok: az elhunytak neve, lakhelye Megoldás…dr. John Snow
N
N
N
N N N N N N N N N N N N N
N N
N N N N N N N
N
N N
N N
N N
N N N N N N N N NN N N N N N N N N NN N N N N
N N
N
N
N
N N N
N
Térkép + adat = megoldás
A térkép megmutatja a térbeli összefüggéseket
80-as évek elején … hatalmas adatmennyiség számitástehnika fejlődése megjelenik a G.I.S.
Geographic Information System
Földrajzi Információs Rendszer
Meghatározás: helyhez kapcsolódó (földrajzi) adatok gyűjtésére, kezelésére, elemzésére és megjelentésére alkalmas, számítógépen alapuló információs rendszer
TÉRINFORMATIKA A GIS - FIR alkotóelemei
ν ν ν
hardver - vagyis a gép “aki” a melót végzi szoftver - vagyis a gép „alkatrésze” adat - amiből olyan sok van...
ν
gondolkodó ember - aki élvezi a hasznot(??) a FIR legfontosabb jellemvonása az
ELEMZŐ KÉPESSÉG Jelentősége: R.F. Abler (1988) "A GIS technológia azt
jelenti a földrajzi elemzés számára, amit a mikroszkóp, a távcső és a számítógép jelentett más tudományok számára" Kapcsolódó tudományágak: − − − − − − − − −
Földrajz Térképészet Távérzékelés Fotogrammetria Geodézia Statisztika Számítástehnika Matematika Építőmérnöki tudományok
Alkalmazási területei: − − − − − −
Területtervezés, telepítéstervezés,útvonaloptimizálás Természeti erőforrások kezelése Környezettervezés és értékelés Ökológiai kutatások Sürgősségi jármű küldés Népességi kutatások……stb.stb….
Európai Unió "GI 2000 - Towards a European Geographical Information Infrastructure" - 9 jelenlegi és jövőbeli alkalmazást emel ki (DetrekőiSzabó, 2002): Kormányzati információs rendszerek (regionális tervezés, ingatlan-nyilvántartás, útnyilvántartás, honvédelem stb.) Ellenőrző és irányító rendszerek (például katasztrófa elhárítás) Környezetvédelem (például monitoring) Természeti erőforrás-feltárás és -gazdálkodás Városi és községi területek irányítása, tervezése, gazdasági fejlesztése Közművek (beleértve a telekommunikációt is) Üzleti tevékenység (a marketingtől az ingatlanforgalomig) Oktatás és kutatás
A térinformatika képességei: Az elemzések során több típusú kérdésre tudunk választ adni 1. Mi található valahol? – helyre vonatkozó kérdés. − a lehető legegyszerűbb. − a helyzeti adat irányából közelítjük az adatbázist ◊ lekérdezés (query).
2. Hol van valami? – körülményre vonatkozó kérdés. − összetettebb. − a keresés a leíró adatok irányából indul: hol lakik XY?
− nincs komolyabb elemzés csak az adatok között történik keresés − egy autópálya nyomvonalának mondjuk 1 kilométeres körzetében hány település található? − megkereshetők mindazok a területek, amelyek egyszerre megfelelnek több feltételnek
3. Hogyan változott meg? – trendre vonatkozó kérdés. − a vizsgált területről több időpontból kell legyen adatunk − a különböző időpontok állapotának összehasonlítása végezhető el
4. Melyik a legkedvezőbb út? – útvonalra vonatkozó kérdés − már bonyolultabb elemzést feltételez − nagyon bonyolult feltételrendszernek kell megfelelnie egy ilyen elemzésnek
5. Mi a jelenség? – jelenségre vonatkozó kérdés − főleg környezeti és társadalomtudományok esetében − megvizsgálható egy adott jelenség térbeli hatása.
6. Mi történik, ha…? – modellezéssel kapcsolatos kérdés. − az előbbihez szorosan kapcsolódó kérdéstípus − Feltételezve egy bizonyos eseményt, megpróbáljuk előrevetíteni annak következményeit Például modellezni lehet egy áradás által elöntött területeket, vagy egy káros anyagokat kibocsátó gyárkémény környezeti hatását.
2.Digitális térképi adatbázis - A GIS adatokat tárol, nem térképeket - AdatBázis Kezelő Rendszer (ABKR), DBMS (DATA BASE MANAGEMENT SYSTEMS) - 3 információt kell tárolni: - mi az? - hol van? - hogyan kapcsolódik más elemekhez? -ezek alapján az ABKR információkat rendel a térkép elemeihez 2.1. A digitális térkép fogalma: A) digitális másolattérkép - a rajzi elemek között nincs kapcsolatleírás, szervezettség. B) digitális objektum térkép - szervezett adattartalmú, számítógéppel kezelhető adathalmaz, a térképi alakzatokat önálló objektumként értelmezi. 2.2. Térbeli adatbázisok: - a valós világ bonyolult, modelleket készítünk "a térbeli adatbázis a térhez kapcsolódó adatok együttese, amely a valóság modelljéül szolgál" fogalmak: adat, adathalmaz, adatbázis, redundancia, adatbázis-kezelő szoftver Adatbázis modell típusok - milyen logikai rend szerint kapcsolódnak egymáshoz az adatok: Hierarchikus, Hálós, Relációs, Objektum orientált
Ρ:222 Γ:148 Β:109
Digitális másolattérkép részlete
Digitális térkép részlete (Corel Draw)
Dig itál is obj ekt um tér ké p rés zle te (Ar c View) Az entitás (entity) olyan elem, jelenség a valóságban, amely nem bontható tovább ugyanolyan értelmű elemekre, jelenségekre. Például egy város nem bontható kisebb városokra Az objektum (object) az entitás egészének vagy részének a digitális megfelelője
ςαλ⌠σ〈γ (εντιτ〈σοκ
Τρκπ (οβϕεκτυµοκ
Α∆ΑΤΜΟ∆ΕΛΛ
∆ιγιτ〈λισ ℑλλοµ〈νψ (σζ〈µοκ)
Raszteres adatmodell lényege 6
1
7
5 2
8
4 3
9 13
12
11
10
14 15 16
17
Vektoros adatmodell lényege
Hierarchikus adatbázismodell - a legrégebbi adatbázis modell, alapja a hierarchikus modell - különböző logikai szinteken lévő rekordok közötti kapcsolatokat kezelnek, egy adott logikai szinten lévő rekord tartalmazza az alacsonyabb szintekre vonatkozó közös információkat - faszerkezet - bármely elem logikailag csak egy úton érhető el: - gyökér, ágak, levelek, 5 e
csomópontok - egy csomópont fölfelé csakis egy csomóponthoz 1 kapcsolódik b
a
c
b
g
3
B
A a
B
d
A
4
Térkép
2
c
d
1 2 1 4 4 2 2 3
d
e
f
g
2 3 2 5 5 6 3 6
- jellemzője az egy:több kapcsolat - a földrajzi objektumok tulajdonságai egy indexállomány segítségével kapcsolhatók a grafikai elemekhez - hatékony tárolás, könnyen bővíthető - nagy indexfájl állományt igényelnek - fölösleges tárolás - redundancia
f
6
Hálózatos adatbázismodell - minden rekord kapcsolatban áll számos, más szinten elhelyezkedő rekorddal - a hálózat heterogén: egy-egy, több-egy, egy-több - nincs kitüntetett gyökér és alárendelt szint - megszűnik a redundancia - a keresés csak akkor lehetséges, ha ismerjük az elemek közötti kapcsolatok szerkezetét 5
e 1
b
4
a A c
2
d 3
f
B g
6
Térkép
A
- még nagyobb indexadatrendszert igényelnek - rugalmasabb adatkezelő környezet
B
Relációs adatbázismodell - a tárolt adatok közötti relációs kapcsolatokat kezelik - hierarchiamentes, táblázatos adattárolás - táblázat - az adatok leírását tartalmazza - adatkezelés - relációs műveletekkel történik - az objektumok tulajdonságai egy újabb relációs táblában vannak tárolva kapcsolótábla
5
e a
1
b
a b c d d e f g
a b c d e f g
d
A c
4
A A A A B B B B
2
1 1 3 2 2 5 2
3
2 4 4 3 5 6 6
B g
f
6
1 2 3 4 5 6
x x x x x x
y y y y y y
- matematikailag több kétdimenziós táblázatból, relációból áll - vannak oszlopai és sorai (mezők és rekordok) - a sorok jellemzik az adott reláció egyedeit, az oszlopok az egyes egyedek tulajdonságait
- a leggyakrabban használt rendszerek a térfinformatikában
2.3. Adatmodellek: - megadni azokat a szabályokat, amelyek szerint a valós világ entitásait úgy tudjuk digitális formába alakítani, hogy a létrejött számokból, a szabályokat ismerve, vissza lehessen állítani a kiinduló állapotot
valós világ
adatmodell
digitális állomány
- vektoros adatmodell - csillagkép játék - raszteres adatmodell - torpedó játék 2.4. Térbeli objektumtípusok: 0 D - pont - point feature 1 D - vonal - line feature 2 D - terület, sokszög - polygon feature 3 D - test 2.5. Adattípusok: - térbeli információ - helyzet, alak, viszony rétegekbe csoportosíthatók (layer, coverage) - leíró információ, attribútum adat 2.6. Adatok kapcsolása: - pontos - nem pontos - hierarchikus - "fuzzy"
3. A raszteres adatmodell - szabályos rácson elhelyezkedő cellák, mátrix - számozás sorról sorra, bal felső sarokból - sor-oszlop száma hely, térbeli adat - cella értéke leíró adat, információ, attributum - a rendszer kitölti a teret - a cellák egy csoportja fedvényt alkot - megmondja, hogy mi található valahol - a lehető legegyszerűbb modell 3.1. A raszter létrehozása Talajtérkép, eredeti méret 800*500 m (rajzok) Állománytípusok (file type): - ASCII (American Standard Code for Information Interchange) - minden karakternek kell 1 bájt (8 bit) (pl. A = 65 = 01000001, de 65 = 6 - 00000110 és 5 00000101), nem hatékony számok esetében, (pl. 30000 ASCII - 5 bájt, binárisan 2 bájt - 111010100110000). - Bináris (Binary) számok kódolása binárisan (0 és 1) - Tömörített bináris (Packed binary - run lenght encoding) lehetséges ha sok azonos értéket tartalmazó cella van, 1. szám - futáshossz, 2. szám - érték. - Négyágú fa (quadtree) Raszter előnyei: - Sok digitális adat van raszteres formában, Távérzékelés - Műveletek elvégzése egyszerű
3.2. A cellák értékei: - a leíró információt hordozzák - felhasználó által meghatározott kód - valósághoz kapcsolódó érték (magasság, csapadék, hőmérséklet, lejtő, kitettség stb.) Adattípusok (data type): Bájt (Byte) - egész szám 0-255 - 1 bájt a memóriában, csak bináris állomány, - tömöríthető ? Egész (Integer) -32768-tól +32767-ig - 2 bájt a memóriában, tömöríthető? Valós (Real) - ±1*10 38 - 4 bájt a memóriában, tömöríthető? 3.3. Térképfedvények: Adatok egy csoportja, amely egy zárt területen belül minden egyes hely egy jellemző tulajdonságát tartalmazza
- minden adatfajta külön fedvényt kíván - egy adatbázis több (-tíz) fedvényt tartalmazhat - egy fedvényen belül csak egy adattípus lehetséges Tulajdonságok: a) felbontás - a cella mérete, oldalhossza (r) X kiterjedés = r*C (oszlopok száma) Y kiterjedés = r*R (sorok száma) r= X/C = Y/R "nagy felbontás kis cellaméret sok részlet sok cella nagy állomány" …és fordítva b)
tájolás
c)
övezetek - folyamatosan kapcsolódó helyek, amelyek azonos értékeket tartalmaznak folt, régió, zóna, poligon, osztály (???) - nem minden fedvényen van övezet (???) (DEM, távérzékelt adat…)
4. Térbeli műveletek alapjai feltétel: azonos méret, azonos felbontás 4.1. helyi műveletek, pontműveletek az eredményfedvény celláinak értéke csak a bemenő fedvény(-ek) azonos celláinak értékétől függ a) átkódolás - ASSIGN - azonosítók megváltoztatása (egész számok, övezetek, logikai kódolás stb.) b) osztályozás - RECLASS - értékintervallumok átkódolása (valós szám, "folyamatos" fedvény, osztály) c) fedvények metszése - OVERLAY X - I. fedvény, Y - II. fedvény, Z - eredményfedvény Z = X+Y; Z = X-Y; Z = X*Y; Z = X/Y; Z = X-Y/X+Y; Z = XY; Z = minimum; Z = maximum; Matematikai műveletek: SCALAR, IMAGE CALCULATOR Logikai műveletek: ÉS (AND) ?? VAGY (OR) ??? 4.2. műveletek közeli szomszédokon az eredményfedvény celláinak értéke a bemenő fedvény azonos celláinak közvetlen szomszédaitól függ a) szűrés - FILTER - a raszter cellái fölött egy "ablak" (3x3, 5x5, 7x7) fut végig, középső cellájának értéke az ablakba eső cellák értéke alapján számolódik
pl. átlag (MEAN)
37 39 43 39 41 42 35 39 44
39.88
hatások: simítás, élkiemelés b) lejtés és lejtésirány (kitettség) csak ha a fedvény magasságokat tartalmaz SURFACE - SLOPE - fok, % - ASPECT - irányszög (0-359, -1) 4.3. műveletek távoli szomszédokon az eredményfedvény celláinak értéke a bemenő fedvény azonos celláinak távoli szomszédaitól függ a) távolság - DISTANCE b) védőövezet képzés - BUFFER c) láthatóság - VIEWSHED 4.4. műveletek az övezeteken a) terület - AREA b) kerület - PERIM
4.5. a fedvény tartalmának elemzése - statisztikai elemzések átlagok, gyakoriság, eloszlás, minimum, maximum - övezetek elemzése EXTRACT - feature definitin image - egy övezeteket tartalmazó kép - image to be processed - folyamatos értékeket tartalmazó kép 4.6. példa fakitermelésre alkalmas terület kiválasztása - követelmények: erdei fenyő, megfelelő vízelvezetés, nem lehet 500m-nél közelebb víz, felbontás 500m. 1. tó 1 1 0 0 0 1 -tó 11000 0 - nem tó 00000 00000 00000 2. növényzet 0 0 2 2 2 0 - nincs erdő 00222 1 - lúc 01112 2 - erdei fenyő 11111 11111 3. talaj 0 0 2 2 2 0 -vizes 00112 1 -roszz 00112 2 - jó 01112 11122
5. A vektoros adatmodell • a legegyszerűbb elem a pont • vonal – pontok egyenes szakaszokkal összekötve • terület – vonalsorozatok határolják Y 8 7 6 5 4 3 2 1 0
1
3
2
5
4
6
7
8
9 10
X
• pont: 1,2; • vonal: 1,6; 3,8; 6,6; 10,8; • poligon: 2,2; 3,4; 7,5; 10,3; 8,1; 5,0; 4,2; 2,2; Szomszédos poligonok: Y 8 7
B
6 5
A
4
C
3 2 1 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
X
A – 1,3; 4,7; 5,5; 3,1; 1,3; 4,7-5,5 3,1-5,5 B – 4,7; 9,7; 9,4; 5,5; 4,7; 9,4-5,5 C – 5,5; 9,4; 9,1; 3,1; 5,5; Vektoros modell típusok 5.1.Spagetti modell – minden egyes vonalas objektumot egy, a vonal töréspontok koordinátáiból álló sorozat (adatmondat vagy sztring) ábrázol a memóriában
hátrányok: - a koordináták keresése szekvenciális - területek digitalizálása, redundancia, egymáshoz való viszony
- egymást metsző vonalas objektumok metszéspontjainak meghatározása
- elemzések nehezen végezhetők
5.2. Topológiai modell A geometriai topológia a téralakzatok azon tulajdonságait vizsgálja, melyek nem változnak az idomok szakadásmentes torzítása során. Ilyenek a szomszédság, folyamatosság, tartalmazás.
- a topológiai modell a topológiai törvényszerűségek kiaknázását lehetővé tevő adat típusokat is értelmez.
- a pontok a topológiai struktúra felépítésében játszott szerepük alapján különböző típusokra oszthatók, ezek: a. önálló pont; b. lánc (ív) részét képező pont; c. csomópont
.
- vonal: töréspont - csomópont, lánc - két csomópont között helyezkedik el és az egyik csomópontról a másikra mutat, azaz a lánc irányított.
- poligon: - alkotó láncok meghatározott egymásutánja. - egy-egy lánc egyidejűleg két poligonnak is része, értelmezhető a lánc leírásánál, irányítottságának megfelelően, a jobboldali illetve baloldali poligon fogalma is.
4Ñ
5Ñ
4Ñ
5Ñ
2Ñ
2Ñ
6Ñ
6Ñ
7Ñ
9Ñ 10Ñ 11Ñ
3Ñ
1Ñ
3Ñ
1Ñ
7Ñ
9Ñ
8Ñ
10Ñ 11Ñ
8Ñ
