Koncepce prostoru Pořizování a ukládání dat souvisí s pojetím prostoru Určování polohy v prostoru – vytvoření relace mezi geoprvkem, jehož polohu určujeme a prvkem množiny M obsahující všechny body tohoto prostoru Prostorové referenční systémy – poloha geoprvků určena různým způsobem, s různou přesností a různým rozlišením GIS

Prostorové referenční systémy Klasifikace podle kritérií Způsob určování polohy – přímý (souřadnicové systémy), nepřímý (pomocí geokódu) Prostorový rozsah – globální/lokální Spojitost – kontinuální/diskrétní Určování polohy v závislosti na jiných geoprvcích – absolutní/relativní K čemu se vztahují – k Zemi, k rovině, k linii GIS

Souřadnicové systémy přímé určování polohy různé typy podle klasifikace jsou vztaženy k zemskému tělesu nebo k rovině, na kterou je zemský povrch promítnut GIS

a zeměpisné délky  (longitude) geografický souřadnicový systém (v principu sférický), poloha bodu na zemském povrchu je udávána pomocí zeměpisné šířky  (latitude) a zeměpisné délky  (longitude) GIS

Souřadnicové systémy - vztaženy k rovině souvisí se znázorňováním povrchu Země na mapách převod křivého zemského povrchu do roviny - operace charakteristické pro použité kartografické zobrazení kartografické zobrazení přitom „deformují“ křivý zemský povrch do roviny různým způsobem některá zobrazení zachovávají plochy, ale nezachovávají tvary a úhly, jiné zachovávají tvary ale nezachovávají plochy důsledek - není možné kombinovat data převedená pomocí různých kartografických zobrazení (S-JTSK a S-42 nebo WGS-84). GIS

Souřadnicové systémy - vztaženy k rovině GIS

Souřadnicové systémy - vztaženy k rovině kartografické zobrazení speciálně pro bývalou Československou republiku a které respektovalo její protáhlý tvar a polohu na zemském glóbu (Křovák) GIS

Kartografické zobrazení Křovákovo (S-JTSK) GIS

GIS

Používané souřadnicové systémy Vláda ČR nařízením č. 116/1995 Sb. [NV116] stanovila závazné geodetické referenční systémy, použitelné na území našeho státu WGS84 - světový geodetický referenční systém 1984 ( World Geodetic System 1984) ETRS - evropský terestrický referenční systém (European Terrestric Referenc System) S-JTSK - souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální S-42 - souřadnicový systém 1942 Bpv - výškový systém baltský - po vyrovnání S-Gr95 - tíhový systém 1995 GIS

Úlohy v rámci GIS návrh GIS aplikace z hlediska užití tvorba databáze údajů pořizování dat analytické funkce - s přihlédnutím k okruhu uživatelů GIS

Pořizování dat veřejné zdroje různé komerční organizace primární zdroje dat sekundární zdroje dat (informace o jejich získání a postupu zpracování, aktuálnosti a kvalitě dat - metadata) http://gis.vsb.cz/midas/scripts/frames.php) GIS

Pořizování dat Přímé měření - zachycení prostorových a časových změn pomocí vhodné škály (počet rostlin v lokalitě, velikost srážek, ...) Nepřímé měření - uskutečňuje se na základě znaků fyzikálních, chemických či biotických, které jsme schopni ohodnotit pomocí funkčních závislostí na sledovaném fenoménu. (měření teploty teploměrem, větru pomocí anemometru, ... ) GIS

Údaje z primárních zdrojů nejpřesnější zdroj prostorových dat - geodetická měření, která jsou převedena do digitální formy data z terénního zápisníku (přepis přes klávesnici – při ručním zpracování - chybovost) elektronický zápisník - geodetická zařízení GPS - Global Position System. další zpracování specializovaným softwarem do vektorové reprezentace, po změně formátu (dle patřičného GISu) je možné ukládat data do geografické databáze GIS

GPS navigační systém pro určení polohy kdekoliv na zemském povrchu, bez ohledu na počasí a na dobu měření původně vojenský systém, vyvíjený a budovaný od roku 1973 Ministerstvem obrany Spojených států začátkem 90. let se po vývoji a rozšíření stal plně funkčním a dostupným po celém světě Kongres Spojených států schválil výnos o využití systému GPS i v civilní sféře z důvodu možnosti zneužití (teroristické účely) a zabezpečení prvořadosti vojenských aplikací bylo až do 1.5.2000 provozováno několik opatření GIS

GPS selektivní dostupnost (Selected Availibility) - záměrné zhoršování přesnosti určení polohy nebo zavedení tzv. přesného P/Y - kódu, kterým je šířen signál pouze pro vojenské aplikace v současné době je již záměrné zhoršování polohy vypnuté, což pro civilní uživatele znamená téměř 10-ti násobně zvýšení přesnosti určení polohy GIS

GPS členění na tři podsystémy kosmický řídící (kontrolní) uživatelský GIS

GPS – kosmický segment 24 družic (21 pracovních a 3 záložní), orbitální dráhy ve výšce 20200 km s dobou oběhu 11.25 hod, na šesti oběžných drahách každá družice je vybavena přijímačem, vysílačem, atomovými hodinami a přístroji pro navigaci nebo jiné speciální úkoly (kupř. pro detekci výbuchu jaderných náloží) družice přijímá, zpracovává a uchovává informace předávané z pozemního řídícího centra pro možnost korekce dráhy letu raketovými motorky sleduje stav vlastních systémů a podává o těchto skutečnostech informace zpět do řídícího centra GIS

GPS – kosmický segment každá družice je vybavena záložními zdroji, palubní baterie jsou dobíjeny dvěmi slunečními panely princip určování polohy - družice vysílá signály pro uživatele v podobě složitého signálu, každá družice vysílá zprávy o své poloze a přibližné poloze ostatních družic systému k určení aktuální polohy pozemní přijímač počítá tzv. pseudovzdálenosti, což jsou vzdálenosti mezi přijímačem a viditelnými družicemi (nad obzorem) GIS

GPS – kosmický segment výpočet pseudovzdálenosti vychází ze znalosti rychlosti šíření družicového signálu a rozdílu času mezi vysláním a příjmem signálu (pseudovzdálenost - jsou zavedeny další doplňující výpočty, které určení výsledné polohy dále zpřesňují) pro určení dvojrozměrné polohy (nejčastěji zeměpisná délka a šířka) stačí příjem signálu z minimálně tří družic (výpočet tří pseudovzdáleností) pro určení trojrozměrné polohy (navíc výška) minimálně ze čtyř družic příjem menšího počtu družic znemožňuje výpočet polohy, vyšší počet družic naopak určení polohy dále zpřesňuje GIS

GPS – řídící segment monitoruje funkce družic a získané údaje předává zpět družicím je tvořen hlavní řídicí stanicí v Colorado Springs a dalšími 5 monitorovacími stanicemi a 3 pozemními řídícími, které spolupracují s hlavní řídící stanicí cílem celého řídícího podsystému je monitoring funkcí každé družice, sledování a výpočet dráhy družice, komunikace a zajištění přesného chodu atomových hodin na družicích závada na družici se co nejrychleji operativně řeší, (cena 50 miliónů dolarů za družici) GIS

GPS – řídící segment existuje několik nezávislých monitorovacích sítí, které umožňují další přesnější určování polohy, především pro velmi přesné aplikace (geodézie, geodynamika), nepodílejí se na řízení a činnosti systému GPS princip - při každém průletu družic nad těmito stanicemi jsou vyhodnoceny parametry jejich drah a vypočteny korekce, které jsou vyslány zpět na dané družice a odtud do přijímače, kde dojde k aktualizaci uložených dat o družicích   GIS

GPS – uživatelská část pozemní segment – speciální přijímač s anténou, jednotkou pro zpracování radiového signálu a dekódování vložených dat, vyhodnocovací jednotkou a výstupní jednotkou pro komu- nikaci s obsluhou pomocí klávesnice a displeje GIS

GPS použití a přesnost v různých oblastech civilní - přesnost od 25 m do 100 m, kódování C/A (coarse/acquisition code) pro hrubé zjištění polohy vojenské - přesnost od 2.5m do 15m, kód C/A, zpřesnění kódovaným signálem označovaného jako P (precision code) DGPS - diferenciální GPS (označována jako DGPS), přesnost asi 0.5m GIS

Fotogrammetrie princip - měření prostorových objektů na fotografiích nebo měřičských snímcích objektů snímky je možné pořídit dvěmi způsoby pozemní – snímání je prováděno z povrchu Země (stavebnictví) letecké snímkování (data o větším územní) GIS

Fotogrammetrie Přípravné práce – signalizační body Letecké snímkování Ortorektifikace snímků - nutnost transformace – snímky pořízené v centrální projekci převést na ortogonální projekci do podoby mapy Fotointerpretace - interpretace údajů z fotosnímků Přenos do GIS GIS

Fotogrammetrie Velikost detailu z leteckých fotografií je ovlivněna výškou letu nosiče, na kterém je namontovaná kamera (letadlo) ohnisková vzdálenost objektivu kamery vlastnostmi filmu, na který je snímáno vertikální členitostí reliéfu stupněm překrytí po sobě následujících snímků GIS

Fotogrammetrie GIS

Dálkový průzkum země - DPZ definice z 1988 podle SPRS DPZ je umění, věda a technologie na získávání spolehlivých informací o fyzikálních objektech a jejich okolí pomocí záznamu, měření a interpretace snímků a digitálních záznamů, které se získávají pomocí nekontaktních systémů. International Society for Photogrametry and Remote Sensing GIS

Dálkový průzkum země - DPZ způsoby snímání pasivní systémy – snímají zdroj elektromagnetického záření (např. ze Slunce), které se odráží od zemského povrchu aktivní systémy - mají vlastní zdroj záření, vysílají k Zemi a snímají jeho odraz (radar) GIS

Dálkový průzkum země - DPZ Landsat - program NASA od roku 1967, vypuštěno několik nosičů, poslední Landsat7, dosud funguje Landsat 5. SPOT - program Francie ve spolupráci s Belgiií a Švédskem, první nosič 1986 GIS

Prostorové rozlišení (m) /Záběr (km) Družice Stát/ Organizace Start Prostorové rozlišení (m) /Záběr (km) panchro multispekt radar Landsat 5 USA 1.3.1984 30-20/185 Spot 1 FRANCIE 22.2.1986 10/117 20/117 Spot 2 FRANCIE 22.1.1990 10/117 20/117 NOAA 14 USA 30.12.1994 1100/2600 ESA 21.4.1995 26/100   KANADA 4.11.1995 7,6-100/ 50-500 INDIE 28.12.1995 5,8/70 23,5-70,5/148 OrbView 2 USA 1.8.1997 1100/2800 Meteosat 7 EUMETSAT 2.9.1997 5 km/ polokoule Spot 4 INDIE 29.9.1997 5,8/70 23,5-70,5/148 FRANCIE 24.3.1998 10/117 20-1100/117-2600 GIS

Dálkový průzkum země - DPZ možnost nechat si pořídit snímky území podle účelu dat – vybere se vhodný typ družice komerční firmy prodávající snímky sledovaného území využití – zemědělství (sledování růstu vegetace) lesnictví (rozeznání typu porostu) ochrana životního prostředí ... GIS

Porovnání fotogrammetrie a DPZ výhody DPZ rozsáhlejší území na jednom snímku pravidelný a operativní způsob sběru údajů rychlé další zpracování údajů možnost sledovat změny v krajině (opakované přelety) nevýhodou - limit rozlišení je u fotogrammetrie je větší GIS

Vstupy ze sekundárních zdrojů klávesnice - pracnost a chybovost digitalizace - snímání souřadnic pomocí tabletu nebo digitizéru skenování GIS

Tvorba vektorové reprezentace ze sekundárních zdrojů (jednodušší modely) určení souřadnic každého objektu v souřadnicovém systému mapy pro body - zápis souřadnic (změřením či odhadem), určení identifikátoru pro linie všechny počáteční, koncové i lomové body pro polygony hraniční úseky a souřadnice jejich lomových bodů přenos do vektorových souborů se zachováním datové struktury GIS

Tvorba reprezentace ze s. zdrojů pro rastrovou reprezentaci zdrojová mapa je překryta sítí rozdělení na buňky zadávání hodnot atributů v jednotlivých buňkách v souladu s používaným systémem GIS

Manipulace s údaji s prostorovými daty konverze údajů transformace souřadnicového systému převzorkování GIS

Konverze údajů převod mezi reprezentacemi vektorizace - překrytí vektorové reprezentace mřížkou a následné přiřazení atributové hodnoty každé buňce podle typu prostorového objektu rasterizace - úlohy spojené s metodami pro vyhlazování liniových objektů GIS

Transformace souřadnicového systému pravoúhlý souřadnicový systém - numerické transformace lineární konformní zobrazení - posunutí, pootočení polynomické transformace - posunutí, pootočení, změna měřítka GIS

Provádění analýz dotazy prostorové dotazy atributové kombinované dotazy vyhodnocení kombinovaného dotazu v některých systémech probíhá v několika krocích řízených uživatelem GIS

Komerční GIS MicroStaion, firma Bentley, http://www.bentley.com INTERGRAPH, firma Intergraph http://www.intergraph.com ARC/Info, http://www.esri.com Smallworld, http://www.gepower.com/dhtml/network_solutions/en_us/index.jsp IDRISI, http://www.clarklabs.org/home.asp GIS

Arc/Info Arc/Info firma ESRI (Environmental Systems Research Institut), http://www.esri.com kompletní balík pro zadávání vektorových dat a jejich editaci, pro analýzu a modelování, pro správu databáze s napojením na databáze (Oracle, Informix, Sybase, Ingres) Některé z funkcí - použití nepravidelné trojúhelníkové sítě, výpočet sklonu, orientace terénu ke světovým stranám, výpočet objemu, plochy povrchu a délky svahu, generování vrstevnic a profilů, vymezování říčních sítí, údolnic a hřbetnic. GIS

Arc/Info systém je plně otevřený, má uživatelsky upravitelné grafické rozhraní a makrojazyk AML UNIX stanice, verze PC Arc/Info pro osobní počítače rozšiřující moduly pro specifické oblasti FieldWorks - při tvorbě projektu inženýrských staveb - sběr dat z geodetických prací, Intergraph dává k disposici tento program pro zpracování kódových měření z totálních geodetických stanic a automatické generování kresby, vytvoření polohopisu a vyrovnání naměřených dat. Výstupem z programu jsou pak připravená data pro všechny ostatní aplikace. GIS

Arc/Info COGO (coordinate geometry) tvorba projektů tzv. souřadnicové geometrie (trasování liniových staveb a sítí, návrh hran liniových staveb nebo křížení komunikací), nástroje pro vytváření bodů či jejich trasování, pro vytváření průsečíků komunikací a pro vytváření mimoúrovňových kruhových komunikací,body a trasování lze spojovat a automaticky vytvářet přechodové prvky GIS

Arc/Info Network (síťová analýza, routing) TIN (modelování terénu) GRID (práce s rastrem) ArcScan (nástroje pro scanování) ArcStorm (řídící nástroje) ArcExpress (rozšíření pro zvýšení výkonnosti) GIS

INTERGRAPH GeoMedia http://www.intergraph.com/cz/ GIS

Nekomerční GIS GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) http://www.itc.it, http://grass.baylor.edu/index.html GIS

ZABAGED http://www.cuzk.cz/adr09/index09.html základní báze geodetických dat digitální topografický model území ČR odvozený z mapového obrazu Základní mapy České republiky 1:10 000 v souřadnicovém systému S-JTSK a výškovém systému baltském - po vyrovnání správcem a poskytovatelem dat ZABAGED je Zeměměřický ústav je založen na vektorové grafice s topografickými relacemi objektů a atributové složce obsahující popisy a další informace o objektech GIS

ZABAGED obsah tvoří 106 typů objektů strukturovaných v databázi do 60 grafických vrstev vektorových (DGN) souborů identifikátory některých typů objektů (vodstvo, komunikace) jsou přebírány z databází jejich odborných správců výškopisná složka vybavená vektorovým souborem vrstevnic umožňuje vytvářet účelově digitální model terénu ZABAGED je tvořen a provozován v grafickém prostředí MicroStation a GIS prostředí MGE (Intergraph) využívající relační databázi ORACLE GIS

ZABAGED popis struktury databáze - seznam objektů a atributů ZABAGED prostorové organizační jednotky - mapové listy 1:10 000 v kladu listu Základních map středních měřítek České republiky tvorba od roku 1995 a ve vektorové formě (soubory DGN MicroStation) dokončeno 2001 zástavba sídel (intravilánu) na části území byla dočasně ponechána v rastrové formě (formát CIT) poskytování dat - polohopisná a výškopisná složka mohou být poskytnuty společně nebo odděleně GIS

Prostorové dotazy selektivní dotazy dotaz na bod K danému bodu P najít objekty O z pro-storové relace A, pro které platí PO. dotaz na oblast K oblasti R daného typu nalézt množinu objektů O  A tak, že pro  o  O platí o R <> . GIS

Prostorové dotazy dotaz na okolí oblasti K oblasti R daného typu nalézt množinu obdélníků K  A tak, že pro  k  K platí R  k. GIS

Prostorové spojení A \ast B Pro daný predikát P množina dvojic (a,b), kde a  A, b  B a platí P(a, b). spojením objektů jsou objekty splňující P(a, b)$, kde P je operace odpovídající predikátu P, například:P "je průnikem", pak P je . GIS