GIS pagrindai (I)

1. GIS pagrindai (I) Albertas Šermokas albertas.sermokas@mif.vu.lt

2. Kurso tikslas Kursas skirtas geografinių informacinių sistemų (GIS) sąvokų ir panaudojimo geografijoje ir kituose gamtos moksluose principų pažinimui, technologijos ir programavimo galimybių įsisavinimui Būtinos žinios: • SQL kalbos pagrindai, • Objektinio programavimo pagrindai, • programavimo instrumentai Visual Basic/Borland Delphi/C++/JAVA

3. Užduotys ir vertinimas • Egzaminą sudaro • Egzaminas raštu (sąvokos, supratimas, pavyzdžiai) • 3 praktinės užduotys • Viso – 105 taškai • Egzaminas raštu – 35 (sesijos metu) • 1 užduotis – 20 (iki 2014-03-28), už kiekvieną paankstintą/pavėluotą savaitę +1/-2 taškai • 2 užduotis – 20 (iki 2014-04-12), už kiekvieną paankstintą/pavėluotą savaitę +1/-2 taškai • 3 užduotis – 30 (iki 2014-05-23), už kiekvieną paankstintą/pavėluotą savaitę +2/-4 taškai

4. Egzamino vertinimas • Vertinimas • Santykinis, priklauso nuo grupėje surinkto maksimumo, bet bus naudojamas nemažesnis nei 97 taškų maksimumas • Kiekvienos dalies minimumas bendram teigiamam vertinimui – nemažiau 47,5% atitinkamos dalies taškų skaičiaus • Paskaitų lankomumas: lankytos visos paskaitos - bonusas +3 taškai.

5. GIS tikslas • Geografinės informacijos sistemos (GIS) yra sukurtos duomenims, susietiems su realaus pasaulio savybėmis ar reiškiniais, aprašytais geografinių vietų išraiška • Pagrindinis GIS tikslas yra pridėti vertės erdviniams duomenimis taip, kad būtų galima juos organizuoti bei peržiūrėti efektyviai, integruojant juos su kitais duomenimis, analizuojant bei kuriant naujus duomenis.

6. Temos (modelis) • Žemės modelis, žemėlapio duomenų modelis, Žemėlapių vaizdavimas kompiuteryje - grafiniai objektai, jų interpretacija; • GIS apibrėžimai ir pagrindiniai GIS uždaviniai; • GIS duomenų modeliai - rastriniai ir vektoriniai duomenys, atributinė informacija, sąryšis tarp grafinių ir atributinių duomenų; • Informacijos sluoksnių topologija, pagrindinės savybės, pavyzdžiai; • Informacijos sluoksniai, koordinačių sistemos, jų transformacija;

7. Temos (duomenys) • Informacijos sluoksnių skaitmenizavimas (digitalizavimas), taškų, linijų, poligonų įvedimas, koregavimas. • Žemėlapių maketų sudarymas, informacijos sluoksnių vaizdavimas, legendos tvarkymas, mastelio nustatymas; • Atributinės informacijos saugojimo principai, sąveika su išorinėmis DBVS, duomenų lentelių kūrimas, jų struktūros modifikavimas, informacijos redagavimas.

8. Temos (analizė) • Atributinių duomenų analizė - užklausos ir išrinkimo operacijos, sąryšis su grafiniais objektais; • Erdvinė analizė: išrinkimo operacijos, buferizavimo operacija, sluoksnių perdengimo operacijos (intersect, identity, union); • Erdvinė analizė (trimatis modelis): analizės operacijos su trimatės erdvės sluoksniais,

9. Temos (modeliavimas) • Informacijos sluoksnių konvertavimo iš vieno formato į kitą galimybės, • GIS funkcinių galimybių modeliavimas ir plėtojimas; • Gamtinių procesų modeliavimas geografinėse informacijos sistemose.

10. Literatūra (knygos) • Tumas R., Aplinkos geoinformacijos sistemos. Vilnius: Enciklopedija, 2006; • Paršeliūnas E., Geoinformacinės sistemos: technologija. Mokomoji knyga. Vilnius: technika. 2001. • Baronas R. Duomenų bazių sistemos. Vilnius. 2002. • Beconytė G. Duomenys ir duomenų bazės kartografijoje: mokomoji knyga. Vilnius: Vilniaus universiteto leidykla. 2004.

11. Literatūra (knygos) • Maguire D.J., Goodshild M.F., Rhind D.W. Geographical information systems. Vol 1-2. John Wiley & Sons. 1991; • Spatial Analysis and Geographic Information Systems edited by Stewart Fotheringham and Peter Rogerson. Taylor & Francis, 1994; • Tomlin, C. d. Geographic Information Systems and Cartographic modeling. Englewood Cliffs, Prentice Hall. 1990 (yra vertimas į rusų kalbą).

12. Literatūra (internete) • http://www.geoportal.lt/wps/poc?uri=page:RUBRIC.1337 • http://www.geoportal.lt • http://en.wikipedia.org/wiki/Geographic_information_system • http://www.gis.com • http://www.opengeospatial.org/standards • http://www.esri.com • http://uosis.mif.vu.lt/~sermokas

13. Žemės modelis Žemės modelis apibrėžia tai, ką mes sutinkame žemėje, tai - žemynai, landšafto elementai ir kintančios aplinkos savybės, kaip oro kokybė, temperatūra.Taigi geografinę informaciją galime suskaidyti į dvi plačias kategorijas: esybės ir reiškiniai[Gar00] • Esybės yra atpažįstami, diskretūs objektai, kurie turi palyginti aiškias ribas arba sudaro atskirą erdvės elementą. • Reiškiniai, erdvėje daugiau mažiau kinta tolygiai ir neturi kažkokios specifinės formos. Pavyzdžiui temperatūra, dirvožemio sudėtis, ir topografija.

14. Žemėlapis Žemėlapis– tai sudėtingas objektas, kurį galima įsivaizduoti kaip įvairių geografinės informacijos sluoksnių rinkinį su specifinėmis, tik visam rinkiniui būdingomis savybėmis. Jo pagrindiniai atributai: pavadinimas, tipas (topografinis, bendrasis geografinis, teminis ir pan.), sudėtingumo klasė (schema, apžvalginis žemėlapis, detalus žemėlapis), vaizduojamas teritorinis vienetas (jie kategorizuojami ir indeksuojami įvairiais metodais – kodais, geografinėmis koordinatėmis ir kt.), mastelis.

15. Žemėlapio duomenų modelis Žemėlapio objektai: • taškai • linijos • sritys • Paviršius (reljefas) • tekstai • specialūs simboliai • spalvos

16. Žemėlapio sudarymas Kartografija perduoda geografinę informaciją apie mūsų planetą, jos gamtą, gyventojus. Kartografui, sudarančiam žemėlapį, skirtingai negu geografui, neužtenka duomenų apie objektų realias koordinates ir savybes, nes kiekvienam žemėlapio objektui egzistuoja mažiausiai keletas galimų jo vaizdavimo būdų – grafinių objektų, kurie atstovauja realų objektą arba reiškinį skirtingo mastelio ar paskirties žemėlapiuose,

17. GIS apibrėžimai • Tai informacinė sistema sukurta dirbti su duomenimis besiremiančiais erdvės ar geografinėm koordinatėm. (Star and Estes, 1990) • Tai sistema skirta duomenų, kurie yra erdve susiję su žeme, surinkimui, patikrinimui, apjungimui, manipuliavimui, analizavimui ir atvaizdavimui. (Chorley, 1987) • Tai automatizuotos sistemos erdvės duomenų surinkimui, saugojimui, paieškai ir vaizdavimui. (Clarke, 1990)

18. GIS apibrėžimas Tai sistema susidedanti iš aparatūros, programinės įrangos, ir procedūrų sukurtų paremti geo-duomenų surinkimą, valdymą, manipuliavimą, analizavimą, modeliavimą ir atvaizdavimą, skirta sudėtingiems planavimo ir valdymo uždaviniams. (NCGIA lecture by David Cowen, 1989)

19. GIS taikymo sritys I • Kartografija • naudojant standartines GIS funkcijas, lengva žemėlapį suvokti ir naudoti kaip geografinės informacijos vaizdavimo ir analizės priemonę bei įgyti patogią galimybę atlikti teritorinio pasiskirstymo analizę ir modeliavimą, naudojantis žemėlapiu. • Inžineriniai tinklai (elektros, vandens, dujų, tinklai, telekomunikacijos). • Tai kompanijos turinčios dešimtis tūkstančių klientų, tūkstančius kilometrų besitęsiančių vamzdynų sistemą, begalę sklendžių, transformatorių, jungiklių, stulpų… Tokioms kompanijoms labai svarbu: reguliariai tikrinti visos sistemos darbą, laiku gauti informaciją apie atsiradusį gedimą ar problemą ir tiksliai nustatyti jo padėtį, pastoviai kaupti duomenis apie klientus, sistemą, gedimus, greitai rasti reikalingą informaciją;

20. GIS taikymo sritys II • Kelių ir transporto tarnyboms reikalinga informacija apie kelių tinklą, jų būklę, kelių ženklų inventorizaciją, duomenys apie avarijas. • Krovinių pervežimo kompanijas domina automobilių judėjimo stebėjimo galimybės, optimaliausio maršruto (kaip greičiausiai nuvykti iš punkto A į B) modeliavimas; • Miškininkystė. Atskirų miškų masyvų monitoringas, duomenys apie miškų išsidėstymą, būklę, plotų, kurie turi būti iškirsti ar atsodinti planavimas, miško kelių, reikalingų medienos išvežimui ar rekreacijai, modeliavimas;

21. GIS taikymo sritys III • Teritorinis planavimas ir valdymas. • Bendrojo teritorijos vystymo plano sukūrimas, saugomų teritorijų kūrimas, apsauga, valdymas, žemės kadastras, turto apskaita, valdymas. • Žemės ūkis. • Detalių žemėlapių ir palydovinių vaizdų analizė būsimo derliaus modeliavimui, optimalus trąšų ir chemikalų paskirstymas, atsižvelgiant į reljefą, šlaitų nuolydį ir t.t. . • Karyba. Mokomųjų ir karinių veiksmų strategijos ir taktikos modeliavimas, topografinės situacijos analizė. • Daugelis kitų.

22. GIS koncepcinis modelis

23. GIS uždaviniai Bendro pobūdžio geografinės informacinės sistemos atlieka penkis pagrindinius veiksmus su duomenimis: • Įvedimas • Apdorojimas • Valdymas • Užklausos ir analizė • Vizualizavimas

24. Įvedimas Pagal duomenų prigimtį yra išskiriama du pagrindiniai duomenų tipai: • pirminiai – tai duomenys kurie gauti iš tiesioginio sąlyčio su aplinka vektoriniai pasinaudojus GPS technologija , o rastriniai – nuotolinio tyrimo sistemomis, avia fotografijomis • antriniai – tai duomenys gaunami naudojant jau esančius popierinius žemėlapius. Procesas, konvertuojant duomenis iš popierinių žemėlapių į skaitmeninį formatą vadinamas digitalizavimu. GIS technologijos dideliems projektams gali automatizuoti šį procesą panaudojant skenavimo technologijas; mažesni projektai gali būti digitalizuoti rankiniu būdu, naudojant digitalizavimo lentas

25. Apdorojimas Apdorojimas yra skirtas duomenų suderinimui į vientisą sistemą: • visi duomenys būtų sistemai priimtinu formatu pvz.: konvertuojami į sistemai priimtiną formatą, arba iš rastrinio į vektorinį formatą arba atvirkščiai • suderinami duomenų masteliai pvz, jei turima geografinė informacija yra skirtinguose masteliuose, prieš integruojant šią informaciją į vieną visumą, ją reikia transformuoti į tą patį mastelį • suderinama duomenų orientacija pvz. jei reikalinga, atliekami duomenų pasukimai

26. Valdymas Duomenų saugojimo organizavimas ir manipuliavimas duomenimis juos papildant, keičiant ar kitaip tvarkant: • grafinių duomenų saugojimo organizavimas specialaus formato failais arba duomenų bazių valdymo sistemomis • savybių informacijos saugojimo organizavimas specialaus formato duomenų lentelių failuose (pvz. DBF) arba išorinėse DBVS, prieiga organizuojant SQL kalba • funkcijos, realizuojančios manipuliavimą tiek grafiniais, tiek savybių duomenimis

27. Analizė Paieška atsakymų į klausimus “Kur yra…?”, “Išrinkti pagal …?” “Kas jei…?”, analizuojant geografinius duomenis. Ypač išskirtinos galimybės atlikti: • artimumo analizę pvz, rasti visus ežerus ne toliau nei 2 km. nuo pasirinkto kelio arba artimiausią gyvenvietę nuo pasirinktos vietos arba potencialių pirkėjų skaičių 10 km atstumu nuo pasirinktos parduotuvės. • persidengimo analizę kai atsakymas į klausimą yra ieškomas naudojant kelių skirtingų grafinių sluoksnių duomenis.

28. Vizualizavimas Duomenų ir analizės rezultatų pateikimas (parodymas) remiantis tam tikromis taisyklėmis. • geografiniai duomenys gali buti atvaizduoti įvairiomis formomis, tokiomis kaip žemėlapiai, grafikai, statistikos apibendrinimai, lentelės ir sąrašai. • suformavimas projekto arba maketo, kuris apima ne tik rezultatus ir duomenis, bet ir specialius žymėjimus, paaiškinimus ir kitus žemėlapiams būdingus ženklus