Μοντελοποίηση Γεωγραφικών Δεδομένων

Transcript

1 Μοντελοποίηση Γεωγραφικών Δεδομένων Τα γεωγραφικά φαινόμενα μπορούμε να τα αναπαραστήσουμε στις 2Δ με τις 3 βασικές οντότητες, των σημείων, των γραμμών και των περιοχών. Οι γραμμές μπορούν να επεκταθούν ώστε να δημιουργήσουμε τα δίκτυα, ενώ οι περιοχές μπορούν να επεκταθούν ώστε να εισάγουμε τις επιφάνειες.!!προβλήματα μπορεί να παρουσιαστούν με την απλοποίηση της πραγματικότητας σε αυτές τις 5 βασικές δομές.!! π.χ. 1.Οι μεταβολές με τον χρόνο μπορεί να επηρεάσουν τον τρόπο απεικόνισης (δάσος ως περιοχή ή δέντρα ως σημεία) 2. Ακαθόριστα όρια (ποια είναι τα σύνορα της πίστας;)

2 Διανυσματικά & πλεγματικά δεδομένα

3 Όπως έχουμε αναφέρει η γεωγραφική πληροφορία αποθηκεύεται είτε σε διανυσματική ή σε πλεγματική ράστερ μορφή. Στην ράστερ περίπτωση το δομικό στοιχείο είναι το cell και η μορφή του αντικειμένου φτιάχνεται ομαδοποιώντας cells. Το μέγεθος του κάθε cell του κάθε πλέγματος(grid) επηρεάζει τον τρόπο που απεικονίζεται η οντότητα. Στην διανυσματική περίπτωση δομικό στοιχείο είναι το σημείο (χ,ψ). Με την χρήση των σημείων δομούνται οι οντότητες. Οι γραμμές και οι περιοχές δομούνται συνδέοντας ένα σύνολο από σημεία με σκοπό να φτιαχτούν αλυσίδες και πολύγωνα αντίστοιχα. Όσο πιο πολύπλοκο το σχήμα τόσο περισσότερα σημεία απαιτούνται.

4 Αποτέλεσμα αλλαγής ανάλυσης στον διανυσματικό και στον ραστερ κόσμο.

5 Ράστερ δομή δεδομένων Ράστερ δομή δεδομένων

6 Τεχνικές συμπίεσης πλεγματικών - ράστερ δεδομένων α. Κωδικοποίηση κατά μήκος γραμμών β. Κωδικοποίηση κατά ομάδες γ. Αλυσιδωτή κωδικοποίηση

7 Τεχνική συμπίεσης ράστερ δεδομένων με την χρήση δενδρικής δομής quadtree

8 Διανυσματική δομή δεδομένων Δομές στην διανυσματική περίπτωση. α. Απλή μη τοπολογική απεικόνιση β. Απλή τοπολογική μέθοδος

9 Σύνθετη τοπολογική μέθοδος (αλυσίδες - κόμβοι) διανυσματικών δεδομένων

10 Στην Πράξη

11 Διανυσματικοί τύποι δεδομένων (vector) Το ArcGIS υποστηρίζει πληθώρα διανυσματικών δεδομένων για την αποθήκευση σημειακών, γραμμικών και πολυγωνικών στοιχείων. Αυτοί είναι: Σχηματικά αρχεία shapefile Coverage Γεωβάσεις - geodatabase Αρχεία CAD

12 Σχηματικά αρχεία - Shapefiles Αποθηκεύει γεωγραφική και περιγραφική πληροφορία Απλή κλάση στοιχείων. Ένα σχηματικό αρχείο μπορεί να αναπαριστά points, polylines ή polygons. Περιγραφική πληροφορία αποθηκεύεται σε πίνακα dbase. Δεν παρέχεται τοπολογία. Τα αρχεία στον δίσκο είναι *.shp (geographic information) *.shx (spatial index to geographic information) *dbf (table for attribute information) *.sbx, *.sbn, *.shp.xml (metadata)

13 Αρχεία θεματικών επιπέδων ArcInfo coverage Αποθηκεύει γεωγραφική και περιγραφική πληροφορία. Μπορεί να περιέχει γραμμές και πολύγωνα, σημεία και γραμμές, αλλά όχι σημεία και πολύγωνα ταυτόχρονα. Μπορεί δηλαδή να περιέχει μία ή περισσότερες κλάσεις στοιχείων. Αποθηκεύουν τοπολογική πληροφορία (μήκος, έκταση, γειτνίαση, συνεκτικότητα) στον πίνακα περιγραφικών χαρακτηριστικών. Κάθε coverage βρίσκεται σε ένα φάκελο που λέγεται workspace. Ο φάκελος workspace έχει έναν υποφάκελο INFO. Ο φάκελος αυτός περιέχει όλα τα αρχεία των περιγραφικών χαρακτηριστικών του workspace. (*.dat, *.nit). Στο workspace υπάρχει κ ένας φάκελος με το όνομα του coverage και μέσα όλα τα αρχεία με τα γεωμετρικά στοιχεία ( *.dbf ).

14 Γεωβάση ΔεδομένωνGeodatabase Μπορεί να αποθηκεύσει σε ένα αρχείο πολυγωνικά, γραμμικά και σημειακά χαρακτηριστικά. Ακόμα μπορεί να περιέχει δεδομένα σε πλεγματική μορφή καθώς και πίνακες που να αναφέρονται σε συμπεριφορές (behavior). Οι γεωβάσεις μπορεί να είναι προσωπικές και πολλών χρηστών. Οι προσωπικές αποθηκεύονται σε MS Access ενώ των πολλαπλών χρηστών σε σχεσιακές βάσεις όπως οι Oracle, MS SQL Server κτλ.

15 Αρχεία CAD To ArcGIS υποστηρίζει τους τύπους DXF, DWG, και DGN.

16 Πλεγματικοί τύποι δεδομένων (raster) Τα πλεγματικά δεδομένα εμφανίζονται σε δυο βασικές μορφές Grids. Περιοχή μελέτης έχει διαχωριστεί σε cells, και σε κάθε ένα από αυτά έχει αποδοθεί μια τιμή η οποία και περιέχεται στον ΠΠΧ VAT (value attribute table).π.χ. Υψόμετρο, τύπος εδάφους. Images. Εικόνες που προέρχονται από τηλεπισκόπιση ή από σκανάρισμα χάρτη. Εδώ τα κουτάκια (cells) είναι pixels και περιέχουν τιμές της έντασης του χρώματος. Στον ΠΠΧ η τιμή "value" είναι απλά ένας κωδικός για το χρώμα.

17 Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς (ΕΓΣΑ87) Το σύστημα προτάθηκε το 1987 και είναι προϊόν συνεργασίας του ΕΜΠ, της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ) και του Οργανισμού Κτηματολογίου και Χαρτογραφήσεων Ελλάδος (ΟΚΧΕ). Βασικό σημείο (datum) του συστήματος αποτελεί το τριγωνομετρικό σημείο του Διονύσου Αττικής (στον χώρο που χρησιμοποιείται από το τμήμα Τοπογράφων του ΕΜΠ). Το προβολικό σύστημα χρησιμοποιεί την εγκάρσια Μερκατορική προβολή, που είναι σύμμορφη προβολή (διατηρεί τις γωνίες) και το ελλειψοειδές GRS80 με ημιάξονες a= ,00 και b= ,314. Στον ArcCatalog επιλέγω το σχηματικό αρχείο που θέλω να ορίσω το προβολικό σύστημα. Rclick --> Properties - XY coordinate system - Select. Projected Coordinate System National Grids Greek grid.

18 Πίσω στην θεωρία

19 Μοντέλα επιφανειών Στα ΓΣΠ μας ενδιαφέρει η μοντελοποίηση επιφανειών όπως το υψόμετρο, η μόλυνση, η βροχόπτωση κ.α. Τα μοντέλα που θα αναφερθούμε είναι τα Digital Terrain Models (DTM). Το DTM μοντέλο προσπαθεί να αναπαραστήσει μια συνεχή επιφάνεια χρησιμοποιώντας πεπερασμένο αριθμό παρατηρήσεων. Η ανάλυση του DTM καθορίζεται από την συχνότητα των παρατηρήσεων που χρησιμοποιούνται. Το DTM δημιουργείται από ένα σύνολο από τιμές (x,y,z) (χ,ψ στο επίπεδο και z ύψος) οι οποίες ή ισαπέχουν ή όχι.

20 Οι επιφάνειες μπορούν να αναπαρασταθούν σε ράστερ ή σε διανυσματική μορφή. Στην ράστερ μορφή έχουμε ένα πλέγμα όπου σε κάθε cell υπάρχει μια μόνο τιμή που αναπαριστά την z συντεταγμένη (ύψος). Συνήθως αυτού του είδους τις αναπαραστάσεις τις αποκαλούμε Digital Elevation Matrix (DEM). Στην απλή της μορφή η διανυσματική αναπαράσταση μιμείται την ράστερ μορφή χρησιμοποιώντας ισαπέχοντα σημεία και δίνοντας την τιμή του ύψους σε κάθε ένα. Μια πιο δύσκολη προσέγγιση γίνεται με την χρήση του TIN (triangulated irregular network).

21 Παραδείγματα επιφανειών Διανυσματικό Digital Terrain Model Ράστερ Digital Terrain Model (DTM)

22 Παραδείγματα α. DEM και b. ΤΙΝ μοντέλων για περιοχές μεταβαλλόμενης πολυπλοκότητας

23 Μοντελοποίηση δικτύου Το δίκτυο είναι ένα σύνολο από γραμμικά αντικείμενα που συνδέονται μεταξύ τους και μέσα από το οποίο διακινούνται αγαθά, άνθρωποι, πληροφορίες κ.α. Όλα τα δεδομένα που αφορούν τα χαρακτηριστικά του δικτύου αποθηκεύονται στον ΠΠΧ. Δύο χαρακτηριστικά αποτελούν το κλειδί στα δίκτυα και είναι το κόστος μεταφοράς και η προσφορά ζήτηση. π.χ. Το κόστος μεταφοράς για μια εταιρία παράδοσης αποτελεί τον χρόνο που σπαταλάτε, το καύσιμο καθώς και ο μισθός του οδηγού. Στην άλλη περίπτωση, ένα νοσοκομείο έχει περιορισμένο αριθμό κρεβατιών ενώ από την άλλη είναι η ζήτηση που μπορεί να υπάρχει από τους κατοίκους της γύρω περιοχής. Μοντελοποίηση δικτύων

24 Μοντέλα 3Δ και χωροχρονικά Οι δυνατότητες απεικόνισης των υπολογιστών αυτή την στιγμή μας περιορίζουν στις 2 διαστάσεις, Παρόλα αυτά χρησιμοποιούμε την ορθογραφική προβολή ώστε να εξομοιώσουμε την ύπαρξη τρίτης διάστασης. Για αυτόν τον λόγο πολλές φορές αναφερόμαστε σε αυτήν με τον όρο 2.5Δ Μια προσεκτική ματιά στις χωρικές βάσεις θα σας δείξει ότι τα θεματικά επίπεδα δεν αναπαραστούν τίποτα άλλο παρά την κατάσταση σε μια δοσμένη χρονική στιγμή. Το πρόβλημα αυτό καλύπτεται έμμεσα δημιουργώντας ένα layer για κάθε χρονική στιγμή ή αποθηκεύοντας την κατάσταση μιας οντότητας σε ξεχωριστό πεδίο στον ΠΠΧ. Μοντέλα δεδομένων στις 3Δ