Ανάπτυξη Μοντέλου Εκτίμησης της Ποιότητας του Χάρτη κατά το Μετασχηματισμό της Γενίκευσης

Transcript

1 Ανάπτυξη Μοντέλου Εκτίμησης της Ποιότητας του Χάρτη κατά το Μετασχηματισμό της Γενίκευσης ΜΠΛΑΝΑ Ναταλία 1, ΤΣΟΥΛΟΣ Λύσανδρος 2 (1) Υπ. Διδάκτορας Αγρονόμος Τοπογράφος Μηχανικός Ε.Μ.Π. Εργαστήριο Χαρτογραφίας ΕΜΠ Η. Πολυτεχνείου Ζωγράφου τηλ: natal.blana@gmail.com (2) Καθηγητής Ε.Μ.Π. Η. Πολυτεχνείου Ζωγράφου τηλ: Fax: lysandro@central.ntua.gr 1

2 Αντικείμενο παρουσίασης Η περιγραφή και η εκτίμηση της ποιότητας του χάρτη στη διαδικασία της χαρτοσύνθεσης στις φάσεις της γενίκευσης μοντέλου και της χαρτογραφικής γενίκευσης Φάσεις της χαρτοσύνθεσης: Α. Γενίκευση μοντέλου Β. Χαρτογραφική γενίκευση Γ. Συμβολισμός Στόχος α. η περιγραφή της ποιότητας του χάρτη με τη χρήση των διεθνών προτύπων ISO της σειράς β. η ανάπτυξη μεθόδου συνολικής ποσοτικοποιημένης - εκτίμησης της ποιότητας του χάρτη 2

3 Δομικά στοιχεία του μοντέλου ποιότητας Σύμβαση: - ο χάρτης θεωρήθηκε ως σύνθεση των χαρτογραφικών δεδομένων μιας βάσης τα οποία αποτελούν το προϊόν των μετασχηματισμών που εφαρμόζονται στα χωρικά δεδομένα εισαγωγής στις τρεις κύριες φάσεις της χαρτοσύνθεσης Προδιαγραφές του χάρτη Κριτήρια Ποιότητας και όρια συμμόρφωσης (προκύπτουν από τις προδιαγραφές) Διαδικασία της χαρτοσύνθεσης, εξελίσσεται σε τρεις φάσεις: γενίκευση μοντέλου, χαρτογραφική γενίκευση, συμβολισμός Εργαλεία για τον έλεγχο και την εκτίμηση της ποιότητας (στοιχεία ποιότητας ISO 19113, μέτρα ποιότητας ISO 19138, μεθοδολογία ISO 19114) 3

4 Δομικό στοιχείο (1): Προδιαγραφές του χάρτη Α) Εννοιολογικό μοντέλο: - Καθορίζονται οι θεματικές κατηγορίες των οντοτήτων της χαρτογραφικής βάσης με τις αντίστοιχες θεματικές ιδιότητές τους και περιγράφονται οι σχέσεις και οι συσχετίσεις των αντικειμένων τους - Καθορίζονται τα κριτήρια για την ένταξη μιας οντότητας σε μια συγκεκριμένη θεματική κατηγορία (class intension rules) Β) Λογικό μοντέλο: - Απόδοση των στοιχείων του εννοιολογικού μοντέλου Γ) Φυσικό μοντέλο: - Περιβάλλον εφαρμογής 4

5 Δομικό στοιχείο (2): Κριτήρια ποιότητας και επίπεδα συμμόρφωσης Α) Κριτήρια ποιότητας στη φάση της γενίκευσης μοντέλου/ τυποποίηση κριτηρίων κατά ISO Α1) Κριτήρια βάσει του εννοιολογικού μοντέλου/στοιχεία ποιότητας: - Ορθή κατηγοριοποίηση των οντοτήτων και απόδοση των περιγραφικών χαρακτηριστικών τους (πεδία ορισμού): πληρότητα/πλεόνασμα - Εννοιολογική συνέπεια των σχέσεων: λογική συνέπεια/εννοιολογική συνέπεια -Ακριβής απόδοσης των ιδιοτήτων των οντοτήτων: λογική συνέπεια/συνέπεια εύρους πεδίου, θεματική ακρίβεια/ποσοτική-μη ποσοτική ακρίβεια ιδιοτήτων Α2) Κριτήρια βάσει του λογικού μοντέλου/στοιχεία ποιότητας: - Γεωμετρική αναπαράσταση των οντοτήτων: λογική συνέπεια/συνέπεια μορφής - Σχέσεις τοπολογίας: λογική συνέπεια/τοπολογική συνέπεια Α3) Κριτήρια βάσει του φυσικού μοντέλου/στοιχεία ποιότητας: - Μορφή των πεδίων των ιδιοτήτων τους: λογική συνέπεια/εννοιολογική συνέπεια μορφής

6 Δομικό στοιχείο (2): Κριτήρια ποιότητας και επίπεδα συμμόρφωσης Β) Κριτήρια ποιότητας στη φάση της χαρτογραφικής γενίκευσης/ τυποποίηση κριτηρίων κατά ISO Διατήρηση της πληροφορίας της βάσης (πληρότητα/πλεόνασμα) - Ακρίβεια της οριζοντιογραφικής θέσης των οντοτήτων (ακρίβεια θέσης/απόλυτη και σχετική ακρίβεια θέσης) - Διατήρηση της μορφής για τα γραμμικά δεδομένα και τα πολύγωνα (διατήρηση της μορφής - νέο στοιχείο) -Εννοιολογική και τοπολογική συνέπεια στις σχέσεις των οντοτήτων (λογική συνέπεια/εννοιολογική και τοπολογική συνέπεια) 6

7 Δομικό στοιχείο (3): Διαδικασίες σύνθεσης του χάρτη Α. Γενίκευση μοντέλου (τυποποίηση επεμβάσεων και ελέγχων ποιότητας) Φάση 1 η : -Τυποποίηση και καθορισμός των απαραίτητων επεμβάσεων της γενίκευσης μοντέλου σε επίπεδο σχήματος βάσης (schema level) μέσω της αντιστοίχισης των κατηγοριών και των ιδιοτήτων της αρχικής βάσης στις κατηγορίες και στις ιδιότητες της νέας βάσης Φάση 2 η : - Δημιουργία μίας προσωρινής βάσης δεδομένων όπου εφαρμόζονται οι απαραίτητες επεμβάσεις στις οντότητες των κατηγοριών και στις ιδιότητές τους (επεμβάσεις σε επίπεδο οντότητας/instance level) μέσω των οποίων πραγματοποιούνται οι συνολικές επεμβάσεις σε επίπεδο σχήματος που καθορίστηκαν στην πρώτη φάση Φάση 3 η : - Διεξαγωγή των απαραίτητων ελέγχων ποιότητας 7

8 - Έλεγχοι ποιότητας στη φάση της γενίκευσης μοντέλου/στοιχεία ποιότητας Εντοπισμός κατηγοριών που δεν περιέχουν δεδομένα ή περιέχουν δεδομένα που δεν συμμορφώνονται με τους κανόνες του σκοπού της κατηγορίας (πληρότητα/πλεόνασμα) Εντοπισμός εννοιολογικών ασυνεπειών που προέκυψαν από την κατάργηση αντικειμένων ή εξαιτίας άλλων παραγόντων (λογική συνέπεια/εννοιολογική συνέπεια) Εντοπισμός τοπολογικών ασυνεπειών (λογική συνέπεια/τοπολογική συνέπεια) Εντοπισμός κατηγοριών στις οποίες εμφανίζονται κενά πεδία ιδιοτήτων (null values) ή πεδία με εσφαλμένες τιμές (θεματική ακρίβεια/ποσοτική-μη ποσοτική ακρίβεια ιδιοτήτων) Εύρος πεδίου των ιδιοτήτων (λογική συνέπεια/συνέπεια εύρους πεδίου) - Έλεγχοι ποιότητας στη φάση της γενίκευσης μοντέλου/μέτρα ποιότητας ISO

9 Δομικό στοιχείο (3): Διαδικασίες σύνθεσης του χάρτη Β. Χαρτογραφική γενίκευση (τυποποίηση επεμβάσεων και ελέγχων ποιότητας) α) επιλογή και εφαρμογή του αλγορίθμου γενίκευσης, β) διεξαγωγή ελέγχων ποιότητας και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων - Έλεγχοι ποιότητας στη φάση της χαρτογραφικής γενίκευσης/στοιχεία ποιότητας Εντοπισμός οντοτήτων που άλλαξαν γεωμετρικό τύπο και διαγράφηκαν από την κατηγορία τους εξαιτίας των επεμβάσεων γενίκευσης (πληρότητα/παράλειψη). Εντοπισμός εννοιολογικών ασυνεπειών και τοπολογικών ασυνεπειών που προέκυψαν εξαιτίας της αλλαγής της μορφής των γραμμικών οντοτήτων (λογική συνέπεια/εννοιολογική και τοπολογική συνέπεια) Μεταβολή της οριζοντιογραφικής θέσης των οντοτήτων (ακρίβεια θέσης/απόλυτησχετική ακρίβεια) Μεταβολή της μορφής των οντοτήτων (διατήρηση της μορφής- νέο στοιχείο) - Η εισαγωγή νέων στοιχείων ποιότητας επιτρέπεται βάσει των διατάξεων του προτύπου ISO

10 Δομικό στοιχείο (3): Διαδικασίες σύνθεσης του χάρτη Β. Χαρτογραφική γενίκευση - Έλεγχοι ποιότητας στη φάση της χαρτογραφικής γενίκευσης/μέτρα ποιότητας Στοιχεία ποιότητας (ISO 19113), πληρότητα και λογική συνέπεια: μέτρα ποιότητας κατά ISO Στοιχείο ποιότητας (ISO 19113), ακρίβεια θέσης/απόλυτη: το επί τοις εκατό ποσοστό του μήκους των γραμμών του συνόλου δεδομένων εκτός της ζώνης ακρίβειας (buffer) με πλάτος ίσο με το ελάχιστο όριο της οριζοντιογραφικής ακρίβειας βάσει των προδιαγραφών του χάρτη (Goodchild M., Hunter G., 1997) -Γιατί δεν χρησιμοποιούνται τα μέτρα που προβλέπονται στο ISO Γιατί επιλέχθηκε ως μέτρο 10

11 Δομικό στοιχείο (3): Διαδικασίες σύνθεσης του χάρτη Β. Χαρτογραφική γενίκευση - Έλεγχοι ποιότητας στη φάση της χαρτογραφικής γενίκευσης/μέτρα ποιότητας Στοιχεία ποιότητας της διατήρησης της μορφής νέο στοιχείο: η απόσταση μεταξύ της συνάρτησης ( turning function ) αναπαράστασης της μορφής της αρχικής γραμμής και της αντίστοιχης συνάρτησης της γενικευμένης γραμμής (Arkin E. et al.,1991) -Ιδιότητες συνάρτησης turning function : α) είναι ανεξάρτητη της αλλαγής της κλίμακας (change-of-scale), β) είναι ανεξάρτητη της στροφής της γραμμής (rotation), γ) είναι ανεξάρτητη της αλλαγής θέσης της γραμμής (translation), - Υλοποίηση του μέτρου (υπολογισμός της διαφοράς της μορφής 2 γραμμών) α) η αναγωγή των μηκών των γραμμών στο διάστημα [0,1] β) ο υπολογισμός των εμβαδών που σχηματίζονται μεταξύ των γραμμών των 2 συναρτήσεων turning functions 11

12 Αρχική γραμμή Γενικευμένη γραμμή 12

13 Δομικό στοιχείο (3): Διαδικασίες σύνθεσης του χάρτη Β. Χαρτογραφική γενίκευση - Εφαρμογή Γενίκευση γραμμικών δεδομένων κλίμακας 1/ με την χρήση του αλγορίθμου Douglas-Peucker Οριζοντιογραφική ακρίβεια βάσει προδιαγραφών (κλ ): 1000 m-2000 m Επιλογή τιμών της παραμέτρου του αλγορίθμου: 100m-1000m, βήμα 20m Πρώιμα αποτελέσματα, βάσει οπτικής εξέτασης των γενικευμένων γραμμών: -στις περιπτώσεις των γραμμών που αποτελούνται από όμοιας μορφής τμήματα η διαφορά μεταξύ των συναρτήσεων turning angle function της αρχικής και της γενικευμένης γραμμής αυξάνεται με την αύξηση της παραμέτρου του αλγορίθμου και το εύρος διακύμανσης αυτής της διαφοράς είναι σχετικά μικρό - το σφάλμα της οριζοντιογραφικής ακρίβειας της γενικευμένης γραμμής διατηρείται εντός των αποδεκτών ορίων αλλά τα αποτελέσματα της γενίκευσης ως προς την μορφή της γραμμής κρίθηκαν μη αποδεκτά 13

14 Συμπεράσματα/επόμενο στάδιο εργασιών α) ο εντοπισμός μίας συγκεκριμένης τιμής της διαφοράς μεταξύ των δύο συναρτήσεων turning angle function, της αρχικής και της γενικευμένης γραμμής που θα είναι δηλωτικός της σύγκλισης των μορφών β) ο εντοπισμός του κρίσιμου ορίου της διαφοράς μεταξύ των συναρτήσεων turning angle functions της αρχικής και της γενικευμένης γραμμής βάσει του οποίου θα λήγει η διαδικασία της χαρτογραφικής γενίκευσης γιατί η υπέρβαση αυτού θα οδηγεί στη δημιουργία μορφών μη αποδεκτών, γ) ο προσδιορισμός ενός εύρους τιμών της παραμέτρου του αλγορίθμου γενίκευσης στο οποίο τα αποτελέσματα ως προς τη μορφή θα είναι αποδεκτά 14