ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. «Σχεδίαση και Υλοποίηση ενός Γεωγραφικού Πληροφοριακού Συστήματος σε Περιβάλλον Arc GIS.»

Transcript

1 ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «Σχεδίαση και Υλοποίηση ενός Γεωγραφικού Πληροφοριακού Συστήματος σε Περιβάλλον Arc GIS.» «Design and Implementation of a Geographic Information System in Arc GIS.» Επιβλέπων Καθηγητής: Σπουδάστρια: κ. Γκούμας Στέφανος Κυπριάδου Άννα, Α.Ε.Μ ΜΑΙΟΣ 2015

2 Περιεχόμενα Περίληψη... 3 Summary... 4 Ευχαριστίες... 5 Πρόλογος... 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα Τι είναι τα συστήματα GIS Γιατί είναι σημαντικά τα GIS Η ιδιαιτερότητα της Χωρικής Πληροφορίας (Spartial Information) Σύντομη Ιστορική Αναδρομή στα συστήματα GIS Η επιστήμη της επίλυσης των προβλημάτων Τα συστατικά μέρη ενός συστήματος GIS Εφαρμογές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Προϊόντα Λογισμικού GIS Προηγούμενες Επιστημονικές Εργασίες σε GIS Καταπολέμηση δάκου Αυτοκινούμενα οχήματα Εφαρμογή στην Τοπική Αυτοδιοίκηση Εφαρμογή στην Τουριστική Πληροφόρηση Εφαρμογή στην Αρχαιολογία Δομή των Γεωγραφικών πληροφορικών συστημάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Αρχές γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων Εισαγωγή στα Πληροφοριακά Συστήματα Ψηφιακή αναπαράσταση Ψηφιακή Γεωγραφική Αναπαράσταση Είδη Γεωγραφικών Δεδομένων Ψηφιδωτή και διανυσματική αναπαράσταση γεωγραφικών δεδομένων Δεδομένα τύπου RASTER Διανυσματικά δεδομένα (τύπου VECTOR) Αναπαράσταση συνεχών πεδίων Μοντελοποίηση Γεωγραφικών Δεδομένων Γενική Περιγραφή Μοντέλων Δεδομένων Μοντέλα αναπαράστασης χωρικών δεδομένων Χωρικοί Τύποι Δεδομένων Τύποι Μοντέλων - Στατικά μοντέλα και δείκτες Ακρίβεια και εγκυρότητα δοκιμή του μοντέλου Χωρικές Λειτουργίες Χωρική Μοντελοποίηση με συστήματα GIS Γεωαναφορά Σελίδα 1 από 95

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Τεχνικές γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων Λογισμικό GIS Η εξέλιξη του λογισμικού GIS GIS ανά έργο, τμήμα και επιχείρηση Συλλογή δεδομένων GIS Ροή εργασιών συλλογής δεδομένων Αποτύπωση πρωτογενών γεωγραφικών δεδομένων Αποτύπωση δεδομένων ράστερ Αποτύπωση διανυσματικών δεδομένων Αποτύπωση δευτερογενών γεωγραφικών δεδομένων Αποτύπωση δεδομένων ράστερ με τη χρήση σαρωτών Χειροκίνητη ψηφιοποίηση Ανάλυση Χάρτες και χαρτογραφία των GIS ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Τεχνολογία Συστημάτων Βάσεων Δεδομένων Bάσεις Δεδομένων (ΒΔ) Συστήματα διαχείρισης Βάσεων δεδομένων Σχεσιακό μοντέλο και Σχεσιακό Σύστημα Διαχείρισης ΒΔ (RDBMS) Γεωγραφικές Βάσεις Δεδομένων Είδη Γεωγραφικών Βάσεων Δεδομένων Διαχωρισμός Γεωβάσεων με βάση το χρήστη Αντικείμενο σχεσιακή τεχνολογία και το λογισμικό της Oracle Oracle Spatial ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Το λογισμικό ArcGIS Η δομή του ΑrcGIS Desktop Παρουσίαση του ArcMap Παρουσίαση του ArcCatalog Παρουσίαση του Geoprocessing ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Διαχείριση και υλοποίηση των συστημάτων GIS Υλοποίηση Gis Η διαδικασία ανάπτυξης ενός βιώσιμου συστήματος GIS Επιλογή Συστήματος Gis Αποτελεσματική σχεδίαση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Συμπεράσματα Παράρτημα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

4 Περίληψη Η παρούσα πτυχιακή εργασία έχει ως σκοπό την ανάδειξη του σχεδιασμού και της υλοποίησης ενός Γεωγραφικού Πληροφοριακού Συστήματος σε περιβάλλον Arc GIS. Με αυτό εννοούμε τη διαχείριση όλων εκείνων των δεδομένων (αναλογικών και ψηφιακών) που συγκεντρώνονται διάσκορπα σε διάφορες Τεχνικές Υπηρεσίες Δήμων ή/και Νομαρχιών. Η εργασία επικεντρώνεται στο ρόλο των Γ.Σ.Π και ειδικότερα των διαδικτυακών Γ.Σ.Π. αναδεικνύοντας την καθοριστική τους συμβολή στην ορθολογική διαχείριση, οργάνωση και οπτικοποίηση αστικών δεδομένων. Συγκεκριμένα, μέσω του λογισμικού ArcGIS Server, επιχειρείται η δημιουργία ενός συστήματος και μιας ενιαίας βάσης χωροταξικών και πολεοδομικών δεδομένων, η οποία σε συνδυασμό με την υπάρχουσα νομοθεσία, δημοσιεύεται στο διαδίκτυο σαν μια Web εφαρμογή. Αυτή η εφαρμογή απευθύνεται τόσο στους υπαλλήλους του Δήμου όσο και στους απλούς πολίτες - δημότες συμβάλλοντας από τη μια πλευρά στη ριζική βελτίωση των μεθόδων και των τρόπων λειτουργίας των υπηρεσιών του Δήμου και από την άλλη στην ελεύθερη διάχυση δεδομένων και πληροφοριών προς τους πολίτες, τις επιχειρήσεις, τους φορείς της πόλης και ευρύτερα τη δημόσια διοίκηση Σελίδα 3 από 95

5 Summary This thesis aims to highlight the design and implementation of a Geographic Information System in Arc GIS. By this we mean the management of all the data (analog and digital ) being gathered which was dispersed in various Technical Services Municipalities and / or Prefectures. This paper focuses on the role of GIS especially of online GIS highlighting the crucial contribution to the rational management, organization and visualization of urban data. Specifically, using the software ArcGIS Server, it is attempted to create a system and a single base of planning and building data, which in combination with the existing legislation, is published online as a Web application. This application is addressed both to officials of the Municipality and to ordinary citizens of the community contributing on the one side to radically improve the methods and modes of municipal services and on the other to freely disperse data and information to citizens, businesses, the bodies of the city and the wider public administration.

6 Ευχαριστίες Η πτυχιακή αυτή εργασία σηματοδοτεί το τέλος των σπουδών μου, ως προπτυχιακή φοιτήτρια στο τμήμα Διαχείρισης Πληροφοριών του ΤΕΙ Καβάλας. Αποτελεί ίσως τον καλύτερο τρόπο λήξης των σπουδών μου. Με την ευκαιρία αυτή, θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες προς τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Γκούμα Στέφανο, για την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα τόσο ενδιαφέρον θέμα εφαρμογής και σύγχρονης τεχνολογίας, καθώς και για τη σημαντική επιστημονική βοήθεια του στη διεκπεραίωση της εργασίας αυτής. Οι παρατηρήσεις του αποδείχτηκαν θεμελιώδους σημασίας για την εκπλήρωση του στόχου της εργασίας. Ευχαριστώ, επίσης,τον κ Βαλσαμίδη Σταύρο καθώς και τον κ.παπαδημητρίου Στέργιο για το χρόνο που θα διαθέσουν,ως μέλη της επιτροπής αξιολόγησης της εργασίας αυτής καθώς και όλους τους καθηγητές μου στο ΤΕΙ Καβάλας μέσω των οποίων πήρα επιστημονικές γνώσεις και εμπειρία για αντιμετώπιση προβλημάτων. Θα ήθελα επίσης,να ευχαριστήσω φοιτητές του τμήματος γεωπληροφορικής και τοπογραφίας του Τ.Ε.Ι. Σερρών που με τις γνώσεις και τη βιβλιογραφία που μου παρείχαν διευκόλυναν πολύ το έργο μου τόσο στη κατανόηση όσο και στην υλοποίηση του. Τέλος ευχαριστώ τους φίλους και την οικογένεια μου για την ηθική συμπαράσταση κατά τη διάρκεια εκπόνησης της πτυχιακής αυτής εργασίας. Σελίδα 5 από 95

7 Πρόλογος Ένα γεωγραφικό πληροφοριακό σύστημα, ή GIS είναι ένα σύστημα, που σκοπός του είναι να συλλέξει, να αποθηκεύσει, να χειριστεί, να αναλύσει, να διαχειριστεί και να παρουσιάσει όλους τους τύπους γεωγραφικών δεδομένων. Τα GIS χρησιμοποιούνται κυρίως για τη δημιουργία χαρτών που συνδυάζουν χρήσιμες πληροφορίες για περιβαλλοντικές και γεωλογικές μελέτες, για την εφαρμοσμένη μηχανική, τον προγραμματισμό, το επιχειρησιακό μάρκετινγκ και άλλες επιστήμες. Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (Geographic Information Systems GIS) είναι μια βασική τεχνολογία που έχει γίνει απαραίτητη στην ανάλυση, διαμόρφωση και κατανόηση του περιβάλλοντος. Η γνώση των GIS είναι σημαντική για τους υπεύθυνους του χωροταξικού σχεδιασμού, τους υπεύθυνους καθορισμού της χρήσης γης και τους αρχιτέκτονες που εργάζονται για το δημόσιο ή τον ιδιωτικό τομέα. Συγχρόνως τα GIS έχουν γίνει όλο και πιο αναγκαία σε όλους τους τομείς της έρευνας, της επαγγελματικής πρακτικής και της χάραξης πολιτικών, συμπεριλαμβανομένων των υποδομών, της δημόσιας υγείας, της σχεδίασης με γνώμονα την οικολογία, καθώς και της παραγωγής και της διαχείρισης της ενέργειας. Κατά συνέπεια, η χωροταξική ανάλυση και ο σχεδιασμός σχετίζονται με πολλούς επιστημονικούς τομείς. Αυτό προϋποθέτει την ύπαρξη επαγγελματιών με σημαντική γνώση των GIS και της χωροταξίας. Η λειτουργία των GIS στηρίζεται σε μια βάση δεδομένων (database) η οποία αποτελείται από μια σειρά πληροφοριακών επιπέδων, που αφορούν στην ίδια γεωγραφική περιοχή. Η βάση αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί από διάφορους χρήστες για την κάλυψη πληροφοριακών αναγκών. Το καθένα από τα επίπεδα αυτά, περιλαμβάνει είτε μη επεξεργασμένα δεδομένα, όπως τοπογραφικά, δορυφορικά κλπ, είτε θεματικές πληροφορίες όπως είδος βλάστησης, τύπος εδαφών, κλίση και ανάγλυφο, αποτελέσματα ταξινόμησης δορυφορικών δεδομένων κλπ. Όλα όμως τα παραπάνω, είναι αυστηρά συνδεδεμένα με ένα κοινό γεωγραφικό σύστημα, ώστε να καθίσταται δυνατός ο συνδυασμός ορισμένων από αυτά, ανάλογα με τις επιθυμίες του χρήστη. Θα πρέπει να τονιστεί ότι όλα τα δεδομένα και οι πληροφορίες είναι σε ψηφιακή μορφή και η επεξεργασία τους γίνεται με ειδικά προγράμματα.ο αντικειμενικός σκοπός της συλλογής και αποθήκευσης των δεδομένων σε μια βάση, είναι η συσχέτιση γεγονότων και καταστάσεων τα οποία προηγουμένως ήταν χωριστά.

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα 1.1 Τι είναι τα συστήματα GIS Εικόνα 1.1: Απόσπασμα ψηφιακού χάρτη κλίμακας 1: Τα GIS (Geographic Information Systems) ή αλλιώς Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΣΓΠ) είναι πληροφοριακά συστήματα (Information Systems) τα οποία παρέχουν τη δυνατότητα: Συλλογής Διαχείρισης Αποθήκευσης Επεξεργασίας Ανάλυσης, και Οπτικοποίησης Όλα αυτά γίνονται σε ψηφιακό περιβάλλον των δεδομένων που σχετίζονται με το χώρο. Τα δεδομένα αυτά συνήθως καλούνται γεωγραφικά ή χαρτογραφικά ή και χωρικά και μπορεί να συσχετίζονται με μια σειρά από περιγραφικά δεδομένα τα οποία και τα χαρακτηρίζουν μοναδικά. Η χαρακτηριστική δυνατότητα που παρέχουν τα GIS είναι αυτή της σύνδεσης της χωρικής με την περιγραφική πληροφορία (η οποία δεν έχει από μόνη της χωρική υπόσταση). Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία αυτή βασίζεται: Στο σχεσιακό μοντέλο δεδομένων (relational), όπου τα περιγραφικά δεδομένα πινακοποιούνται χωριστά και αργότερα συσχετίζονται με τα χωρικά δεδομένα μέσω κάποιων μοναδικών τιμών που είναι κοινές και στα δύο είδη δεδομένων, ή Στο αντικειμενοστραφές μοντέλο δεδομένων (object - oriented), όπου τόσο τα χωρικά όσο και τα περιγραφικά δεδομένα συγχωνεύονται σε αντικείμενα τα οποία μπορεί να μοντελοποιήσουν κάποια αντικείμενα με φυσική υπόσταση (π.χ. κατηγορία = «δρόμος», όνομα = «Πανεπιστημίου», γεωμετρία = «[Χ1,Υ1], [Χ2,Υ2]», πλάτος = «20μέτρα») Το αντικειμενοστραφές μοντέλο τείνει να χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο σε εφαρμογές GIS εξαιτίας: Των αυξημένων δυνατοτήτων του σε σχέση με το σχεσιακό μοντέλο

9 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Της δυνατότητας που παρέχει για την εύκολη και απλοποιημένη μοντελοποίηση σύνθετων φυσικών φαινομένων των αντικειμένων με χωρική διάσταση Αρκετές φορές η ολοκληρωμένη έννοια των GIS (integrated GIS concept) επεκτείνεται ώστε να συμπεριλάβει τόσο τα δεδομένα (που αποτελούν ουσιαστικά τον πυρήνα τους), το λογισμικό και το μηχανικό εξοπλισμό όσο και τις διαδικασίες και το ανθρώπινο δυναμικό που αποτελούν αναπόσπαστα τμήματα ενός οργανισμού, ο οποίος έχει σαν πρωταρχική του δραστηριότητα τη διαχείριση πληροφορίας με τη βοήθεια GIS. Η Ψηφιακή Χαρτογραφία είναι η παραγωγή χαρτών και χαρτογραφικών προϊόντων σε ψηφιακό περιβάλλον. Εννοιολογικά είναι υποσύνολο των GIS, και ταυτίζεται με το στάδιο της οπτικοποίησης (visualization) αφού στις περισσότερες περιπτώσεις: Το παράγωγο προϊόν είναι κάποιος χάρτης, είτε στη γνωστή του μορφή, δηλαδή εκτυπωμένος σε χαρτί, είτε σε ψηφιακό αρχείο (softcopy) Δεν απαιτεί όλες τις λειτουργίες (κυρίως αυτές της επεξεργασίας και ανάλυσης) που παρέχει ένα Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών. [1] 1.2 Γιατί είναι σημαντικά τα GIS Σχεδόν οτιδήποτε συμβαίνει, γίνεται κάπου στη γη. Οι δραστηριότητες μας, στο μεγαλύτερο μέρος τους, περιορίζονται κοντά στην επιφάνεια της γης και επάνω σε αυτή. Ταξιδεύουμε επάνω από τη γη, στα χαμηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, και μέσα σε σήραγγες τις οποίες σκάβουμε μόλις κάτω από την επιφάνειά της. Σκάβουμε ορύγματα και τοποθετούμε αγωγούς και καλώδια, κατασκευάζουμε ορυχεία για να φτάσουμε σε κοιτάσματα ορυκτών, και κάνουμε γεωτρήσεις για να αποκτήσουμε πρόσβαση στο πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Είναι σημαντικό να παρακολουθούμε όλες αυτές τις δραστηριότητες και η γνώση του που συμβαίνουν μπορεί να αποτελεί την πιο καλή αφετηρία γι' αυτόν το σκοπό. Η γνώση της θέσης όπου συμβαίνει κάτι είναι κρίσιμης σημασίας αν θέλουμε να πάμε εκεί εμείς οι ίδιοι ή να στείλουμε κάποιον άλλο, για να βρούμε πληροφορίες γι' αυτό το μέρος, ή για να πληροφορήσουμε τους ανθρώπους που ζουν εκεί κοντά. Επίσης, οι περισσότερες αποφάσεις έχουν γεωγραφικές συνέπειες για παράδειγμα, η υιοθέτηση ενός συγκεκριμένου τύπου χρηματοδότησης δημιουργεί γεωγραφικά νικητές και ηττημένους. Επομένως, η γεωγραφική θέση αποτελεί σημαντικό χαρακτηριστικό των δραστηριοτήτων, των πολιτικών, των στρατηγικών, και των σχεδιασμών. Τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών είναι μια ειδική κατηγορία των συστημάτων πληροφοριών τα οποία παρακολουθούν όχι μόνο συμβάντα, δραστηριότητες, και αντικείμενα, αλλά και το πού αυτά συμβαίνουν ή υπάρχουν. Η σπουδαιότητα της θέσης την καθιστά μέρος πολλών προβλημάτων που είναι υποχρεωμένη να λύνει η κοινωνία. Μερικά από αυτά είναι τόσο συνηθισμένα ώστε σχεδόν περνούν απαρατήρητα, για παράδειγμα, το καθημερινό ερώτημα ποια διαδρομή να ακολουθήσουμε όταν πηγαίνουμε στη δουλειά μας ή όταν επιστρέφουμε από αυτή. Τα προβλήματα που περιλαμβάνουν τον παράγοντα θέσης, είτε στις πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για την επίλυσή τους, είτε στις ίδιες τις λύσεις, ονομάζονται γεωγραφικά προβλήματα. [13]

10 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα Ακολουθούν μερικά παραδείγματα: Τα διοικητικά στελέχη των υγειονομικών υπηρεσιών, όταν αποφασίζουν πού να δημιουργήσουν νέες κλινικές και νοσοκομεία, λύνουν γεωγραφικά προβλήματα (και μπορεί να δημιουργούν άλλα). Οι εταιρείες διανομής, όταν αποφασίζουν για τις διαδρομές και τον προγραμματισμό των δρομολογίων των οχημάτων τους, συχνά σε καθημερινή βάση, λύνουν γεωγραφικά προβλήματα. Οι αρχές μεταφορών, όταν επιλέγουν διαδρομές για νέες εθνικές οδούς, λύνουν γεωγραφικά προβλήματα. Οι αγρότες, όταν χρησιμοποιούν νέες τεχνολογίες πληροφοριών για να παίρνουν καλύτερες αποφάσεις σχετικά με τις ποσότητες των λιπασμάτων και φυτοφαρμάκων που πρέπει να προσθέσουν στα διάφορα τμήματα των χωραφιών τους, λύνουν γεωγραφικά προβλήματα. Μερικά προβλήματα είναι αυστηρά πρακτικά από τη φύση τους συχνά απαιτούν λύση όσο γίνεται πιο γρήγορα και ίσως με ελάχιστο κόστος, ώστε να επιτευχθούν πρακτικοί στόχοι όπως η εξοικονόμηση χρημάτων, η αποφυγή προστίμων από τους εποπτικούς μηχανισμούς, ή η αντιμετώπιση μιας έκτακτης κατάστασης. Άλλα χαρακτηρίζονται καλύτερα ως υποκινούμενα από την ανθρώπινη περιέργεια. Όταν χρησιμοποιούμε τα γεωγραφικά δεδομένα για να επαληθεύσουμε τη θεωρία μετακίνησης των ηπείρων, να χαρτογραφήσουμε την κατανομή των παγετωδών ζητημάτων, ή να αναλύσουμε τις ιστορικές μετακινήσεις πληθυσμών στην ανθρωπολογική ή αρχαιολογική,δεν υπάρχει η αίσθηση ενός άμεσου προβλήματος που απαιτεί λύση πρόθεσή μας είναι η προαγωγή της κατανόησης του κόσμου από τον άνθρωπο, κάτι που συχνά αναγνωρίζουμε ως σκοπό της επιστήμης. Αν και η επιστήμη και η επίλυση πρακτικών προβλημάτων συχνά θεωρούνται διαφορετικές ανθρώπινες δραστηριότητες, πολλές φορές υποστηρίζεται ότι δεν μπορεί να γίνει πλέον ουσιαστική διάκριση μεταξύ των μεθόδων τους. Τα εργαλεία και οι μέθοδοι που χρησιμοποιεί ένας επιστήμονας ο οποίος εργάζεται σε μια κρατική υπηρεσία για να προστατεύσει ένα υπό εξαφάνιση είδος είναι ουσιαστικά ίδια με αυτά που χρησιμοποιεί ένας ακαδημαϊκός οικολόγος για να προαγάγει την επιστημονική γνώση για τα βιολογικά συστήματα. Και οι δύο χρησιμοποιούν τις πιο ακριβείς συσκευές μέτρησης, χρησιμοποιούν όρους με ευρύτατα αποδεκτή σημασία, επιμένουν ότι τα αποτελέσματά τους θα πρέπει να έχουν επαναληψιμότητα, και γενικά ακολουθούν όλες τις επιστημονικές αρχές οι οποίες έχουν εξελιχθεί τους τελευταίους αιώνες. Η χρήση των συστημάτων GIS και στα δύο είδη δραστηριοτήτων είναι βέβαιο ότι ενισχύει την ιδέα ότι η επιστήμη και η επίλυση πρακτικών προβλημάτων δε διαφέρουν πλέον ως προς τις μεθόδους, όπως επίσης και το γεγονός ότι τα συστήματα GIS χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε κάθε είδους οργανισμούς, από ακαδημαϊκά ιδρύματα μέχρι κρατικές υπηρεσίες και εταιρείες. Η χρήση παρόμοιων εργαλείων και μεθόδων, τόσο στην επιστήμη όσο και στην επίλυση προβλημάτων, αποτελεί μέρος της μετάθεσης του ενδιαφέροντος στους παραδοσιακούς ακαδημαϊκούς κλάδους, από την περιέργεια, στην προσηλωμένη στην επίλυση προβλημάτων διαθεματική ομαδική εργασία. Σελίδα από 95

11 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου 1.3 Η ιδιαιτερότητα της Χωρικής Πληροφορίας (Spartial Information) Η χαρακτηριστική δυνατότητα που παρέχουν τα GIS είναι αυτή της σύνδεσης της χωρικής με την περιγραφική πληροφορία (η οποία δεν έχει από μόνη της χωρική υπόσταση). Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την λειτουργία αυτή βασίζεται: Είτε στο σχεσιακό (relational) μοντέλο δεδομένων, όπου τα περιγραφικά δεδομένα πινακοποιούνται χωριστά και αργότερα συσχετίζονται με τα χωρικά δεδομένα μέσω κάποιων μοναδικών τιμών που είναι κοινές και στα δύο είδη δεδομένων. Είτε στο αντικειμενοστραφές (object-oriented) μοντέλο δεδομένων, όπου τόσο τα χωρικά όσο και τα περιγραφικά δεδομένα συγχωνεύονται σε αντικείμενα, τα οποία μπορεί να μοντελοποιούν κάποια αντικείμενα με φυσική υπόσταση (π.χ. κατηγορία = "δρόμος", όνομα = "Πανεπιστημίου", γεωμετρία = "[Χ1,Υ1],[Χ2,Υ2]...", πλάτος = "20μέτρα"). Το αντικειμενοστραφές μοντέλο τείνει να χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο σε εφαρμογές GIS εξαιτίας των αυξημένων δυνατοτήτων του σε σχέση με το σχεσιακό μοντέλο της δυνατότητας που παρέχει για την εύκολη και απλοποιημένη μοντελοποίηση σύνθετων φυσικών φαινομένων και αντικειμένων με χωρική διάσταση. [14] 1.4 Σύντομη Ιστορική Αναδρομή στα συστήματα GIS Η ιστορία των γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων είναι παλαιότερη ίσως από όσο πιστεύουμε. Τα πρώτα συστήματα επεξεργασίας χωρικών δεδομένων έκαναν την εμφάνισή τους στο τέλος της δεκαετίας του 50 (Garner, 1993), ενώ το πρώτο πραγματικό Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα δημιουργήθηκε το 1962 στην Οτάβα του Καναδά από τον Δρ. Roger Tomlinson για να περιγράψει ένα Σύστημα Ανάλυσης Χαρτογραφικών Δεδομένων και ονομάστηκε Canada Geographic Information System. Το CGIS αφορούσε φυσικά διαθέσιμα και συγκεκριμένα τη διαχείριση δασών και σταμάτησε να χρησιμοποιείται στα μέσα της δεκαετίας του Τον όρο Geographical Information Systems εισήγαγε ο Burrough το 1986 περιγράφοντάς τα ως: ένα ισχυρό εργαλείο για συλλογή, ανάκληση κατά βούληση, μεταφορά και παρουσίαση χωρικών δεδομένων από τον πραγματικό κόσμο για ένα συγκεκριμένο σκοπό (Freeman et.al., 1993, σ.57). Η μεγάλη ανάπτυξη των Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων συντελέστηκε τη δεκαετία του 1970 καθώς παράλληλη δημιουργία του οικολογικού κινήματος και η απόφαση κυβερνητικών οργανισμών για όλο και περισσότερο έλεγχο στην χρήση γης, κατέστησε σχεδόν επιτακτική την ανάγκη ανάπτυξης αξιόπιστων συστημάτων, τα οποία όχι μόνο θα αποθήκευαν τα δεδομένα, αλλά θα τα διαχειρίζονταν και θα τα επεξεργάζονταν στον επιθυμητό χρόνο. Το ακρωνύμιο GIS εισήχθη το 1970 και το πρώτο λογισμικό ΓΠΣ προέκυψε μόλις στα τέλη της δεκαετίας του 70 από το εργαστήριο της ESRI. Παράλληλα πραγματοποιούνται, στην Οτάβα του Καναδά, τα πρώτα δύο συνέδρια για τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα, υπό την αιγίδα της National Geographical Society (Διεθνούς Γεωγραφικής Ένωσης) και της UNESCO. Στα πλαίσια του συνεδρίου αυτού γράφτηκε το πρώτο βιβλίο για τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα, το οποίο και παρουσιάστηκε στο συνέδριο του 1972.

12 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα Από το 1972 και μετά τα Γ.Π.Σ. μπαίνουν στο πρόγραμμα σπουδών πανεπιστημίων σε Ευρώπη και Βόρειο Αμερική. Από κει και πέρα τα Γ.Π.Σ. είναι άμεσα συνδεδεμένα με την ανάπτυξη των Η/Υ. Στα μέσα της δεκαετίας του 1980, το λογισμικό των Γ.Π.Σ. δέχτηκε σημαντικές βελτιώσεις και σε συνδυασμό με την αύξηση της ταχύτητας και της αποθηκευτικής ικανότητας των workstations και των personal Η/Υ, τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα έγιναν πιο προσιτά, οικονομικά αλλά κυρίως πιο αποτελεσματικά και παραγωγικά με τη βοήθεια της τεχνολογίας. Πιο συγκεκριμένα, τη δεκαετία του 80 οι εταιρείες M & S Computing ( γνωστή αργότερα ως Itergraph), Environmental Systems Research Institute (ESRI) και CARIS, ανέπτυξαν εμπορικές εφαρμογές ΓΠΣ με πολλά στοιχεία δανεισμένα από το CGIS και συνδυάζοντας στοιχεία από την πρώτη γενιά ΓΠΣ με τη δεύτερη, οργανώνοντας τα δεδομένα σε Βάσεις Δεδομένων. Σήμερα το λογισμικό των Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων έχει προχωρήσει σε μεγάλο βαθμό ώστε τα Γ.Π.Σ. χρησιμοποιούνται για την οργάνωση αλλά και την οπτικοποίηση χωρικών δεδομένων. Οι χάρτες δημιουργούνται δυναμικά βάσει αιτήσεων των χρηστών, οι υπηρεσίες διοχετεύονται αυτόματα μέσω εξυπηρετητών στο internet με μηδαμινό κόπο από τους προγραμματιστές ενώ οι υπηρεσίες παρέχονται - μάλιστα με συγκεκριμένες διαπροσωπείες που είναι προσβάσιμες από το δίκτυο - δίνοντας με φθηνή χρέωση την δυνατότητα εκμετάλλευσης των γεωγραφικών πληροφοριών. [15] 1.5 Η επιστήμη της επίλυσης των προβλημάτων Οι άνθρωποί έχουμε δημιουργήσει μια τεράστια αποθήκη πληροφοριών για τον κόσμο μας, η οποία περιλαμβάνει πληροφορίες τόσο για το πώς εκδηλώνεται (τις μορφές του), όσο και για το πώς λειτουργεί, (τις δυναμικές διεργασίες του). Μερικές από αυτές τις διεργασίες είναι φυσικές και συνυφασμένες με τη "σχεδίαση" του πλανήτη, όπως η κίνηση των τεκτονικών πλακών η οποία προκαλεί τους σεισμούς, και η κυκλοφορία της ατμόσφαιρας η οποία δημιουργεί τους τυφώνες. Άλλες διεργασίες έχουν ανθρώπινη προέλευση και αντικατοπτρίζουν την ολοένα αυξανόμενη επιρροή μας στο φυσικό περιβάλλον, μέσω της καύσης των ορυκτών καυσίμων, της καταστροφής των δασών, και της δημιουργίας καλλιεργειών.άλλες διαδικασίες τις επιβάλλουμε με τη μορφή νόμων, κανονισμών, και πρακτικών. Για παράδειγμα, οι κανονισμοί σχεδίων πόλεων επηρεάζουν τους τρόπους με τους οποίους μπορούμε να χρησιμοποιούμε συγκεκριμένα τμήματα γης. Οι διεργασίες όμως μπορεί να είναι πολύ γενικές. Ο τρόπος με τον οποίο η καύση των ορυκτών καυσίμων επηρεάζει την ατμόσφαιρα είναι ουσιαστικά ίδιος τόσο στην Κίνα όσο και στην Ευρώπη, παρόλο που τα δύο αυτά τοπία φαίνονται πολύ διαφορετικά. Άρα συμπεραίνουμε συμφώνα με την επιστήμη, ότι η γενική γνώση εκτιμάται περισσότερο από την ειδική γνώση, άρα εκτιμά περισσότερο τη γνώση που αφορά τις διεργασίες από τη γνώση που αφορά τη μορφή. Φυσικά, και οι δύο είναι απαραίτητες, καθώς η γνώση των γενικών διεργασιών μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων μόνον αν συνδυαστεί αποτελεσματικά με τη γνώση της μορφής. Για παράδειγμα, μπορούμε να εκτιμήσουμε τις επιπτώσεις που έχει η διάβρωση του εδάφους στη γεωργία της Νέας Νότιας Ουαλίας μόνον αν γνωρίζουμε γενικά τον τρόπο με τον οποίο η διάβρωση του εδάφους επηρεάζεται από παράγοντες όπως η κλίση, αλλά και πιο ειδικά, πόσο απότομες κλίσεις υπάρχουν στη Νέα Νότια Σελίδα από 95

13 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Ουαλία και πού βρίσκονται. Ένα από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα των συστημάτων GIS ως εργαλείων επίλυσης προβλημάτων είναι η δυνατότητά τους να συνδυάζουν το γενικό με το ειδικό, όπως στο προηγούμενο παράδειγμα με τη Νέα Νότια Ουαλία. Ένα σύστημα GIS σχεδιασμένο για να λύσει αυτό το πρόβλημα θα περιείχε γνώσεις που θα αφορούσαν οι κλίσεις του εδάφους της Νέας Νότιας Ουαλίας σε μορφή ηλεκτρονικών χαρτών, ενώ τα προγράμματα που θα εκτελούσε θα αντανακλούσαν τις γενικές γνώσεις για τον τρόπο με τον οποίο οι κλίσεις επηρεάζουν τη διάβρωση του εδάφους. Το λογισμικό ενός συστήματος G1S αποτυπώνει και εφαρμόζει γενικές γνώσεις, ενώ η βάση δεδομένων του παρουσιάζει συγκεκριμένες πληροφορίες. Με αυτή την έννοια, τα συστήματα GIS δίνουν λύση στην παλιά διαμάχη μεταξύ της ιδιογραφικής και νομοθετικής γεωγραφίας, χρησιμοποιώντας και τις δύο. [16] 1.6 Τα συστατικά μέρη ενός συστήματος GIS Tα συστατικά μέρη που αποτελούν ένα γεωγραφικό σύστημα είναι πέντε, το ανθρώπινο δυναμικό, τα δεδομένα, ο εξοπλισμός, το λογισμικό και οι διαδικασίες, ενώ τελευταία έχει προστεθεί και ένα έκτο, αυτό του ΔΙΑΔΙΚΤΙΟΥ Εικόνα 1.2 Συστατικά μέρη ΓΠΣ Το ανθρώπινο δυναμικό, ο κόσμος δηλαδή που θα ασχοληθεί με το σύστημα, αποτελεί το σημαντικότερο παράγοντα, αφού είναι ο συντονιστής του συστήματος και μπορεί να υποστηρίξει, στον βαθμό που του επιτρέπουν οι γνώσεις, η εμπειρία και η ικανότητα του, την ανάπτυξη, υλοποίηση και λειτουργία του Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών.

14 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα Τα δεδομένα είναι ο βασικός εκείνος παράγοντας που αποτελεί τη θεμέλια βάση της ανάπτυξης του συστήματος. Είναι όμως και μια διαδικασία χρονοβόρα, που χρονοβόρα, που απαιτεί εξαρχής σωστό σχεδιασμό και σημαντική επένδυση από την πλευρά του κόστους και του χρόνου. Η σχέση κόστους μεταξύ δεδομένων - λογισμικού - εξοπλισμού είναι αρκετά δυσανάλογη και συνήθως, στις μεγάλες εφαρμογές, φτάνει την αναλογία Αυτή η αναλογία δείχνει τη σημαντικότητα που έχουν τα δεδομένα και μάλιστα τα ακριβή, ενήμερα, ολοκληρωμένα και σωστά καταχωρημένα δεδομένα είτε πρόκειται για χωρικά είτε για μη χωρικά δεδομένα. Ο εξοπλισμός αναφέρεται σε όλες τις μονάδες που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη του συστήματος, και μπορεί να περιλαμβάνει εκτός από την κεντρική μονάδα επεξεργασίας, τους τερματικούς σταθμούς εργασίας, και περιφερειακές συσκευές όπως είναι ο ψηφιοποιητής (digitizer), ο σχεδιογράφος (plotter), ο σαρωτής (scanner), οι συσκευές αποθήκευσης αντιγράφων (backups media) και τα αδιάλειπτα τροφοδοτικά τάσης (ups). Το λογισμικό περιλαμβάνει όλα τα απαραίτητα προγράμματα και εργαλεία που είναι αναγκαία για την αποθήκευση, ανάλυση και εμφάνιση των γεωγραφικών πληροφοριών. Στο λογισμικό συμπεριλαμβάνεται και ένα σύστημα διαχείρισης βάσης δεδομένων, που ανάλογα με το μέγεθος της εφαρμογής, μπορεί να αποτελεί ξεχωριστό περιβάλλον εργασίας (εξωτερική βάση δεδομένων, π.χ. ORACLE, SYBASE, INFORMIX, ACCESS, DBASE) ή να είναι ενσωματωμένο στο γενικευμένο λογισμικό ΓΣΠ. (Χ. Χαλκιάς-Εισαγωγή στα Gis) [2] 1.7 Εφαρμογές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών των ΓΠΣ, που έχουν σχέση με θέματα της φύσης, κοινωνικοοικονομικά, τεχνικά θέματα, αλλά και γεωγραφικά, χαρτογραφικά. Χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία χωρικών δεδομένων για χωροταξικό και αναπτυξιακό σχεδιασμό, σε γεωγραφικές και τοπογραφικές εφαρμογές, αλλά κυρίως στον τομέα προστασίας του περιβάλλοντος. Οι λειτουργίες ενός ΓΠΣ μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπου υπάρχει ανάγκη για διαχείριση χωρικών δεδομένων ή ακόμα και για ανάλυση της χωρικής διάστασης των δεδομένων. Η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας των υπολογιστών, καθιστά εφικτές πολλές από τις εφαρμογές που εξαιτίας του όγκου και της πολυπλοκότητας της διαθέσιμης πληροφορίας μέχρι και πριν από λίγα χρόνια παρέμεναν εξωπραγματικές. Ενδεικτικά, μερικές από τις πλέον κοινές εφαρμογές των GIS είναι οι παρακάτω: Περιβαλλοντική Διαχείριση και Δασονομία Εκπαίδευση και Υγεία-Κοινωνική Πρόνοια Οργανισμοί Τοπικής Αυτοδιοίκησης Πολεοδομία και Χωροταξία Κατασκευές έργων μεγάλης κλίμακας (π.χ. οδοποιία κ.α.) Διαχείριση Δικτύων Κοινής Ωφελείας (ΑΜ/ FM) Σελίδα από 95

15 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Κτηματολόγιο και Κτηματογραφήσεις Τοπογραφία, Γεωδαισία και Υδρογραφία Γεωλογία και Υδρογεωλογία Δίκτυα Μεταφορών και Επικοινωνιών Πυροσβεστική, Δασική Υπηρεσία, Αστυνομία Προγραμματισμό δράσης έκτακτης ανάγκης Αυτόματη Πλοήγηση Διάθεση αποβλήτων Αρχαιολογία Γεωργία Ανάλυση Αγοράς Η τεχνολογία του GIS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις επιστημονικές έρευνες, τη διαχείριση των πόρων και τον προγραμματισμό της ανάπτυξης. Παραδείγματος χάριν, ένα GIS μπορεί να επιτρέψει στους αρμόδιους για το σχεδιασμό έκτακτης ανάγκης να υπολογίσουν εύκολα τους χρόνους απόκρισης έκτακτης ανάγκης σε περίπτωση φυσικής καταστροφής, ή ακόμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει τους υγροτόπους που χρειάζονται προστασία από τη ρύπανση. Χρησιμοποιείται και για σχεδιασμό χαρτών και μάλιστα οι χάρτες είναι ένα από τα πιο κοινά προϊόντα ενός ΓΠΣ. Ουσιαστικά ενσωματώνει παραδοσιακούς χαρτογράφους για την αυτοματοποιημένη παραγωγή των χαρτών. [17] Στον αστικό χώρο τα προβλήματα για τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα συστήματα λήψης αποφάσεων είναι αρκετά και έχουν σχέση κυρίως με τον στρατηγικό σχεδιασμό της πόλης.οι πιθανές εφαρμογές αφορούν τον δημόσιο αλλά και τον ιδιωτικό τομέα. Οι πλέον συνηθισμένες είναι: Προβλέψεις για την μελλοντική ανάπτυξη της πόλης Κυκλοφοριακές μελέτες Δρομολόγηση περιπολικών και άλλων οχημάτων άμεσης βοήθειας Χάραξη δρομολογίων για φορτηγά με επικίνδυνες ουσίες Μελέτη επιπτώσεων στο οδικό δίκτυο από το «κλείσιμο» ενός δρόμου Χωροθέτηση υπηρεσιών κοινής ωφελείας (σχολεία, νοσοκομεία άλλες υπηρεσίες) Σχεδιασμός συλλογής απορριμμάτων Χωροθέτηση καταστημάτων, υπηρεσιών ιδιωτικού τομέα 1.8 Προϊόντα Λογισμικού GIS Το ArcGIS είναι μια ολοκληρωμένη συλλογή από προϊόντα λογισμικού GIS. [4] Παρέχει μια πλατφόρμα για διαδικασίες χωρικής ανάλυσης, διαχείρισης δεδομένων και απεικόνισης. Το ArcGIS είναι επεκτάσιμο και μπορεί να ενσωματωθεί σε ήδη υπάρχοντα συστήματα επιχειρησιακών διαδικασιών όπως work order management, business intelligence και executive dashboards.μερικά από τα προϊόντα του είναι:

16 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα ArcGIS Desktop Το ArcGis Desktop περιλαμβάνει μία ομάδα από ενοποιημένες εφαρμογές στις οποίες συμπεριλαμβάνονται ArcCatalog, ArcMap, ArcGlobe, ArcToolbox και ModelBuilder. ArcGIS Extensions Οι επεκτάσεις του περιβάλλοντος του ArcGIS, αποτελούν ξεχωριστά προϊόντα τα οποία προσθέτουν επιπλέον λειτουργικότητα στο λογισμικό πακέτο. Αυτά τα εξειδικευμένα εργαλεία επιτρέπουν στο χρήστη να ασχοληθεί με προχωρημένα θέματα, όπως τρισδιάστατη οπτικοποίηση, χωρική ανάλυση, γεωστατιστική, ανάλυση δικτύων, και πολλά ακόμα. ArcGIS 3D Analyst Το ArcGIS 3D Analyst είναι μια από τις βασικότερες επεκτάσεις του ArcGIS Desktop που επιτρέπει την αποτελεσματική απεικόνιση και ανάλυση δεδομένων. H σημαντικότερη λειτουργία του, είναι η απεικόνιση της τρίτης διάστασης από ψηφιακά δεδομένα τα οποία έχουν στη βάση τους κάποια τιμή z (π.χ: ύψος, βάθος). Είναι επίσης η μόνη επέκταση που προσφέρει το δικό της εξειδικευμένο περιβάλλον εργασίας για την απεικόνιση, διαχείριση και ανάλυση των τρισδιάστατων δεδομένων, το ArcScene. ArcGIS Geostatistical Analyst Το ArcGIS Geostatistical Analyst είναι μια επέκταση του ArcGIS Desktopη οποία παρέχει μια ισχυρή εργαλειοθήκη για την διερεύνηση χωρικών δεδομένων και την παραγωγή επιφανειών. Γεφυρώνει αποτελεσματικά το κενό ανάμεσα στα συστήματα GIS και στη γεωστατιστική ανάλυση, επιτρέποντας τη μοντελοποίηση χωρικών φαινομένων, την ανάλυση του ρίσκου και την ακριβή πρόβλεψη τιμών εντός μιας περιοχής μελέτης. ArcGIS Network Analyst Το ArcGIS Net work Analyst είναι μία επέκταση του ArcGIS Desktop που βοηθά στην διεξαγωγή χωρικών αναλύσεων που βασίζονται στα δίκτυα. Με το ArcGIS Network Analyst, μπορούν να δημιουργηθούν εφαρμογές που χτίζουν multimodal δρομολογήσεις, παρέχουν κατευθύνσεις πορείας, βρίσκουν τις κοντινότερες υποδομές, και μπορούν να δημιουργήσουν περιοχές εξυπηρέτησης και πίνακες κόστους αφετηρίας-προορισμού. ArcGIS Schematics Το ArcGIS Schematics αποτελεί επέκταση του ArcGIS Desktop που επιτρέπει τον ταχύ έλεγχο δικτυακής συνδεσιμότητας. Βοηθάει στη γρήγορη κατανόηση της αρχιτεκτονικής ενός δικτύου και ελαχιστοποιεί τον κύκλο λήψης αποφάσεων, παρουσιάζοντας σύνθετες και εστιασμένες όψεις του δικτύου. Σελίδα από 95

17 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου ArcGIS Spatial Analyst Το ArcGIS Spatial Analyst είναι μια επέκταση του ArcGIS Desktop που παρέχει ισχυρά εργαλεία για περιεκτική χωρική μοντελοποίηση και ανάλυση βασισμένη κυρίως σε πλεγματικά (raster) δεδομένα. Επιτρέπει τη δημιουργία, ανάλυση και χαρτογραφική απόδοση πλεγματικών δεδομένων και την υλοποίηση ολοκληρωμένης πλεγματικής διανυσματικής (raster vector) ανάλυσης. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμο, όταν η απαιτούμενη μοντελοποίηση του χώρου απαιτεί καλής ποιότητας χωρική ανάλυση. ArcGIS Tracking Analyst Το ArcGIS Tracking Analyst είναι μια επέκταση του ArcGIS Desktop που δίνει την δυνατότητα στο χρήστη να δημιουργήσει χρονικές αλληλουχίες απεικονίσεων για την ανάλυση της πληροφορίας που σχετίζεται με το χρόνο και την τοποθεσία. Μέσα από μια καθορισμένη συλλογή τυχαίων δεδομένων, το ArcGIS Tracking Analyst δημιουργεί ένα ορατό μονοπάτι (ή ίχνος), που παρουσιάζει την πορεία μέσα από το χώρο και το χρόνο του φαινομένου που αναλύεται. Σε ένα ολοκληρωμένο ArcGIS σύστημα μπορεί κανείς να δει πολύπλοκες χρονικές αλληλουχίες και χωρικά μοτίβα. ArcGIS Data Interoperability Το ArcGIS Data Interoperability είναι μία επέκταση του ArcGIS Desktop η οποία επιτρέπει την εύκολη χρήση και διανομή δεδομένων σε πολλά μορφότυπα. Υπάρχουν δυνατότητες εξαγωγής (extract), μετατροπής (transform) και φόρτωσης (load) χωρικών δεδομένων (ETL) με τις οποίες παρακάμπτονται τα εμπόδια στο διαμοιρασμό δεδομένων και παρέχονται ακριβή χωρικά δεδομένα στους χρήστες. ArcGIS Publisher Το ArcGIS Publisher είναι μια επέκταση στα προϊόντα ArcGIS Desktop (ArcInfo, ArcEditor, και ArcView) η οποία επιτρέπει στους χρήστες να διανέμουν και να μοιράζονται εύκολα χάρτες και δεδομένα των Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων (G.I.S) με οποιονδήποτε. Χρησιμοποιείστε το για να δημιουργήσετε αρχεία τύπου Published Map Files(PMF), το οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν και να εκτυπωθούν μέσω της δωρεάν εφαρμογής ArcReader. ArcScan για ArcGIS Το ArcScan για ArcGISείναι μια επέκταση του ArcGIS Desktop (συμπεριλαμβάνετε αι στην έκδοση στο ArcEditor και στο ArcInfo), που παρέχει ένα περιεκτικό και εύχρηστο σύνολο εργαλείων για την μετατροπή αρχείων-εικόνων από πλεγματική(raster) σε διανυσματική(vector) μορφή. Μπορείτε να ελαχιστοποιήσετε σημαντικά το φόρτο της μετεπεξεργασίας, χρησιμοποιώντας τις αυτόματες διαδικασίες διανυσματοποίησης, για να δημιουργήσετε διανυσματικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είτε για ολόκληρη την εικόνα, είτε για μια επιλεγμένη περιοχή της.

18 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα Maplex γιαarcgis Η επέκταση Maplex του ArcGIS προσφέρεται για τη δημιουργία ετικετών υψηλής ποιότητας σε χαρτογραφικά προϊόντα, μέσω πλήρως αυτοματοποιημένων διαδικασιών. Βασίζεται στη διαχείριση παραμέτρων και στον ορισμό κανόνων ελέγχου του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσονται οι ετικέτες στο περιβάλλον ενός χάρτη. Με τον τρόπο αυτό οι χρήστες του Maplex έχουν τη δυνατότητα να προσαρμόσουν τη δομή και τη μορφή των ετικετών στις προδιαγραφές της χαρτογράφησής τους. ArcGIS Workflow Manager (Job Tracking-JTX) γιαarcgis To ArcGIS Workflow Manager (Job Tracking -JTX) για το ArcGIS παρέχει εργαλεία προχωρημένης παρακολούθησης και διαχείρισης ροής εργασιών με σκοπό να βοηθήσει την επιχείρηση σας στην εξοικονόμηση χρόνου και χρήματος. Το ArcGIS Workflow Manager (JTX) είναι διαθέσιμο ως επέκταση για το ArcGIS Desktop και τον ArcGIS Server. ArcGIS Explorer Το λογισμικό ArcGIS Explorer είναι ένας ελεύθερο (δωρεάν) GIS λογισμικό για την προβολή χωρικών δεδομένων που παρέχει έναν εύκολο τρόπο για την προβολή, εξερεύνηση και ανάκτηση χωρικής πληροφορίας (GIS). Με τον ArcGIS Explorer αναβαθμίζεται οποιοδήποτε GIS σύστημα γιατί παρέχει τη δυνατότητα της διάχυσης των έγκυρων χωρικών δεδομένων σα σε ένα ευρύ κοινό. ArcReader Είναι μια δωρεάν και εύκολη σε χρήση, έκδοση desktop εφαρμογή η οποία επιτρέπει στους χρήστες να βλέπουν, να ψάχνουν και να τυπώνουν χάρτες. Χρησιμοποιώντας το ArcReader μπορείτε να δείτε υψηλής ποιό τητας διαδραστικούς χάρτες που έχουν φτιαχτεί από κάποια έκδοση ArcGIS Desktop μεγαλύτερης αδειοδότησης και έχουν δημοσιευτεί μέσω της επέκτασης ArcGIS Publisher. 1.9 Προηγούμενες Επιστημονικές Εργασίες σε GIS Πλήθος εργασιών έχει ως αντικείμενο τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.) και τις διάφορες εφαρμογές τους σε διάφορους τομείς. Ενδεικτικά, παρατίθενται στη συνέχεια συνοπτικά ορισμένες από αυτές τις εργασίες. Σελίδα από 95

19 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Καταπολέμηση δάκου Σε αυτή την εργασία των Παπαφιλιππάκη, Νικηφοράκη και Σταυρουλάκη (2007) εξετάζεται η χρήση συγκεκριμένου τύπου παγίδων για την παρακολούθηση εντόμων (δάκου), εχθρών της ελιάς, η καταγραφή του δικτύου παγίδων μέσω GPS και η εισαγωγή των δεδομένων παρακολούθησης σε περιβάλλον Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.). Έπειτα διενεργηθεί χαρτογράφηση εκ της οποίας κατέστη δυνατός ο άμεσος εντοπισμός εστιών δακοπληθυσμού, όπως και άλλα στοιχεία, από τα οποία γίνεται ευκολότερη η διαδικασία λήψης αποφάσεων από τους γεωργούς- ελαιοπαραγωγούς της περιοχής. [5] Αυτοκινούμενα οχήματα Στην εισήγηση των Φουντά, Γέμτου & Blackmore (2003) στο 3ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωργικής Μηχανικής, αναφέρεται η λειτουργία αυτοκινούμενων οχημάτων και η χρήση Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.) ως ο εγκέφαλος αυτών, λόγω της σύνθετης χαρτογράφησης και των στοιχείων που χρησιμοποιούν τα μηχανήματα αυτά. [6] Εφαρμογή στην Τοπική Αυτοδιοίκηση Στην εισήγηση των Γκιάλη κ.α. (2012) αναλύεται η διαδικασία σχεδιασμού ενός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.) για το Δήμο Ρόδου. Το σύστημα αυτό σχεδιάζεται για την αντιμετώπιση κοινωνικών αναγκαιοτήτων του Δήμου, και αποτελεί την αξιοποίηση ενός εκτεταμένου εμπειρικού υλικού, χρήσιμου για την εξαγωγή πορισμάτων και γενικεύσεων. [7] Εφαρμογή στην Τουριστική Πληροφόρηση Στην εργασία αυτή των Κούβα κ.α. (2000) περιγράφεται η ανάγκη και ο τρόπος αξιοποίησης ενός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.) στο ευρύτερο πλαίσιο ενός γενικότερου συστήματος παροχής τουριστικής πληροφόρησης με βάση την τοποθεσία του χρήστη. Παρατίθενται λεπτομέρειες υλοποίησης του συστήματος παραγωγής χαρτών και εντοπισμού σημείων ενδιαφέροντος μέσα από δυναμικούς χάρτες. [8] Εφαρμογή στην Αρχαιολογία Στην εισήγηση των Σαρρή κ.α. (1999) πάνω στις εφαρμογές των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.) και της Δορυφορικής Τηλεπισκόπησης στην Αρχαιολογία, αναλύονται οι σύγχρονες προκλήσεις στην αρχαιολογική έρευνα και την διαχείριση των πολιτιστικών μνημείων μέσα από συγκεκριμένα παραδείγματα, τα

20 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα οποία αναδεικνύουν τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.) ως την αποτελεσματικότερη μέθοδο για την αντιμετώπιση των απαιτήσεων της σύγχρονης εποχής, όπως την ανάγκη ανάδειξη αρχαιολογικών χώρων, την προστασία ιστορικών μνημείων και τη διαχείριση των πολιτιστικών πόρων. [9] Πριν την εκτενέστερη αναφορά σε εφαρμογές των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.) είναι αναγκαίο να ορισθεί και να αναλυθεί η δομή και ο τρόπος χρήσης αυτών. Έτσι το επόμενο κεφάλαιο ασχολείται με τη δομή και τη λειτουργία των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών Γ.Π.Σ. (G.I.S.) καθώς και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση τους Δομή των Γεωγραφικών πληροφορικών συστημάτων Η αξιόπιστη λειτουργία ενός ΓΠΣ εξαρτάται από τέσσερα σημαντικά τμήματα: Τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό (Hardware) Το κατάλληλο λογισμικό (Software) Τα δεδομένα (data) Την οργάνωση και το προσωπικό (users) Εικόνα 1.3 Η δομή του Gis Σελίδα από 95

21 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Τα τμήματα που απαρτίζουν ένα Γ.Σ.Π. πρέπει να βρίσκονται σε βέλτιστη σχέση μεταξύ τους για την αποδοτική λειτουργία του συστήματος. Ο Ηλεκτρονικό Εξοπλισμός αποτελείται από: Ένα προσωπικό υπολογιστή (PC), είτε ένα σταθμό εργασίας (workstation) είτε ένα ακόμη ισχυρότερο σύστημα (π.χ. ένα mainframe σύστημα). Σύστημα απεικόνισης που να επιτρέπει έγχρωμες γραφικές o απεικονίσεις υψηλής ανάλυσης και απεικονίσεις κειμένου. Σύστημα αποθήκευσης με πολύ μεγάλη χωρητικότητα (μόνιμοι ή κινητοί σκληροί δίσκοι, οπτικοί δίσκοι). Σύστημα εισαγωγής δεδομένων. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ψηφιοποιητές (digitizers) και σαρωτές (scanners) για τα χωρικά ΓΠΣ δεδομένα και το πληκτρολόγιο για τα μη χωρικά. Εισαγωγή δεδομένων μπορεί να γίνει και με άλλους τρόπους. Π.χ. μπορούν να εισαχθούν δεδομένα από παγκόσμια συστήματα πλοήγησης και εντοπισμού θέσης (GPS/Global Positioning System), από δορυφορικές εικόνες σε ψηφιακή μορφή κ.α. Σύστημα παρουσίασης των αποτελεσμάτων σε έντυπη μορφή, π.χ. εκτυπωτές (printers) και αυτόματοι σχεδιαστές (plotters). Το Λογισμικό πρέπει να παρέχει τις εξής δυνατότητες Τη ψηφιοποίηση δεδομένων: εισαγωγή σημείων, γραμμών πολυγώνων, χαρακτηριστικών ιδιοτήτων και στατιστικών. Την αποθήκευση δεδομένων: αποθήκευση πολλαπλών χαρακτηριστικών ανά πολύγωνο, συσχετισμό αριθμητικών και γραφικών δεδομένων. Την επεξεργασία δεδομένων: εντοπισμό σφαλμάτων, συνδυασμό και τακτοποίηση τωv δεδομένων μέσα στην αντίστοιχη βάση, συντήρηση και ενημέρωση με νέα δεδομένα, μετατροπή των X, Υ συντεταγμένων της ψηφιοποίησης σε πραγματικές (ανάλογα με την προβολή) συντεταγμένες,

22 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα ένωση δύο ή περισσοτέρων χαρτών, επιλογή τμήματος μιας περιοχής και καταχώρηση σε ξεχωριστό αρχείο, Την ανάλυση δεδομένων: δημιουργία νέων πολυγώνων (π.χ. Buffer zones) γύρο από σημεία ή γραμμές, εκτέλεση εντολών Boolean δηλαδή ΚΑΙ, Ή και ΟΧΙ (AND, OR και NOT) πάνω στα διάφορα επίπεδα δεδομένων, μέτρηση μηκών και εκτάσεων, δυνατότητα εφαρμογής μοντέλων, στατιστική επεξεργασία κ.λπ. ν. Την εξαγωγή δεδομένων: στην οθόνη σε εκτυπωτές, σε αυτόματους σχεδιαστές, σε ψηφιακή μορφή, δυνατότητα έκθεσης διαγραμμάτων, πολυγώνων κ.λπ. Εκτός των παραπάνω απαραίτητων δυνατοτήτων χειρισμού γεωγραφικά προσανατολισμένων δεδομένων, τα Γ.Σ.Π. πρέπει να περιλαμβάνουν ρουτίνες, οι οποίες επιτρέπουν την επεξεργασία και ανάλυση δορυφορικών δεδομένων. Δεδομένα : Τα γεωγραφικά δεδομένα που εισάγονται μέσω της διαδικασίας της ψηφιοποίησης και αφού υποστούν τις απαραίτητες διορθώσεις, χρησιμοποιούνται στα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Αυτά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Σε χωρικά δεδομένα, π.χ. θέση. Σε μη χωρικά ή ποιοτικά ή θεματικά ή περιγραφικά δεδομένα, όπως τιμές και χαρακτηριστικά. Επίσης, τα δεδομένα αυτά μπορούν να ταξινομηθούν στις παρακάτω κλίμακες: Ονομαστική (nominal), η οποία είναι ποιοτική, μη-αριθμητική, μηγραμμική κλίμακα (π.χ. η ιδιότητα «χρήση γης» μπορεί να πάρει τιμές αστική, αγροτική, δασική κ.α.). Τακτική (ordinal), η οποία είναι ονομαστική κλίμακα με σειρά. Τα χαρακτηριστικά κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με κάποια τακτική διάταξη (π.χ. η ιδιότητα «μέγεθος» μπορεί να πάρει τιμές όπως μικρή, μεσαία, μεγάλη, χαμηλή, μέτρια, υψηλή) Κατά διαστήματα (intervals), η οποία είναι μία τακτική κλίμακα με αριθμούς.το χαρακτηριστικά κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με την απόκλισή τους από ένα αυθαίρετο μέγεθος μέτρησης (πχ το «εμβαδόν» παίρνει τιμές που μετρούνται σε τετραγωνικά μέτρα ). Αναλογική (ratio), η οποία είναι μία κλίμακα με απόλυτο μηδενικό σημείο εκκίνησης ( π χ. το «υψόμετρο», δηλαδή η απόσταση από την επιφάνεια της θάλασσας μετριέται σε μέτρα ) Σελίδα από 95

23 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Ανάλογα με την φύση τους. τα δεδομένα αυτά διακρίνονται σε : 1. Διακριτά, φαινόμενα ή ιδιότητες, πχ. ο πληθυσμός, η χρήση γης, ο όγκος αγροτικής παραγωγής, ο αριθμός ορόφων των κτιρίων κα. 2. Συνεχή, φαινόμενα ή ιδιότητες πχ. το υψόμετρο η ατμοσφαιρική ρύπανση. Τα χωρικά δεδομένα, τα οποία χαρακτηρίζονται αποκλειστικά από τη θέση τους στο χώρο σε σχέση με κάποιο σύστημα συντεταγμένων, διακρίνονται σε τέσσερις βασικές κατηγορίες: Σημειακά επίπεδα πληροφοριών (points, nodes), όπως εμφανίσεις μεταλλευμάτων, θέσεις γεωτρήσεων, τριγωνομετρικά σημεία κ.α. Εντοπίζονται στον γεωγραφικό χώρο με την χρήση γεωγραφικών συντεταγμένων. Γραμμικά επίπεδα πληροφοριών (lines, arcs, edges), όπως ισοϋψείς καμπύλες, κλάδοι του υδρογραφικού δικτύου και ρήγματα. Τα δίκτυα (οδικό, υδρογραφικό κ.λπ.) αποτελούνται από συνδέσμους (links) που ενώνονται σε κόμβους (nodes). Οι σύνδεσμοι παίρνουν την μορφή γραμμών όπου το κάθε τμήμα τους (segment) καταγράφεται με τις συντεταγμένες του αρχικού και του τελικού σημείου (point). Επιφανειακά επίπεδα πληροφοριών/πολύγωνα (polygons or patches), τα οποία καταλαμβάνουν μια κλειστή έκταση, όπως διοικητικές, εδαφολογικές και λιθολογικές ενότητες. Δεδομένα ανάγλυφου ή τρισδιάστατα (ογκομετρικά), τα οποία καταλαμβάνουν όχι μόνο μια συγκεκριμένη επιφάνεια, αλλά εκτείνονται και στο χώρο. Περιλαμβάνουν δηλαδή επιφάνειες καθώς και κατακόρυφες ή τρίτης διάστασης (Ζ) συντεταγμένες. Έχουν δηλαδή μήκος, έκταση και ύψος. Τα μη χωρικά ή θεματικά ή περιγραφικά δεδομένα, τα οποία σχετίζονται ή περιγράφουν τα χαρακτηριστικά, τις ιδιότητες ή τις τιμές της χωρικής θέσης. Έτσι π.χ. η θέση μιας ισοϋψούς καμπύλης πάνω στο χάρτη είναι χωρική πληροφορία, ενός ο χαρακτηρισμός της με βάση το υψόμετρό της μη χωρική. Ομοίως μη χωρικές πληροφορίες είναι ο χαρακτηρισμός κλάδων υδρογραφικού δικτύου σε περιοδικής και μόνιμης ροής, το βάθος μιας γεώτρησης και η υδροπερατότητα λιθολογικων σχηματισμών. [2]

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Αρχές γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων 2.1 Εισαγωγή στα Πληροφοριακά Συστήματα Ζούμε στην επιφάνεια της Γης, και περνούμε το μεγαλύτερο μέρος της ζωής μας σε ένα σχετικά μικρό τμήμα αυτής της επιφάνειας. Από τα περίπου 500 εκατομμύρια τετραγωνικά χιλιόμετρα επιφάνειας, μόνο το ένα τρίτο είναι έδαφος και μόνον ένα κλάσμα του καταλαμβάνεται από πόλεις και χωριά στα οποία ζουν οι περισσότεροι από εμάς. Το υπόλοιπο της Γης, ακόμη και τα μέρη τα οποία ποτέ δεν επισκεπτόμαστε, η ατμόσφαιρα, και το στερεό έδαφος κάτω από τα πόδια μας, παραμένουν άγνωστα σε εμάς αν εξαιρέσουμε τις πληροφορίες που παίρνουμε από τα βιβλία, τις εφημερίδες, την τηλεόραση, τον Ιστό, ή από συζητήσεις. Η διάρκεια της ζωής μας είναι απειροελάχιστη σε σύγκριση με τα 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια της ιστορίας της Γης ή με τα περισσότερα από 10 δισεκατομμύρια χρόνια από τότε που ξεκίνησε το Σύμπαν, και οι πληροφορίες που γνωρίζουμε για τη Γη πριν τη γέννησή μας προέρχονται πιθανόν από τις αποδείξεις που έχουν συλλέξει γεωλόγοι, οι αρχαιολόγοι, οι ιστορικοί, κ Αντίστοιχα, δε γνωρίζουμε τίποτε για τον κόσμο που θα έλθει, και το μόνο που διαθέτουμε είναι κάποιες προβλέψεις που έχουμε ως οδηγούς. Επειδή μπορούμε να παρατηρήσουμε απευθείας μόνον ένα πολύ μικρό τμήμα της Γης, καταφεύγουμε σε ένα πλήθος μεθόδων για να γνωρίσουμε τις υπόλοιπες περιοχές της, να αποφασίσουμε πού θα πάμε για το τουρισμό ή αγορές, να επιλέξουμε πού θα ζήσουμε, πού θα εγκαταστήσουμε τα κέντρα λειτουργίας των εταιριών, των υπηρεσιών και των κυβερνήσεων, και πολλές άλλες δραστηριότητες. Σχεδόν όλες οι ανθρώπινες δραστηριότητες κάποια στιγμή απαιτούν γνώσεις για περιοχές της Γη πέρα από την άμεση εμπειρία μας, επειδή βρίσκονται είτε κάπου αλλού στο χώρο είτε κάπου αλλού στο χρόνο. Κάποιες φορές, αυτή η γνώση χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο της άμεσης εμπειρικής γνώσης, δημιουργώντας μια εικονική πραγματικότητα. Χρησιμοποιείται όλο κα πιο συχνά για να διευρύνουμε όσα μπορούμε να δούμε, να αγγίξουμε, να ακούσουμε, να αισθανθούμε, και να μυρίσουμε, με τη χρήση κινητών συστημάτων πληροφοριών τα οποίας μπορούμε να μεταφέρουμε μαζί μας. [13]

25 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Εικόνα 2.1: Σχηματική αναπαράσταση των καθημερινών διαδρομών ενός δείγματος των κατοίκων του Lexington του Kentucky των Η.Π.Α. Οι οριζόντιοι άξονες αναπαριστούν το γεωγραφικό χώρο και ο κατακόρυφος την ώρα της ημέρας. Η διαδρομή κάθε ατόμου σχεδιάζεται ως μια τρισδιάστατη γραμμή η οποία ξεκινά από τη βάση το πρωί και καταλήγει στην κορυφή το βράδυ. (Με την άδεια της Mei- Ρο Kwan.) 2.2 Ψηφιακή αναπαράσταση Η τεχνολογία των πληροφοριών που έχει βάση την ψηφιακή αναπαράσταση επεκτείνεται σε όλες τις πτυχές της ζωής μας, από την επιστήμη και το εμπόριο έως την καθημερινή ζωή. Σχεδόν τα μισά νοικοκυριά σε κάποιες βιομηχανικές χώρες διαθέτουν σήμερα τουλάχιστον μία ισχυρή μηχανή επεξεργασίας ψηφιακών πληροφοριών (έναν υπολογιστή) ένα μεγάλο ποσοστό όλων των εργασιών γραφείου διεκπεραιώνονται πλέον με τη χρήση ψηφιακής υπολογιστικής τεχνολογίας και η ψηφιακή τεχνολογία έχει κατακλύσει πολλές συσκευές που χρησιμοποιούμε καθημερινά, από το φούρνο μικροκυμάτων μέχρι το αυτοκίνητο. Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της ψηφιακής τεχνολογίας είναι ότι οι χρήστες σπάνια βλέπουν την ίδια την αναπαράσταση, επειδή μόνο λίγοι ειδικοί τεχνικοί βλέπουν τα επιμέρους στοιχεία μιας ψηφιακής αναπαράστασης. Αυτό που βλέπουμε είναι απόψεις, σχεδιασμένες για να παρουσιάζουν τα περιεχόμενα της αναπαράστασης σε μια μορφή που έχει νόημα για μας. Ο όρος ψηφιακός προέρχεται από τη λέξη ψηφίο (digit από τη λατινική λέξη digitus που σημαίνει δάχτυλο χεριού), και το σύστημα μέτρησης που χρησιμοποιούμε βασίζεται στα δέκα δάχτυλα των ανθρωπίνων χεριών. Ενώ όμως το σύστημα μέτρησης έχει δέκα σύμβολα (από το 0 έως το 9), τα σύστημα αναπαράστασης στους ψηφιακούς υπολογιστές χρησιμοποιεί μόνο δύο (το 0 και το 1). Κατά μια έννοια λοιπόν, ο όρος ψηφιακός είναι μια εσφαλμένη ονομασία για ένα σύστημα που αναπαριστά όλες τις πληροφορίες χρησιμοποιώντας κάποιο συνδυασμό των δύο συμβόλων 0 και 1, ενώ πιο ακριβής είναι ο όρος δυαδικός (binary). Διαχρονικά αναπτύχθηκαν πολλά πρότυπα για τη μετατροπή των πληροφοριών σε ψηφιακή μορφή. Υπάρχουν πολλά ανταγωνιστικά συστήματα κωδικοποίησης για τις εικόνες και τις φωτογραφίες (GIF, JPEG, TIFF, κλπ.), τις ταινίες (π.χ., MPEG) και τον ήχο (π.χ., MIDI, MP3) και πρόκειται για αρκετά πολύπλοκη διαδικασία.

26 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Η ψηφιακή τεχνολογία θεωρείται επιτυχημένη για πολλούς λόγους, ένας από τους πιο σημαντικούς είναι ότι όλα τα είδη των πληροφοριών διαθέτουν μια κοινή βασική μορφή (τα 0 και τα 1) και ότι μπορούμε να τα χειριστούμε με τρόπους σε μεγάλο βαθμό ανεξάρτητους από το πραγματικό τους νόημα. 2.3 Ψηφιακή Γεωγραφική Αναπαράσταση Οι ψηφιακές γεωγραφικές αναπαραστάσεις έχουν τεράστια πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τους προηγούμενους τύπους όπως έντυπους χάρτες,γραπτές αναφορές από εξερευνητές ή προφορικές περιγραφές. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις ίδιες φθηνές ψηφιακές συσκευές όπως εξαρτήματα η/υ,το διαδίκτυο ή συσκευές μαζικής αποθήκευσης για να διαχειριστούμε οποιονδήποτε τύπο πληροφοριών. Τα ψηφιακά δεδομένα αντιγράφονται εύκολα, μπορούν να μεταδοθούν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, μπορούν να αποθηκευτούν εξαιρετικά συμπυκνωμένα σε πολύ μικρό χώρο, και υπόκεινται λιγότερο στη φυσική φθορά που επηρεάζει το χαρτί και τα άλλα φυσικά μέσα. Ίσως το πιο σημαντικό, η μεταφορά, η επεξεργασία και η ανάλυση δεδομένων σε ψηφιακή μορφή είναι εύκολη. Τα συστήματα GIS μάς επιτρέπουν να κάνουμε με τις ψηφιακές αναπαραστάσεις πράγματα που δε θα μπορούσαμε ποτέ πριν να κάνουμε με τους έντυπους χάρτες: να μετρήσουμε γρήγορα και με ακρίβεια, να τοποθετήσουμε σε υπέρθεση και να συνδυάσουμε, να αλλάξουμε κλίμακα, να μεγεθύνουμε, και να μετατοπίσουμε χωρίς να μας περιορίζουν τα περιθώρια των φύλλων του χάρτη. Το τεράστιο εύρος δυνατοτήτων επεξεργασίας που ανοίγουν μπροστά μας οι ψηφιακές αναπαραστάσεις ορίζεται με την απλότητα του χαμηλού της κόστους. Μέχρι τώρα, είδαμε με ποιον τρόπο μπορούν οι άνθρωποι να κατασκευάζουν αναπαραστάσεις του κόσμου που τους περιβάλλει, χωρίς όμως να αναφέρουμε γιατί είναι χρήσιμες οι αναπαραστάσεις αυτές και γιατί οι άνθρωποι έχουν γίνει τόσο εφευρετικοί στη δημιουργία και την κοινή χρήση τους. Η έμφαση εδώ αλλά και σε ολόκληρη την πτυχιακή εργασία δίνεται σε ένα τύπο αναπαράστασης που ονομάζεται γεωγραφική, και ορίζεται ως η αναπαράσταση κάποιου τμήματος της επιφάνειας της Γης (ή κοντά στην επιφάνειά της), σε κλίμακες που εκτείνονται από αρχιτεκτονικές έως παγκόσμιες. Δεν είναι τυχαίο ότι ο κατάλογος των σημαντικών εφαρμογών των γεωγραφικών αναπαραστάσεων ακολουθεί πιστά τον κατάλογο των εφαρμογών των συστημάτων GIS, δεδομένου ότι η αναπαράσταση βρίσκεται στο κέντρο της δυνατότητάς μας να λύνουμε προβλήματα με τη χρήση ψηφιακών εργαλείων. Οποιαδήποτε εφαρμογή GIS απαιτεί μια σαφή απάντηση στο ερώτημα τι πρέπει να αναπαρασταθεί, και πώς. Υπάρχει ένα πλήθος δυνατών τρόπων αναπαράστασης του γεωγραφικού κόσμου σε ψηφιακή μορφή, κανένας βέβαια από τους οποίους δεν είναι τέλειος ούτε ιδανικός για όλες τις εφαρμογές. Ένα από τα πιο σημαντικά κριτήρια για τη χρησιμότητα μιας αναπαράστασης είναι η ακρίβειά της. Επειδή ο γεωγραφικός κόσμος φαίνεται να έχει άπειρη πολυπλοκότητα, απαιτείται να γίνουν κάποιες επιλογές κατά τη δημιουργία οποιοσδήποτε αναπαράστασης τι πρέπει να συμπεριλάβουμε και τι να παραλείψουμε. Ωστόσο η χρήση των αναπαραστάσεων για την εκπαίδευση, τη διερεύνηση μελλοντικών σεναρίων, και την ανασύνθεση του παρελθόντος συνηθίζεται πλέον σε πολλά πεδία όπως η χειρουργική, η χημεία, και η μηχανική, και με τεχνολογίες όπως τα συστήματα GIS η ενασχόληση με το γεωγραφικό κόσμο γίνεται όλο και απλούστερη. [18] Σελίδα από 95

27 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου (B) Εικόνα 2.2 Παραδείγματα φαινομένων συνεχούς πεδίου. (Α) Φωτογραφία ενός τμήματος της Νεκρός Θάλασσας στη Μέση Ανατολή. Η φωτεινότητα της εικόνας σε οποιοδήποτε σημείο αποτελεί ένα μέτρο της ποσότητας της ακτινοβολίας που δέχθηκε το σύστημα φωτογράφησης του δορυφόρου. (Β) Εικόνα προσομοίωσης που παρήγαγε η αποστολή Shuttle Radar Topography Mission, μια νέα πηγή υψομετρικών δεδομένων υψηλής ποιότητας. Η εικόνα δείχνει την περιοχή Carrizo Plain της Βόρειας Καλιφόρνιας των Η.Π.Α., με προσομοίωση του ουρανού και της κάλυψης του εδάφους από άλλες δορυφορικές πηγές. (Με την άδεια της NASA/JPL-Caltech. 2.4 Είδη Γεωγραφικών Δεδομένων Τα γεωγραφικά δεδομένα των ΓΠΣ οργανώνονται σε χωρικές βάσεις δεδομένων έτσι ώστε, αφενός να διευκολύνεται η διαχείρισή τους, αφετέρου να υποστηρίζονται διάφορες εφαρμογές. Σε αυτές τις χωρικές βάσεις δεδομένων εμπεριέχονται στοιχεία από διάφορες πηγές. Ο όρος χωρική βάση δεδομένων (spatial database) περιλαμβάνει το σύνολο των γεωγραφικών δεδομένων το οποίο καταγράφεται για μια συγκεκριμένη περιοχή στο πλαίσιο ανάπτυξης ενός ΓΠΣ. Τα γεωγραφικά δεδομένα αποτελούνται από γεωγραφικές οντότητες (entities), δηλ. γεωγραφικά αντικείμενα ή φαινόμενα. Σε ένα ΓΠΣ στις οντότητες αυτές ανατίθενται τιμές, οι οποίες αναφέρονται στη χωρική, τη θεματική, και χρονική τους διάσταση καθώς και στην ταυτότητα αναγνώρισής τους. Ένα επιπρόσθετο στοιχείο με ιδιαίτερη σημασία είναι και η καταγραφή πληροφοριών για τα ίδια τα δεδομένα (μεταδεδομένα). [10]

28 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Χωρική διάσταση Τα χωρικά χαρακτηριστικά των γεωγραφικών οντοτήτων σχετίζονται κυρίως με τα στοιχεία της μορφής και θέσης τους στο χώρο καθώς και τις χωρικές τους σχέσεις. Ο προσδιορισμός της θέσης στις γεωγραφικές οντότητες, μπορεί να γίνει είτε με άμεση αναφορά σε ένα σύστημα αναφοράς (όπως είναι για παράδειγμα το Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς - ΕΓΣΑ 1987), είτε έμμεσα (π.χ. σχετική θέση με άλλες, χωρικά καθορισμένες, οντότητες). Οι χωρικές σχέσεις των γεωγραφικών οντοτήτων προσδιορίζονται με βάση συσχετισμούς τους με άλλες οντότητες. Για παράδειγμα για τις γεωγραφικές οντότητες «Δήμοι και κοινότητες της Ελλάδας», καταγράφεται η χωρική σχέση «γειτονία» μεταξύ των οντοτήτων. Οι χωρικές σχέσεις είτε ορίζονται άμεσα και καταγράφονται στη δομή των χωρικών δεδομένων (κυρίως οι τοπολογικές σχέσεις) είτε προσδιορίζονται έμμεσα (όπως οι σχέσεις εγγύτητας, κατεύθυνσης κλπ). Εκτός από τα παραπάνω βασικά χωρικά χαρακτηριστικά των γεωγραφικών οντοτήτων, ορίζεται ακόμη ο τρόπος απεικόνισης - αναπαράστασής τους (γραφικά χωρικά δεδομένα) καθώς και τα γεωμετρικά τους χαρακτηριστικά (π.χ. έκταση και περίμετρος επιφανειακών δεδομένων). Θεματική διάσταση Η ανάθεση τιμών στις θεματικές ιδιότητες των γεωγραφικών οντοτήτων έχει ως κύριο στόχο την καταγραφή των χαρακτηριστικών τους. Για παράδειγμα, στις γεωγραφικές οντότητες "Σημεία Πολιτιστικού ενδιαφέροντος", ανατίθενται τιμές θεματικών ιδιοτήτων όπως είναι π.χ. το είδος του σημείου ενδιαφέροντος, η διεύθυνσή του κλπ. Τα περιγραφικά χαρακτηριστικά αναφέρονται σε ιδιότητες είτε ποιοτικού είτε ποσοτικού χαρακτήρα. Για παράδειγμα η ιδιότητα "κάλυψη γης" μπορεί να πάρει περιγραφές της μορφής "Αστική", "Δασική", "Αγροτική" κλπ (ταξινόμηση ποιοτικού χαρακτήρα) ενώ η ιδιότητα "μήκος σε μέτρα τμημάτων οδικού άξονα" τιμές της μορφής "350", "500" (ποσοτική ταξινόμηση). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο τρόπος με τον οποίο καταγράφονται τα περιγραφικά δεδομένα (π.χ. σε ονομαστική, τακτική, διαστημική, αναλογική κλίμακα ταξινόμησης) καθορίζει τόσο τις επιτρεπόμενες αναλυτικές λειτουργίες, όσο και την χαρτογραφική τους αναπαράσταση. Για παράδειγμα, η ανάπτυξη αριθμητικών μοντέλων χωροθέτησης, προϋποθέτει την ύπαρξη ποσοτικών μεταβλητών. Χρονική διάσταση Ιδιαίτερα σημαντική είναι και η χρονική διάσταση των γεωγραφικών δεδομένων. Ειδικά για τις εφαρμογές που εστιάζουν σε κοινωνικά φαινόμενα και ανθρώπινες δραστηριότητες, η σημασία της χρονικής διάστασης είναι πολύ μεγάλη αφού συχνά είναι χρήσιμη η καταγραφή της δυναμικής εξέλιξης χωρικών φαινομένων και προτύπων. Πιο συγκεκριμένα, στις γεωγραφικές οντότητες ανατίθενται τιμές σχετικές με σημαντικές χρονικές στιγμές ή χρονικά διαστήματα (π.χ. η ημερομηνία κατασκευής ενός κτίσματος, η διάρκεια ενός σημαντικού γεγονότος κλπ), με την εξέλιξή τους (π.χ. εξέλιξη της ανεργίας στον ελληνικό χώρο κατά την τελευταία δεκαετία, εξάπλωση των συνόρων ενός κράτους), καθώς και τις χρονικές τους σχέσεις. Η σημασία της χρονικής διάστασης των γεωγραφικών δεδομένων δεν θα πρέπει να υποβαθμίζεται, αφού χώρος και χρόνος είναι δύο έννοιες άρρηκτα συνδεδεμένες. Στο πρακτικό επίπεδο υλοποίησης έρευνας δυναμικών φαινομένων με τη χρήση ΓΠΣ, είναι επιθυμητό τα δεδομένα να είναι ενημερωμένα, δηλαδή να αναπαριστούν κατά το δυνατό την παρούσα κατάσταση Σελίδα από 95

29 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου ή τη χρονική περίοδο στην οποία αναφέρεται η εφαρμογή, ενώ συχνά συντηρείται αρχείο της εξέλιξης των αντίστοιχων θεματικών επιπέδων. Μεταδεδομένα (medatata) Εκτός από τα περιγραφικά στοιχεία τα οποία αναφέρονται στα γεωγραφικά αντικείμενα η φαινόμενα της χωρικής βάσης δεδομένων, αυτή θα πρέπει να περιέχει και πληροφορίες για το σύνολο των διαθέσιμων δεδομένων. Οι πληροφορίες αυτές (μεταδεδομένα - metadata) περιγράφουν το περιεχόμενο, την ποιότητα, την κατάσταση και άλλα χαρακτηριστικά των δεδομένων. Κατά μία έννοια αποτελούν "δεδομένα για τα δεδομένα". Τα μεταδεδομένα αποτελούν έναν απλό μηχανισμό τεκμηρίωσης για υπάρχοντα σύνολα δεδομένων, και για το σκοπό δημιουργίας τους. Στην ουσία απαντούν σε πληθώρα ερωτημάτων, όπως για παράδειγμα: ποιος συνέλεξε τα δεδομένα, τι είδους αντικείμενα περιλαμβάνονται, ποια είναι η χωρική τους ακρίβεια, ποιο το σύστημα συντεταγμένων και η χαρτογραφική προβολή που χρησιμοποιείται, πότε δημιουργήθηκαν, ποιος ο υπεύθυνος φορέας δημιουργίας τους, για ποιο σκοπό δημιουργήθηκαν και με ποιο τρόπο, ποιο είναι το ιστορικό αναθεώρησής τους κλπ. Σε γενικές γραμμές τα μεταδεδομένα πληροφορούν για τα στοιχεία ταυτοποίησης των δεδομένων, τον τρόπο οργάνωσης των χωρικών δεδομένων, το είδος και τα χαρακτηριστικά των περιγραφών, το ιστορικό δημιουργίας και αναθεωρήσεων των δεδομένων, την ποιότητα των δεδομένων, την πρόσβαση και τη διαθεσιμότητα των δεδομένων καθώς και το συντάκτη και το χρόνο δημιουργίας των ίδιων των μεταδεδομένων. Η τήρηση τους είναι ιδιαίτερα σημαντική σε περιπτώσεις δημιουργίας χωρικών βάσεων δεδομένων από υπηρεσίες και οργανισμούς, αφού αφενός χρησιμοποιούνται εσωτερικά παρέχοντας πληροφορίες για το καθεστώς των δεδομένων, αφετέρου ενημερώνουν μελλοντικούς χρήστες των δεδομένων για βασικούς περιορισμούς και πιθανές μελλοντικές χρήσεις τους. (Tomlinson R Thinking about GIS: Geography) 2.5 Ψηφιδωτή και διανυσματική αναπαράσταση γεωγραφικών δεδομένων Τα συνεχή πεδία και τα διακριτά αντικείμενα αποτελούν δύο εννοιολογικές θεωρήσεις των γεωγραφικών φαινομένων, αλλά δε λύνουν το πρόβλημα της ψηφιακής αναπαράστασης. Μια θεώρηση συνεχούς πεδίου θεωρητικά εξακολουθεί να περιέχει άπειρη ποσότητα πληροφοριών αν ορίζει την τιμή της μεταβλητής σε κάθε σημείο, επειδή υπάρχει άπειρος αριθμός σημείων σε οποιαδήποτε καθοριζόμενη γεωγραφική περιοχή. Τα διακριτά αντικείμενα μπορούν επίσης να απαιτούν άπειρη ποσότητα 2.5.1Δεδομένα τύπου RASTER Στην ψηφιδωτή αναπαράσταση, ο χώρος διαιρείται σε μια διάταξη ορθογωνίων (συνήθως τετραγώνων) κελιών (Εικόνα 2.3). Όλες οι γεωγραφικές διακυμάνσεις εκφράζονται στη συνέχεια με την ανάθεση χαρακτηριστικών ή ιδιοτήτων σε αυτά τα κελιά. Τα κελιά μερικές φορές ονομάζονται pixel. Η ψηφιδωτή αναπαράσταση (raster) διαιρεί τον κόσμο σε διατάξεις κελιών

30 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων και αναθέτει χαρακτηριστικά ή ιδιότητες σε αυτά τα κελιά. Μια από τις πιο συνηθισμένες μορφές δεδομένων raster προέρχεται από τους δορυφόρους τηλεπισκόπησης, οι οποίοι αποτυπώνουν πληροφορίες σε αυτή τη μορφή και τις στέλνουν στη γη για διανομή και ανάλυση. Τα δεδομένα από το Landsat Thematic Mapper (Θεματικός Χαρτογράφος Landsat) για παράδειγμα, τα οποία χρησιμοποιούνται συνήθως στις εφαρμογές GIS, σχηματίζουν κελιά με πλευρά 30 μ. στο έδαφος, ή εμβαδό περίπου 0,1 εκτάρια (900 τ.μ.). Άλλα παρόμοια δεδομένα μπορούν να παραχθούν από αισθητήρες τοποθετημένους σε αεροσκάφη. Η απεικόνιση ποικίλλει ανάλογα με τη χωρική ανάλυση (η οποία εκφράζεται με το μήκος της πλευράς ενός κελιού όπως αυτό μετράται στο έδαφος), και σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα αποτύπωσης της εικόνας από τον αισθητήρα. Κάποιοι δορυφόροι βρίσκονται σε γεωστατική τροχιά επάνω από ένα συγκεκριμένο σημείο της Γης, και αποτυπώνουν συνεχώς εικόνες. Άλλοι περνούν επάνω από ένα συγκεκριμένο σημείο σε τακτά διαστήματα (π.χ., κάθε 12 ημέρες). Τέλος, οι αισθητήρες ποικίλλουν ανάλογα με το τμήμα ή τα τμήματα του φάσματος που ανιχνεύουν. [21] Εικόνα 2.3 Αναπαράσταση raster. κάθε χρώμα αντιπροσωπεύει διαφορετική τιμή για μια μεταβλητή ονομαστικής κλίμακας που υποδηλώνει την κατηγορία κάλυψης της γης. Τα ορατά τμήματα του φάσματος είναι τα πιο σημαντικά για την τηλεπισκόπηση, ενώ κάποια τμήματα του φάσματος έξω από την ορατή περιοχή είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για την ανίχνευση της θερμότητας και των φαινομένων που παράγουν θερμότητα, όπως οι ηφαιστειακές δραστηριότητες. Πολλοί αισθητήρες αποτυπώνουν εικόνες σε αρκετές περιοχές του φάσματος, ή ζώνες, ταυτόχρονα, επειδή οι σχετικές ποσότητες ακτινοβολίας στα διαφορετικά τμήματα του φάσματος είναι συχνά χρήσιμοι δείκτες κάποιων φαινομένων, όπως τα πράσινα φύλλα ή το νερό, στην επιφάνεια της Γης. Το AVIRIS (Airborne Visible InfraRed Imaging Spectrometer Αερομεταφερόμενο Φασματόμετρο Απεικόνισης Ορατής και Υπέρυθρης Ακτινοβολίας) συλλαμβάνει τουλάχιστον 224 διαφορετικές περιοχές του φάσματος και χρησιμοποιείται για την ανίχνευση συγκεκριμένων ορυκτών στο χώμα, μεταξύ άλλων εφαρμογών. Τα τετράγωνα κελιά ταιριάζουν τέλεια μεταξύ τους σε ένα επίπεδο τραπέζι ή σε ένα φύλλο χαρτί, αλλά αυτό δεν ισχύει για την καμπύλη επιφάνεια της Γης. Όπως ακριβώς οι Σελίδα από 95

31 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου αναπαραστάσεις στο χαρτί απαιτούν να γίνει επίπεδη η Γη ή να γίνει προβολή της, το ίδιο απαιτούν και τα raster (λόγω των παραμορφώσεων που συνοδεύουν τη μετατροπή σε επίπεδο, τα κελιά σε ένα ράστερ δεν μπορούν ποτέ να έχουν ακριβώς το ίδιο σχήμα ή εμβαδό επάνω στην επιφάνεια της Γης). Πολλοί από τους όρους που περιγράφουν τα raster θυμίζουν την κάλυψη μιας επίπεδης επιφάνειας με πλακίδια, λέμε ότι τα κελιά ενός raster παρατίθενται σε μια επιφάνεια, και ένα raster λέγεται ότι είναι ένα παράδειγμα ψηφιδωτού, όρος που παραπέμπει στα μωσαϊκά. Η μπάλα με τους καθρέφτες που αιωρείται επάνω από μια πίστα χορού μας υπενθυμίζει την αδυναμία τέλειας κάλυψης μιας σφαιρικής επιφάνειας όπως είναι η Γη με επίπεδα τετράγωνα κομμάτια. Όταν οι πληροφορίες αναπαρίστανται σε μορφή raster, χάνονται όλες οι λεπτομέρειες των διακυμάνσεων μέσα στα κελιά και το κελί παίρνει μία μοναδική τιμή. Έστω ότι θέλουμε να αναπαραστήσουμε το χάρτη με τις κομητείες του Τέξας σε μορφή raster. Κάθε κελί θα έπαιρνε μία μοναδική τιμή που θα προσδιόριζε την κομητεία και θα χρειαζόταν να αποφασίσουμε ποιον κανόνα θα εφαρμόσουμε όταν ένα κελί ανήκει σε περισσότερες από μία κομητείες. Συχνά ο κανόνας είναι ότι η κομητεία με το μεγαλύτερο μερίδιο στην επιφάνεια του κελιού κερδίζει το κελί. Άλλες φορές, ο κανόνας βασίζεται στο κέντρο του κελιού, και η κομητεία στην οποία βρίσκεται το σημείο αυτό κερδίζει ολόκληρο το κελί. Η (Εικόνα 2.4) παρουσιάζει αυτούς τους δύο κανόνες σε εφαρμογή. Σχεδόν πάντα προτιμάται ο κανόνας του μεγαλύτερου μεριδίου, αλλά κάποιες φορές καταφεύγουμε στον κανόνα του κέντρου, ιδιαίτερα όταν μας ενδιαφέρει η ταχύτητα των υπολογισμών, και χρησιμοποιείται συχνά για τη δημιουργία υψομετρικών συνόλων δεδομένων raster. [21] Εικόνα 2.4 Αποτέλεσμα της αναπαράστασης raster με τη χρήση (Α) του κανόνα του μεγαλύτερου μεριδίου και (Β) του κανόνα του κέντρου Διανυσματικά δεδομένα (τύπου VECTOR) Σε μια διανυσματική αναπαράσταση, όλες οι γραμμές αποτυπώνονται ως σημεία τα οποία συνδέονται με ευθείες γραμμές (κάποια προγράμματα GIS επιτρέπουν τη σύνδεση των σημείων με καμπύλες αντί για ευθείες, αλλά στις περισσότερες

32 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων περιπτώσεις η προσέγγιση των καμπυλών πρέπει να γίνει με αύξηση της πυκνότητας των σημείων). Μια επιφάνεια αποτυπώνεται ως μια σειρά σημείων ή κορυφών (vertices) συνδεδεμένων με ευθείες, όπως στην( Εικόνα 2.5). Οι ευθείες ακμές μεταξύ των κορυφών εξηγούν γιατί στη διανυσματική αναπαράσταση οι επιφάνειες συχνά ονομάζονται πολύγωνα, και στη γλώσσα των συστημάτων GIS οι όροι πολύγωνο και επιφάνεια χρησιμοποιούνται συχνά ως συνώνυμοι. Οι μικτές γραμμές αποτυπώνονται με τον ίδιο τρόπο, και ο όρος πολύγραμμο (polyline) επινοήθηκε για να περιγράφει μια καμπύλη που αναπαρίσταται με μια σειρά ευθύγραμμων τμημάτων που συνδέουν κορυφές. [28] Εικόνα 2.5 Μια επιφάνεια (κόκκινη γραμμή) και η προσέγγισή της από ένα πολύγωνο (μπλε γραμμή) Για να αποτυπώσουμε ένα επιφανειακό αντικείμενο σε διανυσματική μορφή, χρειάζεται μόνο να καθορίσουμε τις θέσεις των σημείων που αποτελούν τις κορυφές ενός πολυγώνου. Αυτό φαίνεται απλό και μάλιστα πολύ πιο αποδοτικό από μια αναπαράσταση raster, η οποία θα απαιτούσε να δημιουργήσουμε έναν κατάλογο όλων των κελιών που απαρτίζουν την περιοχή. Αυτές οι ιδέες αποτυπώνονται περιεκτικά στο σχόλιο "Raster is vaster, and vector is correcter" (σε ελεύθερη μετάφραση, "το raster είναι ογκωδέστερο, και το διάνυσμα είναι ορθότερο"). Για να δημιουργήσουμε μια ακριβή προσέγγιση κάποιας επιφάνειας σε μορφή raster, είναι απαραίτητο να καταφύγουμε στη χρήση πολύ μικρών κελιών, οπότε ο αριθμός των κελιών αυξάνεται αναλογικά (στην πραγματικότητα, κάθε διχοτόμηση του πλάτους και του ύψους κάθε κελιού προκαλεί τον τετραπλασιασμό του αριθμού των κελιών). Τα πράγματα όμως δεν είναι τόσο απλά όσο φαίνονται. Η φαινομενική ακρίβεια της διανυσματικής αναπαράστασης συχνά, δεν έχει έννοια, επειδή πολλά γεωγραφικά φαινόμενα απλώς δεν μπορούν να εντοπιστούν με υψηλή ακρίβεια. Έτσι, παρόλο που τα δεδομένα raster μπορεί να φαίνονται λιγότερο ελκυστικά, ίσως είναι πολύ πιο αντιπροσωπευτικά της εγγενούς ποιότητας των δεδομένων. [20] Έτσι, η επιλογή μεταξύ των μεθόδων raster και vector είναι συχνά πολύπλοκη, όπως στον (πίνακα 2.1). Σελίδα από 95

33 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Πίνακας2.1 Σχετικά πλεονεκτήματα των μεθόδων αναπαράστασης raster και vector Ζήτημα Μέθοδος Rater Μέθοδος vector Εξαρτάται από το μέγεθος Εξαρτάται από την πυκνότητα των Όγκος δεδομένων των κελιών κορυφών Πηγές στοιχείων Τηλεπισκόπηση, φωτογραφίες Κοινωνικά και περιβαλλοντικά δεδομένα Εφαρμογές Πόρων, περιβαλλοντικές Κοινωνικές, οικονομικές, διοικητικές Λογισμικό GIS τύπου raster, επεξεργασία GIS τύπου vector, αυτοματοποιημένη εικόνας χαρτογραφία Ανάλυση Σταθερή Μεταβλητή Αναπαράσταση συνεχών πεδίων Ενώ τα διακριτά αντικείμενα προσφέρονται από τη φύση τους για να αναπαρασταθούν ως σημεία, γραμμές, ή επιφάνειες με τη χρήση διανυσματικών μεθόδων, είναι λιγότερο προφανές με ποιον τρόπο μπορεί να εκφραστεί σε μια ψηφιακή αναπαράσταση η συνεχής μεταβολή ενός πεδίου. Στα συστήματα GIS εφαρμόζονται συνήθως έξι εναλλακτικές λύσεις (Εικόνα 2.6 ): Α. Αποτύπωση της τιμής της μεταβλητής σε κάθε σημείο ενός πλέγματος σημείων δειγματοληψίας με ίσες μεταξύ τους αποστάσεις (για παράδειγμα, υψόμετρα σε αποστάσεις 30 μ. σε ένα σύστημα Ψηφιακού Υψομετρικού Μοντέλου (Digital Elevation Model, DEM). Β. Αποτύπωση της τιμής του πεδίου σε κάθε σημείο ενός συνόλου ακανόνιστων σημείων δειγματοληψίας (για παράδειγμα, η μεταβολή της επιφανειακής θερμοκρασίας όπως μετράται στους μετεωρολογικούς σταθμούς). Γ. Αποτύπωση μιας μεμονωμένης τιμής της μεταβλητής για ένα κελί κανονικού σχήματος (για παράδειγμα, οι τιμές της ανακλώμενης ακτινοβολίας σε ένα αντικείμενο μέσω τηλεπισκόπησης). Δ. Αποτύπωση μιας μεμονωμένης τιμής της μεταβλητής για μια επιφάνεια ακανόνιστου σχήματος (για παράδειγμα, η κατηγορία της βλάστησης ή το όνομα του ιδιοκτήτη ενός οικοπέδου). Ε. Αποτύπωση της γραμμικής μεταβολής μιας μεταβλητής του πεδίου σε ένα τρίγωνο ακανόνιστου σχήματος (για παράδειγμα, το υψόμετρο που αποτυπώνεται σε ένα Ακανόνιστο Τριγωνισμένο Δίκτυο (Triangulated Irregular Network, TIN)

34 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Ζ Αποτύπωση των ισοϋψών μιας επιφάνειας, με τη μορφή ψηφιοποιημένων γραμμών (για παράδειγμα, οι ψηφιοποιημένες ισοϋψείς καμπύλες που αναπαριστούν το υψόμετρο της επιφάνειας). Όλες αυτές οι μέθοδοι καταφέρνουν να συμπιέσουν τα θεωρητικά άπειρα δεδομένα ενός συνεχούς πεδίου σε μια πεπερασμένη ποσότητα με τη χρήση κάποιας από τις έξι επιλογές, δύο από τις οποίες (η Α και η Γ) είναι τύπου raster, ενώ οι υπόλοιπες τέσσερις (Β, Δ, Ε, και Ζ) είναι τύπου vector. Από τις τελευταίες, μία (Β) χρησιμοποιεί σημεία, δύο (Δ και Ε) χρησιμοποιούν πολύγωνα, και μία (Ζ) χρησιμοποιεί γραμμές, για να εκφράσουν τη συνεχή χωρική μεταβολή του πεδίου σε σχέση με ένα πεπερασμένο σύνολο διανυσματικών αντικειμένων. Αντίθετα όμως με τη θεώρηση των διακριτών αντικειμένων, τα αντικείμενα που χρησιμοποιούνται για να απεικονίσουν ένα πεδίο δεν είναι πραγματικά αλλά απλώς επινοήσεις για την αναπαράσταση κάποιου χαρακτηριστικού που στην πραγματικότητα αντιλαμβανόμαστε ως συνεχές στο χώρο. Τα τρίγωνα μιας αναπαράστασης TIN (επιλογή Ε), για παράδειγμα, υπάρχουν μόνο στην ψηφιακή αναπαράσταση και δε θα τα συναντήσουμε στο έδαφος, και το ίδιο συμβαίνει με τις καμπύλες μιας αναπαράστασης ισοϋψών (επιλογή Ζ). Εικόνα 2.6 Οι έξι προσεγγιστικές αναπαραστάσεις ενός πεδίου οι οποίες χρησιμοποιούνται στα GIS. (Α) Σημεία δειγματοληψίας με ίσες αποστάσεις μεταξύ τους. (Β) Ακανόνιστα σημεία δειγματοληψίας. (Γ) Ορθογώνια κελιά. (Δ) Πολύγωνα με ακανόνιστο σχήμα. (Ε) Ακανόνιστο δίκτυο τριγώνων με γραμμική μεταβολή μέσα σε κάθε τρίγωνο (Ακανόνιστο Τριγωνισμένο Δίκτυο ή μοντέλο TIN στην περίπτωση αυτή, το περιβάλλον πλαίσιο απεικονίζεται με διακεκομμένες γραμμές επειδή δε φαίνονται τα τμήματα των πληρούν τριγώνων που εκτείνονται έξω από το πλαίσιο). (Ζ) Πολύγραμμα που αντιπροσωπεύουν ισοϋψείς καμπύλες. Σελίδα από 95

35 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Μοντελοποίηση Γεωγραφικών Δεδομένων Μοντέλο δεδομένων είναι ένα σύνολο δομών για την περιγραφή και την αναπαράσταση τμημάτων του πραγματικού κόσμου σε ένα ψηφιακό σύστημα υπολογιστή. Τα μοντέλα δεδομένων έχουν ζωτική σημασία για τα συστήματα GIS επειδή ελέγχουν τον τρόπο με τον οποίο αποθηκεύονται τα δεδομένα και ασκούν ουσιαστική επίδραση στον τύπο των αναλυτικών λειτουργιών που μπορούν να εκτελεστούν. Τα πρώτα συστήματα GIS βασίζονταν σε μοντέλα δεδομένων επιτεταμένων CAD, απλών γραφικών, και εικόνων. Τις δεκαετίες του 1980 και 1990, στα συστήματα GIS κυριάρχησε το υβριδικό γεωσχεσιακό μοντέλο. Τα τελευταία χρόνια αναπτύχθηκαν σημαντικά συστήματα λογισμικού σε πιο προηγμένα μοντέλα γεωγραφικών αντικειμένων Βασισμένα σε πρότυπα, τα οποία περιλαμβάνουν στοιχεία όλων των προηγούμενων μοντέλων. [11] Γενική Περιγραφή Μοντέλων Δεδομένων Η καρδιά κάθε συστήματος GIS είναι το μοντέλο δεδομένων, το οποίο αποτελείται από ένα σύνολο δομών για την αναπαράσταση αντικειμένων και διαδικασιών στο ψηφιακό περιβάλλον του υπολογιστή (Εικόνα). Οι άνθρωποι (οι χρήστες των συστημάτων GIS) αλληλεπιδρούν με τα συστήματα GIS για να φέρουν σε πέρας εργασίες όπως η δημιουργία χαρτών, η υποβολή ερωτημάτων σε βάσεις δεδομένων, και η εκτέλεση αναλύσεων καταλληλότητας τοποθεσιών. Επειδή οι τύποι των αναλύσεων που μπορούν να πραγματοποιηθούν επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τον τρόπο μοντελοποίησης του πραγματικού κόσμου, οι αποφάσεις που αφορούν τον τύπο του μοντέλου δεδομένων έχουν κρίσιμη σημασία για την επιτυχία ενός έργου GIS. Ένα μοντέλο δεδομένων είναι ένα σύνολο δομών για την περιγραφή και την αναπαράσταση επιλεγμένων πλευρών του πραγματικού κόσμου σε έναν υπολογιστή. [20] Η γεωγραφική πραγματικότητα είναι συνεχής και απείρως σύνθετη, αλλά οι υπολογιστές είναι πεπερασμένοι, σχετικά απλοί, και μπορούν να επεξεργαστούν μόνο ψηφιακά δεδομένα. Κατά συνέπεια, πρέπει να γίνουν δύσκολες επιλογές για το ποια πράγματα θα συμπεριληφθούν στο μοντέλο ενός συστήματος GIS και για τον τρόπο αναπαράστασής τους. Επειδή τα συστήματα GIS χρησιμοποιούνται από διαφορετικούς τύπους ανθρώπων και για διαφορετικούς σκοπούς, και επειδή τα φαινόμενα που μελετούν αυτοί οι άνθρωποι έχουν διαφορετικά γνωρίσματα, δεν υπάρχει ένας μοναδικός τύπος μοντέλου δεδομένων GIS που να περιέχει τα πάντα και να είναι βέλτιστος για όλες τις περιστάσεις. [11]

36 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Εικόνα 2.7: Επίπεδα αφαίρεσης μοντέλων δεδομένων GIS. 2.6 Μοντέλα αναπαράστασης χωρικών δεδομένων Καθώς ο βασικός στόχος ενός ΓΠΣ είναι η μετατροπή ακατέργαστων "δεδομένων"(data) σε "πληροφορίες"(information) θα πρέπει να υποστηρίζονται τα κατάλληλα μοντέλα αναπαράστασης των γεωγραφικών δεδομένων. Οι δύο βασικοί τύποι μοντέλων είναι το διανυσματικό (vector) και το ψηφιδωτό μοντέλο ή μοντέλο κανάβου (raster). Διανυσματικό μοντέλο Σύμφωνα με τη βασική αρχή του διανυσματικού μοντέλου ο πραγματικός κόσμος μπορεί να επιμεριστεί σε διακριτά γεωγραφικά αντικείμενα τα οποία ορίζονται με σαφήνεια και έχουν τη μορφή σημείων, γραμμών ή πολυγώνων (επιφανειών). Η χωρική διάσταση αυτών των αντικειμένων προσδιορίζεται με τη χρήση συντεταγμένων. Έτσι, κάθε σημείο της επιφάνειας της γης αντιστοιχεί μοναδικά με ένα ζεύγος (ή τριάδα) αριθμών σε ένα σύστημα συντεταγμένων όπως είναι οι x, y και z Καρτεσιανές συντεταγμένες. Οι τρεις παραπάνω τύποι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναπαράσταση γεωγραφικών οντοτήτων (π.χ. σημείο για την αναπαράσταση ενός ναού, γραμμή για την αναπαράσταση ενός μονοπατιού και πολύγωνο για την αναπαράσταση ενός εκτεταμένου αρχαιολογικού πεδίου κλπ). Επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν συνδυαστικά έτσι ώστε να δομούν σύνθετα χωρικά στοιχεία. Η χωρική βάση ενός ΓΠΣ συχνά αποτελείται από θεματικά επίπεδα διανυσματικών δεδομένων. Η μοντελοποίηση των χωρικών δεδομένων σύμφωνα με το διανυσματικό μοντέλο βασίζεται σε μια οπτική ανάλυσης του πραγματικού κόσμου σε αντικείμενα ή διακριτές οντότητες. Σελίδα από 95

37 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Σχήμα 2.1 Διανυσματικό μοντέλο Ψηφιδωτό μοντέλο Η αναπαράσταση γεωγραφικών δεδομένων με το ψηφιδωτό μοντέλο βασίζεται στην εξέταση καθορισμένων περιοχών του πραγματικού κόσμου. Σύμφωνα με αυτή, ο χώρος διαιρείται σε διατεταγμένα δομικά στοιχεία τα οποία κατασκευάζουν πλέγματα. Τα δομικά αυτά στοιχεία καλούνται ψηφίδες ή κελιά (pixels,cells) και είναι συνήθως τετράγωνα. Η θέση μιας ψηφίδας καθορίζεται από τη στήλη και τη γραμμή στην οποία ανήκει, ενώ η έκταση την οποία αντιπροσωπεύει κάθε ψηφίδα καθορίζει τη χωρική ανάλυση των δεδομένων. Η τοποθέτηση ενός γεωγραφικού στοιχείου καταγράφεται στην πλησιέστερη ψηφίδα. Για κάθε ψηφίδα αποθηκεύονται περιγραφές (αριθμητικές τιμές ή χαρακτήρες) οι οποίες δείχνουν τον τύπο του γεωγραφικού αντικειμένου ή φαινομένου στη συγκεκριμένη θέση. Διαφορετικές περιγραφές που αναφέρονται στο ίδιο κελί συνήθως αποθηκεύονται σε ξεχωριστά θεματικά επίπεδα. Παρά το γεγονός ότι το διανυσματικό και το ψηφιδωτό μοντέλο διαφοροποιούνται ως προς τον τρόπο οργάνωσης και δόμησης της χωρικής πληροφορίας, καθώς και το ότι χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνολογίες εισόδου δεδομένων, οι τελευταίες τεχνολογικές εξελίξεις επιτρέπουν συνδυασμένη χρήση αυτών των δύο μοντέλων σε γεωγραφικές εφαρμογές. [20] Σχήμα 2.2 Ψηφιδωτό μοντέλο

38 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Έτσι τα σύγχρονα συστήματα παρέχουν δυνατότητες μετατροπής από ψηφιδωτά σε διανυσματικά δεδομένα και αντίστροφα, όπως επίσης και δυνατότητες ταυτόχρονης τους. Στις μέρες μας, το διανυσματικό και το ψηφιδωτό μοντέλο χρησιμοποιούνται από κοινού συμπληρωματικά και όχι ανταγωνιστικά, διαδραματίζοντας εξίσου σημαντικό ρόλο στις διαδικασίες επεξεργασίας και ανάλυσης των γεωγραφικών δεδομένων. Τα περιγραφικά δεδομένα οργανώνονται σε δομές που είναι γνωστές με το γενικό όρο «βάσεις δεδομένων». Ως βάση δεδομένων ορίζεται "μια αυτοματοποιημένη, αυστηρά ορισμένη συλλογή δεδομένων τα οποία, ελεγχόμενα κεντρικά, χρησιμοποιούνται και διαμοιράζονται διαφορετικοί χρήστες σε ένα επιχειρησιακό περιβάλλον'" (Date 1995). Οι βάσεις αυτές αξιοποιούνται στο πλαίσιο ενός ΓΠΣ σε συνδυασμό με τα μοντέλα χωρικών δεδομένων τα οποία περιγράφηκαν παραπάνω. Τα κύρια μοντέλα βάσεων δεδομένων που χρησιμοποιούνται στα ΓΠΣ είναι α) το σχεσιακό μοντέλο (relational) κατά το οποίο τα δεδομένα οργανώνονται με τη χρήση συσχετιζόμενων πινάκων. Το μοντέλο αυτό αποτελεί και το πλέον διαδεδομένο, και β) αντικειμενοστρεφές (objectoriented) μοντέλο στο οποίο οι γεωγραφικές οντότητες καθορίζονται σαν μοναδικά αντικείμενα τα οποία κατηγοριοποιούνται σε τύπους και κλάσεις αντικειμένων ανάλογα με τα χαρακτηριστικά τους. Το τελευταίο απαντάται όλο και περισσότερο στα ΓΠΣ. Μοντέλο κατά Tomlin Στο μοντέλο κατά Tomlin τα γεωγραφικά δεδομένα συνθέτουν μία ιεραρχία. Στο υψηλότερο επίπεδο βρίσκεται ο χάρτης, ο οποίος αποτελεί μια βιβλιοθήκη θεματικών επιπέδων, που είναι αγκιστρωμένα σε ενιαίο σύστημα συντεταγμένων. Κάθε επίπεδο αντιστοιχεί σε μία θεματική ενότητα και διαιρείται σε ζώνες, ενώ κάθε ζώνη συντίθεται από ένα σύνολο θέσεων με κοινή τιμή στο θεματικό γνώρισμα. Το πλεονέκτημα του μοντέλου αυτού είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ανεξάρτητα από το μοντέλο αναπαράστασης που υιοθετείται στο λογικό και φυσικό επίπεδο του συστήματος, δηλαδή το μοντέλο ψηφιδωτού (raster model) ή το διανυσματικό (vector model). Συνήθως, η αναπαράσταση των χωρικών αντικειμένων στο φυσικό επίπεδο του συστήματος γίνεται με χρήση του διανυσματικού μοντέλου και των πεδίων με το μοντέλο ψηφιδωτού. [24] Σχήμα 2.3 : Η ιεραρχία δεδομένων στο μοντέλο κατά Tomlin Σελίδα από 95

39 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Χωρικοί Τύποι Δεδομένων Τα παραδοσιακά Συστήματα Βάσεων Δεδομένων σχεδιάζονταν για να διαχειρίζονται αλφαριθμητικά δεδομένα τα οποία αναπαρίστανται με χαρακτήρες, αριθμητικές τιμές, ημερομηνίες κ.λπ. Δεν υπήρχε πρόβλεψη για την αποθήκευση και επεξεργασία χωρικών δεδομένων. Τα αντικειμενοστραφή και αντικειμενοσχεσιακά Συστήματα Βάσεων Δεδομένων επιτρέπουν τη δημιουργία αφηρημένων τύπων δεδομένων (Abstract Data Types, ADT s) με τους οποίους περιγράφονται σύνθετες δομές. Βασιζόμενοι στη δυνατότητα αυτή, κατασκευαστές λογισμικού βάσεων δεδομένων ενσωμάτωσαν στο μοντέλο δεδομένων τους χωρικούς τύπους δεδομένων (διανύσματα και ψηφιδωτά), για τη διαχείριση και επεξεργασία χωρικών στοιχείων/πληροφοριών. Οι χωρικοί τύποι δεδομένων είναι ειδικοί τύποι δεδομένων, απαραίτητοι για τη μοντελοποίηση και αναπαράσταση της χωρικής διάστασης των γεωγραφικών οντοτήτων, των συσχετίσεων και των λειτουργιών τους σε ένα ΣΔΒΔ. Ο ορισμός Σχήμα 2.4: Ιεραρχία χωρικών τύπων δεδομένων του OGC [25] και η υλοποίηση τέτοιων τύπων δεδομένων αποτελούν τα πιο θεμελιώδη ζητήματα στην ανάπτυξη ενός Συστήματος Χωρικών Βάσεων Δεομένων [11]. Η έλλειψη κοινού προτύπου αναπαράστασης των γεωγραφικών οντοτήτων, δημιούργησε εξαρτήσεις από την υλοποίηση χωρικών τύπων δεδομένων σε συγκεκριμένα λογισμικά και προβλήματα διαλειτουργικότητας. Το Open Geospatial Consortium (OGC) πρότεινε το 1999 μία ιεραρχία χωρικών τύπων δεδομένων, το μοντέλο αντικειμένου γεωμετρίας (geometry object model), για την αναπαράσταση γεωγραφικών οντοτήτων σε μία βάση δεδομένων. Στο μοντέλο αυτό η βασική κλάση «γεωμετρία» χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση μιας οντότητας ως αντικείμενο, το οποίο έχει τουλάχιστον ένα χαρακτηριστικό γεωμετρικού τύπου. Η κλάση γεωμετρία έχει τέσσερις βασικές υποκλάσεις: σημείο, καμπύλη, επιφάνεια και συλλογή

40 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων γεωμετρίας. Σημειώνεται ότι η γεωμετρία δεν είναι υλοποιήσιμη στο σύστημα, δηλαδή οι χωρικές οντότητες δε μπορούν να οριστούν ως στιγμιότυπα της γεωμετρίας (δεν είναι δυνατό να αναπαρασταθεί οπτικά). Τα περισσότερα σύγχρονα εμπορικά Συστήματα Διαχείρισης Χωρικών Βάσεων Δεδομένων (ΣΔΧΒΔ) υιοθετούν και ενσωματώνουν στο μοντέλο δεδομένων τους τουλάχιστον τα βασικά στοιχεία της ιεραρχίας αυτής. Όπως προαναφέρθηκε, πέραν των διανυσματικών τύπων δεδομένων μπορούν να οριστούν και ψηφιδωτά, όπως δορυφορικές εικόνες ή ψηφιακά μοντέλα εδάφους. Αρκετά συστήματα υποστηρίζουν και ψηφιδωτά παρέχοντας με αυτόν τον τρόπο ολοκληρωμένες δυνατότητες διαχείρισης χωρικών δεδομένων Τύποι Μοντέλων - Στατικά μοντέλα και δείκτες Ένα στατικό μοντέλο αντιπροσωπεύει ένα μοναδικό σημείο στο χρόνο, και συνήθως συνδυάζει πολλές εισόδους σε μία μοναδική έξοδο. Σε ένα στατικό μοντέλο δεν υπάρχουν χρονικά βήματα ούτε βρόχοι, αλλά τα αποτελέσματα έχουν συχνά μεγάλη αξία ως συναρτήσεις πρόβλεψης (predictors) ή δείκτες (indicators). Σε αυτή την κατηγορία εμπίπτει για παράδειγμα η Γενική Εξίσωση Απώλειας Εδάφους (Universal Soil Loss Equation, USLE). Προβλέπει την απώλεια εδάφους σε ένα σημείο, με βάση πέντε μεταβλητές εισόδου, σύμφωνα με την εξίσωση: A = R * LS*C * P όπου Α είναι ο προβλεπόμενος ρυθμός διάβρωσης, R ο συντελεστής βροχόπτωσης και απορροής, Κ ο συντελεστής διαβρωσιμότητας εδάφους, LS ο συντελεστής μήκους κλίσης, C ο συντελεστής καλλιέργειας/βλάστησης και διαχείρισης, και Ρ ο συντελεστής ελέγχου διάβρωσης. Πλήρεις ορισμοί για όλες αυτές τις μεταβλητές και τις μετρήσεις τους ή την εκτίμησή τους μπορείτε να βρείτε στις περιγραφές του USLE. Ένα στατικό μοντέλο αντιπροσωπεύει ένα σύστημα σε μία χρονική στιγμή. Η εξίσωση USLE πληροί την πρώτη απαίτηση ενός χωρικού μοντέλου επειδή πολλές, αν όχι όλες οι είσοδοί της, μεταβάλλονται χωρικά όταν εφαρμοστούν σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Δεν πληροί όμως τη δεύτερη απαίτηση επειδή, αν μετακινηθούν τα σημεία στα οποία υπολογίζεται το Α, τα αποτελέσματα δε θα επηρεαστούν. [2] Ακρίβεια και εγκυρότητα δοκιμή του μοντέλου Τα μοντέλα είναι σύνθετες δομές και οι έξοδοι που δίνουν είναι συχνά προβλέψεις για το μέλλον. Πώς λοιπόν μπορεί να δοκιμαστεί ένα μοντέλο και πώς μπορεί κανείς να γνωρίζει αν τα αποτελέσματά του είναι αξιόπιστα; Δυστυχώς, έχουμε μια έμφυτη τάση να εμπιστευόμαστε τα αποτελέσματα των υπολογιστικών μοντέλων επειδή εμφανίζονται σε αριθμητική μορφή (και οι αριθμοί έχουν ένα εγγενές κύρος) και επειδή παράγονται από υπολογιστές (οι οποίοι επίσης θεωρούνται έγκυροι). Τα αποτελέσματα των υπολογιστών μπορεί να φαίνεται ότι έχουν ένα εγγενές κύρος. Κανονικά, οι επιστήμονες ελέγχουν τα αποτελέσματά τους με βάση την πραγματικότητα, αλλά στην περίπτωση των προβλέψεων η πραγματικότητα δεν είναι Σελίδα από 95

41 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου ακόμα διαθέσιμη και, όταν θα έχουν συμβεί τα μελλοντικά γεγονότα, θα υπάρχει μάλλον μικρό ενδιαφέρον για έλεγχο. Έτσι οι κατασκευαστές μοντέλων πρέπει να καταφύγουν σε άλλες μεθόδους για να επαληθεύσουν και να επικυρώσουν τις προβλέψεις τους. Τα μοντέλα μπορούν συχνά να ελεγχθούν μέσω της σύγκρισης με την ιστορία, δηλαδή της εφαρμογής του μοντέλου όχι στο μέλλον αλλά ξεκινώντας από κάποιο σημείο στο παρελθόν και προχωρώντας στο χρόνο. Συχνά όμως, αυτά είναι τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για τη βαθμονόμηση του μοντέλου, τον προσδιορισμό των παραμέτρων και των κανόνων του, οπότε δεν είναι διαθέσιμα τα ίδια δεδομένα για τη δοκιμή. Αντί γι' αυτό, πολλοί κατασκευαστές μοντέλων καταφεύγουν σε μια διασταύρωση (cross-validation), μια διαδικασία κατά την οποία ένα υποσύνολο των δεδομένων χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση και τα υπόλοιπα δεδομένα για την επικύρωση των αποτελεσμάτων. Είναι σημαντικό, λοιπόν, οι χρήστες των μοντέλων να πραγματοποιούν κάποιας μορφής ανάλυση ευαισθησίας (sensitivity analysis), εξετάζοντας κάθε παράμετρο με τη σειρά για να διαπιστώσουν πόσο επηρεάζει τα αποτελέσματα. Η ανάλυση ευαισθησίας ελέγχει την απόκριση ενός μοντέλου στις αλλαγές των παραμέτρων και των παραδοχών του. [19] Χωρικές Λειτουργίες Οι λειτουργίες στα χωρικά δεδομένα πραγματοποιούνται μέσω των χωρικών τελεστών (spatial operators). Οι χωρικοί τελεστές χρησιμοποιούνται στη χωρική ανάλυση και τον προσδιορισμό των γεωμετρικών ιδιοτήτων και σχέσεων μεταξύ των γεωγραφικών οντοτήτων. Διάφορες κατηγοριοποιήσεις χωρικών τελεστών έχουν προταθεί, ανάμεσά τους και αυτή των Clementini και Di Felice (1997). Στην κατηγοριοποίηση οι χωρικοί τελεστές διακρίνονται σε: Τοπολογικούς (topological). Μέσω της τοπολογίας εξάγονται ιδιότητες (σύνδεση, παρουσία/απουσία οπών) των αντικειμένων καθώς και τοπολογικές σχέσεις, όπως λόγου χάρη η τομή δύο αντικειμένων. Προβολικούς (projective). Οι προβολικοί τελεστές χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή κατηγορημάτων για την κυρτότητα/κοιλότητα των αντικειμένων και άλλων τοπολογικών σχέσεων. Μετρικούς (metrics). Οι μετρικοί τελεστές χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή κατηγορημάτων σχετικά με την ύπαρξη συμμετρίας στη γεωμετρία ενός αντικειμένου καθώς και για σχέσεις απόστασης και κατεύθυνσης.

42 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Το OGC (1999) υιοθετεί μία διαφορετική κατάταξη, σύμφωνα με την οποία οι τελεστές διακρίνονται σε βασικούς (basic), τοπολογικούς και σε τελεστές χωρικής ανάλυσης (spatial analysis) (Πίνακας 2.1). Όλοι οι τελεστές μπορούν να εφαρμοστούν σε όλους τους χωρικούς τύπους δεδομένων που παρουσιάζονται στο Σχήμα 2.2. Οι βασικοί επιτρέπουν την εξαγωγή κατηγορημάτων για τη θέση και το σχήμα μίας γεωμετρίας. Οι τοπολογικοί έχουν αντίστοιχη χρήση με αυτή που περιγράφηκε προηγουμένως στην κατηγοριοποίηση των Clementini και Di Felice και βασίζονται στο μοντέλο των 9- τομών (9-intersection model). Όπως είναι προφανές, οι τελεστές χωρικής ανάλυσης, χρησιμεύουν, σε διαδικασίες χωρικής ανάλυσης. [19] Οι λειτουργίες στην πρόταση του OGC περιορίζονται σε μετρικές και λειτουργίες τοπολογίας σε διανυσματικούς τύπους δεδομένων. Άλλες κατηγορίες χωρικών λειτουργιών είναι οι λειτουργίες δικτύων (π.χ. συντομότερο μονοπάτι), προσανατολισμού/κατεύθυνσης (π.χ. δυτικά, βόρεια), δυναμικές (π.χ. αλλαγή κλίμακας, στροφή) και οι λειτουργίες σε ψηφιδωτούς τύπους δεδομένων. Μία διαφορετική κατηγοριοποίηση των χωρικών λειτουργιών ανάλυσης, που προτείνεται στο [62], βασίζεται στο μοντέλο κατά Tomlin και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ανεξάρτητα από το βασικό μοντέλο αναπαράστασης που υιοθετείται στο λογικό και φυσικό επίπεδο του συστήματος (διανυσματικό ή ψηφιδωτά). Στην κατηγοριοποίηση διακρίνονται οι εξής λειτουργίες: Τοπικές. Οι τοπικές λειτουργίες περιλαμβάνουν τις λειτουργίες που υπολογίζουν μία νέα τιμή για κάθε θέση ενός θεματικού επιπέδου ως συνάρτηση των δεδομένων που σχετίζονται με τη συγκεκριμένη θέση σε υπάρχοντα επίπεδα (ταξινόμηση, γενίκευση, επίθεση). Εστιακές. Οι εστιακές λειτουργίες υπολογίζουν τιμές για κάθε θέση ως συνάρτηση της γειτονιάς (παρεμβολή, σύνδεση, λειτουργίες γειτονιάς). Λειτουργίες ζώνης. Οι λειτουργίες ζώνης περιλαμβάνουν τις λειτουργίες που υπολογίζουν νέες τιμές για κάθε θέση ενός επιπέδου ως συνάρτηση των υπαρχουσών τιμών που σχετίζονται με μία ζώνη που περιλαμβάνει αυτή τη θέση (αναζήτηση, λειτουργίες μέτρησης). Σελίδα από 95

43 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Κατηγορία Τελεστής Λειτουργία Βασικοί Τελεστές Spatial Reference Envelope Export IsEmpty IsSimple Boundary Επιστρέφει το σύστημα αναφοράς της γεωμετρίας Επιστρέφει το ελάχιστο περιβάλλον ορθογώνιο της γεωμετρίας Μετατρέπει τη γεωμετρία σε μία διαφορετική αναπαράσταση Εξετάζει αν η γεωμετρία είναι το κενό σύνολο Επιστρέφει ΑΛΗΘΕΣ (TRUE) αν η γεωμετρία είναι απλή Επιστρέφει το περίγραμμα της γεωμετρίας Τοπολογικοί Equal Εξετάζει αν οι γεωμετρίες είναι χωρικά ίσες Τελεστές Disjoint Εξετάζει αν οι γεωμετρίες είναι ανεξάρτητες Τελεστές Χωρικής Ανάλυσης Intersect Touch Cross Within Contain Overlap Relate Distance Buffer ConvexHull Intersection Union Εξετάζει αν οι γεωμετρίες τέμνονται Εξετάζει αν οι γεωμετρίες εφάπτονται Εξετάζει αν οι γεωμετρίες διασταυρώνονται Εξετάζει αν μία γεωμετρία βρίσκεται εντός μίας άλλης γεωμετρίας Εξετάζει αν μία γεωμετρία περιέχει μία άλλη γεωμετρία Εξετάζει αν μία γεωμετρία επικαλύπτει μία άλλη γεωμετρία Επιστρέφει ΑΛΗΘΕΣ (TRUE) αν υφίσταται η συγκεκριμένη τοπολογική σχέση του πίνακα των 9 - τομών Επιστρέφει τη μικρότερη απόσταση μεταξύ δύο οποιωνδήποτε σημείων δύο γεωμετριών Επιστρέφει μία γεωμετρία η οποία αναπαριστά όλα τα σημεία των οποίων η απόσταση από τη δοσμένη γεωμετρία είναι μικρότερη ή ίση από μία συγκεκριμένη τιμή Επιστρέφει το κυρτό πολύγωνο μίας γεωμετρίας Επιστρέφει την τομή δύο γεωμετριών Επιστρέφει την ένωση δύο γεωμετριών Difference Επιστρέφει τη διαφορά δύο γεωμετριών SymDifference Επιστρέφει τη συμμετρική διαφορά δύο γεωμετριών Πίνακας 2.2: Χωρικές λειτουργίες στην πρόταση του OGC (1999)

44 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Χωρική Μοντελοποίηση με συστήματα GIS Μετά από τους όρους σύστημα και αντικείμενο, ο όρος μοντέλο είναι ίσως ένας από τους πιο πολυχρησιμοποιημένους τεχνικούς όρους, με πολλές διαφορετικές σημασίες στο πλαίσιο των συστημάτων Ο όρος μοντέλο είναι ένας από τους πιο πολυχρησιμοποιημένους όρους της γλώσσας. Πρέπει να κάνουμε σαφή διάκριση μεταξύ των μοντέλων δεδομένων (data models), και των χωρικών μοντέλων (spatial models). Το μοντέλο δεδομένων είναι ένα πρότυπο για τα δεδομένα, ένα πλαίσιο εργασίας μέσα στο οποίο μπορούν να χωρέσουν συγκεκριμένες λεπτομέρειες σχετικών απόψεων της επιφάνειας της Γης. Για παράδειγμα, το μοντέλο δεδομένων ράστερ υποχρεώνει όλη τη γνώση μας να εκφραστεί με τη μορφή ιδιοτήτων των κελιών ενός κανονικού καννάβου, απλωμένου επάνω στη Γη. Ένα μοντέλο δεδομένων είναι, στην ουσία, μια δήλωση που αφορά τη μορφή ή το πώς μοιάζει ο κόσμος και περιορίζει τις επιλογές του χρήστη του μοντέλου δεδομένων σε εκείνες που επιτρέπει το πρότυπό του. Τα μοντέλα είναι εκφράσεις για το πώς πιστεύουμε ότι λειτουργεί ο κόσμος, με άλλα λόγια είναι εκφράσεις μιας διεργασίας. Σε αυτά μπορεί να περιλαμβάνονται πιθανά μοντέλα προσομοίωσης φυσικών διαδικασιών όπως η διάβρωση, η τεκτονική ανύψωση, η μετανάστευση των ελεφάντων, ή η κίνηση των ωκεάνιων ρευμάτων. Είναι δυνατόν να περιλαμβάνονται μοντέλα κοινωνικών διεργασιών, όπως ο οικιστικός διαχωρισμός ή οι μετακινήσεις των αυτοκινήτων σε μια εθνική οδό με συμφόρηση. Μπορεί να περιλαμβάνονται διεργασίες που έχουν σχεδιαστεί από τους ανθρώπους για την αναζήτηση των βέλτιστων εναλλακτικών λύσεων, όπως για παράδειγμα η εύρεση τοποθεσιών για ένα νέο κατάστημα λιανικής πώλησης. Τέλος, μπορεί να περιλαμβάνονται απλοί υπολογισμοί δεικτών ή συναρτήσεων πρόβλεψης, όπως όταν συνδυάζουμε στρώσεις γεωγραφικών πληροφοριών για να πάρουμε μέτρα της ευπάθειας των υπογείων υδάτων ή της κοινωνικής φτώχειας. Το κοινό στοιχείο σε όλα αυτά τα παραδείγματα είναι ο χειρισμός των γεωγραφικών πληροφοριών σε πολλά στάδια. Σε μερικές περιπτώσεις, αυτά τα στάδια πραγματοποιούν έναν απλό μετασχηματισμό ή μια ανάλυση των δεδομένων εισόδου για τη δημιουργία μιας εξόδου, ενώ σε άλλες περιπτώσεις τα στάδια αποτελούν ένα βρόχο προσομοίωσης της ανάπτυξης του μοντελοποιημένου συστήματος με το χρόνο, σε μια σειρά επαναλήψεων μόνον όταν ολοκληρωθούν όλοι οι βρόχοι ή οι επαναλήψεις θα υπάρξει μια τελική έξοδος. Στη διάρκεια της διεργασίας αυτής, υπάρχουν ενδιάμεσες έξοδοι και, συχνά, είναι επιθυμητό να αποθηκευτούν κάποιες από αυτές ή όλες για την περίπτωση που θα χρειαστεί να εφαρμοστεί ξανά το μοντέλο ή να αλλάξουν κάποια τμήματά του. [19] Σελίδα από 95

45 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Υπάρχουν δύο βασικές απαιτήσεις για ένα τέτοιο μοντέλο: Υπάρχει μια μεταβολή στο χώρο τον οποίο χειρίζεται το μοντέλο (που είναι, βέβαια, μια βασική απαίτηση όλων των εφαρμογών GIS), και Τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης αλλάζουν όταν αλλάζουν οι θέσεις των αντικειμένων η θέση έχει σημασία (και αυτή είναι μια βασική απαίτηση της χωρικής ανάλυσης). Τα μοντέλα δεν είναι απαραίτητο να είναι ψηφιακά. Τα αναλογικά μοντέλα μπορούν να είναι πολύ αποδοτικά και χρησιμοποιούνται ευρέως στον έλεγχο των τεχνικών έργων και τις προτάσεις για νέα αεροσκάφη. Παρουσιάζουν όμως δύο βασικά μειονεκτήματα συγκριτικά με τα ψηφιακά: μπορεί να έχουν μεγάλο κόστος κατασκευής και λειτουργίας και, αντίθετα με τα ψηφιακά μοντέλα, είναι δύσκολο να αντιγραφούν, να αποθηκευτούν, ή να χρησιμοποιηθούν από κοινού. Ο βαθμός λεπτομέρειας οποιουδήποτε αναλογικού μοντέλου δίνεται από το αντιπροσωπευτικό κλάσμα του (representative), το λόγο της απόστασης στο μοντέλο προς την απόσταση στον πραγματικό κόσμο. Όπως και τα ψηφιακά δεδομένα, τα υπολογιστικά μοντέλα δεν έχουν ένα σαφώς καθορισμένο αντιπροσωπευτικό κλάσμα και, αντί γι' αυτό, το μέτρο του βαθμού λεπτομέρειας δίνεται από τη χωρική ανάλυση (spatial resolution), η οποία ορίζεται ως η συντομότερη απόσταση για την οποία καταγράφεται κάποια αλλαγή. Η χρονική ανάλυση (temporal resolution) είναι επίσης σημαντική, και ορίζεται ως ο συντομότερος χρόνος για τον οποίο καταγράφεται κάποια αλλαγή και, στην περίπτωση πολλών δυναμικών μοντέλων, αντιστοιχεί στο χρονικό διάστημα μεταξύ των επαναλήψεων. Η χωρική και η χρονική ανάλυση είναι κρίσιμοι παράγοντες για τα μοντέλα. Καθορίζουν τι θα παραλειφθεί από το μοντέλο, με τη μορφή της μεταβολής που εμφανίζεται σε αποστάσεις ή χρόνους μικρότερους από την κατάλληλη ανάλυση. Καθορίζουν επίσης μια κύρια πηγή αβεβαιότητας στα αποτελέσματα των μοντέλων. Στο πλαίσιο αυτό, η αβεβαιότητα μπορεί να οριστεί καλύτερα μέσω της σύγκρισης των αποτελεσμάτων του μοντέλου και των αποτελεσμάτων των πραγματικών διεργασιών που επιδιώκει να προσομοιώσει αυτό. Όλα τα μοντέλα αφήνουν το χρήστη με κάποιο βαθμό αβεβαιότητας σχετικά με το πώς θα συμπεριφερθεί ο πραγματικός κόσμος ένα μέτρο της αβεβαιότητας επιχειρεί να δώσει ένα σαφές μέγεθος σε αυτό το βαθμό αβεβαιότητας.

46 Κεφάλαιο 2 Αρχές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων 2.7 Γεωαναφορά Η γεωγραφική θέση είναι το στοιχείο που διακρίνει τις γεωγραφικές πληροφορίες από όλους τους άλλους τύπους πληροφοριών, επομένως οι μέθοδοι για τον καθορισμό της θέσης στην επιφάνεια της γης είναι ουσιαστικές για την δημιουργία χρήσιμων γεωγραφικών πληροφοριών. Οι κύριες απαιτήσεις για γεωαναφορά είναι ότι πρέπει να είναι μοναδική, ώστε να υπάρχει μόνο μία θέση που συνδέεται με μια συγκεκριμένη γεωαναφορά, και επομένως να μην υπάρχει σύγχυση για τη θέση στην οποία αναφέρεται αυτή. Πρέπει επίσης το νόημά της να γνωστοποιηθεί σε όλους όσους θέλουν να χρησιμοποιήσουν την πληροφορία αυτή, καθώς και στα γεωγραφικά πληροφοριακά συστήματα. Για παράδειγμα, η γεωαναφορά 909 West Campus Lane, στην Goleta, της Καλιφόρνιας των Η.Π.Α. "δείχνει" σε ένα μοναδικό σπίτι δεν υπάρχει πουθενά αλλού στη Γη ένα σπίτι με αυτή τη διεύθυνση και το νόημά της είναι ευρέως γνωστό ώστε να είναι δυνατή η παράδοση του ταχυδρομείου σε αυτή τη διεύθυνση από πρακτικά οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη. Η διεύθυνση μπορεί να μην έχει νόημα για όλους τους κατοίκους της Κίνας, θα έχει όμως νόημα για έναν επαρκή αριθμό υπαλλήλων της ταχυδρομικής υπηρεσίας της Κίνας, και έτσι ένα γράμμα που ταχυδρομείται από την Κίνα στη διεύθυνση αυτή μάλλον θα παραδοθεί με επιτυχία. Η μοναδικότητα και το γνωστοποιημένο νόημα είναι επίσης αρκετά ώστε να μπορέσουν οι άνθρωποι να συνδέουν διάφορα είδη πληροφοριών με βάση την κοινή τοποθεσία: για παράδειγμα, μια εγγραφή με οδηγίες οδήγησης η οποία έχει γεωαναφερθεί με βάση τη διεύθυνση του δρόμου μπορεί να συνδεθεί με μια εγγραφή για κάποια αγορά. Οι αρνητικές επιπτώσεις αυτού του είδους σύνδεσης εγγραφών για το απόρρητο των ανθρώπων εξετάζονται εκτενέστερα από τον Mark Monmonier. [24] Σελίδα από 95

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Τεχνικές γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων 3.1 Λογισμικό GIS Το λογισμικό GIS αποτελεί τη μηχανή επεξεργασίας και ένα ζωτικής σημασίας συστατικό στοιχείο ενός συστήματος GIS. Αποτελείται από ολοκληρωμένες συλλογές προγραμμάτων υπολογιστών που υλοποιούν τις λειτουργίες της γεωγραφικής επεξεργασίας. Τα τρία βασικά μέρη κάθε συστήματος λογισμικού GIS είναι η διασύνδεση με το χρήστη, τα εργαλεία (λειτουργίες), και ο διαχειριστής δεδομένων. Τα μέρη αυτά μπορούν να βρίσκονται και τα τρία στον ίδιο υπολογιστή ή να είναι κατανεμημένα σε πολλούς υπολογιστές ενός τμήματος ή μιας επιχείρησης. Για την κατασκευή λειτουργικών υλοποιήσεων των συστημάτων GIS χρησιμοποιούνται τέσσερις κύριοι τύποι αρχιτεκτονικής υπολογιστικών συστημάτων: προσωπικού υπολογιστή (desktop), πελάτη-διακομιστή (client-server), κεντρική προσωπικού υπολογιστή (centralized desktop), και κεντρική διακομιστή (centralized server). Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι λογισμικού GIS πέντε κατηγορίες εκ των οποίων είναι: λογισμικό προσωπικού υπολογιστή, λογισμικό διακομιστή (μαζί με το Διαδίκτυο), λογισμικό για προγραμματιστές, λογισμικό υπολογιστών χειρός, και τα υπόλοιπα. Οι κυρίαρχοι εμπορικοί προμηθευτές λογισμικού GIS στην αγορά είναι η ESRI, η Intergraph, η Autodesk, και η GE Energy (Smaliworld). [26] Η εξέλιξη του λογισμικού GIS Στη διάρκεια αυτής της περιόδου, κάθε σύστημα GIS ήταν μοναδικό ως προς τις δυνατότητες του, και για να δημιουργηθεί ένα χρήσιμο σύστημα απαιτούνταν σημαντικοί πόροι. Καθώς οι τεχνικές παραγωγής λογισμικού βελτιώνονταν και η αγορά των συστημάτων GIS μεγάλωνε τις δεκαετίες του 1970 και 1980, οι απαιτήσεις για εφαρμογές υψηλού επιπέδου με μια πρότυπη διασύνδεση χρήστη αυξήθηκαν. Στα τέλη της δεκαετίας του 1970 και τις αρχές της δεκαετίας του 1980, ο κλασικός τρόπος επικοινωνίας με ένα σύστημα GIS ήταν η πληκτρολόγηση διαταγών στη γραμμή διαταγών. Η αλληλεπίδραση του χρήστη με ένα σύστημα GIS περιλάμβανε, για παράδειγμα, την πληκτρολόγηση εντολών για τη σχεδίαση ενός τοπογραφικού χάρτη, την υποβολή ενός ερωτήματος σχετικά με τις ιδιότητες ενός αντικειμένου μέσα στο δάσος, ή για το άθροισμα του μήκους των εθνικών οδών στην περιοχή ενός έργου. Στην ουσία, ένα πακέτο λογισμικού GIS ήταν μια εργαλειοθήκη τελεστών ή διαταγών γεωεπεξεργασίας που μπορούσαν να εφαρμοστούν σε σύνολα δεδομένων ώστε να δημιουργηθούν νέα σύνολα δεδομένων. Για παράδειγμα, μπορούσαμε να συνδυάσουμε τρία επίπεδα δεδομένων βασισμένα σε περιοχή, το Έδαφος, την Κλίση, και τη Βλάστηση, χρησιμοποιώντας μια λειτουργία υπέρθεσης για να δημιουργήσουμε ένα σύνολο δεδομένων που θα ονομάζαμε Ολοκληρωμένη Μονάδα Εδάφους.

48 Κεφάλαιο 3 Τεχνικές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Για να γίνει το λογισμικό πιο εύχρηστο και γενικό, υπήρξαν δύο κρίσιμες εξελίξεις τα τέλη της δεκαετίας του Πρώτον, οι διασυνδέσεις γραμμής διαταγών συμπληρώθηκαν και τελικά αντικαταστάθηκαν σε μεγάλο μέρος από τις διασυνδέσεις γραφικών (GUI). Αυτές οι διασυνδέσεις, βασισμένες σε μενού και φόρμες, απλοποίησαν σημαντικά την αλληλεπίδραση του χρήστη με ένα σύστημα GIS. Δεύτερον, προστέθηκε μια δυνατότητα προσαρμογής για τη δημιουργία εφαρμογών ειδικού σκοπού από τις γενικές εργαλειοθήκες. Οι υπεύθυνοι ανάπτυξης λογισμικού και οι χρήστες που διέθεταν τεχνικές γνώσεις μπορούσαν να κάνουν κλήσεις μέσω μιας γλώσσας προγραμματισμού υψηλού επιπέδου (όπως η Visual Basic ή η Java) σε δημοσιευμένες διασυνδέσεις προγραμματισμού εφαρμογών (application programming interface, API) που εξέθεταν κάποιες βασικές λειτουργίες. Ο συνδυασμός αυτών των δύο αποτέλεσε έναυσμα για ένα τεράστιο ενδιαφέρον για τα συστήματα GIS και οδήγησε στην πολύ ευρύτερη υιοθέτηση και επέκτασή τους σε νέους χώρους. Ιδιαίτερα η δυνατότητα δημιουργίας προσαρμοσμένων λύσεων εφαρμογών επέτρεψε στους προγραμματιστές να δημιουργούν εστιασμένες εφαρμογές για τους τελικούς χρήστες συγκεκριμένων τομέων της αγοράς. Αυτό οδήγησε στη δημιουργία εφαρμογών GIS προσαρμοσμένων στις συγκεκριμένες ανάγκες σημαντικών αγορών (π.χ., διοίκηση, υπηρεσίες κοινής ωφέλειας, στρατός, και περιβάλλον). Επινοήθηκαν νέοι όροι για να γίνει διάκριση μεταξύ αυτών των υποκατηγοριών του λογισμικού G1S: πληροφοριακά συστήματα σχεδιασμού, συστήματα αυτοματοποιημένης χαρτογράφησης/διαχείρισης εγκαταστάσεων (automated mapping/facility management AM/FM), συστήματα πληροφοριών γης, και πιο πρόσφατα, συστήματα υπηρεσιών θέσης. Τα τελευταία χρόνια αναπτύχθηκε μια νέα μέθοδος αλληλεπίδρασης με το λογισμικό, η οποία επιτρέπει στα συστήματα λογισμικού να επικοινωνούν μέσω του Ιστού με τη χρήση των επονομαζόμενων υπηρεσιών Ιστού. Μια υπηρεσία Ιστού είναι μια εφαρμογή που εκθέτει τις λειτουργίες της μέσα από μια σαφώς ορισμένη δημοσιευμένη διασύνδεση προσπελάσιμη μέσω του Ιστού από ένα άλλο πρόγραμμα ή μια άλλη υπηρεσία Ιστού. Αυτό το νέο υπόδειγμα αλληλεπίδρασης με το λογισμικό θα επιτρέψει τη σύνδεση των γεωγραφικά κατανεμημένων λειτουργιών GIS μεταξύ τους για τη δημιουργία ολοκληρωμένων εφαρμογών GIS. Για παράδειγμα, ένας αναλυτής της αγοράς, ο οποίος θέλει να προσδιορίσει την καταλληλότητα μια συγκεκριμένης τοποθεσίας για την κατασκευή ενός νέου εμπορικού καταστήματος, μπορεί να ξεκινήσει ένα μικρό πρόγραμμα φυλλομετρητή (browser) στον προσωπικό υπολογιστή του, το οποίο θα συνδεθεί με τις απομακρυσμένες υπηρεσίες του Ιστού που παρέχουν πρόσβαση στα τελευταία δεδομένα της απογραφής και τα γεωδημογραφικά δεδομένα, καθώς και σε αναλυτικά μοντέλα. Παρά το γεγονός ότι αυτά τα δεδομένα και τα προγράμματα φιλοξενούνται και διατηρούνται σε κάποιο απομακρυσμένο σύστημα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση της καταλληλότητας της τοποθεσίας, σαν να ήταν στην επιφάνεια εργασίας του αναλυτή αγοράς. Το σύγχρονο λογισμικό GIS εξακολουθεί να υιοθετεί τις ίδιες αρχές μιας εύχρηστης διασύνδεσης με μενού και δυνατότητες προσαρμογής, αλλά μπορεί πλέον να είναι κατανεμημένο στον Ιστό. [27] 3.2 GIS ανά έργο, τμήμα και επιχείρηση Τα συστήματα GIS συνήθως εισάγονται αρχικά στους οργανισμούς στο πλαίσιο ενός μοναδικού έργου ορισμένου χρόνου.οι τεχνικές συνιστώσες (δίκτυο, υλικό, λογισμικό, και δεδομένα) ενός συστήματος GIS συγκροτούνται για τη διάρκεια του έργου, η οποία μπορεί να κυμαίνεται από αρκετούς μήνες έως λίγα χρόνια. Τα δεδομένα συλλέγονται Σελίδα από 95

49 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου ειδικά για το έργο, και συνήθως λίγο ενδιαφέρει η επαναχρησιμοποίηση του λογισμικού, των δεδομένων, και της ανθρώπινης γνώσης. Σε μεγαλύτερους οργανισμούς, ενδέχεται να εκτελούνται πολλά έργα διαδοχικά ή ακόμη και παράλληλα. Η εφάπαξ φύση των έργων, σε συνδυασμό με την απουσία οργανωτικού οράματος, συχνά οδηγεί σε διπλασιασμό των απαιτούμενων πόρων αφού κάθε έργο αναπτύσσεται με διαφορετικό υλικό, λογισμικό, δεδομένα, ανθρώπους, και διαδικασίες. Η κοινή χρήση των δεδομένων και της πείρας συνήθως έχει χαμηλή προτεραιότητα. Καθώς αυξάνεται το ενδιαφέρον για τα συστήματα GIS, για να εξοικονομηθούν χρήματα και να ενθαρρυνθεί η κοινή χρήση και η επαναχρησιμοποίηση των πόρων, μπορούν να συγχωνευθούν πολλά έργα του ίδιου τμήματος. Αυτό συχνά οδηγεί στη δημιουργία κοινών προτύπων, την ανάπτυξη μιας ομάδας που έχει ως αντικείμενο το σύστημα GIS, και την προμήθεια νέων δυνατοτήτων του συστήματος GIS. Ωστόσο, είναι επίσης πολύ συνηθισμένο τα διάφορα τμήματα να έχουν διαφορετικό λογισμικό GIS και πρότυπα δεδομένων. Καθώς τα συστήματα GIS αρχίζουν να κυριαρχούν, οι οργανισμοί μαθαίνουν περισσότερα γι αυτά και αρχίζουν να εξαρτώνται από αυτά. Έτσι δημιουργείται η αντίληψη ότι τα συστήματα GIS αποτελούν ένα χρήσιμο τρόπο οργάνωσης πολλών από τα περιουσιακά στοιχεία, τις διεργασίες, και τις ροές εργασίας του οργανισμού. Μέσα από μια διαδικασία φυσικής ανάπτυξης και ενδεχομένως πρόσθετων σημαντικών προμηθειών (π.χ., αγορά αναβαθμισμένου υλικού, λογισμικού, και δεδομένων), τα συστήματα GIS γίνονται σταδιακά αποδεκτά ως ένα σημαντικό σύστημα πληροφοριών σε επίπεδο επιχείρησης. Στο σημείο αυτό, τα πρότυπα GIS γίνονται αποδεκτά από πολλά τμήματα, και συχνά η χρηματοδότηση και η διαχείριση των πόρων για την υποστήριξη και τη διαχείριση του συστήματος GIS γίνεται κεντρικά. Έχει αναγνωριστεί και ένας τέταρτος τύπος κοινωνικής υλοποίησης, κατά τον οποίο στο GIS συμμετέχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες χρήστες οι οποίοι συνδέονται μέσω δικτύου. [27] Εικόνα3.1 :Τύποι υλοποίησης Συστημάτων GIS

50 Κεφάλαιο 3 Τεχνικές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων 3.3 Συλλογή δεδομένων GIS Τα συστήματα GIS μπορούν να περιέχουν μια μεγάλη ποικιλία τύπων γεωγραφικών δεδομένων από πολλές διαφορετικές πηγές. Από την άποψη της δημιουργίας γεωγραφικών βάσεων δεδομένων, είναι βολικό να ταξινομούμε τα ράστερ και τα διανυσματικά δεδομένα σε πρωτογενή και δευτερογενή (Πίνακας 3.1). Πηγές πρωτογενών δεδομένων είναι εκείνες που συλλέγονται σε ψηφιακή μορφή ειδικά για να χρησιμοποιηθούν σε ένα έργο GIS. Τυπικά παραδείγματα πηγών πρωτογενών δεδομένων GIS είναι οι φωτογραφίες της Γης από τους δορυφόρους SPOT και 1KONOS, και διανυσματικές μετρήσεις τοπογραφικής αποτύπωσης κτηρίων που λαμβάνονται με τη χρήση μιας ολικής επισκόπησης. Δευτερογενείς πηγές είναι τα ψηφιακά και αναλογικά σύνολα δεδομένων τα οποία συγκεντρώθηκαν αρχικά για άλλους σκοπούς και χρειάζεται να μετατραπούν σε κατάλληλη ψηφιακή μορφή ώστε να χρησιμοποιηθούν σε ένα έργο GIS. Τυπικές δευτερογενείς πηγές είναι οι σαρωμένες έγχρωμες αεροφωτογραφίες αστικών περιοχών και οι έντυποι χάρτες της Υπηρεσίας Γεωλογικής Τοπογραφίας των ΗΠΑ (United States Geological Survey USGS) ή του Εθνικού Γεωγραφικού Ιδρύματος (Institut Geographique National) της Γαλλίας (IGN) οι οποίοι μπορούν να σαρωθούν και να διανυσματοποιη θούν. Αυτή η μέθοδος ταξινόμησης είναι χρήσιμη ως οργανωτικό πλαίσιο γι αυτό το κεφάλαιο και, κάτι ακόμα σημαντικότερο, επισημαίνει τον αριθμό των μετασχηματισμών στους οποίους υποβάλλεται ένα σύνολο δεδομένων στο στάδιο της επεξεργασίας και, επομένως, τα πιθανά σημεία εισαγωγής σφαλμάτων. Δεν είναι όμως πάντα εύκολη η διάκριση μεταξύ πρωτογενών και δευτερογενών δεδομένων, ή μεταξύ ράστερ και διανυσματικών. Για παράδειγμα, είναι πρωτογενή ή δευτερογενή τα ψηφιακά δορυφορικά δεδομένα τηλεπισκόπησης που λαμβάνονται από ένα DVD; Προφανώς, οι τροφοδοσίες από τους αισθητήρες των εμπορικών δορυφόρων με δεδομένα δε διοχετεύονται απευθείας στις βάσεις δεδομένων των συστημάτων GIS, αλλά πάνε στους επίγειους σταθμούς όπου τα δεδομένα υφίστανται μια προκαταρκτική επεξεργασία για να μεταφερθούν σε ψηφιακά μέσα. Εδώ τα δεδομένα θεωρούνται πρωτογενή επειδή υφίστανται συνήθως ελάχιστους μετασχηματισμούς από τη στιγμή της συλλογής τους από τους δορυφορικούς αισθητήρες, και επειδή τα γνωρίσματά τους τα καθιστούν κατάλληλα για ουσιαστικά άμεση χρήση στα έργα GIS. Οι πηγές πρωτογενών γεωγραφικών δεδομένων αποτυπώνονται ειδικά για χρήση σε συστήματα GIS με απευθείας μέτρηση. Δευτερογενείς πηγές είναι αυτές που επαναχρησιμοποιούνται από προηγούμενες μελέτες ή λαμβάνονται από άλλα συστήματα. [10] Σελίδα από 95

51 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Πίνακας 3.1 Ταξινόμηση γεωγραφικών δεδομένων για σκοπούς συλλογής με παραδείγματα για κάθε τύπο. Ράστερ Διανυσματικά Πρωτογενή Ψηφιακές δορυφορικές φωτογραφίες τηλεπισκόπησης Ψηφιακές αεροφωτογραφίες Δευτερογενή Σαρωμένοι χάρτες ή φωτογραφίες Ψηφιακά μοντέλα υψομέτρων από τοπογραφικούς χάρτες Μετρήσεις GPS Τοπογραφικές μετρήσεις Τοπογραφικοί χάρτες Βάσεις δεδομένων τοπωνυμίων (ονομάτων τοποθεσιών) Τόσο τα πρωτογενή όσο και τα δευτερογενή γεωγραφικά δεδομένα μπορούν να ληφθούν είτε σε ψηφιακή είτε σε αναλογική μορφή. Τα αναλογικά δεδομένα πρέπει πάντα να ψηφιοποιούνται πριν προστεθούν σε μια γεωγραφική βάση δεδομένων. Ο μετασχηματισμός από αναλογική σε ψηφιακή μορφή μπορεί να περιλαμβάνει τη σάρωση έντυπων χαρτών ή φωτογραφιών, την οπτική αναγνώριση χαρακτήρων (OCR) του κειμένου που περιγράφει τις ιδιότητες των γεωγραφικών αντικειμένων, ή τη διανυσματοποίηση (vectorization) επιλεγμένων στοιχείων μιας εικόνας. Ανάλογα με τη μορφή και τα γνωρίσματα των ψηφιακών δεδομένων, μπορεί να χρειαστεί σημαντική αλλαγή της μορφής και της δομής τους πριν από την εισαγωγή τους σε ένα σύστημα G1S. Καθένας από αυτούς τους μετασχηματισμούς τροποποιεί τα αρχικά δεδομένα και εισάγει επιπλέον αβεβαιότητα σε αυτά Οι διαδικασίες συλλογής δεδομένων αναφέρονται και ως αποτύπωση δεδομένων, αυτοματοποίηση δεδομένων, μετατροπή δεδομένων, μεταφορά δεδομένων, μετάφραση δεδομένων, και ψηφιοποίηση. Αν και υπάρχουν λεπτές διαφορές μεταξύ τους, αυτοί οι όροι ουσιαστικά περιγράφουν το ίδιο πράγμα, δηλαδή την προσθήκη γεωγραφικών δεδομένων σε μια βάση δεδομένων. Η αποτύπωση δεδομένων (data capture) αναφέρεται στην απευθείας καταχώριση. Η μεταφορά δεδομένων (data transfer) είναι η εισαγωγή υπαρχόντων ψηφιακών δεδομένων μέσω σύνδεσης δικτύου, Διαδίκτυο, δίκτυο ευρείας περιοχής (WAN), ή τοπικό δίκτυο (LAN) ή από φυσικά μέσα όπως CD ROM, δίσκοι zip, ή δισκέτες. Αυτό το κεφάλαιο εξετάζει τις τεχνικές συλλογής δεδομένων εξίσου (ίσως και περισσότερο) σημαντικά θέματα σε μια υλοποίηση GIS του πραγματικού κόσμου είναι η διαχείριση του έργου, το κόστος, και τα νομικά και οργανωτικά ζητήματα. Ο Πίνακας 3.2 δείχνει μια ανάλυση κόστους (σε χιλ. δολάρια) για δύο τυπικές υλοποιήσεις GIS πελάτηδιακομιστή: η μια έχει 10 θέσεις (συστήματα) και η άλλη 100. Το κόστος του υλικού περιλαμβάνει μόνο τους προσωπικούς υπολογιστές-πελάτες και τους διακομιστές (δηλαδή όχι τη δικτυακή υποδομή). Το κόστος δεδομένων αφορά την αγορά μιας βάσης με το αναγκαίο υπόβαθρο (π.χ., δρόμοι, οικόπεδα, και ορόσημα) και την ψηφιοποίηση στοιχείων όπως αγωγοί και σύνδεσμοι (εγκαταστάσεις ύδρευσης), αγωγοί και συσκευές (ηλεκτρικές εγκαταστάσεις), ή αγροτεμάχια και οικόπεδα (τοπική αυτοδιοίκηση). Για

52 Κεφάλαιο 3 Τεχνικές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων το κόστος του προσωπικού θεωρήσαμε ότι όλο το βασικό προσωπικό του συστήματος GIS θα είναι πλήρους απασχόλησης, αλλά οι χρήστες θα είναι μερικής απασχόλησης. Πίνακας 3.2 Ανάλυση κόστους (σε χιλ. δολάρια) για δύο τυπικά συστήματα GIS πελάτη- διακομιστή σύμφωνα με την εκτίμηση των συγγραφέων 10 θέσεις 100 θέσεις $ / $ % Υλικό 30 /Ο 3, ,6 Λογισμικό 25 2, ,9 Δεδομένα , ,5 Προσωπικό , ,0 Σύνολο Τον πρώτο καιρό των συστημάτων GIS, όταν τα γεωγραφικά δεδομένα ήταν λιγοστά, η συλλογή δεδομένων ήταν η κύρια εργασία των έργων GIS και συνήθως κατανάλωνε το μεγαλύτερο μέρος των διαθέσιμων πόρων. Ακόμη και σήμερα, η συλλογή δεδομένων εξακολουθεί να είναι μια διαδικασία χρονοβόρα, κουραστική, και δαπανηρή. Συνήθως ανέρχεται στο 15-50% του συνολικού κόστους ενός έργου GIS (Πίνακας 3.2). Στην πραγματικότητα, το κόστος αποτύπωσης των δεδομένων μπορεί να είναι ακόμη πιο σημαντικό επειδή σε πολλούς οργανισμούς (ειδικά σε εκείνους που έχουν κρατική χρηματοδότηση) το κόστος του προσωπικού θεωρείται σταθερό και δε συμμετέχει στον προϋπολογισμό. Επιπλέον, επειδή το μεγαλύτερο μέρος της προσπάθειας και της δαπάνης για τη συλλογή των δεδομένων καταναλώνεται συνήθως στα πρώτα στάδια των έργων, το κόστος της αποτύπωσης των δεδομένων συχνά ελέγχεται πιο αυστηρά από τα ανώτερα διευθυντικά στελέχη. Αν το κόστος του προσωπικού εξαιρεθεί από τον προϋπολογισμό ενός συστήματος GIS, τότε η δαπάνη για τη συλλογή των δεδομένων μπορεί να φτάσει στο 60-85% του συνολικού κόστους. Το κόστος αποτύπωσης των δεδομένων μπορεί να φτάσει μέχρι και το 85% του κόστους ενός συστήματος GIS. Αφού ένας οργανισμός ολοκληρώσει τις βασικές εργασίες συλλογής των δεδομένων, η εστίαση ενός έργου GIS μεταφέρεται στη συντήρηση των δεδομένων. Στην πολυετή διάρκεια ζωής ενός έργου GIS, η συντήρηση των δεδομένων μπορεί να αποδειχθεί μια πολύ πιο σύνθετη και δαπανηρή εργασία από την αρχική συλλογή τους. Αυτό οφείλεται στο μεγάλο όγκο συναλλαγών ενημέρωσης σε πολλά συστήματα (για παράδειγμα, αλλαγές στην ιδιοκτησία των οικοπέδων, εντολές εργασιών συντήρησης σε ένα δίκτυο εθνικών οδών, ή καταγραφή των στρατιωτικών επιχειρήσεων) και στην ανάγκη διαχείρισης της πρόσβασης πολλών χρηστών στις λειτουργικές βάσεις δεδομένων. Σελίδα από 95

53 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Ροή εργασιών συλλογής δεδομένων Με εξαίρεση μόνο τα πολύ απλά έργα, η συλλογή δεδομένων περιλαμβάνει μια σειρά διαδοχικών σταδίων (Εικόνα 3.2). Η ροή εργασιών ξεκινά με το σχεδίασμά, τον οποίο ακολουθεί η προετοιμασία, η ψηφιοποίηση/μεταφορά (εδώ έχουν την έννοια μιας σειράς πρωτογενών και δευτερογενών τεχνικών όπως η ψηφιοποίηση πινάκων, η καταχώριση τοπογραφικών στοιχείων, η σάρωση, και η φωτογραμμομετρία), η επεξεργασία και η βελτίωση, και, τέλος, η αξιολόγηση. Ο σχεδιασμός είναι προφανώς σημαντικός σε οποιοδήποτε έργο, και η συλλογή δεδομένων δεν αποτελεί εξαίρεση. Περιλαμβάνει τον καθορισμό των απαιτήσεων του χρήστη, τη συγκέντρωση των πόρων (προσωπικό, υλικό, και λογισμικό), και την ανάπτυξη ενός σχεδίου του έργου. Η προετοιμασία είναι ιδιαίτερα σημαντική στα έργα συλλογής δεδομένων. Περιλαμβάνει πολλές εργασίες, όπως λήψη των δεδομένων, επανασχεδίαση χαρτών χαμηλής ποιότητας, επεξεργασία των σαρωμένων εικόνων χαρτών, και αφαίρεση του θορύβου (ανεπιθύμητων δεδομένων όπως τα στίγματα σε μια σαρωμένη εικόνα χάρτη). Μπορεί επίσης να περιλαμβάνει την εγκατάσταση των κατάλληλων συστημάτων υλικού και λογισμικού GIS για την υποδοχή των δεδομένων. Η ψηφιοποίηση και η μεταφορά είναι τα στάδια στα οποία αναλώνεται το μεγαλύτερο μέρος της προσπάθειας. Είναι απλοϊκό να πιστεύουμε ότι συλλογή δεδομένων είναι απλώς και μόνον η ψηφιοποίηση, όταν στην πραγματικότητα περιλαμβάνει πολύ περισσότερα, όπως θα εξηγήσουμε παρακάτω. Η ψηφιοποίηση/μεταφορά ακολουθείται από την επεξεργασία και τη βελτίωση. Το στάδιο αυτό περιλαμβάνει πολλές τεχνικές που έχουν σχεδιαστεί για την επικύρωση των δεδομένων, καθώς και για τη διόρθωση των σφαλμάτων και τη βελτίωση της ποιότητας. Η αξιολόγηση, όπως λέει και το όνομα, είναι η διαδικασία προσδιορισμού των επιτυχιών και των αποτυχιών του έργου, οι οποίες μπορεί να είναι ποιοτικές ή ποσοτικές. Επειδή όλα τα μεγάλα έργα δεδομένων περιλαμβάνουν πολλά στάδια, αυτή η ροή εργασιών είναι επαναληπτική, όπου τα πρώτα στάδια (ειδικά στην πρώτη, πιλοτική φάση) βοηθούν στη βελτίωση των επόμενων φάσεων του συνολικού έργου. [28] Εικόνα 3.2 Τα στάδια των έργων συλλογής δεδομένων.

54 Κεφάλαιο 3 Τεχνικές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων 3.4 Αποτύπωση πρωτογενών γεωγραφικών δεδομένων Η πρωτογενής γεωγραφική αποτύπωση περιλαμβάνει άμεση μέτρηση των αντικειμένων. Οι ψηφιακές μετρήσεις δεδομένων μπορούν να εισαχθούν απευθείας στη βάση δεδομένων του GIS, ή να παραμείνουν σε ένα προσωρινό αρχείο πριν από την εισαγωγή τους. Αν και η πρώτη μέθοδος είναι προτιμότερη επειδή ελαχιστοποιεί το χρόνο και την πιθανότητα σφαλμάτων, η στενή σύζευξη συσκευών συλλογής δεδομένων και βάσεων δεδομένων GIS δεν είναι πάντα εφικτή. Υπάρχουν διαθέσιμες μέθοδοι αποτύπωσης πρωτογενών δεδομένων GIS τόσο ράστερ όσο και διανυσματικών. [29] Αποτύπωση δεδομένων ράστερ Η δημοφιλέστερη μορφή συλλογής πρωτογενών δεδομένων ράστερ είναι η τηλεπισκόπηση (remote sensing). Κατά μία ευρεία έννοια, η τηλεπισκόπηση είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για την εξαγωγή πληροφοριών σχετικά με τις φυσικές, χημικές, και βιολογικές ιδιότητες των αντικειμένων χωρίς άμεση φυσική επαφή). Οι πληροφορίες προκύπτουν από τις μετρήσεις της ποσότητας της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που ανακλάται, εκπέμπεται, ή σκεδάζεται από τα αντικείμενα. Για τη λήψη των μετρήσεων χρησιμοποιείται συνήθως μια ποικιλία αισθητήρων, οι οποίοι λειτουργούν σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από τα ορατά μήκη κύματος έως τα μικροκύματα. Οι παθητικοί αισθητήρες βασίζονται στην ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία ή την ακτινοβολία που εκπέμπει η γη οι ενεργητικοί αισθητήρες (όπως το ραντάρ συνθετικού διαφράγματος synthetic aperture radar) παράγουν τη δική τους πηγή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι πλατφόρμες στις οποίες τοποθετούνται αυτά τα όργανα είναι και αυτές διαφόρων ειδών. [29] Αποτύπωση διανυσματικών δεδομένων Η αποτύπωση πρωτογενών διανυσματικών δεδομένων είναι μια σημαντική πηγή γεωγραφικών δεδομένων. Οι δύο σπουδαιότεροι κλάδοι της αποτύπωσης δεδομένων είναι η επίγεια τοπογραφία και το GPS, η διάκριση μεταξύ αυτών των δύο γίνεται όλο και πιο ασαφής. Η επίγεια τοπογραφία βασίζεται στην αρχή ότι η θέση οποιουδήποτε σημείου στο χώρο μπορεί να καθοριστεί με τη μέτρηση γωνιών και αποστάσεων από άλλα γνωστά σημεία. Οι τοπογραφικές αποτυπώσεις ξεκινούν από ένα σημείο αναφοράς. Αν το σύστημα συντεταγμένων αυτού του σημείου είναι γνωστό, όλα τα επόμενα σημεία μπορούν να αποτυπωθούν σε αυτό το σύστημα συντεταγμένων. Αν δεν είναι γνωστό, η τοπογραφία χρησιμοποιεί ένα σύστημα τοπικών ή σχετικών συντεταγμένων Δεδομένου ότι όλα τα τοπογραφικά σημεία λαμβάνονται από τοπογραφικές μετρήσεις, οι γνωστές θέσεις τους είναι πάντα σχετικές ως προς άλλα σημεία. Τα ενδεχόμενα σφάλματα μέτρησης πρέπει να κατανεμηθούν μεταξύ πολλών σημείων σε μια τοπογραφική αποτύπωση. Για παράδειγμα, κατά την αποτύπωση των ορίων ενός αγρού, αν το τελευταίο και το πρώτο σημείο δε συμπίπτουν σε τοπογραφικούς όρους (μέσα στα όρια ανοχής της αποτύπωσης) τα σφάλματα πρέπει να κατανεμηθούν σε όλα τα σημεία που ορίζουν το όριο. Καθώς λαμβάνονται νέες μετρήσεις, αυτές μπορούν να αλλάξουν τις θέσεις των σημείων. Σελίδα από 95

55 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Παραδοσιακά, οι τοπογράφοι χρησιμοποιούσαν εξοπλισμό όπως οι θεοδόλιχοι για να μετρήσουν τις γωνίες, και οι μετροταινίες για να μετρήσουν τις αποστάσεις. Σήμερα αυτά τα όργανα έχουν αντικατασταθεί από τις ηλεκτροοπτικές συσκευές που ονομάζονται ολοκληρωμένοι σταθμοί (total stations) και μπορούν να μετρήσουν τόσο γωνίες όσο και αποστάσεις με ακρίβεια 1 χιλιοστού. [29] Εικόνα 3.3 Ολοκληρωμένος σταθμός Leica TPS 1100 σε τρίποδα (με την άδεια της Leica Geosystems) Αποτύπωση δευτερογενών γεωγραφικών δεδομένων Η αποτύπωση γεωγραφικών δεδομένων από δευτερογενείς πηγές είναι η διαδικασία δημιουργίας ράστερ και διανυσματικών αρχείων και βάσεων δεδομένων από χάρτες, φωτογραφίες, και άλλα έντυπα έγγραφα. Για την αποτύπωση δεδομένων ράστερ χρησιμοποιείται η σάρωση. Για τα διανυσματικά δεδομένα χρησιμοποιείται η επιτραπέζια ψηφιοποίηση, η ψηφιοποίηση επί της οθόνης, η στερεοσκοπική φωτογραμμετρία, και η είσοδος δεδομένων COGO. [30] Αποτύπωση δεδομένων ράστερ με τη χρήση σαρωτών Ο σαρωτής είναι μια συσκευή η οποία μετατρέπει έντυπα αναλογικά μέσα σε ψηφιακές εικόνες, σαρώνοντας διαδοχικές γραμμές κατά πλάτος ενός χάρτη ή εγγράφου, και καταγράφοντας της ποσότητας του φωτός που ανακλάται από μια τοπική φωτεινή πηγή (Εικόνα 3.5). Οι διαφορές στο ανακλώμενο φως ανάγονται συνήθως σε δύο επίπεδα λευκού και μαύρου (1 bit ανά πίξελ), ή σε πολλά επίπεδα γκρίζου (8, 16, ή 32 bit). Οι έγχρωμοι σαρωτές εξάγουν δεδομένα σε ζώνες του κόκκινου, του πράσινου, και του μπλε χρώματος με βάθος 8 bit. Η χωρική ανάλυση των σαρωτών κυμαίνεται από 200 dpi (8 κουκκίδες ανά χιλιοστό) έως 2400 dpi (96 κουκκίδες ανά χιλιοστό) και ακόμη μεγαλύτερη. Οι περισσότερες σαρώσεις στα συστήματα GIS βρίσκονται στην περιοχή dpi (16-40 κουκκίδες ανά χιλιοστό). Ανάλογα με τον τύπο του σαρωτή και την

56 Κεφάλαιο 3 Τεχνικές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων απαιτούμενη ανάλυση, μπορεί να χρειαστούν από 30 δευτερόλεπτα έως 30 λεπτά ή και περισσότερο για τη σάρωση ενός χάρτη. [30] Εικόνα 3.4 Ένας σαρωτής μεγάλου μεγέθους κυλινδρικής τροφοδοσίας (με την άδεια της GTCO Calcomp, Inc.). Οι σαρωμένοι χάρτες και έγγραφα χρησιμοποιούνται πολύ στα συστήματα GIS ως φόντο, αλλά και για τους σκοπούς διάθεσης των δεδομένων. Τρεις είναι οι βασικοί λόγοι για τους οποίους τα έντυπα σαρώνονται για χρήση στα συστήματα GIS: Έγγραφα, όπως οικοδομικά σχέδια, σχέδια CAD, τίτλοι ιδιοκτησίας, και φωτογραφίες εξοπλισμού, σαρώνονται για να μειωθεί η φθορά λόγω χρήσης τους, να βελτιωθεί η πρόσβαση σε αυτά, να είναι δυνατή η ολοκληρωμένη αποθήκευση στις βάσεις δεδομένων, και για να δημιουργηθεί ένα γεωγραφικό ευρετήριό τους (π.χ., τα οικοδομικά σχέδια μπορούν να προσαρτηθούν σε οικοδομικά αντικείμενα στο γεωγραφικό χώρο). Οι χάρτες, σε φιλμ και έντυποι, οι αεροφωτογραφίες, και οι εικόνες σαρώνονται και γεωαναφέρονται ώστε να παρέχουν το γεωγραφικό θεματικό πλαίσιο για άλλα δεδομένα (συνήθως για διανυσματικά επίπεδα). Αυτός ο τύπος "κουτής" εικόνας ή Σελίδα από 95

57 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου γεωγραφικής ταπετσαρίας φόντου είναι πολύ δημοφιλής στα συστήματα που διαχειρίζονται στοιχεία εξοπλισμού και κτηματολογίου (Εικόνα 3.5). Οι χάρτες, οι αεροφωτογραφίες, και οι εικόνες σαρώνονται πριν από την μετατροπή τους σε διανύσματα και μερικές φορές ως προετοιμασία για τη χωρική ανάλυση. Ένας σαρωτής 8 bit (256 επίπεδα του γκρίζου) 400 dpi (16 κουκκίδες ανά χιλιοστό) είναι μια καλή επιλογή για τη σάρωση χαρτών ώστε να χρησιμοποιηθούν ως φόντο σε ένα σύστημα GIS για αναφορά. Για μια έγχρωμη αεροφωτογραφία που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια για ερμηνεία και ανάλυση φωτογραφιών, είναι πιο κατάλληλος ένας έγχρωμος σαρωτής (8 bit για κάθε μία από τρεις ζώνες) 900 dpi (40 κουκκίδες ανά χιλιοστό). Η ποιότητα των δεδομένων εξόδου ενός σαρωτή καθορίζεται από τη φύση του αρχικού υλικού της πηγής, την ποιότητα της συσκευής σάρωσης, και το είδος της προετοιμασίας που προηγείται της σάρωσης [12] Εικόνα 3.5 Παράδειγμα δεδομένων φόντου ράστερ (ασπρόμαυρη αεροφωτογραφία) κάτω από διανυσματικά δεδομένα (οικόπεδα). (π.χ., η επανασχεδίαση κύριων γνωρισμάτων ή η αφαίρεση ανεπιθύμητων σημαδιών θα βελτιώσει την ποιότητα της εξόδου)..

58 Κεφάλαιο 3 Τεχνικές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Χειροκίνητη ψηφιοποίηση Οι χειροκίνητοι ψηφιοποιητές είναι με διαφορά τα απλούστερα, φθηνότερα, και ευρύτερα χρησιμοποιούμενα μέσα αποτύπωσης διανυσματικών αντικειμένων από έντυπους χάρτες. Οι ψηφιοποιητές υπάρχουν σε διάφορα σχέδια, μεγέθη, και σχήματα. Η λειτουργία τους βασίζεται στην αρχή ότι είναι δυνατόν να ανιχνευθεί η θέση ενός δρομέα (cursor, puck) που διατρέχει μια πινακίδα η οποία περιέχει ένα ένθετο πυκνό πλέγμα καλωδίων. Οι ακρίβειες των επιτραπέζιων ψηφιοποιητών κυμαίνονται συνήθως από 0,01 χιλ. έως 0,25 χιλ. Οι μικρές πινακίδες ψηφιοποίησης έως 30 χ 60 εκατ. χρησιμοποιούνται για μικρές εργασίες, αλλά για μεγαλύτερες εργασίες προτιμώνται οι μεγαλύτερες (συνήθως από 112 χ 152 εκατ.) αυτόνομες πινακίδες ψηφιοποίησης (Εικόνα 3.6). A B Εικόνα 3.6 Εξοπλισμός ψηφιοποίησης: (Α) Πίνακας ψηφιοποίησης, (Β) Δρομέας (με την άδεια της GTCO Calcomp, Inc.). Σελίδα από 95

59 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Και οι δύο τύποι ψηφιοποιητών έχουν συνήθως δρομείς με σταυρονήματα τοποθετημένα σε γυαλί και κουμπιά για τον έλεγχο της αποτύπωσης. Το Πλαίσιο 3.1 περιγράφει τη διαδικασία χρήσης της πινακίδας ψηφιοποίησης. Η χειροκίνητη ψηφιοποίηση εξακολουθεί να είναι η απλούστερη, ευκολότερη, και φθηνότερη μέθοδος συλλογής διανυσματικών δεδομένων από υπάρχοντες χάρτες. Οι κορυφές οι οποίες ορίζουν τα σημειακά, γραμμικά, και πολυγωνικά αντικείμενα αποτυπώνονται με τη χρήση χειροκίνητης ή συνεχούς ροής ψηφιοποίησης. Η χειροκίνητη ψηφιοποίηση γίνεται με την τοποθέτηση του κέντρου του σταυρονήματος του δρομέα στη θέση της κορυφής κάθε αντικειμένου και στη συνέχεια το πάτημα ενός κουμπιού στο δρομέα για την καταγραφή της θέσης της κορυφής. Η ψηφιοποίηση συνεχούς ροής αυτοματοποιεί εν μέρει αυτή τη διαδικασία, δίνοντας εντολή στο σύστημα ελέγχου του ψηφιοποιητή να αποτυπώνει αυτόματα τις κορυφές κάθε φορά που ξεπερνάει ένα κατώφλιο απόστασης ή χρόνου (π.χ., κάθε 0,5 χιλιοστό ή κάθε 0,25 δευτερόλεπτα). Η ψηφιοποίηση συνεχούς ροής είναι πολύ ταχύτερη, αλλά συνήθως δίνει μεγαλύτερα αρχεία με πολλές πλεονάζουσες συντεταγμένες. (Johnston C. A Geographic Information Systems in Ecology. Oxford: Blackwell.) [31] ΤΕΧΝΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ 3.1 Χειροκίνητη ψηφιοποίηση Η χειροκίνητη ψηφιοποίηση περιλαμβάνει πέντε Βασικά βήματα: Το έγγραφο του χάρτη στερεώνεται με κολλητική ταινία στο κέντρο του πίνακα ψηφιοποίησης. Επειδή οι πίνακες ψηφιοποίησης χρησιμοποιούν ένα τοπικό ευθύγραμμο σύστημα συντεταγμένων, ο χάρτης και ο ψηφιοποιητής πρέπει να συμπίπτουν ώστε τα διανυσματικά δεδομένα να μπορούν να αποτυπωθούν σε συντεταγμένες του πραγματικού κόσμου. Αυτό επιτυγχάνεται με την ψηφιοποίηση μιας σειράς τεσσάρων ή περισσότερων καλά κατανεμημένων σημείων ελέγχου (που ονομάζονται και σημεία αναφοράς ή ενδείξεις) και στη συνέχεια την καταχώριση των πραγματικών τιμών τους. Το λογισμικό ελέγχου του ψηφιοποιητή (συνήθως το GIS) υπολογίζει ένα μετασχηματισμό και στη συνέχεια τον εφαρμόζει αυτόματα σε όλες τις συντεταγμένες που θα αποτυπωθούν στο μέλλον. Πριν προχωρήσουμε στην αποτύπωση των δεδομένων, είναι χρήσιμο να αφιερώσουμε λίγο χρόνο για να εξετάσουμε ένα χάρτη και να ορίσουμε τους κανόνες για τα γνωρίσματα που θα αποτυπωθούν και το επίπεδο γενίκευσης. Αυτού του είδους οι πληροφορίες συχνά καθορίζονται στις προδιαγραφές ενός έργου αποτύπωσης δεδομένων.

60 Κεφάλαιο 3 Τεχνικές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Η αποτύπωση των δεδομένων περιλαμβάνει την καταγραφή του σχήματος των διανυσματικών αντικειμένων με τη χρήση χειροκίνητης ψηφιοποίησης ή ψηφιοποίησης συνεχούς ροής. Ένας συνηθισμένος κανόνας για τα διανυσματικά GI5 είναι να πιέζουμε το Κουμπί 2 στο δρομέα ψηφιοποίησης για να ξεκινήσουμε μια γραμμή, το Κουμπί 1 για κάθε ενδιάμεση κορυφή, και το Κουμπί 2 για να ολοκληρώσουμε τη γραμμή. Υπάρχουν και άλλοι παρόμοιοι κανόνες για τον έλεγχο της αποτύπωσης σημείων και πολυγώνων. Τέλος, αφού αποτυπωθούν όλα τα αντικείμενα είναι απαραίτητος ο έλεγχος για τυχόν λάθη. Κάποιοι εύκολοι τρόποι για να γίνει αυτό είναι η χρήση λογισμικού εντοπισμού γεωμετρικών σφαλμάτων, και η παραγωγή ενός δοκιμαστικού σχεδίου που μπορεί να τοποθετηθεί επάνω στο αρχικό έγγραφο σε υπέρθεση. 3.5 Ανάλυση Χάρτες και χαρτογραφία των GIS Υπάρχουν πολλοί δυνατοί ορισμοί της έννοιας του χάρτη εδώ το χρησιμοποιούμε τον για να περιγράφουμε την ψηφιακή ή την αναλογική έξοδο (σε ηλεκτρονική ή έντυπη μορφή) ενός συστήματος GIS, η οποία παρουσιάζει γεωγραφικές πληροφορίες χρησιμοποιώντας καλά θεμελιωμένες γεωγραφικές συμβάσεις. Ο χάρτης είναι το τελικό αποτέλεσμα μιας σειράς βημάτων επεξεργασίας δεδομένων από ένα σύστημα GIS (Εικόνα 3.7), τα οποία ξεκινούν με τη συλλογή των δεδομένων, την επεξεργασία και τη συντήρησή τους, συνεχίζονται με τη διαχείριση των δεδομένων, την ανάλυση, και ολοκληρώνονται με την παραγωγή ενός χάρτη. Κάθε μία από αυτές τις δραστηριότητες μετασχηματίζει διαδοχικά μια βάση δεδομένων γεωγραφικών πληροφοριών μέχρι αυτές να αποκτήσουν μια μορφή κατάλληλη να εμφανιστεί σε μια δεδομένη τεχνολογία. [31] Εικόνα 3.7 Μετασχηματισμοί επεξεργασίας ενός συστήματος GIS, απαραίτητοι για τη δημιουργία ενός χάρτη. Σελίδα από 95

61 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Ουσιαστική σημασία σε κάθε σύστημα GIS έχει η δημιουργία ενός μοντέλου δεδομένων το οποίο ορίζει το σκοπό και τις δυνατότητες της λειτουργίας του, καθώς και το πλαίσιο διαχείρισης μέσα στο οποίο θα λειτουργεί. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι χαρτών : οι χάρτες αναφοράς (reference maps), όπως οι τοπογραφικοί χάρτες από τις εθνικές υπηρεσίες χαρτογραφίας, οι οποίοι μεταφέρουν γενικές πληροφορίες και οι θεματικοί χάρτες (thematic maps) οι οποίοι απεικονίζουν ειδικά γεωγραφικά θέματα, όπως στατιστικά στοιχεία απογραφής πληθυσμών, το έδαφος, ή τις κλιματικές ζώνες. Οι χάρτες εκπληρώνουν δύο πολύ χρήσιμες λειτουργίες, δρώντας ως μηχανισμοί αποθήκευσης και μετάδοσης γεωγραφικών πληροφοριών. Το παλιό ρητό "μία εικόνα αξίζει όσο χίλιες λέξεις" υπονοεί την αποτελεσματικότητα των χαρτών ως αποθηκευτικών αποδεκτών. Μια σύγχρονη παράφρασή της θα ήταν "ένας χάρτης αξίζει όσο ένα εκατομμύριο byte". Πριν από την εμφάνιση των συστημάτων GIS, ο έντυπος χάρτης ήταν η βάση δεδομένων, αλλά σήμερα μπορούμε να θεωρήσουμε ως χάρτη οποιοδήποτε προϊόν προκύπτει από μια ψηφιακή βάση δεδομένων. Οι χάρτες είναι επίσης ένας μηχανισμός μετάδοσης πληροφοριών στους χρήστες τους. Οι χάρτες μπορούν να παρουσιάζουν τα αποτελέσματα αναλύσεων (για παράδειγμα, τη βέλτιστη θέση για την ίδρυση ενός νέου καταστήματος, ή την ανάλυση των επιπτώσεων μιας διαρροής πετρελαίου). Μπορούν να αποτυπώσουν τις χωρικές σχέσεις μεταξύ των φαινομένων επάνω στον ίδιο ή σε διαφορετικούς χάρτες, για την ίδια περιοχή ή για διαφορετικές περιοχές. Κατά συνέπεια, μπορούν να βοηθήσουν στην αναγνώριση της χωρικής τάξης και της διαφοροποίησης. Η αποτελεσματική υποστήριξη της λήψης αποφάσεων απαιτεί το μήνυμα του χάρτη να είναι εύκολα ερμηνεύσιμο στο μυαλό όσων παίρνουν τις αποφάσεις. Μια βασική λειτουργία ενός χάρτη δεν είναι απλώς να ταξινομεί και να μεταδίδει γνωστές πληροφορίες σχετικά με τον κόσμο, αλλά και να δημιουργεί ή να ενισχύει κάποιο συγκεκριμένο μήνυμα. Οι χάρτες είναι μηχανισμοί αποθήκευσής και επικοινωνίας.

62 Κεφάλαιο 3 Τεχνικές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων Β) Εικόνα 3.8 Δύο χάρτες των Νότιων Ηνωμένων Πολιτειών: (Α) χάρτης αναφοράς που παρουσιάζει τοπογραφικές πληροφορίες (Β) θεματικός χάρτης που παρουσιάζει την πυκνότητα πληθυσμού το Ωστόσο, οι χάρτες έχουν αρκετούς περιορισμούς: Οι χάρτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετάδοση λανθασμένων (ψευδών) πληροφοριών, ακούσια ή σκόπιμα. Για παράδειγμα, η λανθασμένη χρήση συμβόλων μπορεί να μεταφέρει ένα λανθασμένο μήνυμα στους χρήστες τονίζοντας κάποιο γνώρισμα σε βάρος κάποιου άλλου Οι χάρτες είναι μία μοναδική υλοποίηση μιας χωρικής διαδικασίας. Αν θεωρήσουμε για λίγο τους χάρτες από στατιστική οπτική γωνία, κάθε παρουσία ενός χάρτη αντιπροσωπεύει το αποτέλεσμα μιας δειγματοληπτικής δοκιμής και, επομένως, είναι ένα μοναδικό γεγονός που προκύπτει από όλους τους πιθανούς χάρτες για το ίδιο θέμα και την ίδια περιοχή. Αυτό σημαίνει ότι άλλοι χάρτες που θα προκόψουν για τον ίδιο πληθυσμό θα παρουσιάζουν μεταβολές και, επομένως, θα πρέπει να είμαστε προσεκτικοί στην εξαγωγή συμπερασμάτων από ένα μοναδικό δείγμα χάρτη. Για παράδειγμα, ένας χάρτης υφής του εδάφους προκύπτει από την παρεμβολή μετρήσεων της υφής εδαφολογικών δειγμάτων. Η επαναλαμβανόμενη δειγματοληψία του εδάφους θα έχει ως αποτέλεσμα μια φυσιολογική διακύμανση στις μετρήσεις της υφής. Οι χάρτες συχνά δημιουργούνται με τη χρήση πολύπλοκων κανόνων, σημειογραφίας, και συμβάσεων, και ενδέχεται η κατανόηση και η ερμηνεία τους από κάποιο μη εξασκημένο χρήστη να είναι δύσκολη. Αυτό είναι ιδιαίτερα έντονο, για παράδειγμα, στην πολυμεταβλητή στατιστική θεματική χαρτογραφία, όπου η ιδιομορφία των συνδυασμών ταξινόμησης και χρωματικής σημειογραφίας μπορεί να είναι αρκετά δυσνόητη. Σελίδα από 95

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Τεχνολογία Συστημάτων Βάσεων Δεδομένων 4.1 Bάσεις Δεδομένων (ΒΔ) Βάση δεδομένων (ΒΔ) καλείται μια συλλογή από δεδομένα, που περιγράφουν συσχετιζόμενες οντότητες. Με τον όρο δεδομένα ορίζουμε μια συλλογή από γνωστά γεγονότα που μπορούν να καταγραφούν και έχουν σημασία για έναν οργανισμό ή ένα αντικείμενο μελέτης (υδρολογικά, χημικά, διοικητικά). Με τον όρο οντότητα ορίζουμε κάθε μονάδα ή αντικείμενο με φυσική ή εννοιολογική υπόσταση Για παράδειγμα οι πόλεις, τα κτίρια, το υδρογραφικό δίκτυο έχουν φυσική υπόσταση ενώ οι ιδιοκτήτες ή οι διαχειριστές αυτών αποτελούν την εννοιολογική υπόσταση, από την στιγμή που υπάρχουν ως μονάδες αντιμετωπίζονται ως οντότητες. Κάθε οντότητα περιγράφεται από ένα σύνολο γνωρισμάτων τα οποία είναι άμεσα εξαρτημένα από την εφαρμογή. Για παράδειγμα η οντότητα υδρογραφικό δίκτυο έχει κάποια γνωρίσματα όπως οι συντεταγμένες, ο αριθμός των κλάδων του δικτύου καθώς και το μήκος αυτών. Γενικός σκοπός της ΒΔ είναι να τηρεί τις πληροφορίες και να δίνει αυτές που ζητούνται. Οι πληροφορίες που τηρούνται σε ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να είναι οτιδήποτε έχει σημασία για το άτομο ή τον οργανισμό που εξυπηρετεί το συγκεκριμένο σύστημα, με άλλα λόγια οτιδήποτε χρειάζεται για την υποβοήθηση των εργασιών αυτού του ατόμου ή οργανισμού. Η ίδια η Β.Δ. μπορεί να θεωρηθεί ένα είδος ηλεκτρονικής αρχειοθήκης, ένα χώρος για την αποθήκευση μιας συλλογής ηλεκτρονικών αρχείων δεδομένων. Ο χρήστης του συστήματος έχει στη διάθεση του ορισμένα βοηθήματα για να εκτελεί στα αρχεία της Β.Δ. διάφορες εργασίες όπως: προσθήκη νέων κενών αρχείων στη βάση δεδομένων εισαγωγή νέων δεδομένων σε υπάρχοντα αρχεία ανάκληση δεδομένων από υπάρχοντα αρχεία ενημέρωση δεδομένων σε υπάρχοντα αρχεία διαγραφή δεδομένων από υπάρχοντα αρχεία αφαίρεση υπαρχόντων αρχείων, κενών ή όχι, από τη βάση δεδομένων Μια ΒΔ σε ηλεκτρονικό υπολογιστή δημιουργείται και συντηρείται από μια ομάδα προγραμμάτων εφαρμογών ειδικά σχεδιασμένα για το σκοπό αυτό καθώς και από ένα Σύστημα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων. [1]

64 Κεφάλαιο 4 Τεχνολογία Συστημάτων Βάσεων Δεδομένων 4.2 Συστήματα διαχείρισης Βάσεων δεδομένων Η βάση δεδομένων μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων που αφορά ένα συγκεκριμένο θέμα. Οι γεωγραφικές βάσεις δεδομένων είναι απλώς βάσεις δεδομένων που περιέχουν γεωγραφικά δεδομένα για μια συγκεκριμένη περιοχή και ένα συγκεκριμένο θέμα. Στον κόσμο των βάσεων δεδομένων, συναντούμε αρκετά συχνά τον όρο "χωρικός". Ο όρος "χωρικός" αναφέρεται σε δεδομένα που αφορούν το χώρο, τόσο σε γεωγραφικές όσο και σε μη γεωγραφικές κλίμακες. Μια γεωγραφική βάση δεδομένων είναι ένα κρίσιμης σημασίας τμήμα ενός συστήματος GIS. Αυτό οφείλεται τόσο στο κόστος δημιουργίας και συντήρησής της, όσο και στον αντίκτυπο που έχει η γεωγραφική βάση δεδομένων στη συνολική ανάλυση, τη μοντελοποίηση, και τις δραστηριότητες λήψης αποφάσεων. Ο φυσικός χώρος αποθήκευσης μιας βάσης δεδομένων μπορεί να είναι κάποια αρχεία ή ένα ειδικό πρόγραμμα λογισμικού που ονομάζεται σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (Database Management System DBMS). Σήμερα, οι περισσότεροι μεγάλοι οργανισμοί χρησιμοποιούν ένα συνδυασμό αρχείων και DBMS για την αποθήκευση των δεδομένων. Η βάση δεδομένων είναι ένα ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων που αφορά ένα συγκεκριμένο θέμα. [32] Η προσέγγιση της χρήσης βάσεων δεδομένων για την αποθήκευση των γεωγραφικων δεδομένων έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα παραδοσιακά σύνολα δεδομένων που αποθηκεύονται σε αρχεία: Η συγκέντρωση όλων των δεδομένων σε μία μοναδική θέση μειώνει τον πλεονασμό. Το κόστος συντήρησης μειώνεται λόγω της καλύτερης οργάνωσης και της αποφυγής επανάληψης των δεδομένων. Οι εφαρμογές ανεξαρτητοποιούνται από τα δεδομένα, με αποτέλεσμα πολλές ε- φαρμογές να μπορούν να χρησιμοποιούν τα ίδια δεδομένα και να εξελίσσονται ξεχωριστά με το χρόνο. Οι γνώσεις των χρηστών μπορούν να μεταφέρονται ευκολότερα μεταξύ εφαρμογών επειδή η βάση δεδομένων παραμένει σταθερή. Διευκολύνεται η κοινή χρήση των δεδομένων, και τόσο τα ανώτερα στελέχη όσο και οι απλοί χρήστες μπορούν να αποκτήσουν μια εταιρική άποψη των δεδομένων. Μπορούν να θεσπιστούν και να επιβληθούν μέτρα για την ασφάλεια και πρότυπα για τα δεδομένα και την πρόσβαση σε αυτά. Τα συστήματα DBMS είναι πιο κατάλληλα για τη διαχείριση μεγάλου αριθμού ταυτόχρονων χρηστών οι οποίοι επεξεργάζονται τεράστιους όγκους δεδομένων. Σελίδα από 95

65 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Από την άλλη, η χρήση βάσεων δεδομένων έχει μερικά μειονεκτήματα σε σύγκριση με τα αρχεία: Το κόστος παραγωγής και συντήρησης του λογισμικού DBMS μπορεί να είναι αρκετά υψηλό. Ένα DBMS αυξάνει την πολυπλοκότητα του προβλήματος διαχείρισης των δεδομένων, ιδιαίτερα για τα μικρά έργα. Η απόδοση των μεμονωμένων χρηστών συχνά είναι καλύτερη με τα αρχεία, ειδικά για τους πιο σύνθετους τύπους και δομές δεδομένων όπου μπορούν να υλοποιηθούν εξειδικευμένα ευρετήρια και αλγόριθμοι πρόσβασης. Τα τελευταία χρόνια, οι γεωγραφικές βάσεις δεδομένων γίνονται όλο και πιο μεγάλες και σύνθετες. Για παράδειγμα, η AirPhoto του οργανισμού National Image Mosaic των Η.Π.Α. έχει μέγεθος 25 terabytes (ΤΒ), το παγκόσμιο μωσαϊκό Landsat της EarthSat με ανάλυση 15 μ. είναι 6,5 ΤΒ, και ο Οργανισμός Ordrance Survey της Μεγάλης Βρετανίας διαθέτει περίπου 450 εκατομμύρια διανυσματικά χαρακτηριστικά στη βάση δεδομένων MasterMap η οποία καλύπτει ολόκληρη τη Βρετανία. 4.3 Σχεσιακό μοντέλο και Σχεσιακό Σύστημα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων (RDBMS) Σχεσιακό Μοντέλο Στη Β.Δ. επίπεδων αρχείων, όλες οι συσχετιζόμενες πληροφορίες πρέπει να χωρέσουν σε ένα μόνο πίνακα. Αυτό σημαίνει ότι οι πληροφορίες που είναι κοινές σε πολλές εγγραφές θα πρέπει να επαναλαμβάνονται για κάθε μια από αυτές. Κατά το σχεσιακό μοντέλο οι λογικές εγγραφές ομαδοποιούνται σε πίνακες. Οι πίνακες αυτοί υπόκεινται στους ακόλουθους βασικούς περιορισμούς: Η τομή μεταξύ μιας γραμμής και μιας στήλης κάθε πίνακα περιέχει μια μόνο τιμή του πεδίου της στήλης. Οι τιμές κάθε στήλης είναι του ίδιου τύπου. Κάθε στήλη έχει μοναδικό όνομα. Οι γραμμές (λογικές εγγραφές) κάθε πίνακα πρέπει να διαφέρουν μεταξύ τους τουλάχιστον κατά την τιμή ενός πεδίου, Ο περιορισμός αυτός σημαίνει ότι οι πίνακες περιέχουν λογικές εγγραφές που μπορούν να προσδιοριστούν μοναδικά αναφέροντας τον κατάλληλο συνδυασμό τιμών των πεδίων. Η διάταξη των γραμμών και στηλών κάθε πίνακα δεν έχει σημασία. Αυτό

66 Κεφάλαιο 4 Τεχνολογία Συστημάτων Βάσεων Δεδομένων σημαίνει ότι είναι δυνατό να αλλάξει η διάταξη των γραμμών και στηλών ενός πίνακα χωρίς να επηρεαστεί το πληροφοριακό του περιεχόμενο. Οι συνδέσεις μεταξύ των πινάκων επιτυγχάνονται μέσω των τιμών των πεδίων σύνδεσής τους. Με τη σύνδεση (συσχετισμό) των πληροφοριών που υπάρχουν σε μεμονωμένους πίνακες εξασφαλίζεται η συνεργασία τους. Αυτή η σύνδεση των πινάκων και προσδιορισμός των σχέσεών τους (relationships) αποτελούν των σκελετό της βάσης δεδομένων. Μία τέτοια βάση δεδομένων ονομάζεται σχεσιακή βάση δεδομένων (relational database). Γενικά η βάση δεδομένων είναι ένα σύνολο από: πίνακες (Tables) για την αποθήκευση δεδομένων ερωτήματα (Queries) για την ανάκτηση δεδομένων από πίνακες φόρμες (Forms) για την εύχρηστη εισαγωγή, παρουσίαση και επεξεργασία των δεδομένων αναφορές (Reports) για τη διαχείριση, παρουσίαση και εκτύπωση των δεδομένων. Μια σχεσιακή βάση δεδομένων αποτελείται όπως είπαμε παραπάνω από πίνακες δεδομένων οι οποίοι σχετίζονται μεταξύ τους. Αυτές οι σχέσεις επιτρέπουν να συσχετίζουμε τις πληροφορίες του ενός πίνακα με κάποιου άλλου, μέσω ενός αναγνωριστικού. Τα αναγνωριστικά είναι συνήθως κάποιοι μη επαναλαμβανόμενοι αριθμοί που προσδιορίζουν μοναδικά την εγγραφή ενός πίνακα δεδομένων. Με αυτό τον τρόπο η ανάκτηση πληροφοριών από κάποιο πίνακα και η χρήση τους σε συνδυασμό με τα δεδομένα άλλων πινάκων για τη δημιουργία ενός αντικειμένου γίνεται δυνατή μέσω των αναγνωριστικών (ή ταυτότητας της συγκεκριμένης εγγραφής- ID). Η σχεσιακή βάση δεδομένων έχει τα εξής πλεονεκτήματα: Εξοικονόμηση χρόνου επειδή δε χρειάζεται να πληκτρολογείτε τις ίδιες πληροφορίες σε πολλές εγγραφές. Τα αρχεία είναι συνήθως πολύ μικρότερα σε μέγεθος (διότι οι πληροφορίες δεν επαναλαμβάνονται). Μειώνονται σημαντικά τα λάθη πληκτρολόγησης. Η ενημέρωση των δεδομένων γίνεται πολύ εύκολα μέσω σχέσεων των πινάκων. Η ταχύτητα εργασιών είναι κατά πολύ μεγαλύτερη. Σελίδα από 95

67 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου 4.4 Γεωγραφικές Βάσεις Δεδομένων Η βάση πάνω στην οποία στηρίζεται όλο το οικοδόμημα ενός γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών είναι η βάση δεδομένων που κρύβεται πίσω του. Η ανάπτυξη μίας οποιασδήποτε εφαρμογής GIS δεν μπορεί να ξεκινάει παρά με τον σχεδιασμό της βάσης δεδομένων που θα χρησιμοποιηθεί. Από τη στιγμή που μιλάμε για εφαρμογές που ασχολούνται με γεωγραφικές πληροφορίες είναι επόμενο να μιλάμε και για βάσεις δεδομένων που περιέχουν γεωγραφικά στοιχεία. Για να σχεδιαστούν και να αναπτυχθούν τέτοιου είδους βάσεις δεδομένων είναι προφανές ότι δεν αρκούν οι μεθοδολογίες και τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τις κλασσικές βάσεις δεδομένων. Θα πρέπει ο σχεδιασμός να γίνει έτσι, ώστε να λαμβάνει υπ' όψιν του το ποιες γεωγραφικές οντότητες χρειάζονται και πως αυτές πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους και με τις υπόλοιπες μη γεωγραφικές οντότητες της βάσης. Η ανάπτυξη μίας εφαρμογής ξεκινά πάντα με την ανάλυση του προβλήματος το οποίο καλείται να αντιμετωπίσει η εφαρμογή. Στόχος είναι η απεικόνιση των γεωγραφικών οντοτήτων μιας περιοχής στο χάρτη, καθώς και η άντληση κάποιων πληροφοριών ή στατιστικών στοιχείων γι' αυτές. [32] Είδη Γεωγραφικών Βάσεων Δεδομένων Η γεωβάση είναι μια αποθήκη δεδομένων καθώς και το πλαίσιο διαχείρισης του ArcGIS. Είναι συνδυασμός των λέξεων «Γεω» (χωρικά δεδομένα) και «Βάση» (αποθήκη δεδομένων). Στόχος είναι η δημιουργία μιας «κεντρικής αποθήκης» διαχείρισης χωρικών δεδομένων. Το βασικό πλεονέκτημα της τεχνολογίας των γεωβάσεων είναι η βελτίωση της διαχείρισης των γεωγραφικών δεδομένων, μέσα από την εφαρμογή κανόνων που ελέγχουν τόσο το περιγραφικό όσο και το γεωγραφικό περιεχόμενο των δεδομένων. Μια γεωβάση μπορεί να έχει κάποια από τις ακόλουθες μορφές [33] PersonalGeodatabase. fdb Η αρχική μορφή δεδομένων αποθηκεύεται και διαχειρίζεται σε περιβάλλον της Microsoft Access. Είναι περιορισμένα σε μέγεθος (2GBγια κάθε βάση δεδομένων της Access) και περιορίζονται στο λειτουργικό σύστημα των Windows. Σε αυτή την περίπτωση υπάρχει ένας χρήστης (single user), απευθύνεται σε μικρές εργασιακές ομάδες με μικρότερα σύνολα δεδομένων (dataset). Επιπλέον υπάρχουν ορισμένοι αναγνώστες (readers) και ένας συγγραφέας (writer). Όλα τα περιεχόμενα μιας προσωπικής γεωβάσης αποθηκεύονται σε αρχείο της MicrosoftAccess(single). Όταν πολλοί χρήστες προσπελαύνουν μια γεωβάση ταυτόχρονα (Versioningsupport): υποστηρίζεται ως γεωβάση για χρήστες που δημοσιεύουν ενημερώσεις κάνοντας χρήση του checkinκαι του checkoutκαθώς και σε χρήστες που οι ενημερώσεις στέλνονται κάνοντας χρήση της μονόδρομης αναπαραγωγής (one wayreplication). Tα εργαλεία διαχείρισης της βάσης δεδομένων αντιστοιχεί στο σύστημα διαχείρισης αρχείων των Windows

68 Κεφάλαιο 4 Τεχνολογία Συστημάτων Βάσεων Δεδομένων FileGeodatabase.gdb Μια γεωβάση αρχείων είναι ένας φάκελος αρχείων. Εδώ έχουμε την αποθήκευση διαφόρων τύπων δεδομένων σε μορφή φακέλου σε ένα σύστημα αρχείων. Κάθε σύνολο δεδομένων μπορεί να έχει μέγεθος 1ΤΒ, το οποίο μπορεί να φτάσει στα 256 TBγια σύνολα δεδομένων πολύ μεγάλων εικόνων. Και σε αυτήν την περίπτωση υπάρχει ένας χρήστης (singleuser) και μικρές εργασιακές ομάδες. Υπάρχουν πολλοί αναγνώστες (readers) ή ένας συγγραφέας (writer) για κάθε τύπο δεδομένων. Κάθε σύνολο δεδομένων είναι ξεχωριστό αρχείων στο δίσκο. Και εδώ όσον αφορά το κομμάτι του versioning support ισχύουν τα ίδια με την personal Geodatabase. Tα εργαλεία διαχείρισης της βάσηςδεδομένων αντιστοιχεί στο σύστημα διαχείρισης αρχείων. ArcSDEGeodatabase Αποθηκεύεται σε μια σχεσιακή βάση δεδομένων χρησιμοποιώντας την Oracle Microsoft SQLServer, IBMDB2, IBM Informix, or PostgreSQL. Περιλαμβάνει μια ποικίλη συνταγή από διάφορους τύπους δεδομένων. Υπάρχουν πολλοί χρήστες (multiuser), αναγνώστες (readers) και συγγραφείς (writers). Tο μέγεθος αποθήκευσης είναι απεριόριστο ενώ υποστηρίζεται πλήρως το καλούμενο versioning support Διαχωρισμός Γεωβάσεων με βάση το χρήστη Singleuser H single-user γεωβάση είναι για επιμέρους εργασία σε περιβάλλον επιφάνειας εργασίας. Είναι διαθέσιμη είτε ως file geodatabase είτε ως personal geodatabase. Multiuser H γεωβάση αυτής της μορφής αξιοποιεί την τεχνολογία ArcSDE εφαρμοζόμενη σε ένα σχεσιακό σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (RDBMS) κατηγοριοποιείται σε τρεις τομείς. επιχειρησιακή (enterprise) Απευθύνεται σε μεγάλης κλίμακας εφαρμογές, έχει πολλούς συντάκτες (editors) και αναγνώστες (readers). Δίνει τη δυνατότητα για εφαρμογές σε internet και intranet, υποστηρίζει το versioning ενώ υποστηρίζεται σε πολλές πλατφόρμες. εργασιακών ομάδων (workgroup) Χαρακτηρίζει εφαρμογές μικρού μεσαίου μεγέθους, έχει 10 συντάκτες (editors) και αναγνώστες (readers). Δίνει τη δυνατότητα για εφαρμογές σε internetκαι intranet, υποστηρίζει το versioning ενώ υποστηρίζεται σε περιβάλλον windows. Σελίδα από 95

69 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου επιφάνεια εργασίας (desktop) Είναι για μικρές ομάδες ή ένα χρήστη που απαιτεί τη λειτουργικότητα μιας multiuser γεωβάσης. Έχει 1 συντάκτη (editors) και 3 αναγνώστες (readers). Υποστηρίζει το versioning ενώ υποστηρίζεται σε περιβάλλον windows. Εικόνα 4.1 Απεικόνιση γεωβάσεων Αντικείμενο σχεσιακή τεχνολογία και το λογισμικό της Oracle Το βασικό χαρακτηριστικό της Oracle είναι ότι εισάγει την έννοια του αντικειμένου (OBJECT) και προσφέρει στο χρήστη τη δυνατότητα δημιουργίας νέων τύπων αντικειμένων (CREATE TYPE). Τα αντικείμενα αυτά αντιμετωπίζονται σαν ατομικές τιμές στους σχεσιακούς πίνακες και δύνανται να ενθυλακώνουν συναρτήσεις (FUNCTIONS), υλοποιημένες σε μια αντικειμενοστρεφή γλώσσα προγραμματισμού. Στη συνέχεια παρατίθεται ένα παράδειγμα ορισμού του αντικειμένου ΣΗΜΕΙΟ στην Oracle (εκφρασμένη σε SQL3/SQL1999). [33] CREATE TYPE ΣΗΜΕΙΟ AS OBJECT ( X NUMBER, Y NUMBER, Z NUMBER, FUNCTIONS ( ΑΠΟΣΤΑΣΗ (U: ΣΗΜΕΙΟ, V: ΣΗΜΕΙΟ) RETURNS NUMBER ) ;

70 Κεφάλαιο 4 Τεχνολογία Συστημάτων Βάσεων Δεδομένων Στις αντικείμενο σχεσιακές εκδόσεις της Oracle εισάγεται ένας νέος τύπος δεδομένων, ο VARRAY. Ο τύπος αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναπαράσταση των πλειότιμων γνωρισμάτων. Η αναπαράσταση ενός πλειότιμου γνωρίσματος στο παραδοσιακό σχεσιακό μοντέλο επιτυγχάνεται με τη δημιουργία ενός νέου πίνακα. Για την κατανόηση του τύπου VARRAY, έστω το πλειότιμο γνώρισμα των τηλεφώνων ενός δικαιούχου. Σχήμα 4.1 Το πλειότιμο γνώρισμα των τηλεφώνων ενός δικαιούχου Οι εντολές SQL (βασισμένες στην έκδοση SQL3) που οδηγούν στην αναπαράσταση του τύπου οντοτήτων ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΙ με εφαρμογή της VARRAY είναι οι ακόλουθες: CREATE TYPE αριθ_τηλ AS OBJECT (αριθμός CHAR(10)) ; CREATE TYPE λίστα_τηλ AS VARRAY (4) OF αριθ_τηλ ; CREATE TYPE δικ_τύπος AS OBJECT ( όνομα VARCHAR (20), τηλέφωνα λίστα_τηλ ) ; CREATE TABLE δικαιούχοι OF δικ_τύπος ; Η εντολή 1 ορίζει τον τύπο του αντικειμένου του τηλεφώνου (αριθ_τηλ), ο οποίος συνίσταται από ένα σύνολο δέκα χαρακτήρων. Η εντολή 2 ορίζει τη λίστα (λίστα_τηλ) των 1 4 τηλεφώνων. Η εντολή 3 ορίζει τον τύπο του αντικειμένου δικαιούχος (δικ_τύπος), ο οποίος συντίθεται από το όνομά του (όνομα) και τη λίστα των τηλεφώνων του (τηλέφωνα). Τέλος, η εντολή 4 ορίζει τη σχέση (πίνακα) των δικαιούχων (δικαιούχοι). Για την ανάκτηση των δεδομένων από τη σχέση των δικαιούχων εκτελείται η ακόλουθη εντολή SELECT: SELECT όνομα, τηλέφωνα FROM δικαιούχοι ; Σελίδα από 95

71 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Επιπλέον, στην Oracle δίνεται και η δυνατότητα δημιουργίας φωλιασμένων σχέσεων για την αναπαράσταση σύνθετων αντικειμένων. Ο πρώτος κανόνας κανονικοποίησης απαγορεύει τη δημιουργία φωλιασμένων σχέσεων στο παραδοσιακό σχεσιακό μοντέλο. Οι εντολές SQL που ακολουθούν οδηγούν στη δημιουργία μιας φωλιασμένης σχέσης για την αναπαράσταση του πλειότιμου γνωρίσματος των τηλεφώνων ενός δικαιούχου και των αντίστοιχων περιγραφών τους (σταθερό, κινητό, γραφείου, κτλ.) στην Oracle. CREATE TYPE αριθ_τηλ AS OBJECT ( αριθμός CHAR(10), περιγραφή CHAR(30)) ; CREATE TYPE λίστα_τηλ AS TABLE OF αριθ_τηλ ; CREATE TYPE δικ_τύπος AS OBJECT ( όνομα VARCHAR (20), τηλέφωνα λίστα_τηλ ) ; CREATE TABLE δικαιούχοι OF δικ_τύπος ; Η εντολή 1 ορίζει έναν τύπο αντικειμένου τηλεφώνου (αριθ_τηλ), ο οποίος φιλοξενεί τον αριθμό τηλεφώνου καθώς και την περιγραφή του. Η εντολή 2 ορίζει έναν πίνακα περιγραφών (λίστα_τηλ) που φιλοξενεί τους τύπους αντικειμένων τηλεφώνου. Οι εντολές 3 και 4 είναι αντίστοιχες με την περίπτωση VARRAY, με τη διαφορά ότι ο πίνακας των δικαιούχων φωλιάζει τον πίνακα λίστα_τηλ αντί της VARRAY. Βάσει των παραπάνω, η Oracle παρέχει τη δυνατότητα δημιουργίας νέων τύπων αντικειμένων, απλών και σύνθετων. Στα αντικείμενα αυτά μπορούν να ενθυλακωθούν συναρτήσεις και ευρετήρια για την ταχεία ανάκτηση των δεδομένων. Επομένως, ο χρήστης είναι σε θέση να ορίσει το σχήμα στο αντικειμενο σχεσιακό μοντέλο, που θα υποστηρίξει τις ιδιαιτερότητες της εκάστοτε εφαρμογής. Για την υποστήριξη των χρηστών της, η Oracle έχει ενσωματώσει ορισμένα σχήματα ευρείας χρήσης στο αντικειμενο σχεσιακό μοντέλο, για την υποστήριξη ειδικών εφαρμογών. Τα σχήματα αυτά καλούνται cartridges και είναι τα παρακάτω: Το χωρικό (spatial cartridge) Το πολυμεσικό (multimedia cartridge), και Του κειμένου (text cartridge) Κάθε cartridge περιλαμβάνει τους τύπους δεδομένων, τις λειτουργίες (συναρτήσεις) επεξεργασίας των δεδομένων καθώς και τα ευρετήρια δεικτοδότησής τους. Για τις γεωεπιστήμες ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το χωρικό αντικειμενο σχεσιακό σχήμα, το οποίο καλείται Oracle Spatial.

72 Κεφάλαιο 4 Τεχνολογία Συστημάτων Βάσεων Δεδομένων 4.6 Oracle Spatial Η Oracle Spatial παρέχει τα εργαλεία για την αποθήκευση, ανάκτηση, ενημέρωση και αναζήτηση συλλογών χωρικών δεδομένων από μια βάση δεδομένων της Oracle. Συγκεκριμένα, η Oracle Spatial αποτελείται από τέσσερα τμήματα: Το σχήμα (MDSYS) που καθορίζει την αποθήκευση, τη σύνταξη και τη σημασιολογία των γεωμετρικών τύπων δεδομένων που υποστηρίζει Τις χωρικές βάσεις δεδομένων που θα υποστηρίξουν την ανάκτηση χωρικών δεδομένων από τη βάση Ένα σύνολο από συναρτήσεις για την εκτέλεση χωρικών λειτουργιών, και Εργαλεία για τη διαχείριση του συστήματος της βάσης δεδομένων Η Oracle Spatial υποστηρίζει δύο μηχανισμούς ή μοντέλα για την αναπαράσταση της γεωμετρίας: Το σχεσιακό μοντέλο, που οργανώνει τη γεωμετρία σε ένα πλήθος από σχέσεις (πίνακες), των οποίων το σχήμα είναι προκαθορισμένο. Εδώ υπάρχει μια αναπαράσταση της γεωμετρίας στο παραδοσιακό σχεσιακό μοντέλο, και υποστηρίζεται από τις παλαιότερες εκδόσεις της σχεσιακής Oracle Το αντικειμενο σχεσιακό μοντέλο, το οποίο βασίζεται στην αντικείμενο σχεσιακή τεχνολογία, υιοθετήθηκε στις δύο τελευταίες εκδόσεις της Oracle (8, 9) και είναι αυτό που εφαρμόζεται στις ημέρες μας για την αναπαράσταση γεωμετριών στην Oracle Spatial. Το μοντέλο αυτό χρησιμοποιεί έναν τύπο του συστήματος που ονομάζεται MDSYS.SDO_GEOMETRY, και φιλοξενεί τη γεωμετρία μιας γεωγραφικής οντότητας, η οποία αποθηκεύεται ως ατομική τιμή στις σχέσεις (πίνακες) της βάσης [33] Σελίδα από 95

73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Το λογισμικό ArcGIS Το ArcGIS μπορεί να χρησιμοποιηθεί παντού μέσα σε μια επιχείρηση στο desktop και μέσω servers και φορητών συσκευών. Μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί για να προσπελάσει online υπηρεσίες. Αν είστε προγραμματιστής εφαρμογών, το ArcGIS σας παρέχει εργαλεία για να δημιουργήσετε τις δικές σας εφαρμογές. [4] 5.1 Η δομή του ΑrcGIS Desktop Η ενοποιημένη αξιοποίηση των εφαρμογών ArcGIS Desktop επιτρέπει στους χρήστες της τεχνολογίας των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών να υλοποιήσουν οποιαδήποτε εργασία με επίκεντρο το χώρο, από την πιο απλή έως την πιο πολύπλοκη, όπως είναι η χαρτογραφία, η γεωγραφική ανάλυση, η επεξεργασία των γεωγραφικών δεδομένων, η μετατροπή μεταξύ διαφορετικών μορφότυπων δεδομένων, η απεικόνιση, η διαχείριση των δεδομένων κ.α. Η δομή του ArcGIS Desktop είναι κλιμακούμενη ως προς τις δυνατότητές της προκειμένου να εκπληρώσει τις απαιτήσεις των διαφορετικών τύπων χρηστών. Έτσι, έχουν διαμορφωθεί τρία διακριτά επίπεδα δυνατοτήτων του λογισμικού ArcGIS Desktop που έχουν ως εξής: [27] 1)Λογισμικό απεικόνισης, επεξεργασίας και ανάλυσης των γεωγραφικών δεδομένων ArcView. Είναι λογισμικό που συναντάται στα γεωγραφικά πληροφοριακά συστήματα, που χρησιμοποιείται για την απεικόνιση, την διαχείριση, την δημιουργία και την ανάλυση γεωγραφικών δεδομένων. Με τη χρήση του ArcView γίνεται κατανοητό το γεωγραφικό περιεχόμενο των δεδομένων μας, επιτρέποντας έτσι να δει κανείς τις σχέσεις μεταξύ των δεδομένων και να αναγνωρίσει τα πρότυπα με νέους τρόπους. 2)Λογισμικό πλήρους διαχείρισης και επεξεργασίας των γεωγραφικών δεδομένων ArcEditor. Το λογισμικό ArcEditor αποτελεί μια πλήρη λύση λογισμικού GIS σε σχέση με την επεξεργασία και με τη διαχείριση των γεωγραφικών δεδομένων. Περιέχοντας το σύνολο των δυνατοτήτων που προσφέρει το λογισμικό ArcView, το ArcEditor έχει επιπλέον ενσωματωμένο ένα πλούσιο σύνολο εργαλείων επεξεργασίας και επικύρωσης γεωγραφικών δεδομένων. 3)Λογισμικό πλήρους διαχείρισης, επεξεργασίας και ανάλυσης των γεωγραφικών δεδομένων ArcInfo. To λογισμικό ArcInfo εμπεριέχει πλήρως τις λειτουργικές δυνατότητες των λογισμικών ArcEditorκαι ArcView, προσφέροντας επιπλέον τεχνικές προχωρημένων χωρικών αναλύσεων, διαχείρισης χωρικών δεδομένων και υψηλής χαρτογραφικής απόδοσης.

74 Κεφάλαιο 5 Το Λογισμικό Arc Gis 5.2 Παρουσίαση του ArcMap Το ArcMap (εικόνα:5.1), όπως υποδηλώνει και το όνομα, αφορά εφαρμογές που σχετίζονται με χάρτες. Πιο συγκεκριμένα το ArcMap δίνει την δυνατότητα να δημιουργηθούν χάρτες από επίπεδα χωρικής πληροφορίας, να αναλυθούν χωρικές σχέσεις και να επιλεγούν μέσα από αναζητήσεις χωρικά και μη χωρικά στοιχεία. Επίσης μπορούν να σχεδιαστούν και να δημιουργηθούν διαφορετικές απεικονίσεις ενός χάρτη, αλλάζοντας χρώματα και συμβολισμούς. Το περιβάλλον εργασίας του ArcMap αποτελείται από τον πίνακα περιεχομένων, την περιοχή εμφάνισης του χάρτη, τη ράβδο μηνυμάτων καθώς και τα διάφορα εργαλεία και το μενού επιλογών. Στον πίνακα περιεχομένων περιέχονται όλα τα θεματικά επίπεδα του χάρτη που έχει ανοίξει ο χρήστης (π.χ δρόμοι, κτήρια). Εάν ο χρήστης προσθέσει ή αφαιρέσει ένα επίπεδο, ο πίνακας περιεχομένων θα ενημερωθεί άμεσα και οι αλλαγές θα εμφανισθούν στην περιοχή εμφάνισης του χάρτη. [4] Εικόνα 5.1 Το Περιβάλλον Arc Map Σελίδα από 95

75 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου 5.3 Παρουσίαση του ArcCatalog Το ArcCatalog είναι μια εφαρμογή διαχείρισης γεωγραφικών δεδομένων. Με το ArcCatalog μπορούμε να διερευνήσουμε και να διαχειριστούμε χωρικά δεδομένα. Πιο συγκεκριμένα, μπορούμε εύκολα να διαγράψουμε, αντιγράψουμε ή να μετονομάσουμε ένα θεματικό επίπεδο ή ένα σύνολα δεδομένων. Μπορούμε ακόμα να δημιουργήσουμε νέα δεδομένα, το σημαντικότερο όμως είναι ότι μπορούμε να βλέπουμε τα δεδομένα προτού αποφασίσουμε την ενέργεια που θα κάνουμε με αυτά. Το περιβάλλον του ArcCatalog περιλαμβάνει ένα παράθυρο εμφάνισης γεωγραφικών δεδομένων, ένα παράθυρο όπου ο χρήστης μπορεί να πλοηγηθεί στην δενδρική διαδρομή των αρχείων του συστήματος του, ένα μενού επιλογών και πολλά εργαλεία πλοήγησης, γεωγραφίας και μεταδεδομένων. [4] 5.4 Παρουσίαση του Geoprocessing Geoprocessing, είναι ο μηχανισμός - διαδικασία μέσω του οποίου επιτυγχάνεται η μετάβαση από στοιχεία σε πληροφορία με τη χρήση του ArcGIS. Αποτελεί ουσιαστικά μια σειρά από εργαλεία για τη διαχείριση και ανάλυση χωρικών δεδομένων. Αποτελείται από δυο βασικά τμήματα: τα εργαλεία του Toolbox και τις αναλυτικές διαδικασίες του ModelBuilder, που αποτελεί ουσιαστικά μια οπτικοποιημένη γλώσσα μοντελοποίησης, μέσω τις οποίας επιτυγχάνεται η ταυτόχρονη υλοποίηση των αναλυτικών λειτουργιών που επιθυμεί ο χρήστης του ArcGIS. [22]

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Διαχείριση και υλοποίηση των συστημάτων GIS 6.1 Υλοποίηση Gis Στο στρατηγικό επίπεδο υπάρχουν συνήθως πέντε λόγοι (δυο για εξοικονόμηση κόστους και τρείς για πρόσθετα οφέλη) που επιβάλουν την υλοποίηση ενός συστήματος GIS: Μείωση κόστους. Τα συστήματα GIS μπορούν να υποκαταστήσουν, κατά ένα μέρος ή ολοκληρωτικά, πολλές ισχύουσες δραστηριότητες όπως η χαρτογράφηση, η εύρεση και η διατήρηση πελατών, και η αποδοτικότερη διαχείριση των διαδικασιών απόκτησης και διάθεσης γης. Αποφυγή κόστους. Παραδείγματα χρήσης των συστημάτων GIS είναι η τοποθέτηση εγκαταστάσεων μακριά από περιοχές υψηλού κινδύνου λόγω φυσικών καταστροφών (π.χ. ανεμοστρόβιλους, πλημμύρες, ή κατολισθήσεις), και η ελαχιστοποίηση των δρομολογίων διανομής προϊόντων (π.χ. διανομή ταχυδρομείου, ευπαθών προϊόντων με φορτηγά ψυγεία, και μπύρας). Αυξημένα έσοδα. Για παράδειγμα, η αναζήτηση και η προσέλκυση νέων πελατών, η παραγωγή χαρτών και δεδομένων προς πώληση, και η χρήση του συστήματος GIS ως εργαλείου υποστήριξης συμβούλων (π.χ. τοποθέτηση εγκαταστάσεων, διατήρηση φυσικών πόρων, και διαχείριση ακίνητης περιουσίας). Παραγωγή εντελώς νέων προϊόντων. Το σύστημα GIS σάς δίνει τη δυνατότητα παραγωγής προϊόντων που δε θα ήταν δυνατόν να δημιουργήσετε πριν, ή των οποίων το κόστος θα ήταν απαγορευτικό και ο χρόνος παραγωγής υπερβολικός (π.χ. δορυφορική απεικόνιση μιας περιοχής που καλύπτει ένα τρισδιάστατο τοπίο ή δρομολόγια διαφυγής σε περίπτωση κινδύνου, που λαμβάνουν υπόψη πιθανή κυκλοφοριακή συμφόρηση Άυλα οφέλη. Αυτά τα οφέλη είναι δύσκολο να μετρηθούν, αλλά είναι πολύ σημαντικά. Μερικά παραδείγματα είναι η λήψη καλύτερών αποφάσεων, η παροχή καλύτερων υπηρεσιών στους αγοραστές και τους πελάτες (που οδηγεί σε βελτίωση της δημόσιας εικόνας σας), η χρήση συνεπών πληροφοριών σε ολόκληρο τον οργανισμό, και η δυνατότητα τεκμηρίωσης και κοινής χρήσης των διαδικασιών και των μεθόδων επίλυσης προβλημάτων. [23]

77 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Εικόνα 6.1 Ο κύκλος ζωής ενός συστήματος GIS. 6.2 Η διαδικασία ανάπτυξης ενός βιώσιμου συστήματος GIS Ο κύκλος ζωής ενός συστήματος G1S, όπως και πολλών άλλων έργων τεχνολογίας πληροφοριών, μπορεί να αναλυθεί στις παρακάτω τέσσερις κύριες φάσεις (Εικόνα 5.1): Επιχειρηματικός σχεδιασμός (στρατηγική ανάλυση και συγκέντρωση απαιτήσεων). Προμήθεια συστήματος (επιλογή και αγορά ενός συστήματος). Υλοποίηση συστήματος (συναρμολόγηση των διαφόρων τμημάτων και δημιουργία μιας λειτουργικής λύσης). Λειτουργία και συντήρηση (διατήρηση του συστήματος σε κατάσταση λειτουργίας). Αυτές οι φάσεις είναι επαναληπτικές. Στη διάρκεια μίας δεκαετίας ή και περισσότερο, μπορούν να συμβούν πολλές επαναλήψεις με τη χρήση διαφορετικών γενεών τεχνολογιών και μεθόδων GIS. Παραλλαγές του μοντέλου αυτού περιλαμβάνουν τις φάσεις δημιουργίας πρωτοτύπων και ταχείας ανάπτυξης εφαρμογών λόγω έλλειψης χώρου δε θα αναφερθούμε σε αυτές εδώ. Ο κύκλος ζωής ενός συστήματος GIS περιλαμβάνει τέσσερις κύριες φάσεις: επιχειρηματικό σχεδίασμά, απόκτηση συστήματος/ υλοποίηση συστήματος, και λειτουργία και συντήρηση. [23]

78 Κεφάλαιο 6 Διαχείριση και Υλοποίηση των συστημάτων Gis 6.3 Επιλογή Συστήματος Gis. Το μοντέλο που προτιμούμε (Εικόνα 6.2) βασίζεται σε 14 βήματα, ομαδοποιημένα σε τέσσερα στάδια: ανάλυση απαιτήσεων, προδιαγραφή απαιτήσεων, αξιολόγηση εναλλακτικών επιλογών, και υλοποίηση συστήματος το χρησιμοποιούμε αντί για το μοντέλο "ανωτάτου επιπέδου" επειδή οι φάσεις υλοποίησής του είναι πιο λεπτομερείς. Αυτού του είδους η διαδικασία είναι και χρονοβόρα και δαπανηρή. Στην πράξη, είναι κατάλληλη μόνο για υλοποιήσεις μεγάλων συστημάτων GIS (συμβάσεις με αρχική αξία μεγαλύτερη από $ ), όπου έχει ιδιαίτερη σημασία η αξιολόγηση των κινδύνων και η εκτίμηση των επενδύσεων. Με βάση όμως την οδυνηρή πείρα μας, σας συνιστούμε ανεπιφύλακτα να χρησιμοποιείτε τυποποιημένες διαδικασίες όταν πρόκειται να εκτιμήσετε την ανάγκη απόκτησης ενός συστήματος. Είναι εκπληκτικό πώς τα μικρά έργα, που υλοποιούνται γρήγορα ακριβώς επειδή είναι μικρά, εξελίσσονται σε μεγάλα και πολυδάπανα! [24] Εικόνα 6.2 Γενικό Μοντέλο διαδικασίας προμήθειας ενός συστήματος GIS. Στάδιο1 : Ανάλυση απαιτήσεων Το πρώτο στάδιο στην επιλογή ενός συστήματος GIS είναι μια επαναληπτική διαδικασία με την οποία προσδιορίζονται οι απαιτήσεις του χρήστη και εκπονείται η Σελίδα από 95

79 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου μελέτη σκοπιμότητας για την προμήθεια ενός συστήματος GIS). Το αποτέλεσμα κάθε βήματος είναι μια αναφορά που θα πρέπει να συζητηθεί με τους χρήστες και τη διοίκηση. Είναι σημαντικό να τηρούνται πρακτικά των συζητήσεων, τα οποία να κοινοποιούνται σε όλους τους εμπλεκόμενους ώστε να μην υπάρχει διαφωνία σε επόμενα στάδια για το τι συμφωνήθηκε! Τα αποτελέσματα κάθε αναφοράς διευκολύνουν την επιτυχία των διαφόρων σταδίων. Βήμα 1: Καθορισμός στόχων Συχνά πρόκειται για μια κρίσιμη απόφαση σε οποιονδήποτε οργανισμό. Η λογική διαδικασία επιλογής ενός συστήματος GIS ξεκινάει και εξελίσσεται σύμφωνα με το στρατηγικό σχέδιο του οργανισμού και με βάση τη γενική απόφαση ότι το σύστημα GIS μπορεί να παίξει ρόλο στην υλοποίηση αυτού του σχεδίου. Οι στρατηγικοί και τακτικοί στόχοι πρέπει να διατυπώνονται σε μορφή κατανοητή από τα διοικητικά στελέχη. Το έγγραφο που προκύπτει από το Βήμα 1 είναι ένα σχέδιο που τα διοικητικά στελέχη και οι χρήστες πρέπει να προσυπογράψουν ώστε να προχωρήσει η αγορά, δηλαδή, τα εμπλεκόμενα διοικητικά στελέχη να πειστούν ότι το σχέδιο έχει καλές προοπτικές για να εγκρίνουν το επόμενο βήμα και να δεσμεύσουν τα απαραίτητα κονδύλια. Βήμα 2: Ανάλυση απαιτήσεων χρήστη Η ανάλυση προσδιορίζει πώς θα σχεδιαστεί και θα αξιολογηθεί το σύστημα GIS. Πρέπει να εστιάζεται στις τρέχουσες πληροφορίες, ποιος τις χρησιμοποιεί, και πώς συγκεντρώνονται, αποθηκεύονται, και συντηρούνται. Πρόκειται για ένα χάρτη των υπαρχουσών διαδικασιών (που πιθανόν να βελτιωθούν και να αναπαραχθούν από το σύστημα GIS). Οι απαραίτητες πληροφορίες μπορούν να συγκεντρωθούν από συνεντεύξεις, κείμενα τεκμηρίωσης, κριτικές, και ημερίδες ή σεμινάρια. Η αναφορά αυτής της φάσης πρέπει να έχει τη μορφή ροής εργασιών, λιστών πηγών πληροφοριών, και τρέχοντος λειτουργικού κόστους. Για την επιτυχημένη υλοποίηση του συστήματος GIS, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν με σαφήνεια οι πιθανές ή δυνατές αλλαγές( πχ. μελλοντικές εφαρμογές ), τα νέα πληροφοριακά προϊόντα (π.χ. χάρτες και εκθέσεις ) ή οι διαφορετικές χρήσεις των λειτουργιών, και οι νέες απαιτήσεις δεδομένων. Βήμα 3: Προκαταρκτική σχεδίαση Αυτό το στάδιο βασίζεται στα αποτελέσματα του Βήματος 2. Τα αποτελέσματα αυτού του βήματος θα χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση κόστους οφέλους που ακολουθεί (παρακάτω στο Βήμα 4) και για την πιλοτική μελέτη. Οι τέσσερις κύριες εργασίες είναι: ανάπτυξη προκαταρκτικών προδιαγραφών της βάσης δεδομένων, δημιουργία προκαταρκτικών προδιαγραφών λειτουργίας, σχεδίαση προκαταρκτικών μοντέλων του συστήματος, και έρευνα αγοράς για πιθανά συστήματα. Οι προδιαγραφές της βάσης δεδομένων αφορούν το πλήθος και τον τύπο των δεδομένων. Πολλοί σύμβουλοι χρησιμοποιούν λίστες ελέγχου και οι προμηθευτές συχνά δημοσιεύουν περιγραφές των συστημάτων τους στις τοποθεσίες Ιστού τους. Για την επιλογή του συστήματος Πρέπει να ληφθούν αποφάσεις σχετικά με το μοντέλο δεδομένων (ράστερ ή- διανυσματικό) και τον τύπο του συστήματος. Τέλος θα πρέπει να γίνει μια έρευνα αγοράς για να αξιολογηθούν οι δυνατότητες των εμπορικών συστημάτων «από-το-ράφι». Αυτό πιθανόν να περιλαμβάνει την αποστολή μιας τυπικής Αίτησης

80 Κεφάλαιο 6 Διαχείριση και Υλοποίηση των συστημάτων Gis Παροχής Πληροφοριών (Request For Information, RFI) σε μια ευρεία γκάμα προμηθευτών. Κατά τη γραφή της αίτησης θα πρέπει να κρατηθεί μια ισορροπία μεταξύ ενός εγγράφου τόσο γενικά διατυπωμένου ώστε να μην αποσαφηνίζονται οι κύριες ανάγκες και ενός εγγράφου τόσο περιγραφικού που να μην επιτρέπει καμία ευελιξία ή καινοτομία. Το ζήτημα αγοράς ή κατασκευής ενός συστήματος GIS παλαιότερα ήταν μια κρίσιμη απόφαση. Αυτό ίσχυε ιδιαίτερα σε "παρθένες" τοποθεσίες, όπου δεν είχε χρησιμοποιηθεί ποτέ μέχρι τότε τεχνολογία GIS και σε τοποθεσίες όπου είχε ήδη υλοποιηθεί κάποιο σύστημα GIS το οποίο χρειαζόταν εκσυγχρονισμό. Τώρα όμως, η κατάσταση είναι πολύ διαφορετική: κανόνας είναι η χρήση γενικών συστημάτων COTS, τα οποία διαθέτουν προγράμματα βελτίωσης και συντήρησης που ενημερώνονται συνεχώς και' κανονικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλά και διάφορα έργα. Συνήθως έχουν καλύτερη τεκμηρίωση, και οι περισσότεροι στην αγορά εργασίας έχουν πείρα σε αυτά. Κατά συνέπεια, είναι μειωμένος και ο κίνδυνος που προέρχεται από τυχόν απώλεια εξειδικευμένου προσωπικού. Βήμα 4: Ανάλυση κόστους-οφέλους Η αγορά και η εγκατάσταση ενός συστήματος GIS είναι δύσκολη υπόθεση, δαπανηρή σε χρήμα και πόρους προσωπικού (συνήθως σε χρόνο διαχείρισης). Είναι αρκετά συνηθισμένο οι οργανισμοί να προχωρούν σε αναλύσεις κόστους-οφέλους ώστε να δικαιολογήσουν την προσπάθεια και τα έξοδα, και να συγκρίνουν ίο νέο σύστημα με τα τρέχοντα δεδομένα,. διεργασίες και προϊόντα την υπάρχουσα κατάσταση (status quo). Οι αναλύσεις κόστους οφέλους συνήθως παρουσιάζονται σε μορφή λογιστικού φύλλου, μαζί με μια έκθεση που συνοψίζει τα κύρια ευρήματα και προτείνει κατά πόσον το έργο πρέπει να συνεχιστεί ή να διακοπεί. Τα ανώτερα διοικητικά στελέχη θα πρέπει στη συνέχεια να εκτιμήσουν τα πλεονεκτήματα του έργου σε σχέση με όποια άλλα χρειάζονται τους πόρους τους. Βήμα 5: Πιλοτική μελέτη Η πιλοτική μελέτη είναι μια μίνι έκδοση της πλήρους υλοποίησης του συστήματος GIS, που έχει στόχο τη δοκιμή διαφόρων πτυχών του έργου. Κύριος στόχος είναι να ελεγχθεί ένας εφικτός ή πιθανός σχεδιασμός του συστήματος πριν από την οριστικοποίηση των προδιαγραφών και τη δέσμευση σημαντικών πόρων. Δευτερεύοντες στόχοι είναι να κερδηθεί η εμπιστοσύνη και η κατανόηση των χρηστών και των χρηματοδοτών, να ελεγχθούν δείγματα δεδομένων αν η υλοποίηση περιλαμβάνει και συγκέντρωση δεδομένων, και να παρασχεθεί ένα περιβάλλον δοκιμών για την ανάπτυξη εφαρμογών. Συνηθισμένη πρακτική είναι η χρήση υπάρχοντος υλικού ή η ενοικίαση υλικού παρόμοιου με αυτό που προβλέπεται να χρησιμοποιηθεί στην πλήρη υλοποίηση. Για την πιλοτική μελέτη θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα λογικό αντιπροσωπευτικό δείγμα όλων των βασικών τύπων δεδομένων, των εφαρμογών, και των παραδοτέων προϊόντων. Πρέπει όμως να αντισταθείτε στον πειρασμό να επιχειρήσετε να κατασκευάσετε ολόκληρο το σύστημα σε αυτή τη φάση, όσο και αν οι "τεχνοκράτες" επιμένουν ότι είναι πολύ εύκολο! Οι χρήστες θα πρέπει να είναι προετοιμασμένοι να απορρίψουν τα πάντα μετά την πιλοτική μελέτη, εφόσον η επιλεγμένη τεχνολογία ή το στυλ της εφαρμογής δε δικαιώνει τις προσδοκίες τους. Σελίδα από 95

81 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου Το αποτέλεσμα της πιλοτικής μελέτης είναι ένα έγγραφο που περιέχει μια αξιολόγηση της χρησιμοποιούμενης τεχνολογίας και προσέγγισης, μια εκτίμηση κόστους-οφέλους, και στοιχεία για τους προβλεπόμενους κινδύνους και επιπτώσεις του έργου. Η ανάλυση κινδύνου είναι μια σημαντική δραστηριότητα, ακόμη και σε αυτό το πρώιμο στάδιο. Η εκτίμηση του τι μπορεί να πάει στραβά βοηθάει στην αποφυγή πιθανών μελλοντικών οικονομικών καταστροφών. Η ανάλυση κινδύνου πρέπει να εστιάζεται στις πραγματικές διαδικασίες προμήθειας του συστήματος, καθώς και στην υλοποίηση και τη λειτουργία του. Στάδιο2 : Προδιαγραφή Απαιτήσεων Το δεύτερο στάδιο ασχολείται με τον καθορισμό τυπικών προδιαγραφών που θα χρησιμοποιηθούν στη δομημένη διαδικασία υποβολής και αξιολόγησης προσφορών για το σύστημα. Βήμα 6: Τελική σχεδίαση Δημιουργεί τις προδιαγραφές της τελικής σχεδίασης που θα συμπεριληφθούν στην Προκήρυξη Υποβολής Προτάσεων (Request For Proposals, RFP) ή στην Πρόσκληση Υποβολής Προσφοράς ( To Tender, ITT) προς τους προμηθευτές. Οι βασικές δραστηριότητες περιλαμβάνουν την οριστικοποίηση της βάσης δεδομένων, τον καθορισμό των προδιαγραφών λειτουργίας και απόδοσης, και τη δημιουργία μιας λίστας πιθανών περιορισμών. Οι απαιτήσεις κατατάσσονται σε υποχρεωτικές, επιθυμητές, ή προαιρετικές. Το παραδοτέο αποτέλεσμα είναι το έγγραφο της τελικής σχεδίασης, που θα πρέπει να παρέχει μια σαφή περιγραφή των απαραίτητων απαιτήσεων χωρίς να είναι τόσο περιγραφικό ώστε να καταπνίγει οποιαδήποτε καινοτομία, να ανεβάζει το κόστος, ή ανεπαρκείς προμηθευτές να αισθάνονται ότι μπορούν να ανταποκριθούν. Αυτή η πρακτική είναι κοντόφθαλμη, επειδή η υιοθέτηση ενός συστήματος GIS έχει μακροπρόθεσμες συνέπειες όπως κατάρτιση προσωπικού και αναπτυξιακές ανάγκες - που υπερκαλύπτουν τις αρχικές δαπάνες για εξοπλισμό και λογισμικό. Πολλοί οργανισμοί επίσης αποκτούν ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα από τη χρήση ενός συστήματος GIS και δε θέλουν να δημοσιεύουν τις αναλύσεις τους. Επιπλέον, οι μελέτες κόστους-οφέλους συχνά γίνονται από συμβούλους που δε θέλουν να δημοσιοποιήσουν την προσέγγιση που ακολουθούν, επειδή φοβούνται ότι δε θα μπορούν να χρεώνουν για τη δουλειά τους. Βήμα 7: Προκήρυξη υποβολής προτάσεων Η προκήρυξη υποβολής προτάσεων (έγγραφο RFP) συνδυάζει το έγγραφο τελικής σχεδίασης με τις συμβατικές υποχρεώσεις του οργανισμού. Αυτές ποικίλλουν από οργανισμό σε οργανισμό, αλλά πιθανόν περιλαμβάνουν νομικές λεπτομέρειες σχετικά με τα πνευματικά δικαιώματα της σχεδίασης και της τεκμηρίωσης, τα δικαιώματα πνευματικής ιδιοκτησίας, το χρονοπρογραμματισμό των πληρωμών, το χρονοδιάγραμμα προμηθειών, και άλλα προσχέδια όρων και προϋποθέσεων. Όταν η προκήρυξη κοινοποιηθεί επίσημα στους προμηθευτές, είτε δημόσια είτε με προσωπική επιστολή, θα απαιτηθεί μια ελάχιστη χρονική περίοδος αρκετών εβδομάδων ώστε οι προμηθευτές να την αποτιμήσουν και να ανταποκριθούν. Για πολύπλοκα συστήματα^ συνηθίζεται η διεξαγωγή μιας ανοιχτής συνάντησης όπου συζητούνται επιχειρηματικά και τεχνικά θέματα.

82 Κεφάλαιο 6 Διαχείριση και Υλοποίηση των συστημάτων Gis Στάδιο 3: Αξιολόγηση εναλλακτικών επιλογών Βήμα 8: Προκριματικά Στις περιπτώσεις που προβλέπεται να ανταποκριθούν πολλοί προμηθευτές, συνηθίζεται μια διαδικασία πρόκρισης. Οι υποβαλλόμενες προτάσεις πρώτα αξιολογούνται, κανονικά μέσω κάποιου συστήματος σταθμισμένης βαθμολόγησης, και η λίστα των πιθανών προμηθευτών περιορίζεται σε δύο έως τέσσερις. Μια καλή πρακτική είναι η βαθμολόγηση να γίνεται από πολλά άτομα που ενεργούν ανεξάρτητα, και να συγκρίνονται τα αποτελέσματα και οι διαφορές μεταξύ των αξιολογήσεων. Η όλη διαδικασία επιτρέπει και στο μελλοντικό αγοραστή και στο μελλοντικό προμηθευτή να κατανείμουν τους πόρους τους με πιο εστιασμένο τρόπο. Οι προκριθέντες προμηθευτές στη συνέχεια καλούνται να συμμετάσχουν σε μια σύσκεψη για τη συγκριτική αξιολόγηση. Βήμα 9: Συγκριτική αξιολόγηση Κύριος σκοπός της συγκριτικής αξιολόγησης είναι η εκτίμηση της πρότασης, των ανθρώπων, και της τεχνολογίας κάθε επιλεγμένου προμηθευτή. Καθένας αναμένεται να δημιουργήσει ένα πρωτότυπο του τελικού συστήματος που θα χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση αντιπροσωπευτικών δοκιμών. Τα αποτελέσματα των δοκιμών βαθμολογούνται από το μελλοντικό αγοραστή. Βαθμολογούνται επίσης η αρχική πρόταση του προμηθευτή και η παρουσίαση της εταιρείας του. Όλες αυτές οι βαθμολογίες θα αποτελέσουν τη βάση για την τελική επιλογή συστήματος. Δυστυχώς, οι συγκριτικές αξιολογήσεις συχνά γίνονται με έναν κάπως μυστικοπαθή και ανταγωνιστικό τρόπο, όπου οι προμηθευτές πρέπει να μαντέψουν τις σχετικές προτεραιότητες (και τους συντελεστές βάρους των βαθμολογιών) του πιθανού αγοραστή. Παρόλο που είναι σημαντικό να ακολουθηθεί μια δίκαιη και διαφανής διαδικασία και να γίνει ένας τελείως αμερόληπτος έλεγχος, μια πιο ανοιχτή συνεργατική προσέγγιση συνήθως οδηγεί σε καλύτερη αξιολόγηση των προμηθευτών και των προτάσεών τους. Αν οι προμηθευτές γνωρίζουν ποιες λειτουργίες έχουν μεγαλύτερη σημασία για τους πελάτες, μπορούν να προσαρμόσουν κατάλληλα τα συστήματά τους. Βήμα 10: Αξιολόγηση κόστους- αποτελεσματικότητας Στη συνέχεια, αξιολογείται η αποτελεσματικότητα ως προς το κόστος των προτάσεων που έχουν επικρατήσει. Και αυτό το βήμα είναι πιο σύνθετο από όσο φαίνεται. Για παράδειγμα, ο τύπος του υλικού στο οποίο εκτελείται το λογισμικό διαφέρει αρκετά από σύστημα σε σύστημα GIS, μερικά συστήματα χρειάζονται πρόσθετες άδειες για το σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (DBMS), το κόστος προσαρμογής ποικίλλει, και το κόστος συντήρησης συχνά υπολογίζεται με διαφορετικούς τρόπους. Στόχος αυτού του βήματος είναι η προσαρμογή όλων των προτάσεων σε μια κοινή μορφή για λόγους σύγκρισης. Οι συντελεστές βάρους για τα διάφορα τμήματα πρέπει να επιλεγούν προσεκτικά επειδή θα έχουν σημαντική επίπτωση στην τελική επιλογή. Μια καλή πρακτική περιλαμβάνει συζήτηση μέσα στην κοινότητα των χρηστών επειδή οι χρήστες πρέπει να έχουν βαρύνοντα λόγο για το θέμα των συντελεστών βάρους, και Σελίδα από 95

83 Πτυχιακή Εργασία της Άννας Κυπριάδου αναλύσεις ευαισθησίας για να διαπιστωθεί αν δίνονται πολύ διαφορετικές απαντήσεις όταν οι συντελεστές αλλάζουν ελαφρά. Το παραδοτέο αυτού του σταδίου είναι η κατάταξη των προσφορών των προμηθευτών. Στάδιο 4: Υλοποίηση του συστήματος Το τελευταίο στάδιο είναι η σχεδίαση της υλοποίησης, η υπογραφή σύμβασης με τον επιλεγμένο προμηθευτή, η δοκιμή του παραδοθέντος συστήματος, και η λειτουργία του συστήματος GIS στην πράξη. Βήμα 11: Σχέδιο υλοποίησης Ένα δομημένο, προοδευτικά διαμορφωμένο σχέδιο υλοποίησης αποτελεί σημαντικό συστατικό μιας επιτυχημένης υλοποίησης συστήματος GIS. Το σχέδιο ξεκινάει με τον προσδιορισμό των προτεραιοτήτων, τον ορισμό ενός χρονοδιαγράμματος υλοποίησης, και τη δημιουργία ενός σχεδίου προϋπολογισμού και διαχείρισης πόρων. Συνηθισμένες δραστηριότητες που πρέπει να συμπεριληφθούν στο χρονοδιάγραμμα είναι η εγκατάσταση και η δοκιμή αποδοχής, η κατάρτιση του προσωπικού, η συλλογή δεδομένων, και η προσαρμογή. Η υλοποίηση πρέπει να συντονίζεται σε συνεργασία με τους προμηθευτές και τους χρήστες. Βήμα 12: Σύμβαση Η κατακύρωση της σύμβασης είναι αντικείμενο τελικών διαπραγματεύσεων όπου πρέπει να συμφωνηθούν οι γενικοί και ειδικοί όροι και προϋποθέσεις, ποια στοιχεία της πρότασης του προμηθευτή θα παραδοθούν, πότε, και σε ποια τιμή. Οι γενικές συνθήκες συμπεριλαμβάνουν τη διάρκεια της σύμβασης, το χρονοδιάγραμμα πληρωμών, τις υποχρεώσεις των συμβαλλομένων, ζητήματα ασφάλειας, εγγυήσεων, αποζημιώσεων, και διαιτησίας, και πρόβλεψη για ρήτρες και για διακανονισμούς καταγγελίας ή λύσης της σύμβασης. Βήμα 13: Δοκιμή αποδοχής Αυτό το βήμα εξασφαλίζει τη συμφωνία του παραδοθέντος συστήματος GIS με τις προδιαγραφές που αναφέρονται στη σύμβαση. Ένα μέρος του πληρωτέου ποσού πρέπει να παρακρατείται μέχρι να ολοκληρωθεί με επιτυχία αυτό το βήμα. Οι δραστηριότητες αυτού του βήματος περιλαμβάνουν την εγκατάσταση και δοκιμές λειτουργίας, απόδοσης, και αξιοπιστίας του συστήματος. Σπανίως ένα σύστημα περνάει με επιτυχία όλες τις δοκιμές την πρώτη φορά, γι' αυτό πρέπει να υπάρχει πρόβλεψη για επανάληψη των δοκιμών. Βήμα 14: Υλοποίηση Πρόκειται για το τελευταίο βήμα, στο τέλος μιας πιθανόν μακράς διαδικασίας. Η διάρκεια προμήθειας ενός συστήματος GIS μπορεί να κρατήσει πολλούς μήνες ή ακόμη περισσότερο. Οι δραστηριότητες περιλαμβάνουν την κατάρτιση των χρηστών και του προσωπικού υποστήριξης, τη συλλογή δεδομένων, τη συντήρηση του συστήματος, και την παρακολούθηση της απόδοσης. Ίσως χρειαστεί να "εκπαιδευτούν" και οι πελάτες! Αφού το σύστημα τεθεί με επιτυχία σε λειτουργία, το γεγονός ίσως πρέπει να διαφημιστεί για λόγους ενίσχυσης του εμπορικού σήματος ή πολιτικής.

84 Κεφάλαιο 6 Διαχείριση και Υλοποίηση των συστημάτων Gis 6.4 Αποτελεσματική σχεδίαση Ο καλός σχεδιασμός είναι σημαντικός σε όλη τη διάρκεια ζωής όλων των έργων GIS. Και ο στρατηγικός και ο λειτουργικός, ή τακτικός σχεδιασμός είναι σημαντικοί για την επιτυχία ενός έργου. Ο στρατηγικός σχεδιασμός περιλαμβάνει την εξέταση των συνολικών στόχων του οργανισμού και τον καθορισμό των συγκεκριμένων στόχων του συστήματος GIS. Ο λειτουργικός σχεδιασμός αφορά περισσότερο την καθημερινή διαχείριση των πόρων. Υπάρχουν πολλά γενικά παραγωγικά εργαλεία διαχείρισης έργου που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα έργα GIS. Στην (Εικόνα 6.3) μπορείτε να δείτε ένα εργαλείο δημιουργίας διαγραμμάτων που λέγονται γραφήματα Gantt. [24] Εικόνα 6.3 To γράφημα Gantt ενός βασικού έργου GIS. Αυτό το γράφημα παρουσιάζει τις απαιτήσεις πόρων σε σχέση με το χρόνο, για διάφορες εργασίες. Πρόκειται για ένα σχετικά απλό γράφημα με μικρό αριθμό εργασιών (πηγή: RSPrj_GanttJan2003.pdf με την άδεια του Washington State Department of Transportation Σελίδα από 95