6. Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (ΓΣΠ) & Τηλεπισκόπηση (Θ) Εξάμηνο: Κωδικός μαθήματος:

Transcript

1 ΕΞΑΜΗΝΟ Δ 6. Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (ΓΣΠ) & Τηλεπισκόπηση (Θ) Εξάμηνο: Δ Κωδικός μαθήματος: ΖΤΠΟ-4016 Επίπεδο μαθήματος: Υποχρεωτικό Ώρες ανά εβδομάδα Θεωρία Εργαστήριο Συνολικός αριθμός ωρών: Διδακτικές Μονάδες (Δ.Μ.): 6 Φόρτος Εργασίας: 160 Προαπαιτούμενα Μαθήματα: Βάσεις περιβαλλοντικών δεδομένων Σκοπός και στόχοι του μαθήματος Ορισμοί και εισαγωγικές έννοιες. Ιστορική αναδρομή. Χωρικά και περιγραφικά δεδομένα. Βάσεις δεδομένων και συστήματα διαχείρισης. Ψηφιδωτά και διανυσματικά χωρικά μοντέλα δεδομένων. Προβολικά συστήματα. Βασικές λειτουργίες. Εισαγωγή και εξαγωγή δεδομένων. Έμπειρα συστήματα και συστήματα υποστήριξης αποφάσεων. Αξιολόγηση. Αβεβαιότητα και επικινδυνότητα. Μοντελοποίηση δεδομένων. Παραδείγματα εφαρμογές στην Οικολογία. Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση. Βασικές αρχές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αλληλεπιδράσεις της Η/Μ ακτινοβολίας με την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της Γης, Φασματικές υπογραφές Δορυφορικά και αερομεταφερόμενα συστήματα. Δορυφορικές εικόνες. Χρονική, χωρική και ραδιομετρική ανάλυση δορυφορικών εικόνων. Διορθώσεις δορυφορικών εικόνων. Ραδιομετρική ενίσχυση. Δείκτες βλάστησης, Ταξινόμηση. Περιγραφή του μαθήματος Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (ΓΣΠ) Ορισμοί και εισαγωγικές έννοιες: Τι είναι το ΓΣΠ; Ποιοί χρησιμοποιούν τα ΓΣΠ; Τι μπορούμε να κάνουμε και πως δουλεύει ένα ΓΣΠ; Το διανυσματικό και το ψηφιδωτό μοντέλο. Ο χάρτης και τα συστήματα συντεταγμένων, η κλίμακα του χάρτη, τα γεωδαιτικά συστήματα αναφοράς, γεωμετρικό και ορθομετρικό υψόμετρο, προβολικά συστήματα, τα ελληνικά γεωδαιτικά και προβολικά συστήματα. Χωρικά και περιγραφικά δεδομένα. Το μοντέλο της Γεωβάσης και τα στοιχεία μιας γεωβάσης. Διαφορετικοί τύποι γεωβάσης και βήματα δημιουργίας τους. Εισαγωγή δεδομένων στα ΓΣΠ, βάσεις δεδομένων και συστήματα διαχείρισης. Σφάλματα κατά τη δημιουργία και λειτουργία ενός ΓΣΠ.

2 Δημιουργία τοπολογίας σε ένα ΓΣΠ. Βασικές χωρικές λειτουργίες σε ένα ΓΣΠ σε διανυσματικά και ψηφιδωτά μοντέλα δεδομένων. Οι μετρήσεις απόστασης - συνδεσιμότητας. Οι λειτουργίες επαναταξινόμησης και υπέρθεσης. Στατιστικά ζώνης (Zonal statistic). Οι λειτουργίες συγχώνευσης και γενίκευσης. Η χρήση των φίλτρων. Ανάλυση δεδομένων μορφής κάναβου. Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους, χαρτογράφηση αναγλύφου, Κλίση και έκθεση, καμπυλότητα και πολυσχιδότητα, περιοχές θέασης και λεκάνες απορροής. Μοντελοποίηση δεδομένων σε περιβάλλον ΓΣΠ. Τύποι μοντέλων. Προσδιοριστικά και στοχαστικά μοντέλα. Απαγωγικά και επαγωγικά μοντέλα. Μοντέλα βασισμένα σε κανόνες και γραμμική παλινδρόμηση. Πολυκριτρηριακές μέθοδοι. Ανάλυση ευαισθησίας. Χωρική παρεμβολή. Οπτικοποίηση επιφανειών παρεμβολής, Μέθοδοι χωρικής παρεμβολής, Γεωστατιστική, Kriging. Τηλεπισκόπηση Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση. Πλεονεκτήματα τηλεπισκόπισης, Βασικές αρχές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, πηγές ενέργειας, μήκος κύματος, μηχανισμοί αλληλεπίδρασης, αλληλεπιδράσεις της Η/Μ ακτινοβολίας με την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της Γης, φασματική απόκριση και φασματικές υπογραφές, πολυφασματική ταξινόμηση, υπερφασματική ταξινόμηση. Δορυφορικά και αερομεταφερόμενα αισθητήρια συστήματα, δορυφορικά συστήματα σάρωσης, γεωστατικές και πολικές τροχιές, περιγραφή κυριοτέρων δορυφορικών σαρωτών χαμηλής, μεσαίας και υψηλής ανάλυσης, συστήματα LIDAR. Διορθώσεις ψηφιακής εικόνας, ραδιομετρική ανάλυση δορυφορικών εικόνων, ατμοσφαιρική διόρθωση εικόνας, γεωμετρική διόρθωση εικόνας, χρήση ψηφιακών μοντέλων στη γεωμετρική διόρθωση. Βελτίωση εικόνας, διαχείριση αντίθεσης, παραγωγή σύνθετης εικόνας, ψηφιακά φίλτρα, πανχρωματική λέπτυνση, διαχείριση χωρικών στοιχείων (χωρικό φιλτράρισμα, τονισμός ορίων, συνέλιξη, ανάλυση Fourier), διαχείριση πολλαπλών εικόνων (πολυφασματικός λόγος και πολυφασματική διαφορά). Ταξινόμηση εικόνας, ανελαστικοί ταξινομητές (Μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση και επιβλεπόμενη ταξινόμηση), Ελαστικοί ταξινομητές (Η ασαφής λογική ταξινόμηση υπο εικονοστοιχείων και τα νευρωνικά δίκτυα), αντικειμενοστραφής ταξινόμηση (object oriented classification). Φασματικές βιβλιοθήκες, περιοχές εκπαίδευσης. Μετασχηματισμός εικόνας, δείκτες βλάστησης, ανάλυση κύριων συνιστωσών (PCA), ο δείκτης Tasseled Cap. Εφαρμογές της ταξινόμησης στο περιβάλλον. 2

3 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1: Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών ArcMap (1/2) Το εργαστήριο περιλαμβάνει μία εργασία. Εργασία 1 η : Εισαγωγή στο ArcMap o Βασικά χαρακτηριστικά του ArcMap, εισαγωγή δεδομένων στον ArcMap, χρήση των βασικών εργαλειοθηκών, αλλαγή συμβόλων, μέθοδοι επαναταξινόμησης ποσοτικής πληροφορίας, δημιουργία νέων πεδίων, σελιδοποίηση του χάρτη ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 2: Απεικόνιση δεδομένων και χαρτογράφηση Εργασία 1 η : Δημιουργία νέων πεδίων, υπολογισμοί εκτάσεων Εργασία 2 η : Δημιουργία ενός χωρο-πληθυσμιακού χάρτη Εργασία 3 η : Χαρτογραφία Εργασία 4 η : Χρήση συμβόλων στη χαρτογραφία - Ετικέτες ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 3: Πηγές δεδομένων- Γεωβάση Το εργαστήριο περιλαμβάνει δύο εργασίες. Εργασία 1 η : Εισαγωγή στον ArcCatalog και ArcToolbox o Σύνδεση με πηγές δεδομένων, Μεταδεδομένα, Γεωγραφική και περιγραφική πληροφορία, εργαλεία του ArcCatalog, εισαγωγή δεδομένων σε Γεωβάση, Εργασία 2 η : Εισαγωγή στις επεκτάσεις (κυρίως στην επέκταση της Χωρικής Ανάλυσης) o Κλίση και Έκθεση αναγλύφου ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 4 Ευρωπαϊκή Κάλυψη γης με βάση το Corine - Συστήματα Συντεταγμένων Γεωαναφορά Εργασία 1 η : Αναζήτηση αρχείων του Corine και αποκοπή της πληροφορίας σε προσδιορισμένα όρια, υπολογισμό εκτάσεων ανά κατηγορία χρήσης γης Εργασία 2 η : Προβολή μιας γεωγραφικής πληροφορίας από ένα γεωγραφικό σε ένα προβολικό σύστημα συντεταγμένων o Εισαγωγή διανυσματικού αρχείου, προσδιορισμός συντεταγμένων, μετασχηματισμός αρχείου Εργασία 3 η : Εισαγωγή ενός συστήματος αναφοράς από ένα αρχείο σε ένα άλλο, Προβολή ενός αρχείου με βάση προκαθορισμένο σύστημα αναφορών - Μετατροπή από ένα σύστημα συντεταγμένων σε ένα άλλο Εργασία 4 η : Γεωαναφορά ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 5 Αντικειμενοστραφή μοντέλα διανυσματικών δεδομένων (Object-Based vector data model) - Δημιουργία γεωβάσης Σύνδεση δεδομένων Εργασία 1 η : Δημιουργία γεωβάσης (geodatabase), δέσμη χαρακτηριστικών (feature dataset) και κλάση χαρακτηριστικών (feature class). 3

4 Εργασία 2 η : Μετατροπή ενός shape file σε κλάση χαρακτηριστικών μιας γεωβάσης - εισαγωγή δεδομένων Εργασία 3 η : Σύνδεση περιγραφικών δεδομένων σε γεωγραφικά αρχεία Εργασία 4 η : Εισαγωγή Χ, Υ δεδομένων σε γεωγραφικά αρχεία ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 6 Ψηφιοποίηση δεδομένων - Τοπολογία Εργασία 1 η : Αρχική εισαγωγή δεδομένων από διάφορες πηγές Εργασία 2 η : Δημιουργία γεωβάσης με αυτή την πληροφορία Εργασία 3 η : Ψηφιοποίηση σημειακής, γραμμικής και πολυγωνικής πληροφορίας Εργασία 4 η : Εφαρμογή τοπολογίας ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 7 Ψηφιακά μοντέλα εδάφους (DEM) Το εργαστήριο περιλαμβάνει πέντε εργασίες. Εργασία 1 η : Αναζήτηση ψηφιακού μοντέλου εδάφους από ανοιχτά γεωγραφικά δεδομένα Εργασία 2 η : Δημιουργία ισοϋψών και κάθετου προφίλ Εργασία 3 η : Δημιουργία περιοχών θέασης (ορατότητας) και σκιασμένου αναγλύφου Εργασία 4 η : Δημιουργία κλίσεων και εκθέσεων Εργασία 5 η : Δημιουργία στατιστικών από τα ΨΜΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 8 Χωρικές λειτουργίες με τα διανυσματικά αρχεία Εργασία 1 η : Εκτέλεση buffering και επικάλυψη (overlay) Εργασία 2 η : Επικάλυψη πολυσύνθετων πολυγώνων Εργασία 3 η : Μέτρηση αποστάσεων ανάμεσα σε σημεία και γραμμές Εργασία 4 η : Υπολογισμός γενικών και τοπικών G στατιστικών ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 9 Ανάλυση ψηφιδωτών δεδομένων Το εργαστήριο περιλαμβάνει πέντε εργασίες. Εργασία 1 η : Εκτέλεση τοπικών λειτουργιών Εργασία 2 η : Εκτέλεση συνδυασμένων λειτουργιών Εργασία 3 η : Εκτέλεση λειτουργίας γειτνίασης Εργασία 4 η : Εκτέλεση λειτουργίας ζώνης Εργασία 5 η : Μέτρηση φυσικών αποστάσεων ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 10 Χωρική παρεμβολή Το εργαστήριο περιλαμβάνει πέντε εργασίες. Εργασία 1 η : Δημιουργία χάρτη τάσης επιφάνειας (trend surface model) για παρεμβολή Εργασία 2 η : Χρήση της μεθόδου υπολογισμού πυκνότητας Kernel Εργασία 3 η : Χρήση της μεθόδου σταθμισμένης αντίστροφης απόστασης IDW (Iverse Distance Weighted) για παρεμβολή Εργασία 4 η : Χρήση της μεθόδου Ordinary Kriging για παρεμβολή Εργασία 5 η : Χρήση της μεθόδου Universal Kriging για παρεμβολή 4

5 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 11 Μοντελοποίηση στο GIS μέρος 1 Εργασία 1 η : Δημιουργία ενός δυαδικού (binary) διανυσματικού μοντέλου Εργασία 2 η : Δημιουργία ενός δυαδικού (binary) ψηφιδωτού μοντέλου ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 12 Μοντελοποίηση στο GIS μέρος 2 Εργασία 1 η : Δημιουργία ενός πολύ-κριτηριακού διανυσματικού μοντέλου Εργασία 2 η : Δημιουργία ενός πολύ-κριτηριακού ψηφιδωτού μοντέλου ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση και στο λογισμικό ENVI Εργασία 1 η : Εισαγωγή και πλοήγηση στις βασικές λειτουργίες στο λογισμικό ΕNVI Εργασία 2 η : Άνοιγμα μιας δορυφορικής εικόνας και ανάλυση των πληροφοριών της ΑΣΚΗΣΗ 2 Επανάληψη στο λογισμικό ENVI Φασματικές υπογραφές - Αρχικές επεξεργασίες δορυφορικών εικόνων - Βελτίωση αντίθεσης εικόνας Εργασία 1 η : Δημιουργία έγχρωμων σύνθετων (Πραγματικό χρώμα και ψευδοέγχρωμα) Εργασία 2 η : Ανάλυση ψηφιακών υπογραφών με βάση κατηγορίες κάλυψης και δημιουργία ψηφιακής βιβλιοθήκης Εργασία 3 η : Προβολή ιστογραμμάτων εικόνας - Ενίσχυση της αντίθεσης των τόνων του γκρι με διάφορες τεχνικές επέκτασης του ιστογράμματος Γραμμικοί μετασχηματισμοί ΑΣΚΗΣΗ 3. Γεωμετρικές διορθώσεις Ψηφιακών Εικόνων Τηλεπισκόπησης Εργασία 1 η : Επιλογή Επίγειων Σημείων Ελέγχου (Ground Control Points) με βάση χάρτες Εργασία 2 η : Γεωμετρική διόρθωση και αναγωγή των δορυφορικών εικόνων με βάση χάρτες Εργασία 3 η : Γεωαναφορά εικόνας με εικόνα για συγκριτική ανάλυση στο χρόνο ΑΣΚΗΣΗ 4 Φιλτράρισμα Τηλεπισκοπικών Δεδομένων Εργασία 1 η : Χρήση του Χωρικού φιλτραρίσματος (Spatial Filtering) φίλτρα διεύλεσης χαηλών και υψηλών συχνοτήτων Εργασία 2 η : Ενίσχυση πληροφορίας υψηλών συχνοτήτων 5

6 Εργασία 3 η : Ανίχνευση γραμμικών στοιχείων / ορίων ομοιογενών περιοχών και ζωνών με διαφορετικές χρήσεις γης ΑΣΚΗΣΗ 5 Άλγεβρα Eικόνων Λόγοι Καναλιών - Δείκτες βλάστησης Εργασία 1 η : Χρήση της Άλγεβρας στις εικόνες Εργασία 2 η : Χρήση του λόγου καναλιών για την εξαγωγή αποτελεσμάτων Εργασία 3 η : Χρήση δεικτών βλάστησης για την εξαγωγή αποτελεσμάτων ΑΣΚΗΣΗ 6 Ανάλυση Εικόνων σε κύριες συνιστώσες (PCA), o δείκτης Tasseled Cap Εργασία 1 η : Ανάλυση εικόνων με βάση την PCA Εργασία 2 η : Ανάλυση εικόνων με βάση τον Tasseled Cap ΑΣΚΗΣΗ 7 Εισαγωγή στην Ταξινόμηση βασικές εργασίες Η άσκηση περιλαμβάνει τέσσερις εργασίες. Εργασία 1 η : Επιβλεπόμενη vs μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση Εργασία 2 η : Καθορισμός και Ψηφιοποίηση των περιοχών εκπαίδευσης Εργασία 3 η : Υπολογισμός στατιστικών Εργασία 4 η : Έλεγχος φασματικών υπογραφών με βάση τις περιοχές εκπαίδευσης ΑΣΚΗΣΗ 8 Επιβλεπόμενη ταξινόμηση (μέρος 1) Η άσκηση περιλαμβάνει πέντε εργασίες. Εργασία 1 η : Ταξινόμηση με βάση τη μέθοδο του Παραλληλεπιπέδου Εργασία 2 η : Ταξινόμηση με βάση τη μέθοδο της Ελάχιστης Απόστασης Εργασία 3 η : Ταξινόμηση με βάση τη μέθοδο του Mahalanobis Εργασία 4 η : Ταξινόμηση με βάση τη μέθοδο της Μέγιστης Πιθανοφάνειας Εργασία 5 η : Ταξινόμηση με βάση τη μέθοδο του Χαρτογράφου Φασματικής Γωνίας ΑΣΚΗΣΗ 9 Επιβλεπόμενη ταξινόμηση (μέρος 2) Εργασία 1 η : Έλεγχος ακρίβειας ταξινομήσεων ανάμεσα στους αλγόριθμους ταξινομήσεων Εργασία 2 η : Ο δείκτης συμφωνίας Κappa (Κ) ΑΣΚΗΣΗ 10 Μη Επιβλεπόμενη ταξινόμηση Εργασία 1 η : Ταξινόμηση με βάση τη μέθοδο IsoData Εργασία 2 η : Ταξινόμηση με βάση τη μέθοδο K-means Εργασία 3 η : Αντιστοιχία των ταξινομημένων τάξεων σε πραγματικές κατηγορίες ΑΣΚΗΣΗ 11 Αντικειμενοστραφής (object oriented) ταξινόμηση τηλεπισκοπικών απεικονίσεων (μέρος 1). 6

7 Εργασία 1 η : Εισαγωγή στο πρόγραμμα Εcognition Εργασία 2 η : Κατάτμηση εικόνας Εργασία 3 η : Κλίμακα και τιμές χαρακτηριστικών για τα αντικείμενα της εικόνας ΑΣΚΗΣΗ 12 Αντικειμενοστραφής (object oriented) ταξινόμηση τηλεπισκοπικών απεικονίσεων (μέρος 2) Ταξινόμηση. Εργασία 1 η : Η ιεραρχία των τάξεων Εργασία 2 η : Εισαγωγή στατιστικής ασαφούς λογικής Εργασία 3 η : Ταξινομητές ΑΣΚΗΣΗ 13 Διαχρονική αλλαγή της κάλυψης γης με βάση τις δύο εικόνες διαφορετικής χρονικής λήψης Εργασία 1 η : Η καταγραφή της διαχρονικής αλλαγής κάλυψης γης με βάση τον καλύτερο αλγόριθμό επιβλεπόμενης ταξινόμησης Εργασία 2 η : Η καταγραφή της διαχρονικής αλλαγής κάλυψης γης με βάση την αντικειμενοστραφή ταξινόμηση Εργασία 3 η : Παρουσίαση αποτελεσμάτων 7