Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών

Transcript

1 Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών Μία ειδική κατηγορία λογισμικού, η οποία παρέχει τα κατάλληλα εργαλεία για εισαγωγή, ενημέρωση, επεξεργασία ανάλυση και παρουσίαση πληροφοριών που αφορούν σε αντικείμενα τα οποία συγκεντρώνουν ένα πλήθος απλών ή πολλαπλών ιδιοτήτων και σχέσεων και ταυτόχρονα έχουν χωρική διάσταση, δηλαδή, θέση, σχήμα και μέγεθος. Προκειμένου να προσεγγιστούν τα διάφορα χαρακτηριστικά και να απεικονιστούν στο πληροφοριακό σύστημα που διαχειρίζονται τα ΣΓΠ, χρησιμοποιούνται μία σειρά από γεωμετρικά αρχέτυπα. Τα αρχέτυπα συνδέονται με σχέσεις οι οποίες εξαρτώνται από το είδος του μοντέλου δεδομένων που χρησιμοποιείται.

2 Τα μέρη ενός ΣΓΠ

3 O κύκλος διάδρασης με το ΣΓΠ Επαλήθευση Πραγματικότητα Αφαίρεση Γενίκευση Συμπεράσματα Μετασχηματισμός Αναγωγή Συγκεκριμενοποίηση μοντέλου

4 Η ιδιαιτερότητα των χωρικών δεδομένων Το σημαντικότερο πλεονέκτημα των ΓΣΠ είναι η σύνδεση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών με τα περιγραφικά χαρακτηριστικά. Υπάρχει δηλαδή αμφίδρομη επιλογή χωρικών και περιγραφικών χαρακτηριστικών. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα είναι ο τρόπος διαχείρισης της πληροφορίας. Σε ένα κλασσικό σύστημα Βάσεων δεδομένων η αναζήτηση και η επιλογή πληοφορίας γίνεται μόνο με ερωτήματα SQL στα περιεχόμενα ενός πίνακα. Στις βάσεις χωρικών δεδομένων η επιλογή εγγραφών μπορεί να γίνει είτε γραφικά από την οθόνη είτε με τη βοήθεια χωρικών αναζητήσεων. Για παράδειγμα το ερώτημα: βρες μου τους πελάτες μία τράπεζας που διαμένουν σε μία απόσταση 1500 από το υποκατάστημα Αμπελοκήπων, είναι αδύνατον να γίνει σε ένα κλασσικό σύστημα βάσεων δεδομένων.

5 Αναπαράσταση των Γεωγραφικών Δεδομένων Η βασική επιλογή για την αναπαράσταση των χωρικών δεδομένων, είναι η επιλογή μεταξύ δύο μοντέλων. Τα μοντέλα αυτά αποτελούνται από: διακριτά αντικείμενα συνεχείς επιφάνειες. Διακριτά αντικείμενα Συνεχείς επιφάνειες Στην αναπαράσταση των χωρικών δεδομένων με διακριτά αντικείμενα, ο χώρος καταλαμβάνεται από διακριτά αντικείμενα, των οποίων τα όρια και το σχήμα είναι ακριβώς καθορισμένα και αποτελούν στιγμιότυπα αναγνωρισμένων κατηγοριών. Στην αναπαράσταση των χωρικών δεδομένων με συνεχείς επιφάνειες, ο πραγματικός κόσμος αναπαριστάται σαν ένας πεπερασμένος αριθμός μεταβλητών, η καθεμία εκ των οποίων μπορεί να ορισθεί σε οποιοδήποτε σημείο του επιπέδου. Η τιμή της μεταβλητής μεταβάλλεται συνεχώς σε κάθε σημείο του επιπέδου. Για παράδειγμα ένα οικόπεδο, ένας δρόμος ή ένα ποτάμι ή ένα δέντρο αποτελούν παραδείγματα διακριτών αντικειμένων. Για παράδειγμα τα χωρικά φαινόμενα τα οποία αναπαριστώνται με συνεχή πεδία είναι η θερμοκρασία, ατμοσφαιρική πίεση, υψόμετρο κλπ.

6 Παραδείγματα Μοντέλων Γεωγραφικών Δεδομένων Συνεχείς επιφάνειες Διακριτά αντικείμενα

7 Οι Δομές των Γεωγραφικών Δεδομένων Vector Data Raster Data Shapefiles Geodatabases Ανοικτές Δομές Coverages Αρχεία CAD Event tables Image Grid Tin Βάση Γεωγραφικών Δεδομένων

8 Οι Κατηγορίες της Γεωγραφικής Πληροφορίας ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΑΡΧΕΤΥΠΑ σημεία γραμμές πολύγωνα στερεά ΔΙΚΤΥΑ ΘΕΣΕΙΣ ΕΙΚΟΝΕΣ αεροφωτογραφίες ορθοφωτοχάρτες δορυφορικές εικόνες ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ tin grid

9 Οι Κατηγορίες της Γεωγραφικής Πληροφορίας ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΧΑΡΤΗΣ (ΠΑΡΑΓΩΓΟ)

10 Συλλογή Χωρικών δεδομένων Οι πρωτογενείς πηγές γεωγραφικών δεδομένων είναι εκείνες που προέρχονται από άμεσες μετρήσεις. Τυπικά παραδείγματα άμεσων μετρήσεων για μεν τα ψηφιδωτά δεδομένα είναι οι δορυφορικές εικόνες, οι ψηφιακές αεροφωτογραφίες, για δε τα διανυσματικά δεδομένα οι μετρήσεις υπαίθρου με τοπογραφικά όργανα ή με όργανα δορυφορικού εντοπισμού θέσης (GPS). Οι δευτερογενείς πηγές γεωγραφικών δεδομένων είναι εκείνες που προέρχονται από προηγούμενες μελέτες. Τυπικά παραδείγματα αποτελούν για μεν τα ψηφιδωτά δεδομένα, η σάρωση αναλογικών χαρτών ή αεροφωτογραφιών, για δε τα διανυσματικά δεδομένα, η ψηφιοποίηση των χαρτών αυτών ή η μετατροπή των ψηφιδωτών δεδομένων σε διανυσματική δομή Η εισαγωγή των δεδομένων σε ένα ΓΣΠ σε γενικές γραμμές ακολουθεί τις παρακάτω διαδικασίες: 1. Εισαγωγή των χωρικών δεδομένων (γεωμετρικά χαρακτηριστικά) με την μέθοδο της ψηφιοποίησης 2. Εισαγωγή των περιγραφικών δεδομένων τα οποία συνοδεύουν τα χωρικά δεδομένα (μη χωρικά δεδομένα) 3. Σύνδεση των χωρικών με ήδη υπάρχοντα μη χωρικά δεδομένα

11 Φωτογραμμετρικές μέθοδοι Φωτογραμμετρία ονομάζεται μια ιδιαίτερη μέθοδος - τεχνική προσδιορισμού διαστάσεων αντικειμένων με χρήση φωτογραφιών. Στη μέθοδο αυτή ακολουθείται ιδιαίτερος τρόπος φωτογράφησης. Η Φωτογραμμετρία αποτελεί σήμερα, σε παγκόσμιο επίπεδο, την κυριότερη μεθοδολογία παραγωγής χαρτογραφικών υποβάθρων. Οι εξελίξεις που έχουν συντελεστεί κατά τα τελευταία χρόνια στην ανάπτυξη της τεχνολογίας αυτής, ειδικότερα στον τομέα της αναλυτικής και ψηφιακής φωτογραμμετρίας, σε συνδυασμό με εκείνες των αεροφωτογραφήσεων, έχουν δημιουργήσει προϋποθέσεις για παραγωγή εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας τοπογραφικών υποβάθρων τόσο σε διανυσματική όσο και σε raster μορφή.

12 Τηλεπισκοπικές μέθοδοι Τηλεπισκόπηση είναι η επιστήμη και η τεχνολογία παρατήρησης και μελέτης των χαρακτηριστικών της γήινης επιφάνειας από απόσταση, βάσει της αλληλεπίδρασης των υλικών που βρίσκονται επάνω σε αυτή με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Χωρική Ανάλυση Φασματική Ανάλυση

13 Επεξεργασία Εικόνας

14 Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης Το Δορυφορικό Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (GPS) είναι ένα σύγχρονο σύστημα με τη βοήθεια του οποίου προσδιορίζουμε τις συντεταγμένες (Χ,Υ,Ζ) σε ένα σημείο. Οι τροχιές των δορυφόρων έχουν τέτοια διάταξη, ώστε κάθε χρονική στιγμή και από οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη είναι ορατός ικανοποιητικός αριθμός των δορυφόρων του συστήματος για τον προσδιορισμό των συντεταγμένων θέσης και επομένως έχουμε παγκόσμια κάλυψη. Προσδιορίζονται οι γεωκεντρικές συντεταγμένες της θέσης μας (Χ,Υ,Ζ) στο Παγκόσμιο Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς 1984 (WGS84) και επομένως από αυτές με κατάλληλους υπολογισμούς και μετασχηματισμούς ορίζονται οι οριζοντιογραφικές συντεταγμένες (φ, λ) και το απόλυτο υψόμετρο (Η) της θέσης μας σε οποιοδήποτε προβολικό σύστημα. Η ακρίβεια προσδιορισμού των συντεταγμένων θέσης είναι ικανοποιητική και με κατάλληλες τεχνικές και μεθόδους φθάνει σε υψηλά επίπεδα (ικανοποιητικές ακρίβειες για τοπογραφικές εργασίες).

15 Ύπαρξη Χαρτογραφικής Αναφοράς (Ελλειψοειδές, Χαρτογραφική Προβολή, Γεωδαιτικό Σύστημα, Μετασχηματισμοί) 1. Ορθή Προβολή 2. Εγκάρσια Προβολή Βόρειος Πόλος Βόρειος Πόλος Ισημερινός ΕΛΛΕΙΨΟΕΙΔΕΣ Μαθηματική προσέγγιση της φυσικής γης (γεωειδούς) Ισημερινός Άξονας Περιστροφής και Άξονας Συμμετρίας Άξονας Περιστροφής Άξονας Συμμετρίας Βόρειος Πόλος 3. Πλάγια Προβολή Άξονας Συμμετρίας Ισημερινός ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΗ ΠΡΟΒΟΛΗ Aναπαράσταση της ελλειψοειδούς γήινης επιφάνειας στο επίπεδο με μαθηματικό και γεωμετρικό τρόπο Άξονας Περιστροφής

16 2. Εγκάρσια Προβολή Βόρειος Πόλος Άξονας Συμμετρίας Άξονας Περιστροφής ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ το σύνολο των παραδοχών και ορισμών που οριοθετούν ένα χώρο και αποσκοπούν στην περιγραφή της θέσης ενός αντικειμένου στο χώρο αυτό με αριθμητικές τιμές ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΚΟΣΜΟΣ (Google Earth) Ένα σύστημα αναφοράς είναι πάντα σχετικό ως προς κάποιο σταθερό σημείο και οριοθετείται με συγκεκριμένες παραδοχές που επιτρέπουν την υλοποίηση του. ΕΓΣΑ 87 Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών Ισημερινός Διαδικασίες μεταφοράς ψηφιακών χαρτογραφικών δεδομένων Διδάσκοντες: Ανδρουλακάκης Ν., Βαλαδάκη Κ., Ζήσου Α., Κάτσιος Ι., Τσάτσαρης Α. από ένα Γ.Σ.Α σε άλλο ΕΛΛΑΔΑ

17 Εισαγωγή Διανυσματικών Δεδομένων Η εισαγωγή - δημιουργία διανυσματικών δεδομένων σε ένα σύστημα ΓΣΠ μπορεί να γίνει με τους παρακάτω τρόπους: Εισαγωγή συντεταγμένων από πρωτογενή δεδομένα (Add Events) Ψηφιοποίηση από ψηφιδωτά δεδομένα (Heads Up, Raster To Vector) Εισαγωγή με μεθόδους γεωμετρικών κατασκευών (COGO) Φωτογραμμετρική απόδοση Μετατροπή CAD αρχείων Χ Ψ

18 Διανυσματικά Δεδομένα: Στοιχειώδη Γεωμετρικά Αρχέτυπα 1. Κόμβοι (Nodes) Συστατικά στοιχεία τόξων Γραφικό στοιχείο: σημεία Δηλώνουν την αρχή, το τέλος ή τη θλάση μιας γραμμής Περιγράφονται από συντεταγμένες 2. Τόξα (Arcs, Edges, Chains) Συστατικά στοιχεία πολυγώνων Γραφικό στοιχείο: γραμμές Ορίζονται από δύο ή περισσότερα ζεύγη συν/νων Οι κόμβοι αρχής και τέλους ορίζουν προσανατολισμό Καμπύλα γραμμικά τμήματα σχηματίζουν ένα τόξο 3. Πολύγωνα (Polygons) Γραφικό στοιχείο: κλειστές γραμμές Ορίζονται από κλειστά τόξα Οι κόμβοι αρχής και τέλους έχουν τις ίδιες συν/νες x,y Γειτονικά πολύγωνα έχουν κοινά τόξα

19 Διανυσματικά Δεδομένα: Σύνθετα Γεωμετρικά Αρχέτυπα 1. Περιοχές (Regions) Αθροίσματα πολυγώνων που μοιράζονται ένα ή περισσότερα κοινά ή μη κοινά γεωγραφικά χαρακτηριστικά. Το σχήμα των περιοχών μπορεί να είναι συνεχές (contiguous), κατακερματισμένο (fragmented) ή διάτρητο (perforated). Το ενδεχόμενο αλληλοτομίας πολυγώνων υποστηρίζεται. 2. Διαδρομές ή Δίκτυα (Networks) Ομάδα γραμμών διασυνδεδεμένων με κόμβους, που σχηματίζουν ένα πολύπλοκο αντικείμενο. Directed δίκτυα: Κίνηση ροής προς μία μόνο κατεύθυνση Undirected δίκτυα: Κίνηση ροής και προς τις δύο κατευθύνσεις Η τοπολογία των δικτύων δεν σχετίζεται τόσο με τα μήκη των γραμμών, το σχήμα τους και την ακριβή τους θέση, όσο με τον βαθμό σύνδεσής τους 3. Πολύπλοκα αντικείμενα (Complex Objects) Προκύπτουν από συνδυασμό γραφικών στοιχείων Για τον προσδιορισμό ενός πολύπλοκου αντικειμένου απαιτείται ένας μοναδικός αριθμός, μία τάξη αντικειμένου και η αναφορά όλων των στοιχείων που αποτελούν τα τμήματα του Τη δομή του, αποτελούν δύο αρχεία: ένα με τις συντεταγμένες των γεωμετρικών στοιχείων και ένα με τα θεματικά δεδομένα-ιδιότητες

20 Δομές Διανυσματικών Δεδομένων: Shapefile Shapefile.shx (link) Shapefile.dbf table Shapefile.shp Τα αρχεία οργανώνονται σε ένα φάκελο. Τα χωρικά δεδομένα αποθηκεύονται σε δυαδικά αρχεία. Η περιγραφική πληροφορία αποθηκεύεται σε πίνακα dbase. Απλή κλάση στοιχείων. Δεν αποθηκεύονται τοπολογικές σχέσεις. Δεν υπάρχει προσδιορισμένο σύστημα αναφοράς. Τα είδη των γεωμετρικών προτύπων που υποστηρίζονται είναι: Σημεία (μεμονωμένα και σε σύνολο), γραμμές & πολύγωνα. Το πεδίο Shape έχει πρόσβαση σε ξεχωριστά αρχεία συντεταγμένων (coordinate files)

21 Δομές Διανυσματικών Δεδομένων: CAD Files Υποστηρίζονται οι μορφότυποι DXF, DWG & DGN Άλλη φιλοσοφία οργάνωσης σε επίπεδα πληροφορίας (layers). Ένα αρχείο που περιέχει όλα τα γεωμετρικά αρχέτυπα (polygons, lines και points) και την ονοματολογία (Annotation) Πρόσβαση σε μία κλάση στοιχείων ή σε όλες τις κλάσεις στοιχείων την ίδια στιγμή. Επεξεργασία μετά τη μετατροπή σε coverage ή geodatabase feature class. Δεν αποθηκεύουν περιγραφικά δεδομένα πριν τη μετατροπή τους σε GDB. Conversion to GDB Το πεδίο Shape έχει πρόσβαση σε read only αρχεία συντεταγμένων (coordinate files) CAD file (read-only attribute πίνακες)

22 Δομές Διανυσματικών Δεδομένων: Coverage Τα αρχεία οργανώνονται σε ομάδες (coverage directories). Τα χωρικά δεδομένα αποθηκεύονται σε δυαδικά αρχεία. Η περιγραφική και τοπολογική πλη-ροφορία αποθηκεύεται σε πίνακα INFO. Περιέχει τοπολογικές κλάσεις γραμμικών (arcs, nodes, routes) πολυγωνικών (arcs, labels, points, polygons, regions) στοιχείων και ονοματολογίας (annotation). Yπάρχει προσδιορισμένο σύστημα αναφοράς. Τα είδη των γεωμετρικών προτύπων που υποστηρίζονται είναι: Σημεία, γραμμές & πολύγωνα. Το πεδίο Cover# έχει πρόσβαση σε ξεχωριστά αρχεία συντεταγμένων (coordinate files)

23 Η Δομή Geodatabase 1 RDBMS table Τα αρχεία οργανώνονται σε συλλογές, (feature data-sets) με τη βοήθεια σχεσιακής βάσης δεδομένων (RDBMS). Στη βάση αυτή αποθηκεύονται απλές και τοπολογικές κλάσεις δεδομένων, περιγραφικά δεδομένα, σχέσεις και «συμπεριφορές» μεταξύ των δεδομένων. Οι βάσεις μπορεί να είναι «προσωπικές» (ένας χρήστης) ή γενικές (πολλοί χρήστες). Για το λόγο αυτό υποστηρίζεται και η λογική των εκδόσεων (versioning). Περιέχει τοπολογικές κλάσεις γραμμικών (arcs, nodes, routes) και πολυγωνικών (arcs, labels, points, polygons, regions) στοιχείων και ονοματολογίας (annotation). Yπάρχει απαραίτητα προσδιορισμένο σύστημα αναφοράς. Τα είδη των γεωμετρικών προτύπων που υποστηρίζονται είναι: Σημεία, γραμμές & πολύγωνα. Υποστηρίζονται τα δεδομένα ψηφιδωτής δομής ΓΕΩΒΑΣΗ ΣΥΛΛΟΓΗ (feature dataset) ΚΛΑΣΗ (feature class)

24 Η Δομή Geodatabase 2 Οι Geodatabases είναι σύγχρονες Σχεσιακές Βάσεις Δεδομένων που υποστηρίζουν αντικειμενοστρεφή πεδία. Έτσι υλοποιούν τον εννοιολογικό σχεδιασμό ενός συστήματος χωρίς πολλές παραδοχές, πλησιάζοντας την ανθρώπινη λογική και σκέψη. Δίνουν τη δυνατότητα δημιουργίας σχήματος βάσης ώστε να αναπαριστάται ο λογικός σχεδιασμός χωρίς αφαίρεση πολλών λεπτομερειών. Δίνουν τη δυνατότητα μοντελοποίησης διαδικασιών και αποθήκευσης τους μαζί με τα δεδομένα. Δίνουν τη δυνατότητα δημιουργίας και διαχείρισης μεταδεδομένων

25 Δομές Διανυσματικών Δεδομένων: Συγκρίσεις CRETA Τύπος Δεδομένων Αφαιρετική διαδικασία Shapefile Coverage Geodatabase CAD Απλή κλάση στοιχείου Κλάσεις και συλλογές Τοπολογία Προσδιορισμός από χρήστη

26 Στοιχειώδη Πλεγματικά Αρχέτυπα και Ιδιότητες Εικονοψηφίδα Εικονοστοιχείο (Pixel). Θεωρείται η μικρότερη αδιαίρετη χαρτογραφική μονάδα ενός ψηφιδωτού. Σχήμα των pixels: τετράγωνο (συνηθέστερα) Οι τιμές των pixels δίνονται με διάφορες τεχνικές και εξαρτώνται από την πηγή της κατασκευής του ψηφιδωτού και από τον τρόπο της λειτουργίας της. (Π.χ. στα δορυφορικά δεδομένα οι τιμές κυμαίνονται από 0 έως 255/ 8-bit, ή 0 έως / 16-bit). Σε περιπτώσεις ταξινομημένης εικόνας, ποιοτικές τιμές μπορούν να αναπαρασταθούν με κάθε κώδικα (γράμματα, αριθμούς κ.τ.λ.). Η θέση των pixels προσδιορίζεται από τις συντεταγμένες του (τιμή γραμμής, τιμή στήλης), που έχουν ως αρχή (συνήθως) το βορειοδυτικό άκρο της εικόνας. Οι τιμές των pixel είναι συνήθως οι μέσοι όροι των τιμών που λαμβάνουν τα χαρακτηριστικά που απεικονίζονται, ή ακόμα μπορεί να κυριαρχήσει η τιμή αυτού που καταλαμβάνει το μεγαλύτερο τμήμα του pixel.

27 Δημιουργία μοντέλου συνεχών επιφανειών (raster) Βήμα 1 ο : Εφαρμόζεται στη γήινη επιφάνεια μιας περιοχής, από το βορειοδυτικότερο άκρο της, γραμμή προς γραμμή, ένας κάνναβος (grid) εικονοψηφίδων (cells). Έτσι, αυτή εμφανίζεται να «διαιρείται» σε χιλιάδες εικονοψηφίδες. Κάθε εικονοψηφίδα, αντιπροσωπεύει μία περιορισμένη, αλλά καθορισμένη περιοχή της γήινης επιφάνειας. Βήμα 2 ο : Μία μοναδική τιμή (value), προσδίδεται σε κάθε ψηφίδα εικόνας. Το σύνολο των τιμών αυτών αποτελούν ένα χαρτογραφικό επίπεδο layer. Βήμα 3 ο : Προκειμένου να ξεπεραστεί το πρόβλημα, που παρουσιάζεται εξ αιτίας της αποθήκευσης μίας μόνο τιμής ανά εικονοψηφίδα, δημιουργούνται αρκετά χαρτογραφικά επίπεδα, που οργανώνονται στην βάση των δεδομένων και κάθε ένα από αυτά αντιπροσωπεύει ένα διαφορετικό χαρακτηριστικό της περιοχής μελέτης. Βήμα 4 ο : Όλα τα επίπεδα ευθυγραμμίζονται τέλεια ώστε να είναι ομόλογα μεταξύ τους, κάτι που πραγματοποιείται με την χρήση πανομοιότυπων αριθμών στις γραμμές και στις στήλες. Στην αντίθετη περίπτωση η πληροφορία θα χαθεί ή δεν θα μπορεί να αναπαρασταθεί κατάλληλα.

28 Πλεγματικά Δεδομένα: Τεχνικά χαρακτηριστικά Το σχήμα του εικονοστοιχείου ξεκινά να είναι πάντοτε τετράγωνο. Αλλάζει σε παραλληλόγραμμο όταν αλλάζει ο τρόπος που προβάλλονται τα εικονιστικά δεδομένα στον χάρτη (χαρτογραφική προβολή). Στις αεροφωτογραφίες το μέγεθος του εικονοστοιχείου αναφέρεται στο αρχικό μέγεθος της αεροφωτογραφίας (συνήθως 23 Χ 23 τετρ. εκατοστά) και μετριέται σε μικρά. Αναφέρεται σαν pixel. Στους σαρωμένους χάρτες αντιστοιχεί στην ανάλυση της σάρωσης και αποδίδεται σε dots per inch (dpi). Έτσι η ανάλυση 50 dpi σημαίνει ότι μία γραμμή μήκους 1 ίντσας (2,54 εκατοστών) έχει απεικονιστεί με 50 εικονοστοιχεία. Αναφέρεται σαν pixel. Στα δορυφορικά δεδομένα το εικονοστοιχείο μετριέται σε μέτρα και αναφέρεται στην περιοχή που καλύπτει στην επιφάνεια της γης στην κατακόρυφο με τον δορυφόρο και αναφέρεται σαν cell (π.χ. cell size). Όπως είναι φανερό όσο απομακρυνόμαστε από την κατακόρυφο, τόσο μεγαλώνει και η περιοχή που καλύπτεται από το εικονοστοιχείο. Έτσι π.χ. μία παγχρωματική εικόνα του Quick Bird έχει στην κατακόρυφο 60 Χ 60 τετρ. εκατοστά, αλλά όταν φθάνουμε στα άκρα της, το μέγεθος γίνεται 72 εκατοστά έως και μέτρο. Το μέγεθος αυτό μεγαλώνει, επίσης, από την γωνία λήψης. Όσο μεγαλύτερη από την κατακόρυφο είναι η γωνία λήψης, τόσο μεγαλύτερη περιοχή καλύπτει το εικονοστοιχείο. Για τον λόγο αυτό σε παραγγελίες δορυφορικών εικόνων πρέπει να μπαίνουν οι σχετικές προδιαγραφές της γωνίας λήψης.

29 Πλεγματικά Δεδομένα: Ιδιότητες Η διακριτική ικανότητα του ψηφιδωτού (η ελάχιστη γραμμική διάσταση της μικρότερης μονάδας του γεωγραφικού χώρου για κάθε δεδομένο που έχει καταγραφεί) σχετίζεται με το μέγεθος του pixel, εξαρτάται από τις προδιαγραφές των τηλεπισκοπικών ή άλλων δεκτών και δίνεται σε ακέραιες τιμές. (Π.χ. 30m x 30m) Συμπίεση των ψηφιδωτών Τα δεδομένα δεν είναι συμπιεσμένα, εφ όσον για κάθε εικονοψηφίδα, έχει αποθηκευτείσε κάθε γραμμή και σε κάθε στήλη μία μοναδική τιμή (full raster encoding). Η Run-length encoding (RLE), όπου γειτονικά cells μίας σειράς ομαδοποιούνται και αντί η ίδια τιμή να αποθηκεύεται επανειλημμένως για κάθε εικονοψηφίδα, αποθηκεύεται μία φορά, και μαζί της αποθηκεύονται οι πληροφορίες για το χώρο που καταλαμβάνουν τα ομοειδή pixels και τη θέση τους. Η Value-point encoding, αφορά τα pixels στις οποίες έχουν δοθεί αριθμοί θέσης, που ξεκινούν από την επάνω αριστερή γωνία, με κατεύθυνση από αριστερά προς τα δεξιά και από επάνω προς τα κάτω. Ο αριθμός θέσης για το τέλος κάθε ομοειδούς τιμής αποθηκεύεται σε μία σημειακή στήλη. Η Quadtrees, όπου γίνεται συνεχώς βαθμιαία διαίρεση του raster σε ομοιογενή τεταρτημόρια των οποίων οι τιμές αποθηκεύονται χωρίς περαιτέρω επεξεργασία.

30 Περιγραφή Πλεγματικών Μοντέλων 1 Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους (Ψ.Μ.Ε.) (Digital Terrain Model D.T.M.) Κατασκευάζονται με τη βοήθεια δειγματοληπτικών σημείων που αναπαριστούν υψόμετρο. Δεδομένα υψομέτρου συνδέονται με κανονικού διαστήματος κάνναβο σημείων αντί για pixels, επειδή κάθε pixel καταλαμβάνει συγκεκριμένο χώρο, αλλά διαθέτει μόνο μία τιμή. Έτσι, στην περίπτωση των συνεχών δεδομένων, όπως είναι το υψόμετρο, είναι δυνατή η απεικόνιση, αλλά απαιτείται η μετατροπή αυτών σε διακριτές αναπαραστάσεις. Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα των κανονικά συγκεντρωμένων σημείων ή γραμμών, τόσο μεγαλύτερη είναι και η διακριτική ικανότητα του Ψ.Μ.Ε.

31 Περιγραφή Πλεγματικών Μοντέλων 2 Ψηφιακά Μοντέλα ψευδούς αναγλύφου (hillshade models) Εκτός από την κύρια χρήση για απεικόνιση της τοπογραφικής επιφάνειας, τα Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθούν και για την παροχή πληροφοριών σχετικά με κλίσεις και παραμορφώσεις του αναγλύφου (derive slope και aspect). Στην περίπτωση αυτή, επεξεργασμένες δορυφορικές εικόνες και αεροφωτογραφίες επιτίθενται στα ψηφιακά μοντέλα προκειμένου να τονίσουν το ανάγλυφο της περιοχής.

32 Περιγραφή Πλεγματικών Μοντέλων 3 Τριγωνικό Ακανόνιστο Δίκτυο (Τriangulated Ιrregular Νetwork TIN) Το διανυσματικό μοντέλο δεδομένων του TIN έχει τρία βασικά στοιχεία: Τους κόμβους (με συντεταγμένες x,ψ,z), Τις γραμμές (που συνδέουν τους κόμβους για το σχηματισμό των τριγώνων), και Τα τρίγωνα που σχηματίζουν τη συνεχή επιφάνεια Η περιοχή καλύπτεται με ένα σύνολο δειγματοληπτικών σημείων, τοποθετημένων είτε κανονικά είτε ακανόνιστα. Τα σημεία αυτά λειτουργούν σαν σύνδεσμοι. Κάθε σημείο έχει μία συγκεκριμένη τοπογραφική τιμή (Χ,Ψ,Ζ). Το ακανόνιστο τριγωνικό δίκτυο κατασκευάζεται με τη σύνδεση των γειτονικών σημείων. Τέλος, κάθε τρίγωνο συνδέεται με τις θεματικές πληροφορίες, που αφορούν τους συνδέσμους, τα προσαρμοσμένα τρίγωνα, την πληροφορία του αναγλύφου κ.λ.π) Το μοντέλο είναι καλύτερο όταν όλα τα τρίγωνα έχουν όσο το δυνατό τις μεταξύ τους γωνίες ίσες.

33 Περιγραφή Πλεγματικών Μοντέλων 4 Εικονιστικά δεδομένα Images - Grids Τετραγωνισμένα κελιά Κάθε κελί αποθηκεύει μία τιμή Η λεπτομέρεια εξαρτάται από το μέγεθος του κελιού Εικόνες (tiff, bmp, sid, jpeg, ERDAS) Grids (Τύπος δεδομένων ArcGIS) Διακριτά ή συνεχόμενα Μόνο τα διακριτά έχουν πίνακα!!!

34 Διαφορές μεταξύ εικονιστικών και ψηφιδωτών Τα εικονιστικά δεδομένα διαχωρίζονται σε ψηφιδωτά (raster) και εικόνες (images). Οι εικόνες είναι τα δεδομένα που προέρχονται από αεροφωτογραφίες, δορυφορικές εικόνες, ψηφιακά μοντέλα εδάφους κλπ στα οποία οι τιμές των εικονοστοιχείων μπορεί να είναι οποιεσδήποτε. Τα ψηφιδωτά δεδομένα είναι εκείνα των οποίων οι τιμές των εικονοστοιχείων είναι ομαδοποιημένες και συγκεκριμένες. Τα ψηφιδωτά δεδομένα προκύπτουν είτε από ταξινόμηση των εικόνων, είτε από μετατροπή από διανυσματικά δεδομένα Η κατανόηση του διαχωρισμού των δύο αυτών ομάδων εικονιστικών δεδομένων είναι εξαιρετικά σημαντική. Τις εικόνες μπορούμε να τις χρησιμοποιήσουμε σαν χάρτη. Δεν μπορούμε να κάνουμε καμία ανάλυση. Αντίθετα τα ψηφιδωτά δεδομένα τα χρησιμοποιούμε και για να φτιάξουμε χάρτες αλλά, και το σπουδαιότερο, να κάνουμε αναλύσεις. Π.χ. για να υπολογίσουμε την αλλαγή των χρήσεων γης μέσα στον χρόνο πρέπει να εργαστούμε με ψηφιδωτά δεδομένα. Ένα πολύ καλό τέτοιο παράδειγμα στην ιστοσελίδα: που αναφέρεται στην αλλαγή χρήσεων γης στην Ενωμένη Ευρώπη από το 1990 έως το 2000

35 Προέλευση Εικονιστικών Δεδομένων: Αεροφωτογραφίες Οι αεροφωτογραφίες λαμβάνονται από αεροπλάνα που έχουν εξοπλισθεί με ειδική φωτογραφική μηχανή, ψηφιακή ή αναλογική. (Εάν είναι ψηφιακή, τότε η αεροφωτογραφία εξάγεται απευθείας ψηφιοποιημένη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα για επεξεργασία από τα λογισμικά GIS. Εάν είναι αναλογική, τότε η φωτογραφία αποτυπώνεται σε φιλμ, το οποίο στη συνέχεια σαρώνεται, ώστε να μετατραπεί σε ψηφιακή εικόνα.) Οι αεροφωτογραφίες μπορεί να είναι ασπρόμαυρες (με αποχρώσεις του γκρί), ή έγχρωμες. Επίσης μπορεί να έχουν τραβηχτεί με ειδικές μηχανές οι οποίες είναι ευαίσθητες σε περιοχές έξω από το οπτικό φάσμα (υπέρυθρες κλπ). Για να υπάρχει μεγαλύτερη ευκρίνεια των λεπτομερειών της επιφάνειας της Γης, οι φωτογραφικές μηχανές που χρησιμοποιούνται για τις αεροφωτογραφήσεις (φωτοληψίες) είναι μεγάλων διαστάσεων. Συνήθως η επιφάνεια (ψηφιακή ή αναλογική) όπου αποτυπώνεται η εικόνα έχει διαστάσεις 23 εκ Χ 23 εκ.

36 Προέλευση Εικονιστικών Δεδομένων: Δορυφορικές Εικόνες Οι δορυφορικές εικόνες προκύπτουν από σάρωση της επιφάνειας της Γης, ή άλλων πλανητών, από δορυφόρους. Οι δορυφορικές εικόνες είναι, πλέον, όλες ψηφιακές. Λέμε «πλέον» γιατί κάποια στιγμή είχαν εμφανισθεί Ρώσικες δορυφορικές εικόνες, οι οποίες είχαν ληφθεί από τον Διαστημικό Σταθμό MIR με φωτογραφική μηχανή που χρησιμοποιούσε φιλμ. Οι δορυφορικές εικόνες έχουν τα εξής βασικά χαρακτηριστικά: Το μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που αποτυπώνει (ορατό, υπέρυθρο, υπεριώδες κλπ) Τις διαστάσεις, σε χιλιόμετρα, της περιοχής που καλύπτει η εικόνα (συνήθως λαμβάνεται να έχει την μορφή παραλληλογράμμου) Την κλίση της λήψης ως προς τον κατακόρυφο άξονα. Οι δορυφορικές εικόνες, αντίθετα από τις αεροφωτογραφίες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και όταν δεν είναι κατακόρυφες, σε ορισμένα, πάντοτε όρια, που εξαρτώνται διάφορους παράγοντες όπως ο σκοπός της χρήσης τους κλπ

37 Προέλευση Εικονιστικών Δεδομένων: Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους προκύπτει από επεξεργασία ζευγών αεροφωτογραφιών ή δορυφορικών εικόνων, ισοϋψείς καμπύλες, πρωτογενή επίγεια υψομετρικά δεδομένα κλπ. Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους εκφράζεται με εικονιστικά δεδομένα στα οποία η τιμή του κάθε εικονοστοιχείου αντιστοιχεί στο μέσο υψόμετρο της περιοχής που καλύπτει. Ο χάρτης της πιο πάνω εικόνας εμφανίζει το ψηφιακό μοντέλο εδάφους που έχει παραχθεί από τους αισθητήρες aster του δορυφόρου terra. Έχει μέγεθος εικονοστοιχείου 30 Χ 30 μέτρα, σχετική οριζοντιογραφική ακρίβεια 30 μέτρα και σχετική υψομετρική ακρίβεια 20 μέτρα. Στον χάρτη έχει χρωματισθεί σύμφωνα με το υψόμετρο του κάθε εικονοστοιχείου. Το παραπάνω ψηφιακό μοντέλο εδάφους διατίθεται ελεύθερο (δωρεάν) από την ιστοσελίδα

38 Προέλευση Εικονιστικών Δεδομένων: Σάρωση Χαρτών Η σάρωση των εκτυπωμένων (ή αναλογικών όπως λέγονται σήμερα) χαρτών ήταν, στην αρχή της διάδοσης της χρήσης των GIS η πλέον, αν όχι η μοναδική, πηγή των δεδομένων. Η σάρωση των χαρτών γίνεται σε κυλινδρικούς ή επίπεδους σαρωτές διαστάσεων από Α4 έως Α0, ασπρόμαυρους (τόνοι γκρι) ή έγχρωμους. Η χρήση των επιπέδων σαρωτών γίνεται απαραίτητη όταν το υλικό των τυπωμένων χαρτών είναι παλαιό ή απαιτούνται εξαιρετικά υψηλές προδιαγραφές ακρίβειας. Σαρωμένος χάρτης κλίμακας 1 : της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ)

39 Προέλευση Ψηφιδωτών Δεδομένων: Μετατροπή Δεδομένων Τα ψηφιδωτά δεδομένα παρέχουν ευκολία και ταχύτητα σε υπολογισμούς. Για τον λόγο αυτό προτιμούνται σε μια πλειάδα εφαρμογών, από τα αντίστοιχα διανυσματικά Τα ψηφιδωτά δεδομένα προέκυψαν με διαχωρισμό της περιοχής σε γραμμές και στήλες με τρόπο ώστε το κάθε φατνίο (εικονοστοιχείο) να έχει διαστάσεις 250 Χ 250 τετρ. μέτρα. Στη συνέχεια στο κάθε εικονοστοιχείο δόθηκε ο κωδικός του πολυγώνου επί του οποίου, το εικονοστοιχείο, είχε το μεγαλύτερο κοινό εμβαδόν. Διανυσματικά Δεδομένα Ψηφιδωτά Δεδομένα Όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα όσο μικρότερο είναι το εικονοστοιχείο, τόσο καλύτερα προσεγγίζεται το σχήμα των διανυσματικών δεδομένων Τα παραπάνω δεδομένα έχουν ληφθεί από την γεωγραφική βάση του Corine Land Cover Η διανυσματική γεωγραφική βάση διατίθεται από την ιστοσελίδα: clcdownload.xml ενώ η γεωγραφική βάση των ψηφιδωτών δεδομένων από την ιστοσελίδα: /metadetails.asp?id=1008

40 Χρήστες ΓΣΠ Γεωπονία Δασοπονία Γεωλογία Χαρτογραφία Ωκεανογραφία Εξόρυξη ορυκτών Περιβαλλοντικά Προγράμματα Διαχείριση υδάτων και αποβλήτων Διαχείριση επικίνδυνων υλικών Φυσικές καταστροφές Κτηματολόγιο Διαχείριση περιουσιακών στοιχείων και πόρων Ακαδημαϊκή έρευνα Εκπαιδευτικά ιδρύματα Έργα ανάπτυξης Κατασκευαστικά έργα Έργα πολιτικού μηχανικού Δημιουργία δικτύων υπολογιστών Εξυπηρέτηση και σχέσεις πελατών Εγκληματολογική έρευνα Λήψη απόφασης Δημογραφική ανάλυση Ταχυδρομικές υπηρεσίες Διαφήμιση και προώθηση αγαθών Αρχιτεκτονική Έργα σχεδιασμού Υπηρεσίες χρηματοδοτήσεων Ανταπόκριση σε καταστροφές Υποδομές αντιμετώπισης εκτάκτων αναγκών Διαχείριση κινδύνων Επιδημιολογία και υπηρεσίες υγείας Διαχείριση εργοστασιακών εγκαταστάσεων Κυβερνητικές οργανώσεις Τηλεπικοινωνίες Στρατιωτικές επιχειρήσεις Διαχείριση και έλεγχος δικτύων Διαχείριση στόλου οχημάτων Ξενοδοχειακές και τουριστικές επιχειρήσεις Μεταφορές Αεροπλοΐα Δίκτυα μεταφοράς πάσης φύσεως ενέργειας Αστυνόμευση και δημόσια ασφάλεια Κυβερνητικές οργανώσεις Ασφαλιστικοί οργανισμοί Πολιτικός σχεδιασμός Κτηματομεσιτικές επιχειρήσεις Διαχείριση πωλήσεων