Χωρική Ανάλυση Ο σκοπός χρήσης των ΣΓΠ δεν είναι μόνο η δημιουργία μίας Β.Δ. για ψηφιακές αναπαραστάσεις των φαινομένων του χώρου, αλλά κυρίως, η βοήθειά του προς την κατεύθυνση της υπόδειξης τρόπων διαχείρισής τους. Οι διαθέσιμες μέθοδοι σε γενικές γραμμές είναι: Δυνατότητα της επιλογής οντοτήτων από μία Βάση Γεωγραφικών Δεδομένων, υπό την έννοια της επιλογής των χαρακτηριστικών τους, Δυνατότητα της επεξεργασίας οντοτήτων (modeling) με τη χρήση μαθηματικών και λογικών πράξεων (άλγεβρα Bool), ώστε να παράγονται κατάλληλα ομαδοποιημένα σύνολα οντοτήτων ή να γενικεύονται (απλοποιούνται) σύνθετες ψηφιδωτές εικόνες.
Χωρική Ανάλυση Τι επηρεάζουν οι πιο πάνω διαδικασίες? Οι διαδικασίες δεν είναι στην πραγματικότητα γεωγραφικές Επηρεάζουν στην ουσία μόνο τα πινακοποιημένα χαρακτηριστικά των οντοτήτων Δεν επεμβαίνουν στο σχήμα, το μέγεθος και τη μορφή τους (shape) Πότε αρχίζει η χωρική ανάλυση? Από τη στιγμή που χρειάζεται να παραχθούν νέες οντότητες από τις ήδη υφιστάμενες, με συγκεκριμένες διαδικασίες. Οι οντότητες αυτές εμπεριέχουν τον προσδιορισμό γεωγραφικών περιοχών μέσω συμπερίληψης ή αποκλεισμού συγκεκριμένων χαρακτηριστικών τους, και αλληλοτομιών των βασικών γεωμετρικών αρχετύπων (γραμμών ή πολυγώνων) που ουσιαστικά απεικονίζουν ιδεατά τις γεωγραφικές αυτές περιοχές, όταν προσπαθούμε να τις μεταφέρουμε από την πραγματικότητα μέσα σ ένα περιβάλλον Η/Υ.
Χωρική Ανάλυση Της χωρικής ανάλυσης προηγούνται άλλες αναγκαίες διαδικασίες οι οποίες οδηγούν σε μετασχηματισμούς αναγκαίους για: αυτοματοποιημένη διόρθωση των δεδομένων, αυτοματοποιημένη ενημέρωση των δεδομένων, αλλαγή κλίμακας αλλαγή προβολικού συστήματος, στατιστικές παρεμβολές
Χωρική Ανάλυση: Διαχείριση των δεδομένων της ΒΓΔ Πώς μπορούμε να διαχειριστούμε τα στοιχεία της β.δ.? Με διάφορες τεχνικές με στόχο να παρέχουμε τις πληροφορίες στην απάντηση ερωτήσεων για τον πραγματικό κόσμο. Τι σημαίνει o όρος διαχείριση? Δημιουργία διαδικασιών που περιλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα μεθόδων χειρισμού των δεδομένων αυτών εκκινώντας από την απλή ανάκτηση και επίδειξή τους και φτάνοντας στη δημιουργία και την εφαρμογή σύνθετων προτύπων ανάλυσης και σύγκρισης διαφορετικών σεναρίων σχεδιασμού. Παράδειγμα
Χωρική Ανάλυση (ένα παράδειγμα) Περιοχή Μελέτης Κριτήριο Α Κριτήριο Β ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ Κριτήριο Δ Κριτήριο Γ
Η επικοινωνία χρήστη ΒΓΔ στη Χωρική Ανάλυση 1. Ο χρήστης των δεδομένων έχει την ανάγκη να διατυπώσει συγκεκριμένες ερωτήσεις προς τη βάση γεωγραφικών δεδομένων. 2. Η βάση, από την άλλη πλευρά, περιέχει πληροφορία η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να απαντήσει στις ερωτήσεις του χρήστη, με απολύτως συγκεκριμένους τρόπους (χάρτες, πίνακες, γραφήματα, σχέδια). 3. Ο μηχανισμός που δημιουργείται για να απαντηθεί μία ερώτηση χρησιμοποιεί συγκεκριμένες διαδικασίες ώστε να εντοπίσει κατάλληλες ομάδες δεδομένων, να τα χρησιμοποιήσει σε νέους υπολογισμούς, να παράγει επεξεργασμένα δευτερογενή δεδομένα και να τα εμφανίσει με μία από τις μορφές που προαναφέρθηκαν.
Χωρική Ανάλυση και μοντέλα δεδομένων Οι τεχνικές που χρησιμοποιεί η ανάλυση βασίζονται: Στο μοντέλο δεδομένων Στην απεικόνιση που έχει ήδη χρησιμοποιηθεί Είναι σημαντικό να κατανοηθεί ότι: Διαφορετικά μοντέλα δεδομένων και διαφορετικά είδη απεικονίσεων μπορούν να απαιτήσουν διαφορετικές προσεγγίσεις στον τρόπο με τον οποίο μπορούν να διατυπωθούν οι χωρικές αναζητήσεις (spatial queries). Α. Β.
Χωρική Ανάλυση και μοντέλα δεδομένων Μοντέλο Διανυσματικών Δεδομένων: Α. Το βασικό μοντέλο δεδομένων αναφέρεται σε οντότητες που έχουν διακριτή θέση στο χώρο (περιπτώσεις ασυνέχειας) Εδώ η ανάκτηση και η ανάλυση των δεδομένων αφορά κυρίως στη θέση και στη συνοχή των οντοτήτων καθώς και στη μέτρηση του τρόπου διασποράς τους στο χώρο. Μοντέλο Πλεγματικών Δεδομένων Β. Το βασικό μοντέλο δεδομένων αναφέρεται στη συνεχή μεταβολή ενός χαρακτηριστικού, η οποία δημιουργεί στο χώρο μία συνεχή πλην όμως ιδεατή επιφάνεια (περιπτώσεις συνέχειας). Εδώ η ανάλυση των δεδομένων αφορά στις χωρικές ιδιότητες των περιγραφικών χαρακτηριστικών των οντοτήτων. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η χωρική συνέχεια χρησιμοποιείται ένα διακριτό σύνολο από τρίγωνα (tin) ή από φατνία κανονικού καννάβου (grid). Υπάρχει έτσι το ενδεχόμενο ένα υποσύνολό τους να θεωρηθεί ως μεμονωμένη διακριτή (άρα ασυνεχής) οντότητα.
Βασικές κατηγορίες λειτουργιών της Χωρικής Ανάλυσης Οι κατηγορίες των λειτουργιών προκύπτουν από τα εξής ερωτήματα για κάθε χωρική οντότητα που συμμετέχει στην ανάλυση: Τι αντιπροσωπεύει; (ποια είναι τα χαρακτηριστικά της) Που είναι; (ποια είναι η γεωγραφική της θέση (με τη βοήθεια των συντεταγμένων) Ποιά είναι η σχέση της με τις άλλες οντότητες; (πως γειτνιάζει και πως συνδέεται με αυτές - τοπολογία). Οι έννοιες θέση, τοπολογία και εγγύτητα είναι αυτές που κάνουν τα γεωγραφικά δεδομένα να διαφέρουν από τα άλλα είδη δεδομένων που διαχειρίζονται γενικά τα άλλα πληροφοριακά συστήματα.
Κατηγορίες ανάλυσης για τις ασυνεχείς οντότητες 1. Ως προς τις λειτουργίες επί των χαρακτηριστικών των οντοτήτων (Attribute operations): Λειτουργίες σε ένα ή παραπάνω χαρακτηριστικά μιας οντότητας Λειτουργίες σε ένα ή παραπάνω χαρακτηριστικά πολλών οντοτήτων οι οποίες αλληλεπικαλύπτονται στο χώρο Λειτουργίες σε ένα ή παραπάνω χαρακτηριστικά μιας οντότητας τα οποία συνδέονται με απ ευθείας δείκτες (αντικειμενοστρεφής τάση) Λειτουργίες σε χαρακτηριστικά οντοτήτων οι οποίες περιέχονται σε άλλες οντότητες (σημείο μέσα σε πολύγωνο) 2. Ως προς τις λειτουργίες Θέσης/Απόστασης (Distance/Location operations) Λειτουργίες που εντοπίζουν οντότητες με εκτίμηση της απλής ευκλείδειας απόστασης ή με κριτήρια θέσης Λειτουργίες που δημιουργούν ζώνες επιρροής (buffer zones) γύρω από μία οντότητα. 3. Ως προς τις λειτουργίες που χρησιμοποιούν εσωτερικά διαμορφωμένη τοπολογία Λειτουργίες που δημιουργούν μοντέλα χωρικών αλληλεπιδράσεων σε ένα συνδεδεμένο δίκτυο
Τα χαρακτηριστικά (ιδιότητες) των οντοτήτων Οι ιδιότητες που εκφράζουν: 1. Θέση (location): Χ, Ψ, Ζ φ, λ, Η 2. Ποσοτικούς ή ποιοτικούς δείκτες περιγραφικών ιδιοτήτων 3. Παράγωγα γεωμετρικών ιδιοτήτων (εμβαδόν, μήκος, σχήμα κλπ) μίας οντότητας, αποτελούν τα κύρια χαρακτηριστικά τους Μεταξύ των χαρακτηριστικών αυτών γίνονται «αριθμητικές» και «λογικές» πράξεις. Αυτό επιτυγχάνεται ή με αλγορίθμους που εφαρμόζονται στις τιμές κάποιου ων πεδίων ή ενός χωρικού ερωτήματος που θα προσδιορίσει προσωρινά μία ομάδα τιμών που ικανοποιεί ορισμένα κριτήρια σε ένα από τα πεδία της βάσης, η οποία τελικά, όταν απομονωθεί, θα αποτελέσει από μόνη της ένα νέο χαρακτηριστικό. Οι διαδικασίες αυτές αναφέρονται στη χρήση των ιδιοτήτων ενός θεματικού επιπέδου για την ανάληψη πληροφορίας που βασίζεται στις επιλεγμένες αυτές ιδιότητες. Πιο συγκεκριμένα, αφορά στα παρακάτω: Αναζήτηση στα περιγραφικά χαρακτηριστικά. Αναζήτηση στις Χωρικές-Γεωμετρικές οντότητες. Αναζήτηση βάσει Γεωγραφικής θέσης των οντοτήτων. Αναζήτηση βάσει μιας οντότητας που βρίσκεται μέσα σε μια άλλη οντότητα (What is Inside). Τα αποτελέσματα είναι: Να επιλέγονται νέες οντότητες Να επισυνάπτονται νέα χαρακτηριστικά σε οντότητες Να δημιουργούνται νέες οντότητες
Γενική Μεθοδολογία Αναζήτηση χωρικών οντοτήτων από τη β.δ. με λογικά ερωτήματα Ανάκτηση Νέοι υπολογισμοί στις τιμές των περιγραφικών ιδιοτήτων τους Αλλαγή περιγραφικών χαρακτηριστικών => δυνατότητα επαναταξινόμησης. Γεωμετρία = ΑΜΕΤΑΒΛΗΤΗ Συμβολισμοί = ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΙ Αυτό που μεταβάλλεται κατά τον υπολογισμό νέων τιμών των περιγραφικών ιδιοτήτων των οντοτήτων δεν είναι το σχήμα και το μέγεθος, αλλά ο συμβολισμός (εδώ επιφανειακός), των οντοτήτων (πολυγώνων) της απεικόνισης.
Λογικές πράξεις στα χαρακτηριστικά μίας ή περισσοτέρων οντοτήτων. 1. Ανάκληση ομογενοποιημένων και ταξινομημένων οντοτήτων σε δομημένο σε layers διανυσματικό μοντέλο 2. Επαναταξινόμηση και νέα ομαδοποίηση οντοτήτων με βάση χωρικά ερωτήματα που καταστρώνονται με άλγεβρα Bool. Χρησιμοποιούμενοι τελεστές: AND, OR, XOR, NOT Ο τελεστής AND εκλαμβάνεται ως η τομή δύο συνόλων. Ο τελεστής OR εκλαμβάνεται ως η ένωση δύο συνόλων. Ο τελεστής NOT είναι ένας διαφορικός τελεστής που προσδιορίζει το υποσύνολο των οντοτήτων, των οποίων οι τιμές των χαρακτηριστικών τους ικανοποιούν την ιδιότητα να ανήκουν στο πεδίο Α αλλά, ταυτόχρονα, να μην ανήκουν στο Β. Τέλος ο τελεστής XOR είναι ένα περιοριστικό OR, που προσδιορίζει το υποσύνολο των οντοτήτων, των οποίων οι τιμές των χαρακτηριστικών τους ικανοποιούν την ιδιότητα να ανήκουν τόσο στο πεδίο Α, όσο και στο πεδίο Β, αλλά να μην βρίσκονται ταυτόχρονα στο Α και το Β δηλαδή στην τομή τους Oι λογικοί τελεστές μπορούν να εφαρμοστούν σε όλους τους τύπους δεδομένων, ανεξαρτήτως του μετρητικού μοντέλου (κλίμακας μέτρησης) τους. (Ποιοτικό, ιεραρχικό, ποσοτικό, αναλογικό κλπ).
Ένα παράδειγμα στις λογικές πράξεις. Υπόθεση εργασίας: Βάση δεδομένων κτηματομεσιτικά (real estate). εταιρείας που ασχολείται με τα Τυπικό ερώτημα αγοραστή ενός σπιτιού (στην καθομιλουμένη): «Παρακαλώ βρείτε μου τις τοποθεσίες όλων των κατοικιών που έχουν κόστος μεταξύ 200000 και 300000, με 4 υπνοδωμάτια και ευρίσκονται σε οικόπεδο εμβαδού τουλάχιστο 300 τ.μ». Απαραίτητα πεδία που πρέπει να υπάρχουν στη βάση: διοικητικά όρια δήμων (περιοχές) αξία κατοικίας αριθμός υπνοδωματίων εμβαδόν οικοπέδου σε τ.μ Οικοδομικό Τετράγωνο Διατύπωση του ερωτήματος σε SQL (Structured Query Language): ΙF COST GE 200000 AND COST LT 300000 AND BEDROOM = 4 AND AREA GE 300 THEN ITEM = 1 OR ITEM = 0
Διατύπωση του ίδιου ερωτήματος μέσα στο διαδραστικό περιβάλλον ενός ΣΓΠ, με τη βοήθεια των διαφόρων εργαλείων του: Ο χάρτης που δίνεται, περιέχει τις απαντήσεις στο σύνθετο ερώτημα που έγινε. Οι επιλεγμένες οντότητες (πολύγωνα) που εμφανίζονται, είναι εστιασμένα κατά Ο.Τ.Α., ώστε να απεικονίζεται η θέση τους στον ευρύτερο γεωγραφικό χώρο.