Εισαγωγή στο Πρόγραμμα Spatial Analyst Γενικά Το πρόγραμμα Spatial Analyst είναι μια επέκταση του ArcMap με πολλές επιπλέον δυνατότητες, κυρίως όσον αφορά τα πλεγματικά (raster) δεδομένα. Επιπλέον δέχεται και διανυσματικά (vector) δεδομένα, που μπορεί να διαχειρίζεται ταυτόχρονα με τα πλεγματικά (raster) δεδομένα. υνατότητες του Spatial Analyst Ειδικότερα ο Spatial Analyst έχει τις παρακάτω δυνατότητες: Χωροθέτηση λειτουργιών (εύρεση κατάλληλων θέσεων ίδρυσης ενός νέου νοσοκομείου, μιας τράπεζας, ενός αθλητικού κέντρου κ.λπ.). Υπολογισμός κόστους ταξιδιού από ένα σημείο σε ένα άλλο. Εύρεση βέλτιστης διαδρομής μεταξύ δύο σημείων. ημιουργία επιφανειών αποστάσεων, διευθύνσεων και κατανομής των κελλιών μιας περιοχής προς το κοντινότερο σημείο μιας ομάδας σημείων. Ανάλυση επιφανειών και δημιουργία ειδικών χαρτών κλίσεων, προσανατολισμού, ορατότητας, φωτοσκιάσεων, καθώς και χαρτών εκσκαφών και επιχωματώσεων.
κεφάλαιο Σχεδίαση ισογραμμών (π.χ. υψομετρικών καμπυλών). ημιουργία επιφανειών από σημειακά δεδομένα με χρήση κατάλληλων αλγόριθμων παρεμβολής. Επαναταξινόμηση δεδομένων. ημιουργία επιφανειών πυκνότητας. Στατιστική ανάλυση σε επίπεδο κελλιού, περιοχής και ζώνης. Ανάλυση υδρολογικών δεδομένων. Ανάλυση δημογραφικών δεδομένων, δεδομένων μόλυνσης του περιβάλλοντος, δεδομένων εγκληματικότητας κ.λπ. Επεξηγήσεις συμβατικών όρων Στο βιβλίο αυτό χρησιμοποιούνται οι παρακάτω συμβατικοί όροι: Κλικ Μονό πάτημα του αριστερού πλήκτρου του ποντικιού (mouse). ιπλό κλικ Γρήγορο διπλό πάτημα του αριστερού πλήκτρου του ποντικιού (mouse). εξί κλικ Μονό πάτημα του δεξιού πλήκτρου του ποντικιού (mouse), οπότε εμφανίζεται ένα μενού με εντολές και μπορούμε να επιλέξουμε μία από αυτές με κλικ. Σειρά διαδοχικών εντολών ιαχωρίζονται με το σύμβολο >, π.χ. για να ξεκινήσουμε το πρόγραμμα ArcCatalog η σειρά εντολών είναι: Start>Programs>ArcGis>ArcCatalog Σχηματικό αρχείο: είναι αρχείο τύπου Shape File με επέκταση.shp που χρησιμοποιείται από το ArcGIS για αποθήκευση ενός τύπου (σημεία, γραμμές, πολύγωνα) διανυσματικών δεδομένων. 24
Εισαγωγή στο Πρόγραμμα Spatial Analyst Πρόγραμμα Βοήθειας (On Line Help) Ο ArcMap διαθέτει ηλεκτρονικό βιβλίο βοήθειας, που εμφανίζεται με τις επιλογές Help>ArcGIS Desktop Help, οπότε εμφανίζεται το παρακάτω παράθυρο με τις καρτέλες Περιεχόμενα, Ευρετήριο και Αναζήτηση. Κάθε καρτέλα ενεργοποιείται με κλικ πάνω στο όνομά της. Στη συνέχεια ακολουθεί σύντομη περιγραφή των καρτελών: Καρτέλα Περιεχόμενα: Εμφάνιση των περιεχομένων του ηλεκτρονικού βιβλίου βοήθειας. Οι πληροφορίες για τον Spatial Analyst υπάρχουν στο Κεφάλαιο Extensions. Καρτέλα Ευρετήριο: Εύρεση εντολών με αναγραφή του ονόματός τους στο πεδίο «Πληκτρολογήστε μια λέξη-κλειδί προς εύρεση». Εάν π.χ. επιλέξουμε την καρτέλα «Ευρετήριο» και στο πεδίο «Πληκτρολογήστε μια λέξη-κλειδί προς εύρεση» πληκτρολογήσουμε τη λέξη Spatial Analyst, εμφανίζονται θέματα σχετικά με τον Spatial Analyst. Καρτέλα Αναζήτηση: ημιουργία και εμφάνιση λίστας θεμάτων σχετικών με τη λέξη-όρο που θα πληκτρολογήσουμε στο πεδίο «Πληκτρολογήστε τις λέξεις που θέλετε να αναζητήσετε»: Το CD που συνοδεύει το βιβλίο Πριν ξεκινήσετε την εκτέλεση των εφαρμογών, αντιγράψτε τους καταλόγους SPATIAL_DATA και 3DAnalyst του CD στο σκληρό δίσκο C: του υπολογιστή σας. Το CD περιέχει καταλόγους με δεδομένα για κάθε εφαρμογή, όπως ακριβώς περιγράφονται στο βιβλίο. Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των μοντέλων επιφανείας ΤΙΝ και raster προέρχονται από μετρήσεις που έγιναν από το συγγραφέα με την ιδιότητα του Τοπογράφου Μηχανικού με χρήση GPS και Total Station. Τα δεδομένα επεξεργάστηκαν και τροποποιήθηκαν, ώστε να ικανοποιούν τις ανάγκες των εφαρμογών του βιβλίου. 25
κεφάλαιο Τύποι εδομένων Οι τύποι ψηφιακών δεδομένων που χρησιμοποιούνται από ο Spatial Analyst είναι τριών ειδών: εδομένα εικόνας Πλεγματικά ή ψηφιδωτά δεδομένα (Raster) ιανυσματικά δεδομένα (Vector) Οι τύποι αυτοί δεδομένων περιγράφονται αναλυτικά παρακάτω: εδομένα εικόνας Είναι ψηφιακά δεδομένα που προκύπτουν από την ψηφιοποίηση αναλογικών εικόνων, χαρτών, τοπογραφικών διαγραμμάτων κ.λπ. με τη βοήθεια ενός σαρωτή (scanner) ή μιας ψηφιακής κάμερας. Αποτελούνται από στοιχειώδη τετράγωνα που λέγονται κελλιά ή pixels ή φατνία ή ψηφίδες ή εικονοστοιχεία. Βασική παράμετρος στις ψηφιοποιήσεις είναι η ανάλυση σάρωσης. Η ανάλυση σάρωσης εκφράζεται σε τελείες ανά ίντσα (dots per inch-dpi). Όσο πιο μεγάλη είναι η ανάλυση σάρωσης, τόσο πιο λεπτομερής θα είναι η ψηφιακή εικόνα, που θα προκύψει από την ψηφιοποίηση, και πιο μεγάλο 1 το αρχείο που θα παραχθεί και αντίστροφα. Η ανάλυση σάρωσης ορίζει το μέγεθος του κελλιού, που με τη σειρά του καθορίζει τη διακριτική ικανότητα της εικόνας. Όσο πιο μικρό είναι το μέγεθος του κελλιού, τόσο μεγαλύτερη είναι η διακριτική ικανότητα της εικόνας, που σημαίνει καλύτερη απεικόνιση των λεπτομερειών και αντίθετα. Στα δεδομένα εικόνας κάθε χαρακτηριστικό, π.χ. δρόμος, λίμνη κ.λπ., απεικονίζεται με κελλιά του ίδιου περίπου χρώματος. Οι βασικές παράμετροι κάθε κελλιού είναι η θέση του στην εικόνα που ορίζεται με συντεταγμένες και το χρώμα του. Τα δεδομένα εικόνας αναφέρονται συνήθως σ ένα αυθαίρετο σύστημα συντεταγμένων και εντάσσονται σε συγκεκριμένο προβολικό σύστημα με τη διαδικασία της 1. Το μέγεθος των παραγομένων αρχείων ψηφιοποίησης δίνεται από τη σχέση: Μέγεθος αρχείων ασπρόμαυρης εικόνας σε Bytes = μήκος σε ίντσες x πλάτος σε ίντσες x οριζόντια ανάλυση σε dpi x κάθετη ανάλυση σε dpi. Έτσι από την ψηφιοποίηση ασπρόμαυρης εικόνας διαστάσεων 5 Χ 7 σε ανάλυση 300dpi προκύπτει μέγεθος αρχείου: Μέγεθος =5 x 7 x 300dpi x 300 dpi =3.150.000 bytes Η ίδια εικόνα έγχρωμη έχει τριπλάσιο μέγεθος, δηλ. 3 x 3.150.000 bytes=9.450.000 bytes. 26
Εισαγωγή στο Πρόγραμμα Spatial Analyst γεωαναφοράς εικόνας. Μορφότυπα (formats) δεδομένων εικόνας μπορεί να είναι TIFF, JPEG, GIF, PNG, BMP, WMF κ.λπ. Πλεγματικά ή Ψηφιδωτά (Raster) δεδομένα Είναι δεδομένα παρόμοια με τα δεδομένα εικόνας. Αποτελούνται και αυτά από ένα σύνολο κελλιών (στοιχειωδών τετραγώνων), με τη διαφορά ότι κάθε κελλί εκτός από τη θέση του και το χρώμα, έχει και μια τιμή (ακέραια ή δεκαδική), που αναφέρεται σε μια ιδιότητα, που μπορεί να είναι το υψόμετρο ή η κλίση του εδάφους, κωδικοί χρήσεων γης, ύψη βροχής κ.λπ. Τα μορφότυπα (formats) των πλεγματικών δεδομένων είναι TIFF, ER Mapper, IMG, ESRI Grid κ.λπ. Ο τρόπος απεικόνισης των πλεγματικών δεδομένων, π.χ. μιας λίμνης, φαίνεται στην παρακάτω εικόνα: Τρόπος απεικόνισης πλεγματικών δεδομένων ιανυσματικά (Vector) δεδομένα Είναι σημειακά, γραμμικά ή πολυγωνικά δεδομένα, όπου τα σημεία με τα οποία ορίζονται έχουν συντεταγμένες Χ,Υ που συνήθως αναφέρονται σε κάποιο προβολικό σύστημα. Τα διανυσματικά δεδομένα είναι πιο ευέλικτα και πιο εύχρηστα από τα ψηφιδωτά δεδομένα και για το λόγο αυτό λέγονται και «έξυπνα» δεδομένα. Η λήψη πληροφοριών σε διανυσματική μορφή από δεδομένα εικόνας ή ψηφιδωτά δεδομένα (Raster) γίνεται με τη λεγόμενη ψηφιοποίηση (digitiging). Ο τρόπος απεικόνισης των διανυσματικών δεδομένων (σημείων, γραμμών ή πολυγώνων) φαίνεται στην παρακάτω εικόνα: 27
κεφάλαιο Τρόπος απεικόνισης διανυσματικών δεδομένων Πηγές δεδομένων Για τη δημιουργία ψηφιακών δεδομένων χρησιμοποιούνται: Αναλογικοί ή Ψηφιακοί Χάρτες Αεροφωτογραφίες, Ορθοφωτογραφίες, Ορθοφωτοχάρτες ορυφορικές Εικόνες Ψηφιακά δεδομένα με μορφότυπα (format) SID, IMG, TIFF, USGS, DLMS, DTED, USGs, DEMs Αρχεία Shape files, ARC/INFO coverages κ.λπ. Αρχεία CAD και GPS Αρχεία τοπογραφικών μετρήσεων ιαχείριση δεδομένων με τον ArcCatalog Ο ArcCatalog είναι ένα πρόγραμμα εύκολης και αποτελεσματικής διαχείρισης χωρικών και περιγραφικών δεδομένων, ανάλογο του Windows Explorer των Windows. υνατότητες του ArcCatalog Όπως προαναφέραμε, ο ArcCatalog διαχειρίζεται τα γεωγραφικά δεδομένα. Ειδικότερα μπορούμε: 28
Εισαγωγή στο Πρόγραμμα Spatial Analyst Να δημιουργούμε ένα νέο κατάλογο εργασίας. Να δημιουργούμε μια νέα προσωπική γεωβάση (Personal geodatabase). Να μεταφέρουμε ένα αρχείο σε άλλο κατάλογο. Να εμφανίζουμε τα χωρικά δεδομένα ενός αρχείου. Να εμφανίζουμε τα περιγραφικά δεδομένα ενός αρχείου. Να αλλάζουμε το όνομα ενός καταλόγου. Να αντιγράφουμε αρχεία. Να συνδέουμε έναν κατάλογο στον πίνακα περιεχομένων του ArcCatalog. Να αποσυνδέουμε έναν κατάλογο από τον πίνακα περιεχομένων του ArcCatalog. Ανάλυση των παραπάνω δυνατοτήτων με παραδείγματα υπάρχουν στο βιβλίο μου «Εισαγωγή στα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών, ArcGIS/ ArcView, Θεωρία & Εφαρμογές», των Εκδόσεων Σταμούλη. Εδώ θα αναφέρουμε μόνο μερικές βασικές λειτουργίες του ArcCatalog. Εκκίνηση του ArcCatalog Start>Programs>ArcGIS>ArcCatalog Το παράθυρο του ArcCatalog αποτελείται από δύο μέρη, το αριστερό που εμφανίζεται ο πίνακας περιεχομένων και το δεξιό που εμφανίζονται τα χωρικά ή περιγραφικά δεδομένα, καθώς και τα μεταδεδομένα. Εμφάνιση των χωρικών δεδομένων ενός αρχείου Για να εμφανισθούν τα χωρικά δεδομένα ενός αρχείου, επιλέγουμε με κλικ το όνομα του αρχείου στον πίνακα περιεχομένων του ArcCatalog και στην περιοχή εμφάνισης δεδομένων επιλέγουμε την καρτέλα Preview, οπότε εμφανίζονται τα περιεχόμενα του αρχείου. Εμφάνιση των περιγραφικών δεδομένων ενός πίνακα Για να εμφανισθούν τα δεδομένα του αντίστοιχου πίνακα περιγραφικών χαρακτηριστικών ενός αρχείου στην καρτέλα Preview με το μαύρο βελάκι του πεδίου Preview, που βρίσκεται στο κάτω μέρος του παραθύρου του ArcCatalog, επιλέγουμε Table αντί Geography, οπότε εμφανίζονται τα δεδομένα του πίνακα περιγραφικών χαρακτηριστικών του αρχείου. 29
κεφάλαιο Εμφάνιση μεταδεδομένων 2 Επιλέγουμε την καρτέλα Metadata η οποία έχει τις παρακάτω τρεις επιλογές: Description: Εμφανίζονται γενικά στοιχεία που αφορούν στα γεωγραφικά δεδομένα Spatial: Εμφανίζονται στοιχεία που αφορούν στα χωρικά δεδομένα Attributes: Εμφανίζονται στοιχεία που αφορούν στα περιγραφικά δεδομένα Σύνδεση καταλόγου στον πίνακα περιεχομένων του ArcCatalog (Connect to Folder) Η σύνδεση ενός καταλόγου στον ArcCatalog γίνεται με κλικ στο κουμπί σύνδεσης Connect to Folder της εργαλειοθήκης Standard του ArcCatalog και στο παράθυρο που εμφανίζεται με τίτλο Connect to Folder μετά από πλοήγηση επιλέγουμε τον κατάλογο, που θέλουμε να συνδέσουμε στον πίνακα περιεχομένων του ArcCatalog και ΟΚ. Αποσύνδεση καταλόγου από τον πίνακα περιεχομένων του ArcCatalog (Connect to Folder) Επιλέγουμε τον κατάλογο που θέλουμε να αποσυνδέσουμε και κλικ στο κουμπί σύνδεσης Disconnect From Folder της εργαλειοθήκης Standard του ArcCatalog. 2. Ο όρος μεταδεδομένα (Μ ) σημαίνει πληροφορίες σχετικές με το όνομα και την περιγραφή των δεδομένων, το δημιουργό τους, τον κάτοχό τους, τον τρόπο επικαιροποίησής τους, το χρόνο δημιουργίας τους κ.λπ. 30