O S N O V E G E O I N F O R M A T I K E Dario Perković 2010
Geodetska osnova Geodetsku osnovu čine: geodetske točke koje služe za utvrñivanje koordinata izmjerom geodetski (geografski) zemljovidi koji služe za izradu drugih, tematskih zemljovida normizacija koja je potrebna za pravilno funkcioniranje GIS-a i njegovu ujednačenost u cijelom svijetu 2
Temeljni prostorni objekti Temeljni prostorni objekti u GIS-u koji služe za prikaz realnog svijeta u dvodimenzionalnom modeliranju su točka, linija i poligon. Putem temeljnih objekata i njihovom kombinacijom, prikazuju se stvarni objekti u GIS-u, a promatramo ih kao odgovarajuće tematske slojeve (točkaste, linijske i poligonalne). 3
Temeljni prostorni objekti Temeljni prostorni objekti u GIS-u 4
Temeljni prostorni objekti Točka može predstavljati bušeni objekt, izvor, morfopojavu ili vodnu postaju ali ovisno o mjerilu i crpilište, naselje itd., Linije mogu biti izolirane (npr. ponornice, trasiranje podzemnih voda), stablastog oblika (npr. riječna mreža) i u obliku mreže (cestovna mreža), Površine (poligoni) mogu biti izolirane (jezera), susjedne (općine) i ugnježñene površine (poligoni unutar poligona - izohipse) 5
Temeljni prostorni objekti Možemo reći da se iz osnovna tri oblika objekata izvode složene topološke strukture: o mreže linija (prometnica) o mreže poligona (mreža općinskih teritorija) o plohe (reljef terena) o prostorna tijela (akumulacijsko jezero) 6
Oblici pojavljivanja podataka Osnovni problem koji susrećemo u GIS-u je kako postići geometriju, topologiju nekog prostora. Upravo zbog toga se podaci pojavljuju u geometrijskom, grafičkom i opisnom obliku. Geometrijski podaci su prethodno nabrojani temeljni prostorni objekti u GIS-u. Geometrijski podaci Točka Točka je nositelj geometrijske informacije. Objektima u obliku točke obično je pridružen topografski znak. O mjerilu karte ovisi koji se objekti pojavljuju u obliku točke. 7
Oblici pojavljivanja podataka Točkom se obilježavaju: kod krupnih mjerila: stupovi, šahtovi, bunari, bušotine kod srednjih mjerila: kuće, crkve, stupovi dalekovoda, itd. kod vrlo sitnih mjerila: naselje, grad, itd. Linije i poligoni se promatraju kao nizovi karakterističnih točaka. Linija je definirana s dvije ili više točaka s pripadnim koordinatama na čijim su krajevima čvorovi. Linije dobivamo spajanjem točaka vektorima pa odatle i naziv vektorski podaci. Poligon je sačinjen od jedne ili više linija. 8
Oblici pojavljivanja podataka Grafički podaci Grafički podaci su: siva tonska vrijednost, boja, šrafura, simbol, vrsta linije itd. To se još zove i simbologija. Ovi podaci nastaju iz geometrijskih podataka dodavanjem grafičkih elemenata. Geometrijski i grafički elementi zajedno čine tzv. vektorsku grafiku. Grafičko oblikovanje rasterskih podataka naziva se rasterska grafika. 9
Oblici pojavljivanja podataka Opisni podaci Opisni podaci (tematski podaci ili atributi) su svi negeometrijski podaci: tekst, brojke, nazivi, svojstva. Primjer za to su kućni brojevi, brojevi parcela, imena ili nazivi vlasnika i sl.. Ovaj tip podataka je takoñer dodatak uz geometrijske podatke i uglavnom je manjeg sadržaja. 10
Oblici pojavljivanja podataka Po tomu se i razlikuje od atributnih podataka koji se nalaze u bazi podataka, a koji se prikazuju uz podatke zahvaljujući RDBMS*-u kao dijelu GIS-a. Podaci iz baze podataka se ne nalaze na kartama uz geometrijske podatke, već služe kao dodatna informacija o svakom geometrijskom elementu. *RDBMS kratica za Relational Database Management System, SUSTAV ZA UPRAVLJANJE RELACIJSKOM BAZOM PODATAKA (npr. Access, Oracle, SQL Server,...) 11
Vektorski i rasterski gis Geometrijski podaci se prikazuju u vektorskom ili rasterskom obliku. Vektorski podaci opisuju prostorne objekte pomoću točaka zadanih koordinatama u koordinatnom sustavu. Vektorski GIS je složeniji zbog potrebe za vrlo složenim prostornim operacijama, ali je zato i precizniji od rasterskog GIS-a. 12
Vektorski i rasterski gis Vektorski podaci se lako mogu ureñivati te im se mogu lako mijenjati pripadajući grafički i opisni podaci. Osim ureñivanja geometrije vektorskih podataka, moguće se i konverzije izmeñu pojedinih geometrijskih oblika (točke-poligoni, poligoni-centroidi, linijepoligoni, linije-točke,...). Ishodište vektorskih podataka je u lijevom donjem kutu crteža pa se vrijednost koordinate X povećava u desno, a koordinate Y prema gore. 13
Vektorski i rasterski gis Rasterski podaci u GIS-u se prikazuju kao površine koje se sastoje od točkica, a površine izgledaju kao poligonalne mreže različitih oblika i veličina. Rasterski GIS je pogodan za statističke obrade, te za obradu satelitskih i zračnih snimaka. Osnovni geometrijski element rasterskog GIS-a je piksel (pixel - Picture Element) pa se te mreže još nazivaju slikovnim matricama. 14
Vektorski i rasterski gis Svaka točkica ili piksel ima svoje lokalne koordinate (redak i stupac). Ishodište rastera je u lijevom gornjem kutu crteža (datoteke) pa se X vrijednosti povećavaju u desno, a Y vrijednosti prema dolje. Vektorski i rasterski model podataka se meñusobno nadopunjuju, a današnja programska podrška omogućuje pretvaranje jednog oblika u drugi. 15
Vektorski i rasterski gis raster vektor realni svijet Razlike u prikazu na računalu 16
3D modeli prostora 3D modeli prostora predstavljaju matematički prikaz trodimenzijskog prostora. To je skup podataka o točkama u 3D prostoru i drugih informacija koje računalo interpretira u virtualni objekt koji se prikazuje na zaslonu ili pisaču. Kada govorimo o 3D modelima prostora najčešće se misli na: digitalni model reljefa digitalni model terena (digitalni model površine) 17
3D modeli prostora Digitalni model reljefa-dmr (engl. Digital Elevation Model- DEM) predstavlja reljef (površina Zemlje) koji je numerički definiran nizom točaka s tri koordinate (X, Y i Z) i to u digitalnom obliku. Ovakav model ne sadrži vegetaciju niti izgrañene objekte. Koriste se točke isključivo sa sve tri koordinate, a mogu biti: nepravilno rasute na cijeloj površini (trokuti-tin) na pravilnoj mreži kvadrata na profilima. 18
3D modeli prostora Točke se kod DMR-a dobivaju neposrednom izmjerom na terenu, fotogrametrijskom izmjerom, georeferenciranjem satelitskih podataka i digitalizacijom karata (točaka i izohipsa - linija koje spajaju točke jednake nadmorske visine nad površinom mora). Rezultat digitalnog modela može izgledati kao: prikaz 3D linijama (linijama oblika i prijelomnicama) prikaz pojedinačnim markantnim točkama kotama prikaz izohipsama i kotama (digitalni model visina) prikaz profilima prikaz sjenčanim reljefom 19
3D modeli prostora Grad Zagreb prikazan pomoću DMR-a 20
3D modeli prostora Digitalni model terena-dmt (engl. Digital Terrain Model, DTM) je sličan pojam DMR-u ali on uključuje vegetaciju, izgrañene objekte i prijelomne linije u svrhu bolje aproksimacije terena. Često se upotrebljava i pojam digitalni model površine. Ovaj model nastaje spajanjem dvaju modela, DMR-a i digitalnog modela grañevina (DMO). 21
Geodetske pretpostavke ZEMLJA Zemlja je nebesko tijelo Zemlja je matematički aproksimirana rotacijskim elipsoidom (GEOIDOM) koji nastaje rotacijom elipse meridijana oko kraće osi Utvrñene su zemljovidne projekcije za preslikavanje dijelova Zemljine površine Utvrñen je pravokutni koordinatni sustav 22
Geodetske pretpostavke ZEMLJA Zemljine površine (P. H. Dana, 1994) 23
Geodetske pretpostavke ZEMLJA 24
Geodetske pretpostavke ZEMLJA Prema National Geodetic Surveyu, krovnoj geodetskoj ustanovi SAD-a (http://www.ngs.noaa.gov) geoid je ekvipotencijalna površina Zemljinoga gravitacijskog polja što najbolje odgovara srednjoj razini mora. S geografskog aspekta površina Zemlje nije jednaka površini geoida, uz ostalo i zato, što se ne odreñuje na temelju gravitacijskog polja već na temelju geomorfoloških značajki, od temeljnih geomorfoloških struktura do najsitnijih geomorfoloških skulpturnih oblika. 25
Geodetske pretpostavke ZEMLJA Iako se i geoid sastoji od udubina i uzvisina, okomiti razmak izmeñu najniže i naviše točke tog tijela manji je od maksimalnog okomitog razmaka Zemlje koju čini skup ravnina, udubina i uzvisina od 8.844 m visine Mount Everesta do 11.033 m dubine točke Challenger u Marijanskom jarku. Za matematičku osnovu karte, odnosno za konstrukciju kartografskih projekcija, oblik Zemlje u približnosti se odreñuje kao referentni elipsoid. 26
Geodetske pretpostavke ZEMLJA Tijekom povijesti izvršena su brojna mjerenja Zemlje i svoj prilog tomu su dali brojni znanstvenici. Jedan od njih je bio Njemac Friedrich Wilhelm Bessel koji je 1841. godine izračunao vrijednosti dimenzija Zemlje koje su se koristile u Pruskoj i većini drugih europskih država. On je izračunao da je ekvator dug 40.070,368 km, a da je meridijanski opseg jednak 40.003,423 km. 27
Geodetske pretpostavke ZEMLJA U Hrvatskoj je dugo bio u upotrebi Besselov elipsoid s dimenzijama poluosi: a = 6.377.397,155 m i b = 6.356.078,963 m gdje je a - ekvatorski polumjer b - polarni polumjer. 28
Geodetske pretpostavke Neki značajniji elipsoidi ZEMLJA Izvor Godina Ekvatorski polumjer Polarni polumjer Bessel 1841. 6 377 397,2 6 356 079,0 Hayford 1909. 6 378 388,0 6 356 911,0 Krassovsky 1940. 6 378 245,0 6 356 863,0 GRS 80 1980. 6 378 137,0 6 356 752,3141 WGS 84 1984. 6 378 137,0 6 356 752,3142 29
Geodetske pretpostavke ZEMLJA Dimenzije Zemlje dugoročno se mijenjaju u skladu s temeljnim geološkim i astrofizičkim mijenama, ali za praktične potrebe s tim se neznatnim promjenama ne može računati. Danas se kao relevatne vrijednosti uzimaju one koje je propisala Meñunarodna geodetska i geofizička unija i te bi podatke trebalo koristiti u svim znanostima i različitim drugim aspektima praktične primjene sve dok se drugačije ne odredi odlukom Unije. 30
Geodetske pretpostavke ZEMLJA Hrvatska je 2004. godine odlukom Vlade RH prešla na GRS 80 (Odluka o utvrñivanju službenih geodetskih datuma i ravninskih kartografskih projekcija Republike Hrvatske, NN 110/2004). U 2. stavku 1. članka Odluke izričito stoji: "Elipsoid GRS80 s veličinom velike poluosi a = 6378137,00 m i spljoštenošću µ = 1/298,257222101 odreñuje se službenim matematičkim modelom za Zemljino tijelo u Republici Hrvatskoj." 31
Geodetske pretpostavke ZEMLJA Pogled na Zemlju iz svemira: najzorniji dokaz oblika Zemlje 32
Geodetske pretpostavke KOORDINATE I PROJEKCIJE Za odreñivanje položaja točke na elipsoidu služe geografske koordinate u kutnoj mjeri i to: geografska širina φ (nula je na ekvatoru) geografska dužina λ (nula je na meridijanu koji prolazi kroz Greenwich*) latitude, φ(phi) - paralele - geogr. širina - geodetski X - matematički Y longitude, λ(lambda) - meridijani - geogr. dužina - geodetski Y - matematički X * Greenwich grad s 228000 st., danas SI dio šireg gradskog područja Londona 33
Geodetske pretpostavke KOORDINATE I PROJEKCIJE Za praktične potrebe i uglavnom zbog rada na kompjuteru poželjne su pravokutne koordinate. Zbog toga se dijelovi Zemljine površine preslikavaju na ravnine. Za prikaz površine koriste se različite zemljovidne projekcije, pri kojima dolazi do deformacija duljina, površina i kutova. Kod nas je, za potrebe državne izmjere, za izradu katastarskih planova i topografskih zemljovida, u upotrebi Gauss-Krügerova projekcija (engl. Transverse Mercator Projection). To je konformna poprečna cilindrična projekcija geoida u ravninu, a koristi se za izradu zemljovida u mjerilima krupnijim od 1:500.000. 34
Geodetske pretpostavke KOORDINATE I PROJEKCIJE Kod Gauss-Krügerove projekcije cilj je postići što manje deformacije središnjeg meridijana područja jednog sustava. Zbog povećanja deformacija udaljavanjem od središnjeg meridijana, širina područja ovisi o točnosti preslikavanja. Uz minimalne pogreške, širina jednog koordinatnog sustava (zone) iznosi 3 po geografskoj dužini, tj. 1,5 isto čno i zapadno od središnjeg meridijana. 35
Geodetske pretpostavke KOORDINATE I PROJEKCIJE U Hrvatskoj su dodirni meridijani (X-osi) λ = 15 i λ = 18, a ekvator predstavlja Y-os. Ova dva meridijana predstavljaju dva koordinatna sustava, peti i šesti u odnosu na Greenwich. Ipak da bi se izbjegle negativne vrijednosti Y-koordinate, dodaje im se konstanta 500.000, a da se obilježi koordinatni sustav dodaju se Y-koordinati konstante i to u petom sustavu 5.000.000, a u šestom 6.000.000. 36
Geodetske pretpostavke KOORDINATE I PROJEKCIJE Do 1.1.2010. u kartografiji i GIS-u podaci su bili u jednoj od tri projekcije koordinatnog sustava Transverse Mercator: projekcija središnji meridijan linearno mjerilo konstanta 15 (5. zona) 15 0.9999 5500000 18 (6. zona) 18 0.9999 6500000 16 30 16 30 0.9997 2500000 Parametri u gornjoj tablici su neophodni za geotransformacije, odnosno reprojiciranje grafičkih i negrafičkih sadržaja iz pojedinih projekcija. 37
Geodetske pretpostavke KOORDINATE I PROJEKCIJE Odlukom Vlade Republike Hrvatske od 4. kolovoza 2004. godine je Hrvatski Terestrički Referentni Sustav za epohu 1995.55 - skraćeno HTRS96, uveden za novi službeni položajni referentni koordinatni sustav Republike Hrvatske, a za potrebe detaljne državne kartografije je usvojen projekcijski koordinatni sustav poprečne Mercatorove (Gauss-Krügerove) projekcije - skraćeno HTRS96/TM (NN 114/2004, 117/2004) (Hrvatski geodetski institut, http://listovi.cgi.hr/htrs96tm.html). Parametri koje je potrebno koristiti od 1.1.2010. godine su: središnji meridijan linearno mjerilo konstanta 16 30 0.9999 500000 38
Geodetske pretpostavke GEODETSKI PLANOVI I KARTE Geodetski planovi i karte podloga su za sve stručne djelatnosti u kojima se koristi GIS i iz njih se preuzimaju podaci koji se unose u tematske karte. Oni postoje u različitim mjerilima ali ne pokrivaju uvijek cijeli teritorij Hrvatske. Danas se u mjerilima 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:2880* i 1:2904 izrañuju katastarski planovi, koji sadrže katastarske čestice, grañevine i druge objekte. Planovi su izrañeni klasičnim metodama u razdoblju od 1896.-2000. godine. * Veći dio Hrvatske ima samo planove u mjerilu 1:2880 iz stare austrougarske izmjere. Oni su bez visinskog prikaza, a služe za pravno-imovinske namjene, eksproprijacije i sl.. 39
Hrvatska osnovna karta (HOK) u mjerilu 1:5000 podloga je za: idejne projekte cesta, pruga, kanala i sl., generalni urbanistički plan podloga za razne studije Postoji još Geodetske pretpostavke GEODETSKI PLANOVI I KARTE i HOK10 (1:10000). Topografske karte postoje u mjerilima 1:25.000, 1:50.000, 1:100.000, 1:200.000 i 1:250.000. Rañene su za vojno-obrambene potrebe, a koriste se i kao podloga za izradu namjenskih karata (geoloških, hidroloških, pedoloških i dr.) te za izradu namjenskih karata (školskih, demografskih, turističkih itd.). Postoji i karta Euro Global Map u mjerilu 1:1.000.000 koja sadrži 6 tema i 13 slojeva u GIS formatu. 40