ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟ ΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ

ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟ ΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ & ΓΕΩΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΗΛΕΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΗΜ. Α. ΒΑΪΟΠΟΥΛΟΣ ιδάκτωρ των Μαθηματικών Καθηγητής Παν/μίου Αθηνών ΑΝ Ρ. Π. ΒΑΣΙΛΟΠΟΥΛΟΣ ιδάκτωρ της Γεωλογίας ΝΙΚΗ Η. ΕΥΕΛΠΙ ΟΥ ιδάκτωρ της Γεωλογίας Λέκτορας Παν/μίου Αθηνών Γεωγραφιικά Συστήματα Πληροφοριιών από τη θεωρίία στην πράξη ΑΘΗΝΑ 2008

ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟ ΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ & ΓΕΩΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΗΛΕΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ ΗΜ. Α. ΒΑΪΟΠΟΥΛΟΣ ιδάκτωρ των Μαθηματικών Καθηγητής Παν/μίου Αθηνών ΑΝ Ρ. Π. ΒΑΣΙΛΟΠΟΥΛΟΣ ιδάκτωρ της Γεωλογίας ΝΙΚΗ Η. ΕΥΕΛΠΙ ΟΥ ιδάκτωρ της Γεωλογίας Λέκτορας Παν/μίου Αθηνών Γεωγραφιικά Συστήματα Πληροφοριιών από τη θεωρίία στην πράξη ΑΘΗΝΑ 2008

Περιεχόμενα 1 Η πληροφορία αποτελεί καταλυτικό παράγοντα για τη σωστή λήψη αποφάσεων. Τα GIS αναδεικνύουν τα δεδομένα σε περιεκτικές, εύληπτες και αναβαθμισμένες πληροφορίες.

Περιεχόμενα 3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 11 ΜΕΡΟΣ Α: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ GIS ΣΥΝΑΦΗ ΕΡΓΑΛΕΙΑ... 15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές Έννοιες... 16 Α.1.1. Σύντομη Ιστορική Αναδρομή... 16 Α.1.2. Βασικές Αρχές Λειτουργίας... 18 Α.1.3. Πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μεθόδων... 20 Α.1.4. Είδη Γεωγραφικών Δεδομένων... 23 Α.1.5. Είδη Απεικόνισης... 28 Διανυσματικό Μοντέλο (Vector)... 28 Εικονοκυτταρικό ή Ψηφιδωτό Μοντέλο (Raster)... 32 Μετατροπή από Vector σε Raster... 33 Μετατροπή από Raster σε Vector... 35 Σύγκριση Διανυσματικών και Ψηφιδωτών μοντέλων... 37 Α.1.6. Γενικά Χαρακτηριστικά... 39

4 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Α.1.7. Κατηγορίες Γεωγραφικών Εφαρμογών... 43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο: Μοντελοποίηση Δεδομένων... 45 Α.2.1. Μοντέλα δημιουργίας τριμεταβλητού κανάβου... 45 Μέθοδος Αντίστροφων Αποστάσεων (Inverse Distance Weighting)... 45 Μέθοδος Τετράπλευρης Παρεμβολής (Rectangular-bilinear Interpolation)... 49 Μέθοδος Τριγωνικής προσομοίωσης με Εξομάλυνση (Triangulation with Smoothing)... 51 Μέθοδος Φυσικής Γειτονικής Παρεμβολής (Natural Neighbour Interpolation)... 54 Α.2.2. Δημιουργία Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους... 56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: Δορυφορικός Ανιχνευτής Στίγματος (G.P.S.)... 59 Α.3.1. Σύντομη Ιστορική Αναδρομή... 59 Α.3.2. Τρόπος λειτουργίας των G.P.S.... 61 Α.3.3. Ακρίβεια Εντοπισμού Θέσης... 67 Α.3.4. Εφαρμογές G.P.S.... 73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο : Δικτυακά G.I.S.... 75 Α.4.1. Αρχές Λειτουργίας... 75 Περιβάλλον Λειτουργίας MapXtreme... 75 Διαδικασία Publish... 78

Περιεχόμενα 5 Επικοινωνία χρήστη web server... 80 Α.4.2. Βήματα που οδήγησαν στην Java TM.... 83 Α.4.3. Η πλατφόρμα ανάπτυξης της Java... 84 Α.4.4. Java και Ασφάλεια δικτύου... 88 ΜΕΡΟΣ B: GIS: ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ... 89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο: Δυνατότητες & Λειτουργίες των G.I.S. 91 B.1.1. Επίπεδα Πληροφορίας - Layers... 91 B.1.2. Εισαγωγή Δεδομένων Δημιουργία ενός επιπέδου πληροφορίας... 99 Ψηφιοποίηση από την οθόνη του υπολογιστή... 102 Ψηφιοποίηση μέσω ψηφιοποιητή... 109 B.1.3. Ανίχνευση και διόρθωση προβλημάτων ψηφιοποίησης 112 B.1.4. Αυτόματη δημιουργία σημειακών δεδομένων... 118 B.1.5. Μορφοποίηση γεωγραφικών δεδομένων... 121 Μορφοποίηση κειμένου... 124 Μορφοποίηση σημειακών αντικειμένων... 132 Μορφοποίηση γραμμικών χαρακτηριστικών... 137 Μορφοποίηση επιφανειακών χαρακτηριστικών... 141 Γεωγραφικές λειτουργίες... 146 Συνένωση γεωγραφικών οντοτήτων - Combine... 147

6 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Τακτοποίηση επιπέδου πληροφορίας Pack Table... 149 Διαχωρισμός - Split... 151 Αφαίρεση γεωγραφικών αντικειμένων εντός ή εκτός μιας περιοχής Erase ή Erase Outside... 153 Εγκλεισμός γεωγραφικών αντικειμένων εντός επιφανείας Convex Hull... 156 Β.1.6. Γεωγραφική Βάση Δεδομένων... 158 Εσωτερική Βάση Δεδομένων... 160 Εξωτερική Βάση Δεδομένων... 165 DBMS και συνδεδεμένα (Linked) επίπεδα πληροφορίας... 165 Live Access Αρχεία... 166 Διαχείριση Access βάσης δεδομένων... 167 Δημιουργία νέων πηγών δεδομένων (Creating New Data Sources)... 169 B.1.7. Χαρτογραφικές Προβολές... 170 B.1.8. Καθορισμός κλίμακας... 175 B.1.9. Μετατροπή μονάδων μέτρησης... 178 Σφαιρική... 183 Καρτεσιανό... 184 B.1.10. Buffer... 185 Β.1.11. Selections... 191

Περιεχόμενα 7 B.1.12. Γεωγραφικές αναζητήσεις... 204 Β.1.13. SQL Γεωγραφικές αναζητήσεις... 216 SQL εξωτερικές αναζητήσεις / συνενώσεις... 226 Instr... 229 RowID... 231 Εύρεση των διπλών αναγραφών σε μία στήλη... 232 Υπολογισμός της απόστασης από ένα καθορισμένο σημείο... 234 B.1.14. Εύρεση αντικειμένων... 235 B.1.15. Γεωκωδικοποίηση... 242 Διασκορπισμός σημείων... 253 B.1.16. Στατιστική ανάλυση... 258 B.1.17. Θεματική χαρτογραφία... 271 Ranges / Διαστήματα Τιμών... 275 Bar Charts / Ραβδογράμματα... 288 Pie Charts / Κυκλικά διαγράμματα... 292 Graduated / Μεταβλητού μεγέθους σύμβολα... 296 Dot Density / Πυκνότητα σημείων... 299 Individual Values / Μοναδικές τιμές... 301 Grid... 310 Β.1.18. Δημιουργία Layout... 314

8 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο: Επεξεργασία Ανάπτυξη τριμεταβλητών δεδομένων... 341 B.2.1. Εμφάνιση αρχείων κανάβου (Grid Files)... 341 B.2.2. Δημιουργία τρισδιάστατων (3D) αναπαραστάσεων με τη χρήση του GridView... 346 Making 3D Drape Files... 347 Run 3D Viewer... 349 B.2.3. Dictionary Editor... 352 B.2.4. Το εργαλείο Grid Info... 355 B.2.5. Το εργαλείο Region Info... 357 Β.2.6. Το Button Πληροφορίας του Διαχειριστή Κανάβου (Grid Manager)... 359 B.2.7. Το παράθυρο Γραφημάτων (Graph Window)... 363 B.2.8. Χάραξη Ισοπληθών καμπυλών... 371 B.2.9. Στατιστική & Συναθροιστική Επεξεργασία των δεδομένων... 382 B.2.10. Ανάλυση Natural Neighbourhood... 400 Β.2.11. Δημιουργία τοπογραφικών τομών... 402 B.2.12. Υπολογισμός ορατότητας από σημείο σε σημείο... 404 Β.2.13. Viewshed... 409 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: Δικτυακό GIS... 415 B.3.1. Οργάνωση Δεδομένων... 415

Περιεχόμενα 9 B.3.2. Η λειτουργία της Εφαρμογής του Δικτυακού GIS... 417 B.3.3. Περιγραφή του Περιβάλλοντος Εργασίας... 418 B.3.4. Η περιοχή εντοπισμού (locator)... 425 B.3.5. Έλεγχος επιπέδων πληροφορίας (Layer control)... 427 Β.3.6. Ο δεσμός (link) Βάση δεδομένων... 430 B.3.7. Περιγραφή θεματικής χαρτογραφίας του δικτυακού GIS... 434 B.3.8. Τα κουμπιά ελέγχου (control buttons) του δικτυακού GIS... 440 B.3.9. Το Κύριο Πλαίσιο της Εφαρμογής... 446 Η γραμμή εργαλείων (tool bar) του χάρτη του δικτυακού GIS. 446 Το Παράθυρο του χάρτη (Map Window)... 451 Το Πλαίσιο Κλίμακας (Zoom Box)... 452 Το Πλαίσιο Μέτρησης Αποστάσεων (Distance Meter Box)... 452 B.3.10. Χρήσιμες Συμβουλές... 453 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 455

GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο 11 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η αθρόα παραγωγή της γνώσης που λαμβάνει χώρα σήμερα σε κάθε τομέα της επιστήμης και τεχνολογίας απαιτεί προσφορότερους τρόπους όχι μόνο παρουσίασής της και διακίνησής της, αλλά, κυρίως, διαχείρισής της και αξιοποίησής της, πολλές φορές και από αποδέκτες μη ειδικούς. Αυτό, φυσικά, παλαιότερα δεν ήταν νοητό. Δεν μπορούσαμε, για παράδειγμα, να κατασκευάσουμε ένα χάρτη, χωρίς να έχουμε γνώσεις χαρτογραφίας ούτε να τεκμηριώσουμε τα αποτελέσματά μας με μια στατιστική επεξεργασία, αν δεν είχαμε επαρκείς γνώσεις στατιστικής. Σήμερα, τα πράγματα άλλαξαν, διαθέτουμε στο οπλοστάσιό μας εργαλεία και μεθοδολογίες που μας βοηθούν και τη γνώση να χειριστούμε και να την αξιοποιήσουμε με βέλτιστο τρόπο και τα προϊόντα της εκάστοτε μελέτης μας να παρουσιάσουμε με κομψό, εποπτικό και γρήγορο τρόπο. Πρωταρχικό ρόλο για τις δυνατότητες αυτές παίζουν οι νέες τεχνολογίες. Η χρήση τους σε όλους σχεδόν τους επιστημονικούς και τεχνολογικούς κλάδους αναβαθμίζει την ποιότητα της εκάστοτε μελέτης και δίνει καινούργιες προοπτικές, αφού τα συμπεράσματα απορρέουν από πληρέστερη και ακριβέστερη τεκμηρίωση. Η Διαστημική Επιστήμη έχει συνδέσει τα επιτεύγματά της με την πρόοδο των νέων τεχνολογιών. Ως συγκοινωνούντα δοχεία, η πρόοδος στους κλάδους της Πληροφορικής δίνει καινούργια ώθηση στη Διαστημική. Από την άλλη μεριά ο τεράστιος όγκος πληροφοριών που προσκομίζει η Διαστημική τεχνολογία, μέσω των δορυφόρων καταγραφής φυσικών πόρων και των άλλων επιστημονικών δορυφόρων, αναμένει διαχείριση και αξιοποίηση. Ένα εξαιρετικό εργαλείο αποθήκευσης, διαχείρισης, ανάλυσης και παρουσίασης της πληροφορίας αποτελούν τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Με τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών, τα οποία εμπεριέχουν μαθηματικές και στατιστικές μεθοδολογίες και στα οποία ενσωματώνονται χαρτογραφικές τεχνικές και εισάγονται τα

12 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο προς επεξεργασία δεδομένα, μπορεί να γίνει η διαχείριση της πληροφορίας κατά τον καλύτερο τρόπο και έτσι να καταστεί πληρέστερη η εξαγωγή των συμπερασμάτων. Η Τηλεανίχνευση, που έλαβε σάρκα και οστά με την πρόοδο της Διαστημικής Επιστήμης και Τεχνολογίας, συνδέεται στενά με τους κλάδους της Πληροφορικής και ιδιαίτερα με τα Γ.Σ.Π. Για το λόγο αυτό, στο βιβλίο μου : «Εφαρμογές της Διαστημικής Επιστήμης και Τεχνολογίας και Στοιχεία του Πλανητικού Συστήματος» που διδάσκω, στα πλαίσια του ομωνύμου μαθήματος του Ζ εξαμήνου, στους φοιτητές του Τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Αθηνών, έχω συμπεριλάβει θεματική ενότητα στην οποία αναπτύσσονται, συνοπτικά όμως και σε θεωρητικό επίπεδο, τα Γ.Σ.Π. Θεωρώ απαραίτητη την εξοικείωση των φοιτητών μας με τα Γ.Σ.Π, γιατί πιστεύω ότι θα τους βοηθήσει να διαχειρίζονται, να αναλύουν και να παρουσιάζουν κατά τον προσφορότερο τρόπο τα δεδομένα τους και να αποτυπώνουν τα τελικά προϊόντα της μελέτης τους (θεματικούς χάρτες, κ.λπ.) με εύκολο, κομψό και εποπτικό τρόπο. Εξάλλου, η αγορά εργασίας, σήμερα, απαιτεί, όλο και περισσότερο, εξειδικεύσεις στις τεχνολογίες αιχμής. Αποδεδειγμένα, οι έχοντες καλές γνώσεις γύρω από γνωστικά πεδία της Πληροφορικής έχουν περισσότερες ευκαιρίες για επαγγελματική απασχόληση. Θεωρώ, ότι ένα πανεπιστημιακό σύγγραμμα γίνεται χρησιμότερο, αν πέραν από τη θεωρητική γνώση που προσφέρει, δίνει προοπτικές και για τις πρακτικές εφαρμογές στα γνωστικά πεδία που πραγματεύεται. Το παρόν βιβλίο, αρχικά, γράφτηκε για να συμπληρώσει την ύλη για τις απαιτήσεις του μαθήματος των Εφαρμογών της Διαστημικής Επιστήμης και Τεχνολογίας. Με την εφαρμογή όμως, από το Ακαδ. Έτος 2003-04, του νέου προγράμματος σπουδών στο Τμήμα Γεωλογίας, μπορεί να αποτελέσει συμπληρωματικό διδακτικό βιβλίο για το υποχρεωτικό μάθημα : «Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών» που διδάσκεται στο Β εξάμηνο σπουδών. Ευελπιστώ, ότι θα αποβεί ένα χρήσιμο βοήθημα στους φοιτητές και στους νέους ερευνητές που ενδιαφέρονται να μυηθούν στα Γ.Σ.Π.

GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο 13 Η ύλη του και από άποψη διάταξης, αλλά και περιεχομένου έχει σχεδιαστεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να προσφέρει στον αναγνώστη, πέραν από τις θεωρητικές γνώσεις και τη δυνατότητα της πρακτικής χρησιμοποίησης ενός Γ.Σ.Π. με παραγωγικό τρόπο. Γενικά, η δομή του βιβλίου διέπεται από τη φιλοσοφία : να ενθαρρύνει και να καθιστά εφικτή την αυτοδιδασκαλία, για το τμήμα του μαθήματος που αφορά στα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Το βιβλίο συνέγραψα με τους συνεργάτες μου στο Εργαστήριο Τηλεανίχνευσης Ανδρέα Βασιλόπουλο και Νίκη Ευελπίδου, διδάκτορες του Τμήματος Γεωλογίας, τους οποίους συγχαίρω για τη γόνιμη παρουσία τους στο Εργαστήριο Τηλεανίχνευσης και τους ευχαριστώ για την προθυμία που δείχνουν, ώστε το Εργαστήριο να βρίσκεται, σε καθημερινή βάση και μέσα σε ευρέα χρονικά πλαίσια, σε επιχειρησιακή ετοιμότητα. Ευπρόσδεκτες θα είναι οι όποιες παρατηρήσεις και υποδείξεις των αναγνωστών, που τυχόν μας γνωστοποιηθούν, ώστε να ληφθούν υπόψη σε μεταγενέστερη έκδοση. Αθήνα, Μάϊος 2004 Δημήτρης Αρ. Βαϊόπουλος

GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο 15 ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ GIS - ΣΥΝΑΦΗ ΕΡΓΑΛΕΙΑ

16 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο Γενικά χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες A.1.1.Σύντομη Ιστορική Αναδρομή Η ανάγκη του ανθρώπου για συστηματική καταγραφή και ταξινόμηση των ιδιαίτερων στοιχείων της γήινης επιφάνειας, καθώς και η αναγκαιότητα διάθεσης ειδικών πληροφοριών που αφορούσαν στη γήινη επιφάνεια, ήταν οι αιτίες που οδήγησαν στην κατασκευή των πρώτων χαρτών, που απετέλεσαν την πρόδρομη μορφή των G.I.S.. Η ανάπτυξη μεθόδων λήψης και ανάλυσης αεροφωτογραφιών και αργότερα δορυφορικών εικόνων είχαν ως αποτέλεσμα τη χαρτογράφηση με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι τα προηγούμενα χρόνια. Οι μέθοδοι αυτές έδωσαν στους επιστήμονες τεράστιες δυνατότητες όχι απλώς για έρευνα, αλλά και για σημαντική αύξηση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων που προέκυπταν από αυτή. Η πρώτη προσπάθεια για συστηματική χρησιμοποίηση των χαρτογραφικών δεδομένων έγινε κατά τη διάρκεια των δεκαετιών του 60 και του 70. Ιδιαίτερα, οι σχεδιαστές και οι αρχιτέκτονες στις Η.Π.Α. συνειδητοποίησαν ότι τα δεδομένα που προέρχονται από διαφορετικές πρωτογενείς έρευνες, μπορούν να συνδυαστούν και να ενοποιηθούν

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 17 επικαλύπτοντας διαφανή αντίγραφα χαρτών σε μία φωτεινή τράπεζα. Ο πιο γνωστός υποστηρικτής της απλής αυτής τεχνικής ήταν ο αμερικανός αρχιτέκτονας Ian McHarg. Η πρώτη οργανωμένη προσπάθεια χρησιμοποίησης των χαρτογραφικών δεδομένων από ηλεκτρονικό υπολογιστή έγινε από τον Howard T. Fisher, το 1963. Το πρόγραμμα του Fisher ονομάστηκε SYMAP (SYnagraphic MAPping system) και δημιουργούσε απλούς χάρτες τυπώνοντας στατιστικές τιμές πάνω σε έναν κάναβο, ενώ τα αποτελέσματα προβάλλονταν με πολλούς τρόπους χρησιμοποιώντας διαδοχικές γραμμικές εκτυπώσεις για την παραγωγή κατάλληλων αποχρώσεων του γκρι. Το πρόγραμμα SYMAP ακολουθήθηκε από μία σειρά άλλων προγραμμάτων χαρτογράφησης, όπως το GRID και το IMGRID, που είχαν τη δυνατότητα να χρωματίζουν και να σκιαγραφούν επιφάνειες με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται με τη χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών ό,τι επετύγχανε ο McHarg με τις διαφανείς επικαλύψεις. Από τότε μία σειρά εξελίξεων, όχι μόνο στα λογισμικά αυτά αλλά και στην τεχνολογία των υπολογιστών, είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία νέων συστημάτων ολοένα πιο ισχυρών που χειρίζονται, αναλύουν και παρουσιάζουν, γεωγραφικής φύσεως πληροφορίες. Για το λόγο αυτό ονομάστηκαν Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (G.I.S.) και χρησιμοποιήθηκαν από ένα ευρύ κοινό επιστημόνων, ποικίλων ειδικοτήτων, που συνεχώς αυξάνεται. Σήμερα, υπάρχουν στην αγορά G.I.S., που έχουν αναπτυχθεί από διαφορετικές εταιρείες, όμως όλα λειτουργούν με βάση την ίδια φιλοσοφία και τις ίδιες αρχές, έχουν παρόμοιες δυνατότητες και τηρούν συγκεκριμένα πρότυπα που υπαγορεύονται από τη διεθνή οργάνωση Open G.I.S.. Μερικά από τα πιο γνωστά λογισμικά GIS είναι το ArcInfo, το ArcView, το MapInfo, το Idrisi, το Elwis, και το Microstation.

18 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο A.1.2.Βασικές Αρχές Λειτουργίας Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (Geographical Information Systems - G.I.S.) είναι λογισμικά που αξιοποιούν τις δυνατότητες των υπολογιστών για αποθήκευση, ανάλυση, διαχείριση και παρουσίαση των δεδομένων που συνδέονται άμεσα ή έμμεσα με τη γεωγραφική κατανομή. Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών θα πρέπει να θεωρηθούν κάτι παραπάνω από μέσα κωδικοποίησης, αποθήκευσης και ανάκτησης δεδομένων σχετικών με τις ιδιότητες της γήινης επιφάνειας που ο χρήστης έχει δυνατότητα να τα μετατρέπει, να τα διαχειρίζεται και να τα απεικονίζει τόσο με μορφή διαγραμμάτων όσο και μορφή χαρτών. Τα G.I.S. μπορούν να χρησιμεύσουν στη δημιουργία δοκιμαστικών μοντέλων για τη μελέτη περιβαλλοντικών διαδικασιών, την ανάλυση των αποτελεσμάτων των τάσεων, τη μελέτη των πιθανών συνεπειών ενός σχεδιασμού, κ.ά. Για παράδειγμα, στις περιβαλλοντικές μελέτες, χρησιμοποιώντας τα G.I.S., είναι δυνατή η εξερεύνηση μίας σειράς πιθανών σεναρίων και η κατανόηση των επιπτώσεων πιθανών ενεργειών, πριν αυτές πραγματοποιηθούν και δημιουργήσουν ανεπανόρθωτες δυσμενείς συνέπειες στο περιβάλλον. Κατά καιρούς έχουν παρομοιαστεί με ηλεκτρονικούς χάρτες πολλαπλών πληροφοριών, οι οποίοι έχουν τη δυνατότητα να υπερθέτουν τις πληροφορίες με μορφή διαφανών επιπέδων (layers), ενώ στοιχεία του ενός επιπέδου μπορούν να αναλυθούν / συσχετιστούν με στοιχεία άλλων επιπέδων πληροφορίας. Τα G.I.S. αποτελούνται από τρία τμήματα: -Το πρώτο τμήμα αφορά στη γεωγραφική παρουσίαση των δεδομένων με μορφή χαρτών, είτε σε ψηφιακή είτε σε έντυπη μορφή. Αναλαμβάνει τις εξειδικευμένες αναζητήσεις, είτε γεωγραφικής

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 19 φύσης είτε σχετικών με τη βάση δεδομένων και τις τροποποιήσεις βάσει καθορισμένων χαρακτηριστικών. -Το δεύτερο τμήμα είναι μία βάση δεδομένων, η οποία περιέχει πληροφορίες για τα αντικείμενα (objects) που απεικονίζονται γεωγραφικά και παρουσιάζονται στο παράθυρο του χάρτη ή αποτελούν απλές αναγραφές της βάσης δεδομένων και μπορούν να παρουσιαστούν με μορφή πίνακα. Η βάση δεδομένων μπορεί να είναι είτε εσωτερική, του εκάστοτε G.I.S. λογισμικού, είτε εξωτερική, συνδεόμενη με το G.I.S. μέσω ODBC (Open DataBase Connectivity) drivers (Οδηγών σύνδεσης με ανοικτές βάσεις δεδομένων). -Το τρίτο τμήμα αφορά στη γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη πρόσθετων λειτουργιών για εξειδικευμένες εφαρμογές, όπως, για παράδειγμα, την αυτοματοποιημένη εύρεση βέλτιστων θέσεων εγκατάστασης Χ.Υ.Τ.Α. (Χώρου Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων), βάσει κριτηρίων που ο χρήστης θέτει κατά την εκτέλεση του αλγορίθμου.

20 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Α.1.3.Πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μεθόδων Σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους συλλογής, καταχώρισης, οργάνωσης και επεξεργασίας, χωρικής φύσεως δεδομένων, τα G.I.S. παρουσιάζουν πλήθος πλεονεκτημάτων: -Μεγάλη ακρίβεια, λόγω του ψηφιακού τρόπου εισαγωγής, αποθήκευσης και διαχείρισης των δεδομένων. -Γρήγορη, άμεση και φθηνή παραγωγή / αναπαραγωγή χαρτών ακόμα και σε περιορισμένο αριθμό αντιγράφων. -Δυνατότητα πειραματισμού σε γραφικές παρουσιάσεις των ίδιων δεδομένων. -Δυνατότητα συνδυασμού πολλαπλών επιπέδων πληροφορίας, τόσο κατά την παρουσίαση, όσο και κατά τις αναζητήσεις. -Περιορισμό της αναγκαιότητας χρήσης έντυπων χαρτών και αναλογικών δεδομένων, γιατί τα GIS διατηρούν μεγάλη ποσότητα δεδομένων σε ψηφιακή μορφή έτοιμων να χρησιμοποιηθούν κάθε στιγμή. -Διευκόλυνση των αναλύσεων των δεδομένων που απαιτούν αλληλεπίδραση μεταξύ των στατιστικών αναλύσεων και της χαρτογράφησης.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 21 -Δυνατότητα δημιουργίας χαρτών που είναι δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να δημιουργηθούν με το χέρι, όπως είναι οι τρισδιάστατοι, οι στερεοσκοπικής παρατήρησης και οι χάρτες ελέγχου ορατότητας. -Δυνατότητα της επιδιόρθωσης και προσθήκης δεδομένων ανά πάσα στιγμή. -Σημαντική μείωση της ποσότητας των πολλαπλά αποθηκευμένων στοιχείων. Έτσι, οι καταγραφές που περιέχουν ένα μεγάλο αριθμό όμοιων στοιχείων μπορούν να ενωθούν και να αποτελέσουν ένα μόνο αρχείο, έτσι ώστε κάθε πληροφορία να αποθηκεύεται μία μόνο φορά. -Ελάττωση της ύπαρξης ασυμφωνιών που προκύπτουν, όταν η ίδια πληροφορία καταχωρίζεται με διαφορετικές τιμές σε διαφορετικές υπηρεσίες. -Συστηματοποίηση των δεδομένων με βάση τις προδιαγραφές συλλογής, αποθήκευσης και απεικόνισης. -Συνεχή πληροφόρηση και ερμηνεία των στοιχείων σε συνδυασμό με τη συνεχή ενημέρωση, ανταλλαγή πληροφοριών και ευκολότερη διανομή στους χρήστες. -Παροχή ασφάλειας και προστασίας των στοιχείων από καταστροφές καθώς και εύκολη αποκατάσταση των προβλημάτων. -Παροχή ασφάλειας, σε ό,τι αφορά στην τροποποίηση δεδομένων από μη εξουσιοδοτημένα άτομα.

22 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο -Σύνδεση με συσκευές G.P.S. (Global Positioning System) που παρέχουν τη δυνατότητα εντοπισμού της θέσης του χρήστη στο ύπαιθρο. -Γρηγορότερη και εύκολα παραμετροποιήσιμη δημιουργία χαρτών. -Είναι επιτρεπτός ο πειραματισμός σε γραφικές παρουσιάσεις των ίδιων δεδομένων. -Εξυπηρέτηση πολλαπλών χρηστών με εξειδικευμένες ανάγκες που πολλές φορές έχουν εντελώς διαφορετικές απαιτήσεις ως προς το είδος και την ακρίβεια των πληροφοριών που χρειάζονται. -Τυποποίηση των δεδομένων ως προς τις προδιαγραφές συγκέντρωσης και αποθήκευσης.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 23 Α.1.4. Είδη Γεωγραφικών εδομένων Σε ένα G.I.S. καταχωρίζονται πολλά είδη δεδομένων που αφορούν σε αντικείμενα, φαινόμενα ή μεγέθη. Τα δεδομένα αυτά μπορούν να διακριθούν σε δύο κύριες κατηγορίες: -Τα χωρικά δεδομένα, όπως, για παράδειγμα, γεωγραφική θέση, μορφή, μέγεθος, κτλ. και -Τα ποιοτικά, θεματικά ή περιγραφικά δεδομένα που αφορούν σε τιμές και χαρακτηριστικά, τα οποία χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες: Ονομαστική (nominal) Τακτική (ordinal) Κατά διαστήματα (interval) Είναι ποιοτική μη αριθμητική κλίμακα. Τα δεδομένα διαχωρίζονται με βάση τα πραγματικά χαρακτηριστικά τους. Για παράδειγμα, η ιδιότητα "Χρήση γης" μπορεί να πάρει τις τιμές αστική, αγροτική, δασική, κτλ. Είναι ονομαστική κλίμακα αλλά με σειρά, που σημαίνει ότι τα δεδομένα κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με κάποια τακτική διάταξη. Ένα παράδειγμα είναι η ιδιότητα "Μέγεθος" που μπορεί να πάρει τις τιμές: μικρή, μεσαία, μεγάλη, κτλ. Παράδειγμα αυτής της κατηγορίας δεδομένων είναι η επικινδυνότητα διάβρωσης που λαμβάνει τις τιμές: πολύ χαμηλή, χαμηλή, μέση και υψηλή. Είναι μία τακτική κλίμακα αλλά με αριθμούς. Τα χαρακτηριστικά κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με την σχέση τους ως προς ένα μέγεθος αναφοράς. Ένα παράδειγμα είναι το "Εμβαδόν", το οποίο παίρνει τιμές που μετριούνται σε τετραγωνικά μέτρα ή χιλιόμετρα.

24 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Αναλογική (ratio) Είναι μία κλίμακα με ένα απόλυτο μηδενικό σημείο έναρξης. Ένα παράδειγμα είναι το "Υψόμετρο", το οποίο μετριέται σε μέτρα και η μέτρηση αρχίζει από την επιφάνεια της θάλασσας, όπου το υψόμετρο είναι μηδέν (0). Περαιτέρω, τα δεδομένα ενός G.I.S., ανάλογα με τη φύση τους διακρίνονται σε διακριτά ή αριθμητικά (όπως ο πληθυσμός και οι χρήσεις γης) και συνεχή ή αναλογικά (όπως το υψόμετρο και οι μορφολογικές κλίσεις). Ανάλογα με τις διαστάσεις τους στο χώρο, τα δεδομένα διακρίνονται σε (Εικ. A.1.4.1) σημειακά (όπως οι οικισμοί, τα υψομετρικά σημεία, κτλ.), γραμμικά (όπως οι δρόμοι, το αποχετευτικό δίκτυο, το υδρογραφικό δίκτυο, τα ρήγματα, κτλ.) και επιφανειακά (όπως οι χρήσεις γης, τα οικοδομικά τετράγωνα ενός οικισμού, οι υδρογραφικές λεκάνες, οι γεωλογικοί σχηματισμοί, κτλ.). Ένα σημείο θεωρείται ότι έχει μηδενικές διαστάσεις, μία ευθεία που ενώνει δύο σημεία έχει μία διάσταση, ενώ μία επιφάνεια που αποτελείται από ένα κλειστό σύνολο πολυγωνικών γραμμών έχει δύο διαστάσεις. Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να αναφερθεί, ότι το είδος του αντικειμένου εξαρτάται και από την κλίμακα που χρησιμοποιείται. Έτσι, ενώ σε σχετικά μεγάλη κλίμακα η νήσος Σαντορίνη μπορεί να περιλαμβάνει σημειακά, γραμμικά και επιφανειακά δεδομένα, σε μικρή κλίμακα δεν είναι δυνατή η λεπτομερειακή απεικόνιση των δεδομένων (Εικ A.1.4.2α,β). Είναι προφανές, ότι σε χαρτογραφικές απεικονίσεις που γίνονται με πολύ μικρή κλίμακα, η συντριπτική πλειονότητα των γεωγραφικών δεδομένων, που σε άλλη περίπτωση θα αποτελείτο από όλα τα είδη των χωρικών δεδομένων (σημειακά, γραμμικά, επιφανειακά), απεικονίζεται αναγκαστικά και κατά σύμβαση ως σημειακό στοιχείο.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 25 Εικ A.1.4.1:Σημειακά, γραμμικά και επιφανειακά δεδομένα τοποθετημένα σε επίπεδα πληροφορίας, όπως καθορίζεται από την λογική των GIS.

26 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Εικ A.1.4.2α: Σε σχετικά μεγάλη κλίμακα η νήσος Σαντορίνη περιλαμβάνει επιφανειακά, γραμμικά και σημειακά δεδομένα.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 27 0 17.5 Km 35 Εικ A.1.4.2β: Σε μικρή κλίμακα δεν είναι δυνατή η απεικόνιση σημειακών και γραμμικών πληροφοριών στη νήσο Σαντορίνη.

28 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Α.1.5. Είδη Απεικόνισης Βάσει του τρόπου καταχώρισης και επεξεργασίας των χαρτογραφικών στοιχείων, τα G.I.S. χωρίζονται σε Raster (εικονοκυτταρικά) και Vector (διανυσματικά). Τα δύο είδη απεικόνισης έχουν μεγάλες μεταξύ τους διαφορές τόσο σε ό,τι αφορά στην αρχή λειτουργίας τους, όσο και στις ιδιότητές τους. Παρόλα αυτά, πολλά σύγχρονα G.I.S. έχουν αλγόριθμους μετατροπής από τον έναν τύπο στον άλλο, ενώ υπάρχουν και λογισμικά μετατροπής δεδομένων από Raster σε Vector και αντιστρόφως. Διανυσματικό Μοντέλο (Vector) Η αρχή λειτουργίας των Vector δεδομένων είναι ότι τα γεωγραφικά δεδομένα αντιπροσωπεύονται από σημεία, γραμμές και επιφάνειες πάνω σε ένα ή περισσότερα επίπεδα πληροφορίας. Κάθε ένα από τα αντικείμενα για να εισαχθεί στο GIS πρέπει να καθοριστεί η φύση του (π.χ., γραμμή), στη συνέχεια η θέση του στο χώρο μέσω των συντεταγμένων του αρχικού (x 1, y 1 ) και τελικού σημείου (x 2, y 2 ), τα σημεία αλλαγής της διεύθυνσης της γραμμής που ονομάζονται κόμβοι (nodes) και τα σημεία από τα οποία αποτελείται. -Σημεία: Τα σημεία είναι ο απλούστερος τρόπος απεικόνισης αντικειμένων στο χώρο. Η διάστασή τους είναι μηδενική και η θέση τους στο χώρο προσδιορίζεται με τη χρήση, είτε απόλυτων, είτε σχετικών συντεταγμένων, δηλαδή σε σχέση με κάποιο τοπικό σύστημα αναφοράς. -Γραμμές: Οι γραμμές χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση πολλών γραμμικών μορφών, όπως ρήγματα, δρόμοι, υδρογραφικό δίκτυο,

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 29 γραμμές κίνησης τεμαχών ή ακόμη και λιθοσφαιρικών πλακών, δίκτυα ποικίλων μορφών, κτλ. Οι γραμμές (σύνδεσμοι) που εισάγονται σε ένα γεωγραφικό σύστημα ενώνονται μεταξύ τους μέσω των κόμβων (nodes). Για δίκτυα όπου υπάρχουν πολλές συνδέσεις, όπως συμβαίνει στην απεικόνιση ποτάμιων συστημάτων, όπου για παράδειγμα κλάδοι 1ης τάξης ενώνονται για να δώσουν κλάδους 2ας τάξης, κλάδοι 2ας τάξης ενώνονται μεταξύ τους για να δώσουν κλάδους 3 ης τάξης κ.ο.κ., υπάρχουν δύο κύριες δυνατότητες για τη μορφή της κωδικοποίησης, η επιλογή της οποίας εξαρτάται από το αν το ενδιαφέρον εστιάζεται περισσότερο σε κόμβους ή συνδέσμους. Εάν ενδιαφέρουν κυρίως οι κόμβοι, τότε μπορεί να δημιουργηθεί ένα αρχείο στο οποίο να καταγράφεται η αρίθμηση των κόμβων, οι συντεταγμένες τους (x, y) και οι αριθμοί των συνδέσμων με τους οποίους καθένας σχετίζεται. Όταν δίνεται έμφαση στους συνδέσμους, κάτι που συμβαίνει σε περιπτώσεις που ενδιαφέρει και η κατεύθυνσή τους, τότε καταγράφεται ο αριθμός της γραμμής, του αρχικού και του τελικού της σημείου. Τα δίκτυα στα οποία δύο κόμβοι ενώνονται με μία ευθεία γραμμή, αναφέρονται στη βιβλιογραφία και ως "Πλήρως Συνδεδεμένα Δίκτυα". Υπάρχει, βέβαια, και η περίπτωση του συνδυασμού των δύο παραπάνω περιπτώσεων, έτσι ώστε το γεωγραφικό μοντέλο να αποτελείται από δύο αρχεία: ένα αρχείο συνδέσμων και ένα αρχείο κόμβων. -Επιφάνειες: Υπάρχουν πολλοί τρόποι απεικόνισης επιφανειών, ο απλούστερος των οποίων είναι το μοντέλο Spaghetti που χρησιμοποιείται στις πιο απλές μορφές αυτοματοποιημένης χαρτογράφησης. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό για κάθε πολύγωνο της περιοχής ενδιαφέροντος δημιουργείται ένα αρχείο, όπου καταχωρίζονται με τη σειρά οι συντεταγμένες κάθε σημείου που έχει εισαχθεί για να καθορίσει την πολυγωνική επιφάνεια. Με αυτόν τον τρόπο το δισδιάστατο μοντέλο ενός χάρτη μετατρέπεται σε μονοδιάστατο. Το βασικό μειονέκτημα αυτού του μοντέλου είναι η καταγραφή παραπάνω από μία φορές των συντεταγμένων των σημείων που ανήκουν σε γραμμές, οι οποίες με τη σειρά τους ανήκουν σε γειτονικά πολύγωνα.

30 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Άλλα ευρείας χρήσης μοντέλα απεικόνισης επιφανειών είναι το μοντέλο κωδικών αλυσίδων (Chain code) και το τοπολογικό μοντέλο (Topological). - Στο μοντέλο κωδικών αλυσίδων καταγράφεται η θέση ενός αρχικού σημείου και, στη συνέχεια, οι θέσεις των επόμενων σημείων καταγράφονται σε σχέση με την απόστασή τους από το αρχικό. Με τον τρόπο αυτόν κωδικοποιούνται τα γραμμικά στοιχεία μέσω των συντεταγμένων του αρχικού σημείου της γραμμής. Το μοντέλο αυτό χρησιμοποιείται ευρέως για την απεικόνιση οδικού δικτύου, δικτύου απορροής κ.ά., με βασικό πλεονέκτημά του την ευκολία μετατροπής των ήδη εισηγμένων δεδομένων του, στη μορφή που απαιτούν τα άλλα μοντέλα. -Το τοπολογικό μοντέλο αποτελεί το συνηθέστερο τρόπο οργάνωσης των γεωγραφικών στοιχείων και διατηρεί τις χωρικές σχέσεις ανάμεσα στα διαφορετικά αντικείμενα και φαινόμενα που καταχωρίζονται στο σύστημα. Η οργάνωση γίνεται με τη χρησιμοποίηση των κόμβων και περιλαμβάνονται οι συντεταγμένες τους. Κατασκευάζεται ένα αρχείο πολυγώνων, όπου με μονάδα τη γραμμή καταχωρίζεται η αρχή και το τέλος της, καθώς και τα πολύγωνα που βρίσκονται εκατέρωθεν αυτής. Παραδείγματα Vector δεδομένων σε γραφικά λογισμικά ευρείας χρήσης, όπως είναι το PowerPoint, είναι τα ανεξάρτητα γραφικά αντικείμενα που σχεδιάζονται και τα οποία μπορούν να υποστούν μεταβολές ως προς το μέγεθός τους, τη διεύθυνσή τους, κτλ. Τα Vector δεδομένα των GIS έχουν την ίδια γραφική απεικόνιση με τα Vector δεδομένα των γραφικών λογισμικών, με τη διαφορά ότι στα GIS καταγράφεται η τοπολογία, γεγονός που μπορεί να λάβει χώρα με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Για παράδειγμα, στο λογισμικό ArcInfo η βάση της τοπολογίας είναι η γραμμή (arc). Ένας χάρτης που περιέχει οδικούς άξονες και πόλεις μπορεί κάλλιστα να αναπαρασταθεί μέσω Vector μοντέλου, δεδομένου ότι πληροφορία που

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 31 αφορά στον κενό χώρο μεταξύ των γραμμών που αποτελούν τους δρόμους και των σημείων που αποτελούν τις πόλεις δεν είναι απαραίτητο να αποθηκευτεί, ενώ ταυτόχρονα η τοπολογική πληροφορία που αφορά στη διεύθυνση της γραμμής είναι απλό να αποθηκευτεί. Σχετικό με το Vector μοντέλο είναι και το CAD στο οποίο αποθηκεύεται πληροφορία σχετική με κάθε αντικείμενο αλλά όχι με τα γειτονικά αυτού. Το μοντέλο αυτό είναι απλούστερο από το προηγούμενο, αλλά επιτρέπει τη δημιουργία επικαλύψεων και κενών, ενώ ταυτόχρονα απαιτεί την αντιγραφή των αντικειμένων δύο φορές, δεδομένου ότι η γραμμή που αποτελεί το όριο ανάμεσα σε δύο πολύγωνα θα χρησιμοποιηθεί μία φορά για το κάθε πολύγωνο και ίσως και τρεις φορές, αν τύχει η ίδια γραμμή να αποτελεί ένα ρήγμα ή κάποιο άλλο ξεχωριστό γραμμικό αντικείμενο.

32 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Εικονοκυτταρικό ή Ψηφιδωτό Μοντέλο (Raster) Τα χαρτογραφικά δεδομένα που διαχειρίζεται ένα Raster G.I.S. εκφράζονται με τη μορφή στοιχειωδών εικονοστοιχείων Pixels. Κάθε Raster μοντέλο αποτελείται από μία σειρά χωρικών ενοτήτων, κάθε μία από τις οποίες έχει το σύνολο των ιδιοτήτων του αντικειμένου που καθορίζει. Ανάλογα με το σχήμα της στοιχειώδους κυψελίδας, τα εικονοκυτταρικά (ψηφιδωτά) μοντέλα χωρίζονται σε κανονικής και μη κανονικής μορφής. Το πλέον διαδεδομένο μοντέλο είναι αυτό των τεταρτημορίων, με βάση το τετράγωνο, λόγω της δυνατότητάς του να υποδιαιρείται σε απεριόριστο αριθμό υποπεριοχών που έχουν το ίδιο σχήμα, τις ίδιες ιδιότητες και την αυτή λειτουργία (Εικ. Α.1.5.1). Παράδειγμα ενός Raster μοντέλου αποτελεί μία ψηφιακής μορφής αεροφωτογραφία. Το Raster μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναπαράσταση μιας συνεχούς μεταβλητής, όπως, για παράδειγμα, ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους (Digital Terrain Model - DTM, ή Digital Elevation Model - DEM). Κάθε μία από τις κυψελίδες του κανάβου στα raster δεδομένα μπορεί να είναι ξεχωριστά γεωαναφερμένη, αλλά συνήθως υπάρχει ένα αρχείο που περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο ο κάναβος έχει τοποθετηθεί στο χώρο, έχει δηλαδή γεωαναφερθεί. Παρά το γεγονός, ότι το αρχείο αυτό μοιάζει πολύπλοκο είναι δυνατόν να διαβάσει ο χρήστης το προβολικό του σύστημα, το μέγεθος των εικονοστοιχείων (pixels), τις συντεταγμένες του, τις θέσεις αποθήκευσης των αρχείων, κτλ. Παραλλαγή του raster μοντέλου είναι το Quadtree (Εικ Α.1.5.2) και Wavelet (Εικ Α.1.5.3). Πρόκειται για συμπιεσμένα μοντέλα στα οποία τα παρόμοια δεδομένα των γειτονικών pixels συνδέονται με σκοπό τη συμπίεσή τους, έτσι ώστε να καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 33 Εικ. Α.1.5.1: Το μοντέλο των τεταρτημορίων, με βάση το τετράγωνο. Μετατροπή από Vector σε Raster Χωρικά μή συνεχή αριθμητικά δεδομένα, όπως είναι τα βαθυμετρικά και τα υψομετρικά σημεία, αντιπροσωπεύουν σημεία μιας συνεχούς επιφάνειας και μπορούν να μετατραπούν σε μία raster αναπαράσταση της επιφάνειας αυτής μέσω της δημιουργίας ενός κανάβου. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις διαδικασίες αυτές αναφέρονται σε επόμενα κεφάλαια.

34 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Εικ. Α.1.5.2: Το μοντέλο Quadtree, παραλλαγή του raster μοντέλου.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 35 Εικ. Α.1.5.3: Το μοντέλο Wavelet, παραλλαγή του raster μοντέλου. Μετατροπή από Raster σε Vector Τα Raster αρχεία μπορούν να εφαρμοστούν σε μεμονωμένες θέσεις για τη δημιουργία σημειακών, γραμμικών ή επιφανειακών δεδομένων. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η δημιουργία ισοπληθών καμπυλών, όπως είναι οι ισοϋψείς, οι ισοβαθείς, οι ισόσειστες, κτλ. Τα μη αριθμητικά δεδομένα μπορούν να εξαχθούν από raster αρχεία, μέσω επιβλεπόμενης ή ημιαυτόματης ψηφιοποίησης. Οι ημιαυτόματες ρουτίνες λειτουργούν, μέσω αλγορίθμων αναγνώρισης ορίων ή μεταβολών της raster τιμής (π.χ., της τιμής της φωτεινότητας) που υπερβαίνει όρια προκαθορισμένα από το

36 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο χρήστη. Στη συνέχεια, τα όρια υποβάλλονται σε μία σειρά αραίωσης, ομαλοποίησης και καθαρισμού, έως ότου το αποτέλεσμα να είναι αποδεκτό στο χρήστη. Σε γενικές γραμμές, μία διαδικασία αυτού του είδους λειτουργεί ικανοποιητικά στην περίπτωση που το raster αρχείο είναι καθαρό (χωρίς θόρυβο, δηλαδή χωρίς περιττή πληροφορία). Στην αντίθετη περίπτωση, το τελικό παράγωγο χρειάζεται τόση διόρθωση από το χρήστη που είναι χρονικά ασύμφορο.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 37 Σύγκριση Διανυσματικών και Ψηφιδωτών μοντέλων ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ (VECTOR) Πλεονεκτήματα Με τη χρήση των δικτύων (κάναβος), γίνεται πλήρης περιγραφή της τοπογραφίας. Μειονεκτήματα Σύνθετες δομές λόγω της διαφορετικής τοπογραφικής μορφής κάθε μονάδας. Περιεκτικές δομές δεδομένων. Καλή παρουσίαση δεδομένων. Δυσκολία επεξεργασίας επικάλυψης επιπέδων πληροφορίας. Ενιαία δομή δεδομένων. Μεγάλη ακρίβεια κατά τη γραφική απεικόνιση. Δυνατότητες ενημέρωσης των γραφικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών. Ευκολία πλευρικής σύνδεσης διαφορετικών περιγραφικών δικτύων πληροφοριών (με τη χρήση των nodes). Δυσκολία μέτρησης εμβαδού και μήκους. Απαιτείται δαπανηρό λογισμικό και τεχνικός εξοπλισμός. Δύσκολη και χρονοβόρα η μετατροπή των Raster δεδομένων σε Vector.

38 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο ΨΗΦΙΔΩΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ (RASTER) Πλεονεκτήματα Απλές δομές δεδομένων. Μειονεκτήματα Μεγάλοι όγκοι γραφικών δεδομένων, που συνεπάγονται μεγάλες απαιτήσεις μνήμης. Ευκολία απεικόνισης (λόγω ομοιότητας της κάθε μονάδας δεδομένων στο χώρο). Ευκολία υπέρθεσης και συνδυασμού των δεδομένων του χάρτη με δεδομένα που συλλέγονται από διαφορετικές πηγές, π.χ., δεδομένα μέσω τηλεανίχνευσης, GPS, κλπ.. Μειωμένη αναπαράσταση δομών εξαιτίας της χρήσης μεγάλων κυψελίδων, με σκοπό τη μείωση της ποσότητας των γραφικών δεδομένων. Οι θεματικοί χάρτες είναι απαραίτητο να τύχουν επιμελούς επεξεργασίας για να είναι ευπαρουσίαστοι. Ακριβής προσομοίωση της φυσικής πραγματικότητας, λόγω ισοδυναμίας των ψηφιακών δεδομένων με τα φυσικά στοιχεία. Δυσκολία έως αδυναμία σύνδεσης πληροφοριών που βρίσκονται σε διαφορετικά αντικείμενα. Χρονοβόρα διαδικασία μετασχηματισμού συντεταγμένων, λόγω μεγάλου όγκου πληροφοριών.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 39 Α.1.6. Γενικά Χαρακτηριστικά Προκειμένου να δημιουργηθεί μία G.I.S. εφαρμογή, η οποία να καλύπτει συγκεκριμένες απαιτήσεις, πρέπει να ακολουθηθεί μία σειρά ενεργειών, από τη συλλογή και την εισαγωγή των δεδομένων, έως την επεξεργασία και την παρουσίαση των αποτελεσμάτων. Αναλυτικότερα, οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα με τη σειρά είναι οι εξής: -Συλλογή δεδομένων: Η συλλογή των δεδομένων που θα εισαχθούν στο σύστημα είναι δυνατόν να επιτευχθεί με διάφορους τρόπους, ανάλογα με τη φύση των δεδομένων και την απαιτούμενη αξιοπιστία. Οι μέθοδοι συλλογής δεδομένων είναι πολυάριθμοι και πολύ συχνά ιδιαίτερα δαπανηροί. Η επιλογή του τρόπου συλλογής των δεδομένων στηρίζεται στη φύση της μελέτης, στην ειδίκευση του προσωπικού που χειρίζεται το G.I.S., στις οικονομικές δυνατότητες του φορέα που υλοποιεί την έρευνα και στο βαθμό και ρυθμό ενημέρωσης των δεδομένων από την πρωτογενή πηγή συλλογής τους. Εξυπακούεται, ότι κατά τη συλλογή δεδομένων καταβάλλεται προσπάθεια ώστε αυτά να είναι ακριβή, γιατί αυτό αποτελεί τη βάση για την αντικειμενικότητα και την ισχύ των πορισμάτων σε κάθε επιστημονικό κλάδο και ασφαλώς και στα G.I.S. που έχουν ως στόχο την αντικειμενική καταγραφή και παρουσίαση των ακριβών ποσοτικών στοιχείων του φυσικού περιβάλλοντος. -Κωδικοποίηση και Εισαγωγή δεδομένων: Η διαδικασία κωδικοποίησης και εισαγωγής των δεδομένων αρχίζει από τη στιγμή που τα πρωτογενή στοιχεία θα συλλεχθούν και θα πιστοποιηθούν ως προς την αξιοπιστία και την πληρότητά τους, μέσω διαδικασιών τροποποίησης της μορφής τους όταν έχουν διαφορετική δομή, ή είναι

40 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο καταγεγραμμένα σε διαφορετικά είδη αποθήκευσης, μέσω εντοπισμού και διόρθωσης λαθών, καθώς και δημιουργίας σημείων, γραμμών και πολυγώνων. -Ένας από τους πιο εύκολους και προσιτούς, στον κάθε αναλυτή, τρόπους είναι η απευθείας εισαγωγή των δεδομένων στο G.I.S. από τους αναλογικούς χάρτες, δίνοντας έμφαση στο είδος των δεδομένων. Η διαδικασία αυτή, γνωστή ως ψηφιοποίηση, είναι εφικτή είτε με χρήση του ψηφιοποιητή (digitizer), είτε μέσω της οθόνης του υπολογιστή (διαδικασία ευκολότερη, ακριβέστερη και ταχύτερη). Τα αποτελέσματα της ψηφιοποίησης είναι ακριβή, αρκεί να έχει προηγηθεί ο σωστός προσανατολισμός του χάρτη στις γήινες συντεταγμένες (registration = reg.i.s.tration), που είναι η πρώτη εργασία που λαμβάνει χώρα πριν την έναρξη της ψηφιοποίησης των στοιχείων. Οι κυριότεροι τρόποι ψηφιοποίησης είναι: α) από την οθόνη του Η/Υ χρησιμοποιώντας το ποντίκι για την εισαγωγή των στοιχείων του χάρτη (σημεία, γραμμές, όρια επιφανειών), β) μέσω G.P.S. (Δορυφορικός Ανιχνευτής Στίγματος), γ) μέσω συνεχούς επικοινωνίας του G.I.S. με τα όργανα παρατήρησης υπαίθρου. Τα όργανα παρατήρησης τοποθετούνται σε μία θέση με αυστηρά καθορισμένες γεωγραφικές συντεταγμένες και δίνουν μία διαδοχική σειρά δεδομένων, παρακολουθώντας τη μεταβολή φαινομένων (βροχόπτωση, θερμοκρασία, σεισμική δραστηριότητα, μετατόπιση εδάφους, κ.ά.), συναρτήσει του χρόνου. Έτσι, είναι δυνατόν, να ληφθούν δεδομένα μεγάλης ακρίβειας και συστηματικής συνέχειας, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για προβλέψεις καταστάσεων, προειδοποίηση επερχόμενων κινδύνων, λήψη αποφάσεων κτλ. -Αποθήκευση δεδομένων: Η αποθήκευση των δεδομένων των επιπέδων πληροφορίας αποτελεί μία από τις σημαντικότερες διαδικασίες. Συνήθως, είναι προτιμότερη η αποθήκευση των δεδομένων κατά ομάδες όμοιων χαρακτηριστικών σε διαφορετικά

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 41 επίπεδα πληροφορίας, με σκοπό την αποδοτικότερη και απρόσκοπτη περαιτέρω διαχείρισή τους, είτε αυτή αφορά στην ανάκτησή τους σε μορφή χαρτών, είτε σε στατιστικές αναλύσεις. Η αποθήκευση και διαχείριση των εξωτερικών βάσεων δεδομένων επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση ειδικών λογισμικών Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων (DBMS: Data Base Management Systems, RDBMS: Remote Data Base Management Systems), που μεταξύ άλλων προσφέρουν στους χρήστες αποτελεσματική αποθήκευση, ανάκτηση και ενημέρωση των δεδομένων τους, καθώς και αποφυγή πολλαπλών καταγραφών. -Ανάκτηση και διαχείριση δεδομένων: Τα επίπεδα πληροφορίας συνδέονται με βάσεις δεδομένων, ούτως ώστε να είναι σε θέση να παρουσιάσουν στο χρήστη πρόσθετες πληροφορίες για καθένα από τα στοιχεία τους. Ο χρήστης ορίζει ποια πεδία από τη βάση δεδομένων πρέπει να εμφανίζονται, όταν ζητούνται πληροφορίες για τα αντικείμενα ενός layer. Η βάση δεδομένων ακολουθεί, συνήθως, τη δομή και τα πρότυπα κάποιας από τις γνωστές βάσεις, ενώ μπορεί να δεχθεί δεδομένα και από αρχεία βάσεων άλλης μορφής με κατάλληλη μετατροπή. Επίσης, μέσω των οδηγών ODBC (Open Database Connectivity), είναι δυνατή η απευθείας διαχείριση δεδομένων χωρίς να προηγηθεί η εισαγωγή τους στη βάση δεδομένων του G.I.S.. Με τον τρόπο αυτό, το G.I.S. διαχειρίζεται γεωγραφικά τα στοιχεία της βάσης δεδομένων, ενώ παράλληλα είναι δυνατή η ταυτόχρονη τροποποίηση της βάσης δεδομένων από άλλα λογισμικά. -Η εμφάνιση πληροφοριών για ένα στοιχείο της οθόνης γίνεται απλά με την επιλογή του στοιχείου αυτού με το mouse. Εάν επιλεγούν περισσότερα του ενός σημεία, το G.I.S. μπορεί να επεξεργαστεί τα αντίστοιχα στοιχεία της βάσης δεδομένων και να εξάγει δευτερογενή πεδία πληροφοριών από το συνδυασμό ή τη στατιστική επεξεργασία αυτών. Ένα G.I.S. μπορεί να διαχειρίζεται περισσότερες της μίας βάσεις δεδομένων, αλλά η δυσκολία και ο χρόνος επεξεργασίας και συσχετισμού αυτών αυξάνουν αναλογικά με το πλήθος τους. Τέλος, μία άλλη μορφή δεδομένων

42 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο που μπορούν τα G.I.S. να διαχειρίζονται είναι οι ψηφιακές εικόνες, στη γνωστή Raster μορφή. Με τον τρόπο αυτόν, δεν είναι δυνατός ο διαχωρισμός ή η αναζήτηση στοιχείων, αλλά αφενός διευκολύνεται η συγκριτική παρατήρηση, αφετέρου είναι δυνατή η ψηφιοποίηση στοιχείων που λείπουν κατά τη διάρκεια μιας μελέτης, χωρίς να είναι απαραίτητη η εκ των προτέρων ψηφιοποίηση όλων των στοιχείων. -Επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων: Η επεξεργασία και ανάλυση των δεδομένων περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα εργασιών, μερικές από τις οποίες είναι οι αναταξινομήσεις και ομαδοποιήσεις ποιοτικών στοιχείων, γεωμετρικές επεξεργασίες, (π.χ., μετατροπές κλίμακας, προβολικού συστήματος) και οι μετρήσεις (π.χ., αποστάσεων, εμβαδών, περιμέτρων). -Απεικόνιση Δεδομένων: Η απεικόνιση των δεδομένων, χωρικών ή ποσοτικών, επιτυγχάνεται με ένα ευρύ φάσμα ενεργειών και εργαλείων, είτε απευθείας στην οθόνη του ηλεκτρονικού υπολογιστή, είτε μέσω άλλων μέσων όπως είναι οι εκτυπωτές, οι plotters (σχεδιογράφοι για εκτυπώσεις μεγάλων μεγεθών, οι βιντεοπροβολείς, το δίκτυο, κτλ.

Κεφάλαιο 1 ο : Γενικά Χαρακτηριστικά & Βασικές έννοιες 43 Α.1.7. Κατηγορίες Γεωγραφικών Εφαρμογών Οι εφαρμογές των G.I.S. είναι πάρα πολλές και καθορίζονται ανάλογα με τις ιδιαίτερες ανάγκες του προβλήματος. Κοινό χαρακτηριστικό όλων των περιπτώσεων είναι η χωρική επεξεργασία και προβολή δεδομένων που έχουν γεωγραφική υπόσταση. Ορισμένες από τις συνηθέστερες απλής μορφής ερωτήσεις που καλείται να απαντήσει ένα Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών, είναι: -Τί είναι - πώς ονομάζεται; -Πού βρίσκεται; -Ποιά είναι τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του; -Πώς σχετίζεται με τα γύρω αντικειμενά του; -Τί βρίσκεται γύρω από αυτό το αντικείμενο; Οι λειτουργίες ενός G.I.S. είναι πολυάριθμες και καθορίζονται από την ορθότητα σχεδίασης της εφαρμογής και των δεδομένων. Οι σημαντικότερες γεωγραφικές αναλύσεις που πρέπει να είναι σε θέση να πραγματοποιήσει ένα σωστό G.I.S. είναι: -Διερεύνηση: Είναι η δυνατότητα εύρεσης των χαρακτηριστικών ενός ή περισσοτέρων καθορισμένων αντικειμένων που υπόκεινται σε ένα σύνολο προϋποθέσεων και κανόνων που υπαγορεύει ο χρήστης. -Μετατροπές κλιμάκων: Πρόκειται για την ικανότητα του συστήματος να μετατρέπει γρήγορα και με μεγάλη ακρίβεια την κλίμακα των χαρτογραφικών αποτελεσμάτων του, έτσι ώστε να μπορούν να

44 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο μελετηθούν τα μάκρο- και μίκρο- χαρακτηριστικά μιας περιοχής, χωρίς να είναι απαραίτητη η εισαγωγή νέων δεδομένων. -Μετατροπές της ικανότητας ανάλυσης: Πρόκειται για τη δυνατότητα συνοπτικής παρουσίασης κάποιων αναλυτικών μορφών και το αντίστροφο (εφόσον, βέβαια, το επιτρέπουν τα δεδομένα). Ένα παράδειγμα είναι η γενίκευση ενός σεισμολογικού χάρτη, έτσι ώστε αντί να παρουσιάζει σεισμούς μικρού, μέσου και μεγάλου βάθους να παρουσιάζει γενικώς τους σεισμούς. -Μέτρηση εμβαδών: Είναι η δυνατότητα μέτρησης των εμβαδών διάφορων περιοχών με ποικίλα χαρακτηριστικά. -Μελέτη απλών αναλύσεων κυρίαρχης τάσης: Εδώ, αναφέρονται ερωτήσεις καθώς και στατιστικές εκτιμήσεις που αφορούν στην πορεία εξέλιξης μίας κατάστασης ή μίας περιοχής. -Σύνθετη απεικόνιση: Πρόκειται για τη χρησιμοποίηση ενός ή περισσοτέρων επιπέδων πληροφορίας, έτσι ώστε να είναι δυνατή η παραγωγή σύνθετων χαρτών. -Προσομοίωση και μοντελοποίηση: Αφορά στην ανάπτυξη μοντέλων, τα οποία περιγράφουν τις συνθήκες λειτουργίας που διέπουν ένα σύστημα, άλλοτε με μαθηματικό και άλλοτε με περιγραφικό τρόπο. Η εργασία αυτή αποσκοπεί στην προσομοίωση της φυσικής πραγματικότητας, έτσι ώστε να γίνει εφικτή η παρακολούθηση της εξέλιξης του συστήματος συναρτήσει του χρόνου, καθώς και η εκτίμηση της εξελικτικής του πορείας.

Κεφάλαιο 2 ο : Μοντελοποίηση εδομένων 45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο Μοντελοποίηση εδομένων Α.2.1. Μοντέλα δημιουργίας τριμεταβλητού κανάβου Με τον αλγόριθμο προσομοίωσης, δημιουργείται ένας τετραγωνικός κάναβος, για τους κόμβους του οποίου υπολογίζονται οι απόλυτες τιμές του αναλυόμενου μεγέθους (π.χ., υψομέτρου, βροχόπτωσης). Έτσι, σε ορισμένα τμήματα του κανάβου θα χρειαστεί να προστεθούν σημεία, ενώ σε άλλα να διαγραφούν τα πλεονάζοντα. Τρεις είναι οι κυριότεροι αλγόριθμοι προσομοίωσης, καθένας από τους οποίους ενσωματώνει διαφορετικές παραμέτρους και χρησιμοποιείται για την επεξεργασία πρωτογενών δεδομένων καθορισμένων προδιαγραφών (Εικ. Α.2.1.1). Μέθοδος Αντίστροφων Αποστάσεων (Inverse Distance Weighting) Ο αλγόριθμος αυτός χρησιμοποιείται, όταν τα δεδομένα είναι μεγάλης διασποράς. Μία μεταβλητή κινείται στην επιφάνεια του κανάβου από σημείο σε σημείο, λαμβάνοντας τη μέση τιμή των σημείων που βρίσκονται γύρω από τη θέση της. Με τη μέθοδο αυτή είναι δυνατή η μεταβολή της προϋπάρχουσας τιμής ενός σημείου με μία νέα, αντιστοιχούσα στη

46 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο στατιστικά υπολογιζόμενη, ακολουθώντας τη γενική μορφή του χώρου και όχι την αρχική τιμή του προϋπάρχοντος σημείου. Εικ. Α.2.1.1:Τα κυριότερα είδη αλγορίθμων παρεμβολής. Κατά τον υπολογισμό της μέσης τιμής των γειτονικών σημείων, λαμβάνεται υπόψη και η παράμετρος της απόστασης των λοιπών σημείων από την υπολογιζόμενη θέση. Έτσι, τα σημεία που βρίσκονται σε μεγαλύτερη απόσταση συμβάλλουν λιγότερο από αυτά που βρίσκονται σε μικρότερη απόσταση (Εικ. Α.2.1.2). Για το σκοπό αυτό, η τιμή του κάθε σημείου πολλαπλασιάζεται με ένα συντελεστή που εξαρτάται από την απόσταση. Το αποτέλεσμα της λογικής του προηγούμενου γραφήματος, επαναλαμβανόμενο για μία σειρά σημείων, δίνει μία γραμμή προσομοίωσης (Εικ. Α.2.1.3). Με ανάλογο τρόπο γίνεται ο υπολογισμός και στην

Κεφάλαιο 2 ο : Μοντελοποίηση εδομένων 47 περίπτωση που αναφερόμαστε σε τρεις διαστάσεις, οπότε λαμβάνουμε μία επιφάνεια προσομοίωσης. Εικ. Α.2.1.2: Με τη μέθοδο Αντίστροφων Αποστάσεων το υπολογιζόμενο σημείο εξαρτάται από την τιμή και την απόσταση των γειτονικών του σημείων. Η μέθοδος αυτή βρίσκει εφαρμογή σε δεδομένα που αντιπροσωπεύουν χημικές αναλύσεις εδάφους, περιβαλλοντικές μετρήσεις και χημικές ή μηχανικές δοκιμές πετρωμάτων. Στην περίπτωση όμως που ο ερευνητής ενδιαφέρεται για την παρακολούθηση των τοπικών ακραίων τιμών (μέγιστα - ελάχιστα), τότε πρέπει να καταφύγει σε μία από τις επόμενες δύο μεθόδους προσομοίωσης. Η εικόνα Α.2.1.4 απεικονίζει τον τρόπο υπολογισμού της τιμής ενός κόμβου (node) του DEM. Οι τιμές των μετρήσεων λαμβάνονται υπόψη σε συνδυασμό με την απόστασή τους από το node που πρόκειται να ενημερωθεί. Ο αλγόριθμος υπολογίζει όλες τις μετρήσεις που βρίσκονται σε μία δεδομένη ακτίνα από το προς ενημέρωση node του κανάβου.

48 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Εικ. Α.2.1.3: Η προκύπτουσα γραμμή μετά από προσομοίωση των σημείων της με τη μέθοδο των Αντιστρόφων Αποστάσεων. Εικ. Α.2.1.4: Τρόπος υπολογισμού της τιμής ενός node του DEM.

Κεφάλαιο 2 ο : Μοντελοποίηση εδομένων 49 Μέθοδος Τετράπλευρης Παρεμβολής (Rectangular - bilinear - Interpolation) Η μέθοδος Τετράπλευρης παρεμβολής, εντοπίζει τα τέσσερα πλησιέστερα σημεία που βρίσκονται μέσα σε μία προκαθορισμένη ακτίνα, έτσι ώστε κάθε ένα από αυτά να βρίσκεται σε διαφορετικό τεταρτημόριο. Στη συνέχεια, τα σημεία ενώνονται με ένα διπλό δίκτυο ευθύγραμμων τμημάτων (double linear rectangular framework). Από τις κλίσεις των πλευρών του τετράπλευρου υπολογίζεται η νέα τιμή (Εικ. Α.2.1.5). Σε περίπτωση που δεν υπάρχουν αρκετά σημεία, ο αλγόριθμος δημιουργεί σημεία τυχαίας θέσης και τιμής, με αποτέλεσμα την παραποίηση της τρισδιάστατης επιφάνειας. Εικ. Α.2.1.5: Με τη μέθοδο της Τετράπλευρης παρεμβολής, η τιμή του υπολογιζόμενου σημείου εξαρτάται από την κλίση των πλευρών του τετραπλεύρου.

50 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο Για το λόγο αυτό, ο συγκεκριμένος αλγόριθμος χρησιμοποιείται σε σημειοσύνολα που έχουν μεγάλη κανονικότητα και μικρή διασπορά. Τέτοια σημειοσύνολα, συνήθως, είναι τα αποτελέσματα δειγματοληψιών που έχουν γίνει με τη χρήση κανάβου, ή τα αποτελέσματα που προέρχονται από προηγούμενη επεξεργασία κατασκευής κανάβου. Ο αλγόριθμος αυτός ενώνει τα σημεία των μετρήσεων με ευθύγραμμα τμήματα σε ένα τρισορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων. Στον άξονα z-z, σημειώνεται η τιμή της μέτρησης, ενώ στους x-x και y-y οι γεωγραφικές συντεταγμένες της θέσης μέτρησης. Με τον τρόπο αυτό, τα ευθύγραμμα τμήματα τοποθετούνται στο χώρο και υπολογίζεται η κλίση τους. Οι κλίσεις τεσσάρων γειτονικών ευθυγράμμων τμημάτων καθορίζουν την τιμή του κάθε node (Εικ. Α.2.1.6). Εικ. Α.2.1.6: Τα αρχικά σημειακά δεδομένα ενώνονται για να δημιουργήσουν ένα ευθύγραμμο δίκτυο. Νέες τιμές υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τις κλίσεις ενός διπλού γραμμικού πλαισίου που σχηματίστηκε από τα 4 κοντινότερα σημεία.

Κεφάλαιο 2 ο : Μοντελοποίηση εδομένων 51 Μέθοδος Τριγωνικής προσομοίωσης με Εξομάλυνση (Triangulation with Smoothing) Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει μία διαδικασία στην οποία όλα τα αρχικά σημεία δεδομένων ενώνονται στο χώρο με ένα δίκτυο, κατά το δυνατόν ισόπλευρων, τριγωνικών επιφανειών (Εικ. Α.2.1.7). Το αποτέλεσμα της συνένωσης αυτών των τριγώνων είναι το ονομαζόμενο Τριγωνικό Ακανόνιστο Δίκτυο (Triangular Irregular Network ή αλλιώς TIN surface). Τα σημεία ενώνονται βάσει της κοντινότερης γειτονικής τους σχέσης, σύμφωνα με το νόμο του Delaunay. Ο νόμος αυτός προβλέπει, ότι ένας περιγεγραμμένος κύκλος ενός τριγώνου, δεν θα περικλείει τις μεσοκάθετες κανενός άλλου τριγώνου. Εικ. Α.2.1.7: Τα αρχικά σημεία ενώνονται με ένα δίκτυο τριγωνικών επιφανειών (TIN). Οι νέες τιμές του κανάβου υπολογίζονται βάσει της κλίσης των πλησιέστερων σημείων της TIN επιφάνειας. Για να κατασκευαστεί μία επιφάνεια στην οποία θα γίνονται όσο το δυνατόν λιγότερο εμφανείς οι επιφάνειες των τριγώνων, πρέπει να γίνει εξομάλυνση των τριγωνικών επιφανειών, με τη χρήση μίας πολυωνυμικής εξίσωσης βαθμού ανώτερου του τέταρτου. Με τον τρόπο αυτό

52 GIS: Από τη Θεωρία στην Πράξη Μέρος Πρώτο εξασφαλίζεται η συνέχεια και η ομαλότητα της επιφάνειας, τόσο μέσα στα τρίγωνα όσο και στην επιφάνεια που προκύπτει από τη συνένωση των επιμέρους τριγωνικών. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται σε σημειοσύνολα στα οποία η επιφάνεια πρέπει να εφάπτεται σε όλα τα αρχικά σημεία και επιπλέον στις θέσεις τοπικών μέγιστων και ελάχιστων να γίνεται μία υπερτίμηση και μία υποτίμηση των νέων ακραίων τιμών (Εικ. Α.2.1.8). Εικ. Α.2.1.8: Η προκύπτουσα γραμμή μετά από προσομοίωση των σημείων της με τη μέθοδο της Τριγωνικής προσομοίωσης με Εξομάλυνση. Η μοντελοποίηση αναγλύφου, από δειγματοληπτικά σημεία απόλυτων υψομέτρων, είναι μία χαρακτηριστική περίπτωση στην οποία τα χαρακτηριστικά της μεθόδου αυτής ταιριάζουν απόλυτα. Δε θα ήταν λογικό να θεωρηθεί, για παράδειγμα, ότι κατά τη δειγματοληψία των υψομέτρων λήφθηκαν οι μετρήσεις ακριβώς στις θέσεις των τοπικών ακρότατων (μέγιστων ή ελάχιστων). Βέβαια, με την προσθήκη στο αρχείο, που προέκυψε από τη μετατροπή των ισοϋψών καμπυλών σε σημεία, των τριγωνομετρικών σημείων της περιοχής, εξασφαλίζεται κατά ένα μεγάλο ποσοστό ότι η δειγματοληψία έγινε και στις θέσεις των τοπικών μέγιστων. Δε συμβαίνει όμως το ίδιο με τις θέσεις των τοπικών ελάχιστων, αφού δεν υπάρχουν τριγωνομετρικά σημεία για αυτές.