ANALIZE U GIS-u 2

8/18/2019 ANALIZE U GIS-u 2

1/19

1

Skripta iz kolegija Analize u GIS-u

Akademska godina 2015./2016.


2/19

2

Uvod u GIS

Geografsko-informacijski sustav je skup povezanih objekata i aktivnosti

koji svojim međuodnosima služe zajedničkoj namjeni. U GIS-u zajednička

namjena je donošenje odluka pri upravljanju nekim prostornim

aktivnostima.Tehnologija GIS-a integrira zajedničke operacije baze podataka,

kao što su pretraživanja i statističke analize, s vizualnim geografskim analizama

temeljene na kartografskim prikazima. Ta činjenica razlikuje GIS od ostalih

informacijskih sustava te ga čini upotrebljivim široku krugu javnih i privatnih

organizacija za ob jašnjavanje događaja, predviđanje ishoda te planiranje

strategije. GIS (geoinformacijski sustav) (eng. geographic information system)

je relativno nov pojam. Pojavio se kada i ostali informacijski sustavi, tj.

pojavom računala. GIS možemo smatrati tehnologijom (hardver i softver) ili

strategijom za obradu informacija, ovisno o kontekstu. Svrha GIS-a je

unaprijediti donošenje odluka koje su na bilo koji način u vezi s prostorom.

Dakle, na koje upite nam može odgovoriti GIS:

Lokacijska – gdje se što nalazi, što se nalazi na kojem dijelu prostora

Prostorno-analitička – odgovori vezani za topologiju i metriku

“Što ako” pitanja – omogućuje nam različite simulacije rješenja za

postavljeni problem

Definicija GIS-a

Jedna od često citiranih definicija je iz izvještaja “Handling Geographic

Information” HMSO, 1987. (url1): “Sustav za prikupljanje, spremanje,

provjeru, integraciju, upravljanje, analiziranje i prikaz podataka koji su

prostorno povezani sa Zemljom. U taj sustav obično je uključena baza

prostornih podataka i odgovarajući programi.“ Ne slažu se svi s tom

definicijom. Neki smatraju da je GIS nešto drugo, ali te definicije često

ignoriraju interdisciplinarnu prirodu prostornih podataka. Niz koraka vodi od


3/19

3

opažanja i prikupljanja podataka do analiza. Zato geoinformacijski sustav mora

imati cijeli niz alata za podršku opažanja, mjerenja, opisa, tumačenja,

predviđanja i odlučivanja.

Zašto je GIS poseban?

GIS obrađuje prostorne podatke. Prostorni podaci su informacije povezane s

prostornim položajem. Dakle, GIS omogućuje povezivanje aktivnosti koje su

prostorno povezane. Osim toga, GIS integrira prostorne i druge vrste informacija

unutar jednog sustava te na taj način nudi konzistentni okvir za analizu prostora.

Skup pohranjenih prostornih (geografskih) objekata, točno definirana položaja u prostoru, definirana odnosa prema pojedinim drugim prostornim objektima, a

povezanih razmjenom informacija u digitalnom obliku. U širemu smislu GIS

podrazumijeva i prikupljanje prostornih te drugih podataka, njihovu pohranu,

manipulaciju i analizu s ciljem stvaranja nove prostorne informacije, odnosno

grafički oblikovana izlaznog proizvoda. Geografski su objekti sveprisutni

predmeti ili pojave na zemljištu koji su geometrijski jednoznačno određeni u prostoru. Druga je bitna činjenica vezana za obilježje geografskih podataka

rabljenih u GIS-u definiranje prostornog položaja. Određivanje prostornog

položaja moguće je na više načina, od najčešće putem koordinata, preko uličnih

adresa do imena naselja i njihovih poštanskih brojeva.

GIS je informatička tehnologija koja omogućuje pohranu, analizu i prikazivanje

prostornih i neprostornih podataka.

GIS baze podataka koriste se GEOLOKACIJSKIM PODACIMA kao primarnim

elementom za pohranu i pristup podacima.


4/19

4

GIS integrira različite tehnologije unutar procesa: unos podataka, modeliranje i

pohrana podataka, transformacija podataka, analiza podataka, vizualizacija


5/19

5

Koncepcija GIS-a

Koncepcija GIS-a nije geografima nova. U izvornom smislu geografi

upotrebljavaju takve sustave već mnogo godina, ali “pješke” – to su npr. kartice

s indeksima tematskih slojeva koji se mogu preklapati, atlasi i slični sustavi.

Jedan primjer je epidemija kolere u Londonu 1854. godine. Dr. John Snow je

pronašao položaj žarišta zaraze ucrtavajući položaje smrtnih slučajeva. John

Snow je ustanovio da je koncentracija od nekih 500 slučajeva unutar nekoliko

stotina metara oko jedne javne pumpe za vodu u Broad Street, Soho. Snow je

uspio dokazati sljedeće: kad se uklonila ručka pumpe, novi slučajevi nisu

dijagnosticirani u toj ulici. Dokazao je da je pumpa bila izvor tih slučajeva

zaraze i da je izvor zaraze bila zaražena voda. Iako je topografija i kartografija

razvijena već ranije, karta John Snow-a je bila karakteristična po tome što je

koristila kartografske metode ne samo za prikazivanje, već i za analizu

geografski povezanih podataka

U razvoju tehnologije GIS-a valja zabilježiti prva proučavanja procesiranja

geografskih podataka vezana za Sveučilište u Washingtonu, odnosno intenzivna

istr aživanja na polju razvoja informacijskih sustava u Sjevernoj Americi u ranim

60-tim godinama 20.stoljeća. Tako je 1966. kanadsko ministarstvo poljoprivrede

planiralo inventarizaciju zemljišta cijele Kanade s ciljem poljoprivrednog

razvoja malih farmi. Roger Tomlison je predložio da se čitav posao obavi

računalno poduprtim metodama. Prijedlog je prihvaćen i nastao je CGIS.

Projekt je okupio veliki broj stručnjaka iz ministarstva poljoprivrede i IBM -a, a

sustav je postao operativan 1971.,a danas sadrži oko 10 000 karata s više od 100

različitih tema u digitalnome obliku.


6/19

6

1964. g. Howard Fisher osniva Harvard Laboratory for Computer Graphics and

Spatial Analysis gdje se razvijaju važni teoretski koncepti i rani softverski alati

za baratanje prostornim podacima

1980-tih napretkom i padom cijena osobnih računala započinje nagli razvoj

modernog GIS-a,a nekoliko proizvođača nudi komercijalne GIS softvere (ESRI,

ERDAS, Intergraph...)

Današnji daljni razvoj osobnih računala i softvera, brzine interneta i dostupnosti

podataka, civilnih GPS sustava, smartphone-a, tableta i sofisticiranih geodetskih

instrumenata poput LIDAR-a snažno potiču i daljni razvoj GIS tehnologije, pogotovo software-a i alata za 3D GIS.

Informacijski sustav

Sustav možemo definirati kao skup dijelova (elemenata ili objekata), veza

između tih dijelova te njihovih obilježja organiziranih u cjelinu, a sposobnih

obavljati određenu funkciju. Svaki sustav dio je šireg sustava (okoline) s kojim

je u jasno definiranoj vezi. Okolina je pri tome dio cjeline koji, u užemu smislu,

nije obuhvaćen promatranim sustavom. Veza sustava i okoline može biti

predstavljena ulazima – kada okolina predaju sustavu informacije, te izlazima –

kada sustav predaje informaciju okolini.

Sustav je definiran kao funkcionalna veza više elemenata koji obavljaju

određenu zadaću, odnosno sustav je kolekcija podsustava organiziranih s ciljemispunjavanja određene zadaće.


7/19

7

Informacijski sustav je dio stvarnog sustava kojemu je funkcija opskrba

informacijama svih razina upravljanja i odlučivanja, odnosno priprema

valjanih informacija za donošenje stručnih i pravovremenih odluka .

Baza podataka je skup ustrojenih, logički povezanih zapisa ili datoteka, pohranjenih u računalu s mogućnosti automatskog pretraživanja. Pristup

podacima, stvaranje datoteka, unos i promjena te organizacija podataka

unutar baza omogućeni su sustavom za upravljanje bazom podataka.

Pohranjeni podaci u bazi podataka opisuju trenutačno stanje realnoga svijeta

na koji se odnosi projektirani sustav na način pogodan za računalnu obradu.


8/19

8

Sastavnice geografsko informacijskih sustava

Ljudi

Tehnologija GIS-a ograničene je vrijednosti bez ruku koji rukuju sustavom irazvijaju planove koje stavljaju u realne probleme. Opseg je korisnika GIS-a od

tehničkih specijalista koji određuju sustav i rukuju njime do onih koji ga rabe

radi lakšega obavljanja svojega svakodnevnoga posla.

Podjela vodećih odgovornosti ovisi o veličini projekta GIS-a. Na malome

projek tu jedna osoba može vršiti dužnost organizacijskoga vođenja projekta i

obavljati tehničko-operativne zadaće. U većim organizacijama ili na većim

projektima te dužnosti trebaju biti podijeljene između više članova projektne

skupine. Većina organizacija ima koordinatora projekta čija je odgovornost

upravljanje projektom GIS-a na najvišoj razini. Tu poziciju obično zauzima

osoba sa širokim poznavanjem primjene GIS-a i mogućnosti koje on pruža.

Dakle, u mnogim slučajevima kontinuirano upravljanje projektom GIS-a

koordinacija kadrova te nadzor proračuna povjereni su voditelju projekta. On

prati razvoj GIS-ove baze podataka i aplikacija te izravno nadzire rad niže

postavljenih djelatnika u hijerarhiji projekta.

Sistemski administrator je profil koji mora djelovati kao ukupni sistemski

administrator za projekt GIS-a. Sistemski administrator posjeduje znanje i

iskustvo u instalaciji i održavanju računalnih sustava, uključujući sva računala,

programske pakete, komunikacije (mreže), periferiju i svu pridruženu opremu

potrebnu pri provođenju projekta GIS-a. On mora poznavati primjene GIS-a te

kako se one razlikuju od drugih informacijskih sustava i kako to utječe na

uporabu i upravljanje računala.

Upravitelj baze podataka odgovoran je za upravljanje prostornim i tabličnim

bazama podataka GIS-a. Ta uloga zahtijeva poznavanje tehnika i procesakreiranja i održavanja automatiziranih “knjižnica” prostornih podataka i relacija


9/19

9

baza podataka. Upravitelj baza podataka ima glavnu ulogu u nadzoru unosa

podataka i njihovu održavanju te je obvezatno uključen u proces logičkoga

dizajna baze podataka i u dizajn i održavanje standardnih postupaka za unos i

ažuriranje podatka. Upravitelj baza podataka radi s krajnjim korisnicima nauvođenju standardnih GIS-ovih slojeva podataka i kriteri ja za utvrđivanje

kvalitete podataka te razvoju automatskih procesa za provjeru točnosti podataka.

Analitičar GIS-a pomaže korisnicima u identificiranju i definiranju

odgovarajućih aplikacija sustava i pridruženih krajnjih izlaza iz GIS-a. Također

radi s k orisnicima pri planiranju i dizajniranju analitičkih postupaka koje će se

provoditi u aplikacijama. Analitičar GIS-a odgovoran je i za školovanje u “kući”

i praćenje napretka implementacije sustava i razvoja aplikacija. Da bi obavio te

dužnosti, analitičaru je potrebno specifično poznavanje operativnih sustava

računala na kojima se radi, programskih paketa i općih koncepata GIS -a, dizajna

GIS-ovih baza podataka te osnovnih načela razvoja aplikacija. Analitičar GIS-a

treba posjedovati sposobnosti planiranja radnih zadataka za unos podataka,

upravljanje njima, razvoja aplikacija te održavanja baza podataka. Osnovno

poznavanje podataka koje krajnji korisnik rabi, operacija koje on izvršava nad

njima, također je nužno.

Programer aplikacija je profil koji zahtijeva sposobnost razvoja, provjere i

dokumentiranja GIS-ovih aplikacijskih programa. Programiranje je tipično

zasnovano na dizajnu koji je razvio analitičar GIS-a i izvodi se koristeći se

programima četvrtoga naraštaja unutar alata GIS-a i danas standardnim

razvojnim okružjima (C++; Visual Basic). Programer aplikacija razvija

specijalizirane programe za ispunjenje korisničkih potreba, koje sežu od

specijaliziranih aplikacija za konverziju podataka do razvoja i održavanja

programskih sustava baziranih na izbor nicima kao vizualnome korisničkome

sučelju.


10/19

10

Specijalist za unos podataka radi na unosu prostornih i tabličnih podataka

uporabom zaslona i perifernih jedinica. Također radi na “čišćenju” podataka,

provjeri točnosti i osnovnim obradama prostornih podataka pr ema uputama

analitičara GIS-a. Ovaj profil zahtijeva iskustvo u radu s naredbama GIS-ova

alata, praktično poznavanje procesa digitalizacije i unosa podataka te upotrebe

operativnoga sustava računala.

Krajnji korisnik mora imati opće znanje o mogućnostima GIS-a te razumjeti

načine kojima GIS može pomoći u njegovu svakodnevnome radu. Korisnici

tipično identificiraju potencijalne aplikacije, definiraju krajnji izgled i

funkcionalnosti pojedinih aplikacija, sudjeluju u prikupljanju podataka te se

koordiniraju s drugim korisnicima sustava u svezi s višekorisničkim pristupom

bazi podataka i potrebama za aplikacijama. Krajnji su korisnici onaj dio osoblja

u poduzeću kojemu je GIS prvenstveno namijenjen i kojemu izravno služi. Što

su korisnici napredniji u primjeni raspoloživih GIS-ovih aplikacija, te su

učinkovitiji u korištenju izlaznim informacijama za stručne potrebe, a u

konačnici slijedi povećanje učinkovitosti korisničkoga rada.

Prostorni podaci

Prostorna sastavnica karakteriziraju metrika, topologija i geometrija, a opisnu

sastavnicu kvantitativni i kvalitativni podaci.

Unutar informacijskog sustava mogu se upotrijebiti različiti tipovi podataka od

kojih svaki ima svoje karakteristike. Podaci mogu biti prostorni u smislu da

opisuju pojedini položaj neposredno ili posredno. Podaci se mogu prikazati u

grafičkom ili negrafičkom obliku. Karte su osnovni izvor podataka za GIS i

kartografska tradicija je od fundamentalnog značaja za način na koji GIS radi.

Važno je zapamtiti da karte ipak nisu jedini izvori prostornih podataka. Prostorni

podaci imaju određene karakteristike koje se mogu opisati izrazima: oblik,

smještaj i odnos prema drugim prostornim podacima (ili geometrija, položaj i


11/19

11

topologija). Također je važno modelirati podatke stvarnog svijeta (kao što je

cesta ili zgrada) u smislu geografskog prikaza. Na primjer, cesta se može

prikazati linijom, a zgrada možda poligonom na karti. Ta svojstva (linija,

poligon) su zapravo modeli stvarnih pojava stvarnog svijeta. Ti modeli nazivaju

objektima ili entitetima. Drugi važan aspekt prostornih podataka je da često

sadrže atributne informacije. To znači da se opis pojave (cesta) čuva u nekom

obliku. Opis može biti naziv ili vrsta ceste (A, B, autocesta). Ta se informacija

može čuvati u bazi podataka ili jednostavno napisati ili opisati na karti.

Na kraju, prostorni podaci svojom prirodom impliciraju da se zapisuju i odnosi.

Kad pogledamo na kartu automatski interpretiramo relativne položaje prostornih

podataka. Računala zahtijevaju eksplicitniji opis tih odnosa. Prema tome,

prostorni podaci su informacije koje su povezane s položajem ili mjestom. Može

ih se naći na karti, pospremljene u zapisima baza podataka ili mogu biti

prikazani na fotografijama. Većina je informacija ili prostorna ili ima prostornu

komponentu.

Analogni prikaz geografskih objekata su karte na papiru. Njihov digitalni prikaz

sastoji se od koordinata, grafičkih elemenata i atributa. GIS zahtijeva da i karte i

podaci budu prikazani kao brojevi. GIS stavlja brojeve u memoriju ili datoteke

(fizički model podataka). Logički model podataka jest organizacija podataka u

GIS-u. GIS upotrebljava rasterske i vektorske podatke.


12/19

12

U klasičnoj analognoj kartografiji stvarni svijet se prikazivao kartama na papiru.

Osim izbora objekata za prikaz najveći problem bila je generalizacija, odnosno

poopćavanje stvarnosti zbog nemogućnosti čitljivog prikaza svih objekata u

izabranom mjerilu. Danas, u digitalnoj kartografiji stvarnost je potrebno

modelirati jer ju nije moguće prikazati u svoj njezinoj složenosti. Dakle,

generalizacija je prisutna i u digitalnoj kartografiji.

Strukture podataka

Vektorska struktura podataka

Vektorska struktura podataka podrazumijeva prikaz geografskih elemenata

pomoću apstraktnih prostornih objekata: točka (point, node, vertex), linija (line,

edge) i poligon (mnogokut, zone). Sadrži koordinate točaka, linija i poligona te

njihovo prikazivanje vektorskim oblikom u kartezijevu x,y koordinatnome

sustavu. VEKTORSKI MODEL TAKO PAMTI PAROVE X,Y odabranih

KOORDINATA točaka, odnosno k od objekta definirana ravnom crtom

koordinate dviju krajnjih točaka. Ako je crta zakrivljena, njezini krajevi

predstavljaju čvorove, a crta se aproksimira nizom točaka zadanih koordinata.

Objekti u obliku poligona omeđeni su crtama, odnosno nizom točaka poznatih

koordinata.


13/19

13

Rasterska struktura podataka

Prikazuje objekte u prostoru površinama. Prikazuju svijet kao konačni broj

varijabli mjerljivih u svakoj točki na površini Zemlje (nadmorska visina, gustoćanaseljenosti – ako se ne razbije do individue). Rasporedom piksela u slikovnoj

matrici definiran je raster.


14/19

14


15/19

15

Tehnička i programska podrška

Hardver

Hardver čine predmeti koji su opipljivi, kao što su diskovi, monitori, pisači,

tipkovnice . Hardver se može pokvariti, proliti kava po njemu, može se razbiti

itd. Hardver se može podijeliti na računala i ostale uređaje. Računala se nadalje

mogu podijeliti na ručna, terenska, prijenosna, osobna računala, radne stanice i

velika računala. Ostali uređaji su skeneri i digitalizatori, ploteri i pisači i mrežni

uređaji.

Softver

Softveri pružaju sve funkcije potrebne za funkcioniranje većine aplikacija. Alat

za unos podataka pruža mogućnost za unos podataka iz postojećih analognih

karata i zapisa, iz postojećih digitalnih podataka te primarnih metoda skupljanja

podataka kao što su geodetsko mjerenje i GPS. Sustavi GIS-a također

preuzimaju na sebe upravljanje vrlo velikim bazama podataka, gdje mnogikorisnici rade pojedine promjene, što je složen proces čak i s prikladnim alatima .

Softver omogućuje funkcije i alate potrebne za pohranu, anal iziranje i

prikazivanje geografskih informacija. Ključne su softverske sastavnice:

Alati za unos i manipulaciju geografskih informacija

Sustav upravljanja bazom podataka

Alati koji podupiru geografska istraživanja, analize i vizualizaciju

Sučelje grafičkog korisnika (GUI) za lak pristup alatima

Najpoznatiji besplatni GIS softver je Quantum GIS, a komercijalni je ArcGIS

tvrtke ESRI.


16/19

16

Prikupljanje podataka

Podatke koji ulaze u GIS sustav možemo podijeliti na:

a)

Primarne

• Podaci koji su prikupljeni direktnim o pažanjem iz okoline

• To mogu biti podaci prikupljeni „ručno” ili pomoću instrumenta

b)

Sekundarne

• Podaci koji nisu prikupljeni direktno iz okoline

• Nakon interpretacije, uređivanja i procesiranja primarnih podataka, podaci

postaju sekundarnog tipa

• Veliki dio sekundarnih podataka koje koristimo nisu u digitalnom obliku, ali ih

je moguće digitalizirati

• Sekundarni podaci su često prethodno procesirani i uređivani. Da bi se podaci

mogli uspješno koristiti, vrlo je bitno da ti postupci budu rađeni po nekim

standardima.

Unošenje i uređivanje prostornih podataka su vrlo česte aktivnosti pri radu sa

GIS-om. GIS često sadrži izrazito velike količine koordinatnih podataka za

reprezentaciju objekata, a svaki taj podatak treba unijeti u bazu podataka. Važni

podaci iz tiskanih izvora se pripremaju za integraciju u GIS putem

DIGITALIZACIJE – proces prikupljanja koordinatnih podataka u digitalnom

obliku iz karata, rastera i drugih izvora (uključuje skeniranje tiskanih karata,

georeferenciranje rastera, ručni ili automatski unos brojčanih/pisanih tiskanih

podataka, ručna ili automatska vektorizacija objekata).

Gotovo svi prostorni podaci sakupljeni prije 1960tih (a veliki dio i kasnije) su

zapisani u tiskanom obliku. Razvoj geodezije, matematičke kartografije i


17/19

17

k valitetnih mjernih instrumenata tijekom 18tog i 19tog stoljeća omogućili su

izradu kartometrijskih karata koje vjerno prikazuju relativne položaje objekata u

prostoru – već 200 godina se proizvode kvalitetne karte pogodne kao izvor

prostornih podataka. Stare avio snimke mogu biti izrazito koristan izvor

povi jesnih podataka (npr. za praćenje promjena u okolišu, obalne linije,

deforestacije, urbanizacije...). Važne podatke znanstvenih istraživanja često

nalazimo u tiskanom obliku.


18/19

18

3D modeli

3D modeli prostora predstavljaju matematički prikaz trodimenzionalnog

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)

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 izgrađene objekte. Koriste se točke isključivo sa sve tri

koordinate, a mogu biti:

ne pravilno rasute na cijeloj površini (trokuti-TIN)

na pravilnoj mreži kvadrata

na profilima.

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


19/19

19

Digitalni model terena-DMT (engl. Digital Terrain Model, DTM) je sličan

pojam DMR-u ali on uključuje vegetaciju, izgrađene 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 građevina (DMO).

ANALIZE U GIS-u 2

Documents

Transcript of ANALIZE U GIS-u 2