Geoinformatika X – GIS modelování, jaro 2015 Petr Kubíček kubicek@geogr.muni.cz Laboratory on Geoinformatics and Cartography (LGC) Institute of Geography Masaryk University Czech Republic 22. 4. 2015 NEBUDE VÝUKA PŘEDMĚTU GEOINFORMATIKA! Geoinformatika Analytické nástroje GIS Analytické možnosti GIS můžeme rozdělit do následujících skupin: – měřící funkce, – atributové i prostorové dotazy(nástroje na prohledávání databáze ), – topologické překrytí, – mapová algebra, – vzdálenostní analýzy, – analýzy sítí, – analýzy modelu reliéfu a dalších povrchů, – statistické analýzy. ANALÝZY SÍTÍ Geoinformatika Analýzy nad vektorovou sítí • Analýzy sítí jsou významnou oblastí aplikace GIS. • V podstatě se jedná opět o hledání nejkratší vzdálenosti, ale s tím rozdílem, že sítě jsou vektorovou reprezentací. • Síť tvoří (orientovaný) ohodnocený graf, skládající se z uzlů (průsečíků) a hran (linií). Geoinformatika Tvorba sítě Postup tvorby sítě: – Je třeba získat liniovou vrstvu, nad kterou budou analýzy prováděny (ulice, rozvody, kanalizace). – Tato data musí být topologicky čistá (hlavně musí splňovat konektivitu a znalost směru) – nutná a v zásadě postačující podmínka pro analýzy sítí. – Následně lze síti přiřadit pravidla, která určují, jak je možné se pohybovat mezi jednotlivými uzly. Pravidla uzlová a hranová: • Uzlová pravidla definují směr pohybu uzlem. – Například, pokud budu mít uliční síť, na některých křižovatkách není povoleno odbočení doleva či doprava. • Hranová pravidla definují směr a rychlost pohybu po hraně. – Ulice mohou být jednosměrné, uzavřené, s nadefinovanou maximální a průměrnou rychlostí. Geoinformatika Multimodální sítě Geoinformatika Vlastní analýzy nad sítí • Hledání optimální trasy – jde o vyhledání optimální trasy mezi dvěma nebo více body (ve stanoveném pořadí nebo bez) na základě ceny cesty (vzdálenost, čas, …). Analýza umí produkovat i pokyny o cestě pro řidiče. – VÝSTUPY?? • Hledání cesty do nejbližšího zařízení – jde o vyhledání optimální trasy do nejbližšího (optimálního) zařízení. • Alokace zdrojů – vyhledání všech lokalit, které jsou od vybraného objektu vzdáleny nějakou cenu cesty. (??) • Úloha obchodního cestujícího - optimalizace tras s určitým počtem zastávek. • Dijkstra algoritmus - algoritmus sloužící k nalezení nejkratší cesty v grafu. Geoinformatika ANALÝZY RELIÉFU (PRO RASTROVÝ DATOVÝ MODEL) Geoinformatika Sklon svahu • Vychází z definice první parciální derivace povrchu. • Technicky řešeno pohybem okna 3x3 nebo 5x5 pixelů. • Mnoho metod, ale všechny na stejném principu 1. derivace. Realizace výpočtu pomocí fokální funkce. Geoinformatika Příklad Geoinformatika Další charakteristiky reliéfu Expozice (aspect) • Opět založeno na první derivaci ve dvou směrech x a y. • Měřeno od severu (0°) ve stupních po směru hodinových ručiček, 8 kategorií. Horizontální a vertikální zakřivení • Založeno na druhé derivaci změn povrchu. • Lze si představit např. jako křivku vzniklou průsečíkem roviny kolmé k povrchu a tohoto povrchu – záleží na směru roviny vzhledem k povrchu! • TYPY ZAKŘÍVENÍ? Geoinformatika Horizontální a vertikální zakřivení Geoinformatika Cvičení – zkuste nakreslit vrstevnice pro níže uvedené křivosti reliéfu  Geoinformatika Zakřivení (ukázka) • Horizontální a vertikální křivost reliéfu -zásadní pro hydrologické analýzy: – Akumulace vody ale i substrátu – eroze – Přímá souvislost s vlhkostí stanoviště (vertikální zakřivení) • Zjištění konkávních (chráněných) a konvexních (exponovaných povrchů) může být využito i v mnoha jiných oborech (např. predikce výskytu druhů, akumulace apod.) Geoinformatika Analýza viditelnosti • Identifikace oblastí viditelných z určitého místa. • Řada aplikačních úloh Geoinformatika Viditelnost mezi body (Line of Sight LoS) Geoinformatika Viditelnost (Multiple Viewshed) • „Která místa jsou z daných pozorovatelen viditelná?“ • „Z kolika pozorovatelen je viditelný daný objekt/místo?.“ • Rozdělení území podle toho, z kterých míst je viditelné. • Situace pro 5 pozorovacích míst. Atributová tabulka rastrové vrstvy obsahuje sloupce pro každý pozorovací bod a pomocí hodnot „1“ a „0“ rozlišuje, zda jsou místa označená danou hodnotou z tohoto bodu viditelná. Geoinformatika Analýza viditelnosti z více bodů Geoinformatika • AND OR HYDROLOGICKÉ ANALÝZY Geoinformatika Směr odtoku • Směr odtoku je takový směr, kterým při simulaci povrchového odtoku odtéká voda z dané buňky. • Podle toho, zda je pro danou buňku povolen pouze jeden směr odtoku (směr odpovídající největšímu spádu) či směrů více, jedná se buď o jednosměrný (single flow) či vícesměrný (multiple flow) odtok. • ArcGIS určuje pouze jednosměrný odtok pomocí algoritmu SFD8 (Single Flow 8- Direction), též nazývaný D8 – fokální analýza. Geoinformatika Směr odtoku - kódování Geoinformatika Akumulace odtoku (flow accummulation) • Akumulace vody v buňce neboli akumulace odtoku je dána součtem hodnot buněk, které přispívají do dané buňky. • Údolnice (max) • Hřbetnice (0) Geoinformatika Strahler Řády toků – Strahler a Shreve Shreve GEOSTATISTIKA Geoinformatika Geoinformatika Geostatistika • V širším slova smyslu – statistická analýza prostorově lokalizovaných dat. • Geostatistika v užším slova smyslu – skupina interpolačních algoritmů založených na metodě krigingu. • Pomocí „klasických“ statistických metod lze vhodně analyzovat především atributová data – jejich kvantitativní či kvalitativní vlastnosti. Velmi omezeně však jimi lze charakterizovat prostorové vlastnosti objektů a jevů. • Tyto prostorové vlastnosti jako např. spojitost jevů, prostorovou autokorelaci, prostorové uspořádání (strukturu) lze charakterizovat právě pomocí geostatistických metod – (TOBLER) • Více v předmětu „Základy geostatistiky“ (doc. Dobrovolný).