Geoinformatika VII – Analýza dat jaro 2016 Petr Kubíček kubicek@geogr.muni.cz Laboratory on Geoinformatics and Cartography (LGC) Institute of Geography Masaryk University Czech Republic Geoinformatika Prostorové analýzy • Prostorové analytické možnosti GIS tvoří jádro GIS, tedy to, co GIS odlišuje od ostatních informačních systémů. • Mezi otázky, na které nám GIS umožňuje odpovědět patří: – Co se nachází na? – Kde se nachází? – Jaký je počet? – Co se změnilo od? – Co je příčinou? – Co když? – WHAT? – WHERE? – WHEN? 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. Geoinformatika Měřicí funkce • GIS poskytují funkce na měření vzdáleností a ploch. • Geografické informační systémy umí používat různé délkové jednotky (stopy, cm, …), případně mezi nimi automaticky provádět převody. • Při projektech v malém měřítku, a tedy většího plošného obsahu, má na měření vliv také zakřivení zemského povrchu, takže GIS produkty mohou umožňovat započítat i tento faktor. – konformní - nedochází ke zkreslení úhlů, – ekvivalentní - nedochází ke zkreslení ploch, – ekvidistantní - nezkresluje délky ve směru určité soustavy křivek. – kompenzační - dochází k deformaci všech geometrických prvků (úhlů, délek i ploch), ale hodnoty deformací nejsou extrémní. Geoinformatika Měření ploch • Ruční měření – čtvercová metoda, planimetrie,… časově náročné, nepřesné (opakovaná měření). • Plochy ?? Geoinformatika Celková plocha=(L1+L2)-(L3+L4) L1 L2 L3 L4 Geoinformatika Měření vzdáleností • Metrika – nejkratší vzdálenost v rovině. D Geoinformatika Komplexní měření vzdálenosti • Zjednodušená reprezentace objektivní reality. • „A GIS will almost always underestimate the true length of a geographic line.“ Geoinformatika Měření tvaru S - kompaktnost • P – obvod (perimeter) • A – plocha (area) • 3,54 =2x√π • S=1 pro kruh. Geoinformatika Dotazy na geografická data • Dotazováním se vybírají údaje, které odpovídají specifickému kritériu nebo podmínce. • Dotazovací operace má obvykle tři hlavní komponenty: • 1) Specifikace údajů, kterých se týká. • 2) Formulace podmínek, kterým musí údaje vyhovovat. • 3) Instrukci, co se má na vybraných údajích vykonat. • Dotaz (Query) má tedy obecně následující strukturu: „Vyber z údajů typu T takové, které vyhovují podmínce P a vykonej na nich operaci O.“ Geoinformatika Typy dotazů Dotazy můžeme v GIS rozdělit na: • Atributové - dotaz typu: "které geografické objekty (lokality) mají definovanou vlastnost". – Například: "Zvýrazni všechna města v ČR, která mají více jak 10 000 obyvatel". • Prostorové - dotaz typu: "co se nachází na tomto místě, co se nachází v této oblasti". – Například: "Zvýrazni všechna města v ČR, která leží v Jihomoravském kraji". • Kombinované - dotaz typu: "které objekty splňují definovanou vlastnost a zároveň se nacházejí v nějaké oblasti – Například: "Zvýrazni všechna města v ČR, která mají více jak 10 000 obyvatel a zároveň leží v Jihomoravském kraji". ATRIBUTOVÉ DOTAZY Geoinformatika Atributové dotazy Dotazují se na atributy (vlastnosti) geografických dat! • Lze je uskutečnit různými způsoby: – Identifikace jednotlivého objektu na základě jeho jména, označení či jiného atributu. – Př. Vypiš všechny vlastnosti dálnice D5 ve vrstvě silnic. – Vyhledání všech objektů splňující intervalové či logické podmínky jednoho nebo více atributů. – Př. Vyber všechny silnice 1. třídy mající dva jízdní pruhy. Geoinformatika Příklad • Vrstva silnic má dva atributy: – třídu silnice (1,2,D,R,o) a počet pruhů (1,2). • Vyber všechny silnice 1. třídy, které mají 2 jízdní pruhy Geoinformatika Dotazy na geografická data • Pro vyhledávání intervalových podmínek je možné použít operátorů <,>,=,<=,>=,<>. • Intervalové podmínky jdou dále kombinovat pomocí logických operátorů (AND, OR, NOT) využívajících pravidel Booleovské logiky. • Dotaz (Query): • SELECT * FROM SILNICE WHERE TRIDA_SIL="1" and J_PRUHY=2 Geoinformatika Logické operátory • Pro dva prvky. Geoinformatika Logické operátory - kombinace Geoinformatika Příklad • Vyber všechny silnice které jsou první třídy nebo mají dva jízdní pruhy. Geoinformatika Příklad • Vyber všechny silnice s dvěma jízdními pruhy, které nejsou první třídy. PROSTOROVÉ DOTAZY Geoinformatika Prostorové dotazy • Dotazují se na prostorové vlastnosti a vztahy (geometrii a topologii) geografických dat! • Lze je uskutečnit různými způsoby: – Identifikace geografického objektu na základě jeho souřadnic, a to buď ručně (zadáním souřadnic) nebo interaktivně (ukázáním na objekt myší). – Prohledávání prostoru různých geometrických tvarů (obdélníky, kružnice, polygony, linie) za účelem nalezení prvků, které splňují podmínku dotazu. Geoinformatika Prohledávání prostoru různých geometrických tvarů • Nejčastější podmínky prostorového dotazu: – překrývají se – průnik, – dotýkají se (linií, bodem), – jsou obsaženy v nějaké oblasti/prvku, – obsahují nějaký prvek, – jsou identické, – jsou v nějaké vzdálenosti od určitého prvku/oblasti, ... Geoinformatika Prostorové predikáty Binární (boolean) funkce vyjadřující specifické prostorové vztahy pro dvojici geometrických prvků. Pokud splňují podmínku = TRUE, pokud ne =FALSE • Prvky mohou mít rozdílné geometrie (bod, plocha, linie…). Pouze X,Y souřadnice! • Predikáty zkoumají vždy vnitřek, hranice a vnějšek geometrického prvku. • Binární topologické predikáty jsou založeny na množině průniku hranic a vnitřku dvou objektů. Geoinformatika Prostorové predikáty • Equal • Disjoint • Intersects • Touch • Overlap • Cross • Within • Contains Přesné podmínky platnosti predikátů souvisí s implementací v konkrétním SW! Geoinformatika Prostorové predikáty • Equal vrací TRUE pokud jsou hranice a vnitřky geometrických objektů shodné. • Disjoint vrací TRUE pokud se hranice a vnitřky geometrických objektů neprotínají. • Intersectvrací TRUE pokud mají geometrické objekty nenulový průnik. • Touch vrací TRUE pokud se hranice geometrických objektů protínají ale vnitřky ne. • Cross vrací TRUE pokud povrch protíná vnitřek geometrického objektu v křivce. • Within vrací TRUE pokud se vnitřek objektu neprotíná s vnějškem jiného. • Contains vrací TRUE pokud geometrický objekt obsahuje jiný objekt. • Overlap vrací TRUE pokud mají vnitřky geometrických objektů nenulový průnik. Geoinformatika Equal • Equal returns t (TRUE) if two geometries of the same type have identical X,Y coordinate values. Equal vrací TRUE pokud jsou hranice a vnitřky geometrických objektů shodné. Geoinformatika Intersect a Disjoint • Intersects returns t (TRUE) if the intersection does not result in an empty set. Geometrické objekty mají nenulový průnik. • Disjoint returns t (TRUE) if the intersection of the two geometries is an empty set. Hranice a vnitřky geometrických objektů neprotínají. Geoinformatika Touch Touch returns t (TRUE) if none of the points common to both geometries intersect the interiors of both geometries. Hranice geometrických objektů protínají ale vnitřky ne. Geoinformatika Overlap • Overlap compares two geometries of the same dimension and returns t (TRUE) if their intersection set results in a geometry different from both but of the same dimension. Výsledek musí být tvarově odlišný, ale stejné geometrie. Vnitřky geometrických objektů mají nenulový průnik. Geoinformatika Cross Cross returns t (TRUE) if the intersection results in a geometry whose dimension is one less than the maximum dimension of the two source geometries and the intersection set is interior to both source geometries. Cross returns t (TRUE) for only multipoint/polygon, multipoint/linestring, linestring/linestring, linestring/polygon, and linestring/multipolygon comparisons. TRUE = povrch protíná vnitřek geometrického objektu v křivce Geoinformatika Within • Within returns t (TRUE) if the first geometry is completely within the second geometry. Within tests for the exact opposite result of contains. • Vnitřek objektu neprotíná s vnějškem jiného. Geoinformatika Contains • Contains returns t (TRUE) if the second geometry is completely contained by the first geometry. The contains predicate returns the exact opposite result of the within predicate. • geometrický objekt obsahuje jiný objekt. Geoinformatika Kombinované dotazy • Jedná se v podstatě o řetězení a kombinování atributových a prostorových dotazů tak, aby výsledek odpovídal požadované informaci. • Jak atributové, tak prostorové dotazy pracují pouze s jednou informační vrstvou. • Kombinované dotazy umožňují práci i s více vrstvami (či množinami objektů), – Je zde opět možnost propojovat je pomocí operátorů Booleovské logiky, podobně jako u atributových dotazů. – Kombinované dotazy také zčásti mohou využívat topologické překrývání vrstev. Geoinformatika Dotazy vektor x rastr • U vektorové reprezentace se zpracovávají údaje atributových tabulek připojených k jednotlivým vektorovým objektům. • U rastrové se zpravidla zpracovávají údaje uložené v buňkách jednotlivých vrstev (teoreticky lze i u rastrových reprezentací mít připojené atributové tabulky). • U vektorů je vždy vybrán celý objekt, u rastrů je vybírána vždy konkrétní buňka či skupina buněk.