Geoinformatika VII – Analýza dat jaro 2020 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? - What if.. 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 ?? • Plocha = (x2 - x1) * (y2 + y1) / 2 • T1= (5 - 2) * (12 + 8) /2= 30 Geoinformatika Celková plocha=(L1+L2)-(L3+L4) Plocha= (30 + 84) - (165 + 51.5)= 62.5 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. GIS ve veřejné správě Kahoot 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 v souboru dat „silnice“. – Vyhledání všech objektů splňující intervalové či logické podmínky jednoho nebo více atributů. – Př. Vyber všechny silnice 1. třídy mající dva jízdní pruhy. Geoinformatika Příklad • Datový soubor „silnice“ 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 Boolean 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 Logické operátory - rastr 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 – platnost v 2D! • 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 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 vrací TRUE pokud mají geometrické objekty nenulový průnik 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 vrací TRUE pokud se hranice geometrických objektů protínají ale vnitřky ne 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 vrací TRUE pokud mají vnitřky geometrických objektů nenulový průnik • 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 vrací TRUE pokud povrch protíná vnitřek geometrického objektu v křivce 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 vrací TRUE pokud se vnitřek objektu neprotíná s vnějškem jiného • 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 vrací TRUE pokud geometrický objekt obsahuje jiný objekt. • 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 Prostorové predikáty – ve zkratce  • 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 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.