1 APLIKOVANÁ GEOINFORMATIKA II Aplikovaná geoinformatika GPS; formáty prostorových dat: import, konverze Laboratoř geoinformatiky a kartografie GPS • Globální polohový systém, brněnsky „Gde proboha su“ • Dnes GPS ekvivalentem projektu NAVSTAR – projekt americké armády, dnes se označuje jen jako GPS – pasivní radiový systém primárně pro rychle se pohybující objekty; vyžití tzv. Dopplerova jevu – vývoj zahájen na počátku 70. let, plně funkční 1993 • Systém GPS se skládá ze tří segmentů (podsystémů): – Kosmický (32 družic – 24 operačních, 3 záložní, 5 na Zemi) – Řídící (5 základních stanic poblíž rovníku) – Uživatelský (vlastní GPS přístroje jednotlivých uživatelů) Global Positioning System (GPS) Aplikovaná geoinformatika • Zdroj a více informací: http://navigovat.mobilmania.cz/clanky/jak-je- mozne-ze-mobil-vi-kde-zrovna-jsme/sc-265-a-1327993 Princip GPS (GNSS) Aplikovaná geoinformatika • Družice ve výšce 20 180 km nad Zemí • Doba oběhu 11 hodin 58 minut • Životnost družice 7 – 10 let • Družice obsahuje: přijímač, vysílač, atomové hodiny, aj. Kosmický segment GPS Aplikovaná geoinformatika • 5 monitorovacích stanic na Zemi (non-stop) • Vytváří tzv. efemeridy (informace o polohách družic) • Kromě 5-ti oficiálních i několik nezávislých Řídící segment GPS Aplikovaná geoinformatika 2 • GPS přijímače jednotlivých uživatelů • „Jen“ zjišťuje čas příjmu signálu min. 3 (resp. 4 družic) • Hlavní odlišnosti přístrojů: – počet přijímaných kanálů (obvykle 6 – 12) – maximální měřitelnou rychlostí pohybu (200 – 2000 km • h-1) – filtry na polohu (typicky autonavigace) – připojení externí antény – výdrž baterií/rychlost procesoru/počet uložených bodů/tras… Uživatelský segment GPS Aplikovaná geoinformatika • V případě samotné GPS je výstupem textový soubor – import tohoto souboru do ArcGIS je součástí cvičení • V případě kombinace PDA a GPS pak i jiný formát (jako např. shapefile) – práce s PDA obsahujícím integrovaný GPS modul v terénních cvičeních Data z GPS Aplikovaná geoinformatika FORMÁTY PROSTOROVÝCH DAT • Databáze – viz Z3104 Geodatabáze – obvykle relační DB (např. PostgreSQL) a její prostorová nadstavba (PostGIS) – nerelační (NoSQL) databáze – např. array (hyperspektrální kostky aj.), dokumentová (Mongo DB) či sémantická (OpenLink Virtuoso) a mnoho dalších • Souborový systém – ve většině předmětů – např. shapefile, GML, TIFF Způsob ukládání prostorových dat Aplikovaná geoinformatika • obraz (model) objektu je vytvořen z čar • ty vzniknou spojením vertexů – lomových bodů • čáry vytvářející objekt mohou mít definovaný svůj počátek a konec – směr (běžné např. u říční sítě) • může být definována spojitost čar v průsečících Vektorová reprezentace prostorových objektů Aplikovaná geoinformatika • počátek, konec a vertexy jsou zaznamenány svými souřadnicemi XY v daném souřadném systému • geometrické vs. topologické chápání prvků ve vektorové reprezentaci – bod, linie, plocha – uzel, hrana (oblouk), řetěz, polygon • topologicko-vektorový model vs. spaghetti model Aplikovaná geoinformatika Vektorová reprezentace prostorových objektů 3 (zpracováno podle Molenaara, 1994, in Tuček, 1998) Geometrické a topologické chápání elementů vektorové prostorové reprezentace Aplikovaná geoinformatika • jednoznačné určení geometrie • není zde limit velikost buňky rastru, plynulá změna velikosti s měřítkem • nebezpečí použití nevhodných dat pro určité měřítko • explicitní topologie • … Přednosti a nevýhody vektorové reprezentace prostorových objektů Aplikovaná geoinformatika ArcGIS Help Aplikovaná geoinformatika Topologické elementy a jejich vztahy • ESRI Shapefile, Arc/INFO Coverage, Personal Geodatabase – http://www.esri.com/library/whitepapers/pdfs/shapefile.pdf • MIF/MID (MapInfo) • DGN (Bentley) – Microstation • DWG, DXF, DXB, SLD (Autodesk) – AutoCAD – CAD systémy • CDR, AI – profesionální grafika • VPF (vector product format) Aplikovaná geoinformatika Nejčastěji užívané vektorové formáty • Vektor • Ukládá netopologickou geometrii a atributovou informaci • Topologii lze vybudovat • Geometrie je ukládána jako sada souřadnic vektoru (neumí ukládat nic jiného) • Základ: body, linie, plochy (point, polyline, polygon) • Dále: multipoint, multipatch Aplikovaná geoinformatika ESRI Shapefile v geodatabázi ArcGIS Help Aplikovaná geoinformatika ESRI Shapefile 4 • Features that are composed of more than one point. Multipoints are often used to manage arrays of very large point collections such as LiDAR point clusters which can contain literally billions of points. Using a single row for such point geometry is not feasible. Clustering these into multipoint rows enables the geodatabase to handle massive point sets. Aplikovaná geoinformatika Multipoints ArcGIS Help Aplikovaná geoinformatika Multipoint Aplikovaná geoinformatika Multipoint – laserové skenování ČR • A 3D geometry used to represent the outer surface, or shell, of features that occupy a discrete area or volume in three-dimensional space. Multipatches comprise planar 3D rings and triangles that are used in combination to model a three-dimensional shell. Multipatches can be used to represent anything from simple objects, such as spheres and cubes, or complex objects, such as isosurfaces and buildings. Aplikovaná geoinformatika Multipatches • výhody chybějící topologie (podle ESRI) – rychleji se načítá – lze snadněji editovat • 3 hlavní součásti datového souboru: – .shp – geometrie – .shx – indexy – .dbf – tabulka atributů • další možné součásti: – .prj – .sbn, .sbx – prostorové indexy – .shp.xml — metadata ve formátu XML Aplikovaná geoinformatika ESRI Shapefile Aplikovaná geoinformatika Definice projekce (*.prj) u shapefile 5 • přípona *.mdb • stejný formát jako Microsoft Access, pouze Windows • „databáze“ zapsaná jako souborový systém • všechna data v jednom souboru • nestabilita „databáze“ začíná někde mezi 250 – 500 MB • na rozdíl od regulérních databází určeno jen pro malé pracovní skupiny (více uživatelů s právem čtení, ale pouze jeden současný s právem zápisu) Aplikovaná geoinformatika ESRI Personal Geodatabase Aplikovaná geoinformatika ESRI Personal Geodatabase • Spočívá v rozdělení prostoru do pravidelné sítě, která se skládá z buněk • Buňka představuje základní nedělitelnou prostorovou jednotku • „Tesselation“ – tesselace, mozaika → tvar buněk – čtvercový – trojúhelníkový – šestiúhelníkový Aplikovaná geoinformatika Rastrová reprezentace prostorových objektů  je kompatibilní se strukturami datových posloupností, používaných ve výpočetní technice (výpočty s maticemi, konvoluce)  použití pro mapovou algebru  kompatibilita s karteziánskými souřadnicovými systémy  jednoznačně definované sousedství  relativně jednoduchá datová struktura  možnost jednoduché definice prostorové reference (world file) * systém pod pravým úhlem se protínajících čar, které ohraničují jednotlivé buňky Aplikovaná geoinformatika Čtvercová mřížka – GRID / RASTR* • velikost souborů (paměťová náročnost) • limitující velikost buňky − závisí na ní vizuální kvalita i přesnost dat • buňky mohou nést hodnotu jen jednoho atributu • topologie na úrovni buněk, ne objektů Aplikovaná geoinformatika Nevýhody rastrové reprezentace • záleží na datovém formátu – buď je „schovaná“ v hlavičce souboru • nutnost definovat v nějakém SW, kde jsme schopni editovat údaje v hlavičce – nebo je v souboru zvlášť • tzv. World File Aplikovaná geoinformatika Definice prostorové reference 6 Aplikovaná geoinformatika Nejčastější názvy „World files“ • např. ESRI Grid • Obrazové formáty: – BMP – JPG – TIF – PNG – GIF – ECW – … • většinou se skládají z komponent RGB • různý způsob ukládání dat, komprese Aplikovaná geoinformatika Nejčastější rastrové formáty • primární (obrazová data DPZ) • sekundární – metody interpolace bodových měření metody – rasterizace vektorových dat – skenování analogových dat Aplikovaná geoinformatika Zdroje rastrových dat • ve většině případů se nelze spokojit jen s jedním SW, data z různých zdrojů • robustní SW – podpora nejrůznějších formátů, možnost importu a exportu do jiného formátu – ArcGIS (ESRI) – Geomatica (PCI) – Geomedia (Intergraph) – FME (Safe SW) – … • podpora ještě neznamená, že SW s daným formátem může pracovat, většinou ho spíš „umí načíst“ a dále je nutno ho převést na jiný • ukázka – podporované formáty v ArcGIS Aplikovaná geoinformatika Import a konverze do jiných formátů Aplikovaná geoinformatika • nástroje Spatial Analyst v ArcMapu • vector to raster – buňky ponesou hodnotu zadaného atributu – rozhodující je velikost buňky ve výsledném rastru • raster to vector – polygony jsou tvořeny ze skupin buněk, které mají stejnou hodnotu Aplikovaná geoinformatika Konverze vektor – rastr a opačně 7 Aplikovaná geoinformatika Konverze raster – vektor v ArcGISu • S-JTSK • S-42 • WGS 84 (UTM) • WGS 84 (souřadnice na elipsoidu) Pulkovo_1942_GK_Zone_3 Projection: Gauss_Kruger False_Easting: 3500000,000000 False_Northing: 0,000000 Central_Meridian: 15,000000 Scale_Factor: 1,000000 Latitude_Of_Origin: 0,000000 Linear Unit: Meter GCS_Pulkovo_1942 Datum: D_Pulkovo_1942 S-JTSK_Krovak_East_North Projection: Krovak False_Easting: 0,000000 False_Northing: 0,000000 Pseudo_Standard_Parallel_1: 78,500000 Scale_Factor: 0,999900 Azimuth: 30,288140 Longitude_Of_Center: 24,833333 Latitude_Of_Center: 49,500000 X_Scale: -1,000000 Y_Scale: 1,000000 XY_Plane_Rotation: 90,000000 Linear Unit: Meter WGS_1984_UTM_Zone_33N Projection: Transverse_Mercator False_Easting: 500000,000000 False_Northing: 0,000000 Central_Meridian: 15,000000 Scale_Factor: 0,999600 Latitude_Of_Origin: 0,000000 Linear Unit: Meter GCS_WGS_1984 Datum: D_WGS_1984 GCS_WGS_1984 Datum: D_WGS_1984 Projected Coordinate Systems  Utm  Wgs 1984  WGS 1984 UTM Zone 33N Projected Coordinate Systems  Gauss Kruger  Pulkovo 1942  Pulkovo 1942 GK Zone 3 Souřadnicové systémy (nejen našeho území) Geographic Coordinate Systems  World  WGS 1984 Projected Coordinate Systems  National Grids  S-JTSK Krovak EastNorth ► S-JTSK ► S-42 ► WGS 84 (UTM) ► WGS 84 (souřadnice na elipsoidu) Aplikovaná geoinformatika Odlišný zápis souřadnic Jednoduché kuželové zobrazení - Křovákovo Hodnota meridiánové konvergence v ČR 6 – 7° Aplikovaná geoinformatika Důsledky Křovákova zobrazení Aplikovaná geoinformatika