GIS4SGGIS4SG GIS4SG VI Kartografická explorace a analýza časoprostorových dat podzim 2017 Petr Kubíček kubicek@geogr.muni.cz Laboratory on Geoinformatics and Cartography (LGC) Institute of Geography Masaryk University Czech Republic GIS4SG Map use • Změna kartografického paradigmatu – jak mohou mapy lépe sloužit uživatelům? Užití mapy. • Důraz na kartografickou vizualizaci • Di Biase (1990) – vizualizace jako nástroj výzkumu. Křivka vizualizace zobrazuje sekvenci výzkumných kroků a odlišnou rolí vizualizace. • Na straně explorace hraje mapa a další typy vizualizace roli nástroje pro zdůvodnění (napomáhají vizuálnímu myšlení). GIS4SGGIS4SG Mapa a vizualizace v geografickém výzkumu The role of maps and other graphics as tools in a geographic research sequence (after DiBiase, 1990) GIS4SG „Prostor" užití mapy • MacEachren(1994) – konceptuální pohled. • Vizualizace (ve smyslu vizuálního myšlení) je doplněk komunikace (ve smyslu přenosu informace). • Možnost souvislého měření podél tří os: – Private – public – Revealing unknown – presenting known – High human-map interaction – low interaction • Kartografická vizualizace = užití mapy v části krychle pro soukromé využití, odhalující nové a s vysokou mírou interakce. GIS4SGGIS4SG The (cartography) map use cube (MacEachren, 1994) GIS4SGGIS4SG GIS4SG Co je jiné na této definici?? • Nezdůrazňuje kartografickou komunikaci (Koláčný, Pravda…) • Neexistuje ostrá hranice mezi komunikací a vizualizací. • Komunikace je nezbytnou součástí každého užití mapy a zároveň každá mapa nutně obsahuje složku (přinejmenším mentální) vizualizace. Existuje rozdíl v cíli užití mapy a pravidlech tvorby pro mapu jejímž primárním cílem je zprostředkovat přenos znalostí od malé skupiny k většině a pro mapu, jejímž hlavním cílem je pomoci jedinci či malé skupině přemýšlet geograficky (spatial thinking). GIS4SGGIS4SG Kraak a Ormeling (1996) širší pojetí v prostředí GIS Širší interpretace termínu „vizualizace“: • explore pro neznámá a často „surová“ nezpracovaná data; • analyse (manipulate) – pro známá data; • present (communicate) znalosti a informace. Odpovídající změny umístění uvnitř MacEachrenovy krychle. GIS4SGGIS4SG Kraak a Ormeling (1996) širší pojetí v prostředí GIS GIS4SGGIS4SG Kartografická explorace – nová agenda (Kraak a MacEachren 1997) Definování základních 4 cílů : •Explorace •Analýza •Syntéza •Prezentace Každý cíl vyžaduje přitom specifické vizualizační přístupy či strategie a je charakterizován svým umístěním v rámci konceptuálního prostoru užití mapy. GIS4SG Explorace • Pozice – private - high interaction – revealing of unknown. • Otázky : – Jaká je podstata datové sady? – Které z vybraných datových sad mají podobné prostorové vzory? – Co když…? • Nástroje umožňující uživateli : – Zkoumat prostorová data vizuálně – animace, – Identifikovat vztahy mezi proměnnými – propojená okna, „brushing“ – Pohlížet na data s více pohledů – jak prostorových , tak konceptuálních. • Dynamické mapovací metody. Vzhled ovlivnitelný uživatelem. GIS4SG GIS4SG Analýza • Pozice – manipulace známých dat s cílem odhalit neznámé vztahy či odpovědi na otázky. Private – high interaction. • Otázky – často pro srovnání dvou a více datových sad: – Existuje prostorová korelace? – Jaké je nejlepší místo pro..? – Jaká je nejkratší cesta? • Nástroje: – Extrakce informací. – Funkce pro zpracování dat a manipulaci s daty. GIS4SG Syntéza • Pozice – důraz na posun od individuálního zájmu k širší skupině uživatelů (specialistů) a od odhalování neznámého k prezentaci známého. Stále očekáváme novou informaci. • Otázky: – Jaké obecné závěry analýza nabídla? – Jak odlišné jsou navrhovaná řešení? • Nástroje: – Pro extrakci podstatných výsledků – filtrování, souhrny (summary graphics), vynechání detailů a zvýraznění důležitého. GIS4SG Prezentace • Pozice – prezentace =komunikace (jak pouhé předání zprávy, tak získání nové informace pro skupinu osob či jednotlivce, kterým není původní informace známa). Není zcela v „rohu“, možná interakce. • Otázky: – Co je? – Kde je ? – Co patří k sobě? • Nástroje – vyjadřovací prostředky kartografie, jazyk, strategie.. GIS4SG Změny v kartografii (MacEachran 1994) • V cílech užití mapy – posun od uchování informací a komunikace k exploraci informací • V koncovém uživateli – posun od veřejnosti k individuálnímu uživateli, či menším skupinám. • V komplexnosti využití (flexibilitě) – posun od statických map k vysoce interaktivním mapám s proměnnou vizualizací. Explorace v užším a širším slova smyslu. GIS4SGGIS4SG Explorační časo-prostorová vizualizace – hlavní aspekty Vizualizace ve smyslu MacEachren (1994) – explorační část kostky. Andrienko, Andrienko a Gatalsky (2003) Exploratory spatio-temporal visualization: an analytical review. Rozdělení podle: 1. Klasifikace změn časo-prostorových dat. 2. Typ explorace, který podporují (jinými slovy). 3. Typ otázek, na něž přináší odpovědi. GIS4SGGIS4SG 1. Klasifikace dat podle změn v čase • Existenční změny – vznik a zánik. • Změny v tematických vlastnostech (kvalitativní, kvantitativní) • Změny prostorových vlastností – umístění, tvar, objem, orientace, výška… • Upraveno podle Blok (2000) GIS4SGGIS4SG 2. Typy explorace Původně Pequet (1994) rozlišovala tři základní komponenty časoprostorových dat: prostor (Kde, where), čas (kdy, when) a objekt (co, what): •when + where-what: Popisuje objekt nebo sadu objektů, které se vyskytují v daném místě či oblasti a v daném čase či časovém úseku. when + what-where: Popisuje místo či oblast s výskytem daného objektu či sady objektů v daném čase či časovém úseku. •where + what-when: Popisuje daný čas či časový úsek, ve kterém se objekt nebo sadu objektů vyskytuje v daném místě či oblasti. GIS4SGGIS4SG 3. Typ otázek, na něž přináší odpovědi • Úlohy – najdi (identify) a srovnej(compare) • Úroveň rozpoznání (čtení) – obecná (general - větší časový či prostorový rozsah) a základní (elementary – omezený časový či prostorový). • Zaměření na cílový objekt: – Čas je daný zatímco ostatní typy informací je potřeba objevit a popsat: – Čas je potřeba objevit pro daný typ informací jiného typu: GIS4SGGIS4SG Navržená typologie úkolů pro časoprostorovou exploraci GIS4SGGIS4SG EXPLORACE ČASOPROSTOROVÝCH DAT NA PŘÍKLADU DAT MOBILNÍCH OPERÁTORŮ GIS4SG Data mobilních operátorů teoretické základy • ČSÚ (2017) – penetrace mobilních telefonů na jednoho člena domácnosti nad 6 let = 0.99. Detailní a poměrně spolehlivý zdroj informací • Přístupy: – Network-based řešení (při kterém je využívána síť mobilního operátora jako zdroj sekundárních nebo primárních dat) – Handset-based řešení, při kterém je k lokalizaci použit hardware mobilního telefonu. GIS4SG Network based přístupy Pasivní vs. Aktivní • Pasivní: využívá pasivní lokalizační údaje od mobilních operátorů. Metoda je založená na georeferencování a agregaci provozních dat . Již existující velké množství lokalizačních informací, není tak nutné data sbírat za účelem výzkumu. • Každá komunikační aktivita lze přiřadit ke konkrétní BTS obsluhující určité území . Obsluhované regiony lze prostorově vymezit buňkou mobilní sítě. • Definice: Buňky jsou definovány jako Voroného diagramy, nebo je využito dat poskytovatele služeb o pokrytí jednotlivých vysílačů • Velikost: V urbanizovaných oblastech jsou vymezené obsluhované oblasti menší, BTS je více (větší rušení, zástavba tlumící propustnost signálu, více uživatelů…). • Kromě GSM existují nové technologie jako je například 3G či 4G. GIS4SG GSM buňky v okolí Brna GIS4SG Aktivní lokalizace • Na rozdíl od pasivní lokalizace velmi přesně zachycuje trajektorii pohybu. Této vlastnosti je docíleno přímým dotazováním mobilního telefonu v určitých intervalech. • Výhoda - uživatel mobilního telefonu nemusí vykazovat žádnou činnost, aby byl lokalizován, protože parametr lokalizace není zjišťován pouze z databází operátora (CDR, HLR, VLR…), ale je dodáván přímo na míru výzkumu. • Využití při sledování osob (PČR). GIS4SG Hand set based řešení • Nevyžadující aktivitu poskytovatelů sítí. • Využitelné technologie telefonů. • Studie provedené aplikací smartphonů se dají rozdělit podle měřítka do tří kategorií: personal sensing, social/group sensing, public/community sensing. • Participační vs. oportunistický režim dle uživatele. GIS4SG Ahas et al (2010) GIS4SG Novák, Temelová (2010) Každodenní život a prostorová mobilita mladých Pražanů GIS4SG Data • Policejní okrsky – 6 – 12 – 18. • Data dopočítána podle údajů dvou operátorů na úroveň celkové předpokládané penetrace. • Není jasné, zda se jedná o data očištění od SIM karet datových přenosů (přístroje). • Data lze použít pro odhad trendů a prostorových vztahů. Předzpracování dat • Statistika pro vybrané jednotky, odlišení pracovních a volných dnů. Přehledová statistika OOP – průměry, polední populace Poznatky z analýzy rozsáhlejších oblastí • Srovnání s SLDB • Denní a týdenní trendy • Srovnání s kulturními a sportovními akcemi • Dasymetrické mapování • Vazba na vybrané typy infrastruktury – super a hypermarkety, nákupní střediska. • Další využití v krizovém řízení? Srovnání se SLDB Trendy v průběhu dne Vazba na kulturní památky a akce Relativní mapování – dasymetrická metoda • Bere do úvahy pouze vybrané typy využití území a do nich rozděluje počty obyvatel dle váhy. • Lépe znázorňuje hustotu obyvatel. Obrázek 20 Časoprostorová vizualizace anamorfóz naskládaných na sebe - pohled jihovýchodní (pouze relativní porovnání vývoje počtu obyvatel ve 2 zvolených okrscích) • Obrázek 16 Dasymetrická metoda denního chodu počtu obyvatel v Brně a jeho okolí • (rozpočítáváno podle zastavěných oblastí v Corine Land Cover a Urban Atlas) Články pro příští hodinu • Rein Ahas , Siiri Silm , Olle Järv , Erki Saluveer & Margus Tiru (2010): Using Mobile Positioning Data to Model Locations Meaningful to Users of Mobile Phones, Journal of Urban Technology, 17:1, 3-27. Otázky: 1. Na jakém konceptuálním datovém přístupu je článek postaven? 2. S čím byly výsledky srovnávány? 3. Jaká byla použita základní terminologie? 4. Jaká byla prostorová přesnost modelu (Geographical Accuracy)? Článek II. • Olle Järv , Henrikki Tenkanen and Tuuli Toivonen (2017): Enhancing spatial accuracy of mobile phone data using multi-temporal dasymetric interpolation. INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOGRAPHICAL INFORMATION SCIENCE, VOL. 31, NO. 8, 1630–1651. • Otázky: 1. Jaká je podstata použité dasymetrické interpolace a jaký byl použit postup? 2. Co nového přináší multi-temporal function-based dasymetric (MFD) model a jak by se dal využít v podmínkách ČR.