Transcript Analizy przestrzenne

Rodzaje analiz w SIT/GIS
Analizy przestrzenne to zbiór działań na jednej bądź kilku
warstwach informacyjnych GIS, w celu uzyskania nowej informacji
w postaci graficznej lub tabelarycznej
Rodzaje analiz przestrzennych:
1. Zapytania do bazy danych
2. Algebra map
3. Operatory sąsiedztwa
4. Operatory odległości
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
1
1. ZAPYTANIA DO BAZY DANYCH
Przez
lokalizację
Przez
atrybut
proste
Co znajduje się we
wskazanym miejscu?
Gdzie znajdują się
obiekty o wybranym
atrybucie?
złożone
1. Gdzie znajdują się
obiekty spełniające kilka
atrybutów?
2. Gdzie znajdują się
obiekty w określonych
relacjach?
Jakie obiekty spełniają
zdefiniowane warunki?
Pytania formułujemy za
pomocą języka SQL
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
2
1. Zapytania do bazy danych
P rzez
lok aliza cje
P rzez
atryb u t
p roste
C o zn ajd u je sie
w e w sk azan ym
m iejscu ?
G d zie zn ajd u ja
sie ob iek ty o
w yb ran ym
atryb u cie?
zlozon e
1. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty
sp eln iajace k ilk a
atryb u tów ?
2. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty w
ok reslon ych
relacja ch ?
Jak ie ob iek ty
sp eln iaja
zd efin io w an e
w aru n k i?
P ytan ia
form u lu jem y za
pom oca jezyka
SQL
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
3
1. Zapytania do bazy danych
P rzez
lok aliza cje
P rzez
atryb u t
p roste
C o zn ajd u je sie
w e w sk azan ym
m iejscu ?
G d zie zn ajd u ja
sie ob iek ty o
w yb ran ym
atryb u cie?
zlozon e
1. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty
sp eln iajace k ilk a
atryb u tów ?
2. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty w
ok reslon ych
relacja ch ?
Jak ie ob iek ty
sp eln iaja
zd efin io w an e
w aru n k i?
P ytan ia
form u lu jem y za
pom oca jezyka
SQL
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
4
1. Zapytania do bazy danych
P rzez
lok aliza cje
P rzez
atryb u t
p roste
C o zn ajd u je sie
w e w sk azan ym
m iejscu ?
G d zie zn ajd u ja
sie ob iek ty o
w yb ran ym
atryb u cie?
zlozon e
1. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty
sp eln iajace k ilk a
atryb u tów ?
2. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty w
ok reslon ych
relacja ch ?
Jak ie ob iek ty
sp eln iaja
zd efin io w an e
w aru n k i?
P ytan ia
form u lu jem y za
pom oca jezyka
SQL
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
5
1. Zapytania do bazy danych
P rzez
lok aliza cje
P rzez
atryb u t
p roste
C o zn ajd u je sie
w e w sk azan ym
m iejscu ?
G d zie zn ajd u ja
sie ob iek ty o
w yb ran ym
atryb u cie?
zlozon e
1. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty
sp eln iajace k ilk a
atryb u tów ?
2. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty w
ok reslon ych
relacja ch ?
Jak ie ob iek ty
sp eln iaja
zd efin io w an e
w aru n k i?
P ytan ia
form u lu jem y za
pom oca jezyka
SQL
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
6
1. Zapytania do bazy danych
P rzez
lok aliza cje
P rzez
atryb u t
p roste
C o zn ajd u je sie
w e w sk azan ym
m iejscu ?
G d zie zn ajd u ja
sie ob iek ty o
w yb ran ym
atryb u cie?
zlozon e
1. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty
sp eln iajace k ilk a
atryb u tów ?
2. G d zie
zn ajd u ja sie
ob iek ty w
ok reslon ych
relacja ch ?
Jak ie ob iek ty
sp eln iaja
zd efin io w an e
w aru n k i?
P ytan ia
form u lu jem y za
pom oca jezyka
SQL
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
7
1. ZAPYTANIA DO BAZY DANYCH
Przez
lokalizację
Przez
atrybut
proste
Co znajduje się we
wskazanym miejscu?
Gdzie znajdują się
obiekty o wybranym
atrybucie?
złożone
1. Gdzie znajdują się
obiekty spełniające kilka
atrybutów?
2. Gdzie znajdują się
obiekty w określonych
relacjach?
Jakie obiekty spełniają
zdefiniowane warunki?
Pytania formułujemy za
pomocą języka SQL
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
8
Relacji przestrzenne
Wszystkie p1 mające
część wspólną z p2
Wszystkie p1 w
odległości d od p2
WM,BH,TP,KP
Wszystkie p1
zawierające się
w całości w p2
Wszystkie p1 mające
część wspólną z p2
(bez uwzględnienia
krawędzi)
Wszystkie p1
zawierające p2
Wszystkie p1 mające
wspólny krawędź z p2
Wszystkie p1
zawarte w p2
Wszystkie p1
o tym samym kształcie
i lokalizacji co p2
materiały pomocnicze do
wykładów
9
?
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
10
2. OPERACJE ALGEBRAICZNE I LOGICZNE (algebra map)
Działania na warstwach, zwłaszcza rastrowych i obrazach cyfrowych, polegające
na ich przekształcaniu w mapy (obrazy) o innej treści w oparciu o znaną lub
ustaloną relację pomiędzy nimi.
Dotyczy:
• przekształcenia pojedynczych map (obrazów) z wykorzystaniem prostych
działań algebraicznych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie) lub
• bardziej złożonych funkcji (wykładniczych, logarytmicznych,
trygonometrycznych itp.)
• działań algebraicznych i logicznych nakładania kilku map (typowe operacje:
dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie, stosunek znormalizowany,
minimum, maksimum, alternatywa, koniunkcja, itp.)
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
11
2. OPERACJE ALGEBRAICZNE I LOGICZNE (algebra map)
Modyfikacja atrybutu (+,-,*,/ przez liczbę…)
Matematyczne transformacje wartości atrybutu (funkcje trygonometryczne,
logarytmiczne itd..)
Matematyczne operacje na warstwach (+,-,*,/, funkcje trygonometryczne,
logarytmiczne itd.
Przykład : przekształcenie mapy rzeźby terenu w postaci numerycznego modelu
terenu w mapę opadów na podstawie obserwacji w stacjach meteorologicznych
oraz relacji pomiędzy wysokością punktu a wielkością opadów
T = -0.005 * H + 27
gdzie:
T – temperatura [oC]
H – wysokość [m]
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
12
Warstwa: wysokości (H)
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
13
Warstwa: nachylenie stoków (S)
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
14
Warstwa: tereny zabudowane (Z)
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
15
Z > 350, nach.>15%
nach. > 20%
Z > 400 m
Razem 25%
Wynik1 =obszary spełniające warunek H > 350 i S > 15
Wynik2 =obszary spełniające warunek S > 20
Wynik3 =obszary spełniające warunek H > 400
WM,BH,TP,KP
Suma=
materiały
pomocnicze
do lub wynik2 lub wynik3)
obszary spełniające
warunek
(wynik1
wykładów
16
3. OPERATORY SĄSIEDZTWA
wektorowe
• agregacja, łączenie, scalanie, część wspólna
rastrowe (gridowe)
• filtracje
• analizy na DTM: mapy spadków, ekspozycji, mapy widoczności
• analizy kosztów
• klasyfikacje
• analizy statystyczne
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
17
• Agregacja czyli zbieranie obiektów według atrybutu,
usunięcie granic rozdzielających powierzchnie o tej
samej wartości lub jakości cechy wybranej jako
kryterium
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
18
• Łączenie- łączenie treści dwóch lub więcej warstw
informacyjnych.
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
19
• Scalanie - sklejanie warstw informacyjnych w jedną całość.
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
20
• Znajdowanie części wspólnej dwóch warstw
informacyjnych
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
21
OPERATORY SĄSIEDZTWA – ANALIZY DTM
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
22
Analizy DTM
WM,BH,TP,KP
przykłady on-line
Numeryczny model rzeźby terenu
materiały pomocnicze do
wykładów
23
Analizy DTM
WM,BH,TP,KP
przykłady on-line
Mapa nachyleń w stopniach
materiały pomocnicze do
wykładów
24
Analizy DTM
WM,BH,TP,KP
przykłady on-line
Mapa nachyleń w procentach
materiały pomocnicze do
wykładów
25
4. OPERATORY ODLEGŁOŚCI
- generowanie map odległości (r)
- generowanie map kosztów (r),
- buforowanie (w, r)
- analizy sieciowe (w, r)
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
26
Operatory odległości
bufor
WM,BH,TP,KP
mapa odległości
materiały pomocnicze do
wykładów
mapa kosztów
27
Mapy odległości
Mapy odległości w różnych pakietach rastrowych GIS
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
28
• Buforowanie - tworzenie stref buforowych wokół
obiektów (obszarów w których każdy punkt leży nie dalej
niż szerokość strefy)
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
29
Złożenie trzech stref buforowych wokół dróg: 500m, 1000, 2000m
(powstaje strefowa mapa odległości )
Rysunek http://robert.szczepanek.pl/qgis_tutorial.php#topic9
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
30
Bufor wokół rzek
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
31
Analizy sieciowe (network analysis)
Sieci składają się z elementów dwu
rodzajów: z krawędzi (linie) i z łączników
(węzłów). Elementy te są powiązane
topologicznie.
Wzdłuż krawędzi odbywa się przepływ
różnych substancji, towarów, środków
transportu, ludzi itp.
Łączniki występują na przecięciu dwu lub
więcej krawędzi i pozwalają na przepływ
pomiędzy różnymi krawędziami.
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
32
• analizy sieciowe mogą być przeprowadzane na danych wektorowych
lub rastrowych
• węzły odzwierciedlają takie elementy przestrzeni jak skrzyżowania,
węzłowe stacje kolejowe, puszki połączeniowe itp.,
• krawędzie (linie) są fragmentami dróg, rur, kabli.
• linie posiadają atrybuty kierunku oraz „oporu pozornego”, które
determinują opór właściwy korygujący „koszt” poruszania się po sieci
(np. uliczny korek).
WM,BH,TP,KP
*)
materiały pomocnicze do
wykładów
33
Przykładowe zadania:
• znalezienie optymalnego połączenia pod względem postawionych
warunków, np. najkrótszej lub najszybszej drogi pomiędzy
określonymi punktami;
• analiza lokalizacji czyli znalezienie najbliżej położonego obiektu
(bank, szpital) od wskazanego miejsca;
• analiza alokacji czyli znalezienie wszystkich dróg oddalonych (W
CZASIE LUB PRZESTRZENI) od punktu początkowego o zadaną
wartość;
• analiza trasowania czyli wyznaczania optymalnej trasy
przebiegającej przez n zadanych punktów.
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
34
Znalezienie najtańszej (optymalnej) drogi
•
Koszt przebycia drogi zależy od rodzaju „oporu” który wybierze
użytkownik – może nim być czas, odległość, lub wrażenia
estetyczne
CZAS: 8 min
Długość: 4,6 km
WM,BH,TP,KP
ODLEGŁÓŚĆ: 4,5 km
Czas: 9 min
materiały pomocnicze do
wykładów
35
Szacowanie dostępności danego obszaru
• Bufor odległości od punktu (np.. 5km od sklepu) – mało
rzeczywiste…
• + uwzględnienie oporu związanego z poruszaniem się po sieci dróg
w promieniu 5 km
• ++ badanie przestrzennej zmienności w dostępie do danego
obszaru
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
36
Rastrowe analizy sieciowe
– linie oraz węzły muszą być przechowywane
w oddzielnych warstwach
– sieć zbudowana z wykorzystaniem modelu rastrowego
zawiera z reguły dużą ilość warstw.
– grid jest grafem przedstawiającym sieć, w której
połączenia z jednego węzła mogą nastąpić w 8
kierunkach.
WM,BH,TP,KP
*)
materiały pomocnicze do
wykładów
37
Znajdowanie najtańszej drogi przy pomocy modelu
rastrowego
•
•
•
Algorytm znajdowania drogi w modelu
rastrowym jest podobny do modelu
wektorowego.
Aby znaleźć najkrótszą (najtańszą,
najszybszą) drogę należy przygotować
raster, który przedstawia skumulowany koszt
(lub opór) przebycia drogi od jednej komórki
do drugiej.
Raster kosztów to kombinacja różnych
gridów, które opisują różne atrybuty. Jest
określany na drodze algebry map.
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
38
Analizy sieciowe na danych wektorowych i rastrowych
– Model wektorowy jest właściwszy dla analiz precyzyjnie
określających kierunek przepływu między punktami (droga, rzeka,
kabel telefoniczny, rura) - dyskretnymi elementami, głownie
antropogenicznymi, których atrybuty stanowią kluczową rolę w
określaniu całej sieci.
– Model rastrowy jest korzystniejszy w przypadku gdy problemem
jest znalezienie drogi przez teren, gdzie nie znajdują się określone
ścieżki oraz tam gdzie sieć nie składa się z wielu warstw i atrybutowo
zdefiniowanych kierunków, co czyni proces modelowania znacznie
bardziej złożonym.
WM,BH,TP,KP
materiały pomocnicze do
wykładów
39