Transcript GIS – SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ DANE RASTROWE, WEKTOROWE, SYSTEMY GPS PLAN PREZENTACJI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Przygotowanie danych, integracja, digitalizacja danych Rasteryzacja danych wektorowych Wektoryzacja danych rastrowych Georeferencja, geometryzacja Systemy.

GIS – SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ
DANE RASTROWE, WEKTOROWE, SYSTEMY GPS
PLAN PREZENTACJI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Przygotowanie danych, integracja, digitalizacja danych
Rasteryzacja danych wektorowych
Wektoryzacja danych rastrowych
Georeferencja, geometryzacja
Systemy GPS, GLONASS
Nawigacja, systemy SBAS
Systemy AGN w Polsce
PRZYGOTOWANIE DANYCH I INTEGRACJA
DANYCH









Konwersja danych nośnika
 skanowanie
 digitalizacja
Konwersja formatu danych
 raster & vector
Redukcja danych
Wykrywanie błędów i edycja
Geokodowanie: wyznaczanie współrzędnych geograficznych
Rektyfikacja i rejestracja (warstwy jedna na drugiej)
 Nakłądkowanie arkuszy i odniesienie do położenia geograficznego
Dopasowywanie krawędzi i obrazu (image adjustment)
 łączenie i równoważenie (linking & balancing adjacent sheets)
Interpolacja
Konflacja
KONWERSJA NOŚNIKA - SKANOWANIE
automatyczne zapisywanie map lub zdjęć lotniczych i satelitarnych

Powstają dane rastrowe

Wektoryzacja z wykorzystaniem
skanera programowego lub systemu
GIS
 Intensywna edycja może być
konieczna

Elektromechaniczne

Cena w granicach $100-$50,000
 Bębnowe, płaskie
 Rozdzielczość skanowania
uzależniona od ceny (do 20
mikronów (millionowych metra)

Skanery a sensory
Sensory zbierają dane bezpośrednio
w formie cyfrowej (np.. kamery
cyfrowe)
 Zdjęcia mają wyższe rozdzielczości
niż sensory, skanery ciągle ważne
 Nadal dostępnych jest wiele map w
postaci analogowej

Dobre rozwiązanie, jeżeli wystarczy
reprezentacja rastrowa
Automatyczne tworzenie danych wektorowych
podczas skanowania ciągle jest bardzo
problematyczne:
 Dokument musi być czysty
 Linie co najmniej 0.1 mm
 Złożone linie generują błędy
 Linie nie mogą przecinać się z tekstem
 Tekst może zostać zinterpretowany
jako linie
 Automatyczne wykrywanie obiektów
(np.. droga a linia kolejowa) ciągle
bardzo trudne.
KONWERSJA NOŚNIKA - DIGITALIZACJA
ręczne wprowadzanie danych map lub zobrazowań







Stosowane do map i zobrazowań
Kopia mapy/zdjęcia na tablecie,
lub zeskanowowany obraz na
ekranie monitora (heads-up
digitizing)
Wskaźnik lub kursor wskazuje na
współrzędne x, y
Współrzędne podawane sa w
calach/cm od dolnego lewego rogu
(0,0)
Punkty kontrolne (tic marks)
odnoszą digitalizowane
współrzędne do współrzędnych
rzeczywistych lat/long
Współrzędne odczytywane w trybie
strumieniowym(stream) lub
punktowym(point)
Dokładność tabletu (nie
użytkownika!) zwykle lepsza od 0.1
mm
Wszystkie węzły i poligony
należy wcześniej zaznaczyć i
ponumerować. W zasadzie
metoda wektorowa
Problemy
 Papier

Zagina się
 Rozciąga wraz z wzrostem
wilgotności ( do 3%)
 Zdjęcia nie są stabilne (0.2%)


Błędy mapy wpisywane do
systemu GIS
Mapy często podkreślają efekt
wizualny kosztem dokładności
 Błędy ręcznej obsługi


Często powoduje niedociąganie
oraz nadmiernie dociąganie linii,
podwójne linie.

Konieczna jest ponowna
DIGITALIZACJA DANYCH
Kolejność czynności przy digitalizacji:
•przygotowanie materiału (kalki)
•kalibracja stołu do digitalizacji (wewnętrzny układ odniesienia digimetru,
wprowadzanie punktów kontrolnych)
•digitalizacja
•edycja
•kodowanie
Skanowanie map jako metoda tworzenia map cyfrowych
w wyniku skanowania powstaje mapa rastrowa, które może być wykorzystana
jako:
•mapa podkładowa
•materiał do digitalizacji na ekranie monitora
•materiał źródłowy do automatycznego rozpoznawania obiektów
KONWERSJA FORMATU DANYCH

Wektor Wektor
np. cały poligon (np..mapa systemu
SAS) do punktu, linii, poligonu
 kosztowne obliczeniowo
 brak straty dokładności o ile dane są
poprawne (czyste)
 całkowicie przechodnie


Raster Raster
może wymagać ponownego
próbkowania (resampling)
 może obejmować konwersję między
różnymi formatami rastrowymi (np z
GRID do BIL)

wektor raster
wektor
raster
4 możliwości
Wektor Raster: punkty
 węzeł x,y przypisany najbliższej komróce
rastrowej
 lokalne przesunięcia niemal nieuniknione;
błąd zależy od rozmiaru rastra.
 dwa punkty w jednej komórce rastra są
nieodróżnialne
 nie przechodnie; nie można odtworzyć
danych oryginalnych bezbłędnie
KONWERSJA FORMATU DANYCH
Wektor Raster: linie
 komórki przypisane gdy mają punkt wspólny z linią prostą
 schodkowy wygląd linii skośnych (nazywany aliasingiem)
 można poprawić wizualnie poprzez antyaliasing anti-aliasing:
jasność komórki zależy od ilości (ułamka) komórek pokrytych przez
prostą
Raster Wektor
Problem bardzo złożony
Przechodność: możliwość odtworzenia oryginalnych danych po
wykonaniu konwersji.
RASTERYZACJA(CD)
Konwersja wektora na raster (rasteryzacja).
Przykład elementów powierzchniowych:
•kodowanie poligonów
•nałożenie siatki rastra
•identyfikacja pikseli, których środki przypadają na obszarze danego
poligonu
•kodowanie wartości pikseli zgodnie ze zidentyfikowanymi
poligonami
RASTERYZACJA PRZY RÓŹNEJ ROZDZIELCZOŚCI
ODRYSOWYWANIE OKRĘGU
1. Możliwość wykorzystania równania z sin/cos
2. Wykorzystanie równania okręgu w postaci:
(x − x0)2 + (y − y0)2 = r2
czyli
y = y0 ±pr2 − (x − x0)2
Algorytm w najprostszy sposób wykorzystujący równanie okręgu (2
symetrie), 4 drogi symetrii, 8 dróg symetrii (i dopiero ten nadaje sie do
narysowania okregu)
3. Algorytm Bresenham
METODA WYPEŁNIANIA KONTURÓW
FILTRACJA BILINIOWA
W naszym przypadku uk oraz vk sa współrzędnymi bitmapy a
yk jest kolorem bitmapy w punkcie k. Wartości bez indeksu
określają nowy pixel po zmniejszeniu. Z indeksami 1,2,3 i
4 otaczają nowy pixel (zatem aproksymujemy 4 pixele).
Zakładając kwadratową bitmapę mamy: v1 = v0, v2 = v3, u1 = u3, u2 = u0,
v3 − v0 = u3 − u0 = szerokość = w.
FILTR LANCZOS
Ten rodzaj filtru stosowany jest zarówno do zmniejszania
rozdzielczości jak i jej zwiększania. Bazuje ona na tzw. Funkcji
Lanczosa.
Zaletą tej funkcji w stosunku do innych (np. exp*sin) jest to, że osiąga
ona zero już przy x=2 dla funkcji L2 albo przy x=3 dla funkcji L3). W
ten sposób uwzględnia się tylko najbliżej sasiadujące piksele.
ORTOZDJĘCIA
Zeskanowane fotografie po
wykonaniu matematycznych
operacji rektyfikacji celem
wyeliminowania efektu
przemieszczenia, tak aby
prezentowały obraz widzialny
po kątem prostym do
obrazowanej powierzchni.
DANE RASTROWE ZALETY I WADY
ZALETY
Prosta struktura danych
Proste nakładkowanie
Liczne metody analiz przestrzennych
Jednolity rozmiar i kształt
Tańsza technologia
WADY
Duża zajętość pamięciowa
Mniej „eleganckie”
Trudne wykonanie transformacji między odwzorowaniami
kartograficznymi
Zmiana skal danych rastrowych jest trudna
Możliwa strata informacji z podczas generalizacji - upraszczania
DANE WEKTOROWE ZALETY I WADY
ZALETY
Dobre reprezentowanie rzeczywistych obiektów
Zwarta struktura danych
Topologia może być opisywana w sieciach
Precyzyjne wizualizacje graficzne
WADY
Złożona struktura danych
Trudne symulacje
Niektóre rodzaje analiz przestrzennych trudne lub niemożliwe do
wykonania
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals
RÓŻNICE MIĘDZY DEM A DTM
DEM - digital elevation model — określany także jako digital surface model
DSM — najczęściej odnosi się do reprezentacji powierzchni ziemi (lub jej
części), uwzględniającej takie cechy jak roślinność, zabudowania, mosty, etc.
Dane DEM często zawierają większość informacji zbioru danych odczytanego
technikami fotogrametrii, LiDAR, IfSAR, pomiarów terenowych, etc.
DTM - digital terrain model natomiast najczęściej stanowi przefiltrowane dane
takiej powierzchni, będąc przetworzoną wersją oryginalnych danych DEM.
Model DTM zapewnia tzw. model samej powierzchni ziemi (bare-earth model),
bez obiektów krajobrazu. Dane DEM można wykorzystywać przy modelowaniu
terenu, modelowaniu miast oraz przy wizualizacjach. Dane DTM wymagane są
przy modelowaniu cieku rzek, powodzi, badaniach wykorzystania terenu,
geologii i innych.
WYKORZYSTANIE DANYCH DEM
Najczęściej dane DEM wykorzysywane zostają przy:
 określaniu parametrów terenu
 modelowaniu przepływu wody lub ruchu innych obiektów (np.. lawiny)
 tworzeniu map rzeźby terenu
 tworzeniu wizualizacji 3D
 tworzeniu fizycznych modeli (raised-relief maps), rektyfikacji
zdjęć lotniczych i satelitarnych
 redukcji (korekcji terenowej) pomiarów grawitacji (grawimetria, geodezja fizyczna)
analizach terenu w geomorfologii i geografii fizycznej
Nodes - węzły: węzły są fundamentalnym blokiem budowy modelu
TIN. TWęzły wywodzą się z punktów lub wierzchołków linii
zawartych w danych wejściowych.
Edges - krawędzie: każdy węzeł połączony zostaje z najbliższymi
sąsiadami krawędziami tworząc trójkąty, tak aby spełnić kryterium
Delaynay. Każda krawędź ma dwa węzły, ale węzeł może mieć
dwie lub więcej krawędzi.
Triangles - trójkąty: powierzchnia każdego trójkąta opisuje część
pewnej modelowanej przez TIN powierzchni.
Hull - otoczka: Otoczka danych TIN jest utworzona poprzez jeden
lub więcej poligonów zawierających cały zbiór punktów tworzących
TIN. Poligony otoczki definiują strefę interpolacji danego TIN.
Topology - topologia: Struktura topologiczna modelu TIN
definiowana jest poprzez relacje między węzłami, krawędziami
(liczbą i typem) oraz związkiem między przyległymi trójkątami.
WEKTORYZACJA
Konwersja rastra na wektor (wektoryzacja).
Obszary o tej samej wartości pikseli są zamieniane na poligony o
wartości atrybutu określonej przez tę wartość.
Różne programy konwersji mogą dawać różne wyniki. Część informacji
może być stracona zarówno przy wektoryzacji, jak i przy rasteryzacji.
KONWERSJA RASTER WEKTOR

szkietetyzacja, ścieńczanie (thinning): w celu redukcji obiektów
rastra do szerokości jednostkowej



redukcja (peeling) sukcesywnie usuwa zewnętrzne krawędzie
w metodzie osi środkowych odszukuje się zbiór wewnętrznych pikseli
najbardziej odległych od zewnętrznych krawędzi
ekstrakcja wektora: w celu odszukania linii

1-4 rekonstrukcja



1-8 rekonstrukcja



łączenie punktów środkowych z sąsiadami 1-8 jeżeli istnieją
linie skośne są uwzględniane, ale tworzą nadmiarowe linie
1-8 rekonstrukcja z eliminacją nadmiarowości



łączenie punktów sąsiadów 1-4 jeżeli istnieją
szczególnie niepoprawne odwzorowanie linii ukośnych
jeżeli istnieje sąsiad 1-4, nie należy odrysowywać linii
redukcja nadmiarowych linii
odbudowanie struktury topologiicreate nodes at line junctions


tworzenie linii
tworzenie poligonów (ręczne zdefiniowanie konieczne)
KONWERSJA RASTER WEKTOR
ŚCIEŃCZANIE
Raster to Vector Conversion: Vector Extraction
Rekonstrukcja sąsiedztwa 1-4
Vector
Raster
Rekonstrukcja sąsiedztwa 1-4
Sprawdzenie czterech sąsiednich pikseli i selekcja punktu, jeżeli w sąsiedztwie znajduje się
przynajmniej jeden piksel obiektu
KONWERSJA Raster Wektor: Ekstrakcja wektora
Rekonstrukcja sąsiedztwa 1-8
Rekonstrukcja sąsiedztwa 1-8
Sprawdzenie ośmiu sąsiednich pikseli i selekcja punktu, jeżeli w sąsiedztwie
znajduje się przynajmniej jeden piksel obiektu
KONWERSJA RASTER WEKTOR
Ekstrakcja wektora
Rekonstrukcja sąsiedztwa 1-8 z usuwaniem nadmiarowości
Vector
Raster
Rekonstrukcja sąsiedztwa 1-8
Sprawdzenie ośmiu sąsiednich pikseli i selekcja punktu, jeżeli w sąsiedztwie
znajduje się przynajmniej jeden piksel obiektu
WEKTORYZACJA PODSTAWOWA
Metody wektoryzacji podstawowej obejmują następujące techniki:
1. Transformację Hough (HT – Hough Transformation)
2. Metody oparte na ścienianiu (thinning based methods)
3. Metody oparte na analizie konturów
4. Metody oparte na grafach (run-graph based methods)
5. Metody oparte na wzorcach siatek (mesh pattern based methods)
6. Metody rzadkich pikseli (sparse pixel based methods)
Z wyjątkiem metod opartych o transformację HT, typowa operacje
wektoryzacji składa się z następujących etapów:
(1) próbkowanie punktów osiowych, ewentualnie wykonanie reprezentacji w
postaci osi środkowej. Podstawowa operacja redukcji danych, które mają
zostać przetworzone. W ten sposób w dalszych etapach wektoryzacji
uwzględnione zostają jedynie punkty osi środkowych odcinków, które
reprezentują ważną dla całego procesu informacje.
(2) Śledzenie prostych (analiza), przechodzenie po wszystkich osiach
środkowych uzyskanych w pierwszym etapie w celu utworzenia łańcucha
punktów dla każdego z wektorów.
(3) aproksymacja odcinków prostych (segmentów) lub poligonów
polegającą na usuwaniu punktów, nie mających kluczowego znaczenia z
łańcuchów uzyskanych w drugim etapie wraz z połączeniem punktów
krytycznych w odcinki lub polilinie. Pozostałe punkty krytyczne
wykorzystywane zostają ostatecznie do reprezentowania wektorów zawartych
w danych rastrowych.
Zasadnicze różnice w przedstawionych wcześniej rodzajach metod
wektoryzacji odnoszą się do dwu pierwszych etapów. Opracowano szereg
algorytmów dla trzeciego etapu (poligonizacji).
Hough Transform
Transformacja HT w procesie wektoryzacji obrazów z prostymi poprzez
transformację przestrzennie rozłożonych wzorców w obrazie binarnym w
przestrzennie zwarte atrybuty w przestrzeni atrybutów. Podczas transformacji
trudny problem globalnego wykrycia linii prostych w przestrzeni obrazu zostaje
zastąpiony wykrywaniem lokalnych esktremów w przestrzeni parametrów.
Jednym ze sposobów wykrycia prostych jest ich sparametryzowanie na
podstawie ich nachylenia i przecięcia (względem osi X). Proste definiuje się
zgodnie z równaniem (1):
y = mx + c
(1)
Każda z prostych na płaszczyźnie (x, y) odpowiada punktowi płaszczyzny (m,
c). Każdy z punktów płaszczyzny (x, y) może należeć do jednej z nieskończonej
liczby prostych przechodzących przez ten punkt. Nachylenie oraz przecięcie tych
prostych na płaszczyźnie (m, c) opisane jest równaniem (2).
c = -xm + y
(2)
Płaszczyzna (m, c) zostaje podzielona na prostokątne obszary (ang. bins),
które sumują dla każdego czarnego piksela płaszczyzny wszystkie piksele
leżące wzdłuż linii o równaniu (2). Jeżeli prosta o równaniu (2) zostaje
odrysowana dla każdego czarnego piksela, wszystkie komórki przez które ta
prosta przechodzi zostają zwiększone o jeden.
Wykonanie sumowania dla wszystkich pikseli obrazu umożliwia wykrycie
prostych jako ekstrema w przestrzeni transfomacji HT. Uwzględniając szum,
każde ekstremum wyższe od wartości progowej zostaje wykorzystane do
utworzenia prostej zdefiniowanej równaniem (1). W praktyce, przyjmuje się że
prosta może być połączeniem kilku kolinearnych odcinków prostych. Z tego
względu, wszystkie piksele wejściowego obrazu wzdłuż wykrytych prostych
zostają kolejno iterowane w celu określenia punktów końcowych odcinków.
Szerokość prostej zostaje ponadto określona podczas iteracji poprzez
sprawdzenie szerokości w każdym pikselu.
GEOMETRYZACJA
Geometryzacja - nadawanie współrzędnych warstwom rastrowym.
Określenie transformacji na podstawie wskazanych punktów kontrolnych
(obiektów rozpoznawalnych równocześnie na obrazie rastrowym i na
mapie)
Wymagana minimalna liczba punktów kontrolnych zależy od stopnia
transformacji (zazwyczaj wielomiany drugiego lub trzeciego rzędu)
GEOKODOWANIE
przypisanie współrzędnych przestrzennych punktom
Address Matching - przypisanie współrzędnych przestrzennych (jawna lokalizacja) adresom (lokalizacja
niejawna)
Przypisanie współrzędnych danemu adresowi wymaga pliku z danymi sieci ulic w zawierającego
informacje o atrybutach ulic (nazwa ulic, zakres numerów dla każdego bloku) każdego segmentu ulicy
(bloku, prawej i lewej strony)
 Dokładne dopasowanie nazwy ulicy może być problematyczne
 Uaktualnianie bazy danych (np. nowe ulice) jest ważnym problemem
 Skrzynki pocztowe, nazwy budynków stanowią potencjalnie źródło problemów
W oprogramowaniu ArcGIS proces jest 3-stopniowy
 W ArcCatalog, przetworzenie pliku sieci ulic i utworzenie Geocoding Service
 W ArcMap, załadowanie usługi geokodowania z wykorzystaniem Tools/Geocoding/Services Manager
 W ArcMap, geokodowanie tabeli adresów z wykorzystaniem opcji Tools/Geocoding/Geocode Addresses
Pliki lokalizacji punktowej zawierają współrzędne lat/long or x,y coordinates (np.. z odbiornika GPS) które
muszą zostać przekonwertowane do pliku shape w celu wyświetlenia
 Załadować tabelę (w formacie .dbf) do systemu ArcGIS poleceniem add data
 Z menu kontekstowego T z C wybrać Display X,Y data
Tabela musi zawierać przynajmniej 3 zmienne: ID obiektu, położenie x, y
REDUKCJA DANYCH

Resampling (dane
rastrowe)

 ‘średnia’ 4 wartości w
sąsiedztwie 2x2
 wykorzystać tę wartość w
pojedynczej komórce
obejmującej wejściowe 4
komórki
 wykorzystać średnią dla danych
przedziałowych; wymagane
reguły dla danych
porządkowych i kategorialnych
 nie jest przechodnia!
3
7
2
4
16 bytes
4 bytes
4
1 byte
Ścieńczanie (dane
wektorowe)
często stosowane podczas
digitalizacji w trybie
strumienniowym (stream)
 eliminacja progowa: usuń
najbliższe punkty „zbyt bliskie”
(np. wyjściowa rozdzielczość
urządzenia ich nie rozróżnia)
 eliminacja topologiczna:
usuwanie punktów nie
wchodzących do struktury
topologicznej
 eliminacja oparta na modelu:
wpisać wielomian metodą
najmniejszych kwadratów i
zapisać mniej punktów wzdłuż
jego linii.

GEOREFERENCJA: REKTYFIKACJA I REJESTRACJA
(FAKTYCZNE POŁOŻENIE PRZESTRZENNE / NAKŁADKOWANIE)



rektyfikacja: zmiana położenia
obiektów tak, aby odpowiadały
konkretnemu systemowi
odniesienia (najczęściej
geodezyjnemu)
rejestracja:
zmiana położenia obiektów
jednego zbioru tak, aby
odpowiadały obiektom drugiego
zbioru bez zachowania
zgodności z danym układem
odniesienia
Pomimo podanej różnicy, terminy
najczęściej stosuje się
zamiennie
ALGORYTM:
 Homogeniczna transformacja
poprzez obrót, rotację,
przesunięcie, skalowanie,
pochylanie (rotation, translation,
scaling, skewing)
 Stosowane do odwzorowań
kartograficznych i innych
podobnych konwersji
 Rozciąganie różnicowe
(differential stretching via rubber
sheeting)
 Stosowane do dokładnego
położenia zniekształconych
map lub plików
KONWERSJA - Rubber Sheeting - konwersja różnicowa
Dane GIS są w różnym stopniu rozciągane tak, aby punkty w
jednym pliku pokrywały się z punktami kontrolnymi drugiego
pliku z zlokalizowanym położeniem. Najczęściej w
tym celu stosuje się dopasowanie wielomianowe metodą
najmniejszych kwadratów między współrzędnymi znanych
punktów kontrolnych a odpowiadającymi im współrzędnymi
drugiego pliku. Wyznaczone w podany sposób parametry
odwzorowania zostają następnie zastosowane do wszystkich
punktów transformowanego pliku. W ten sposób, punkty z
wejściowego znajdują się bliżej punktom kontrolnym, jednak
nie jest możliwe uzyskanie stuprocentowego pokrycia.
-- im większa dokładność tym lepszy rezultat operacji
-- punkty zostają dobrze rozmieszczone
-- znajomość położenia lat/long punktów kontrolnych
wymagana podczas operacji rektyfikacji (najczęściej z GPS)
-- wspólne punkty w dwu plikach wymagane do rejestracji
ground control
Map locations
GIS file
TRANSFORMACJE - konwersje jednorodne



translacja początku układu
 z początku digitimetru origin
danego zbioru na faktyczny
początek pliku GIS
rotacja osi
 np. faktyczny kierunek
północy
skalowanie osi


translacja
jednorodne:
różnicowe (owale na okręgi)
pochylanie osi
Zmiana odwzorowania
kartograficznego może wymagać
wszystkich 4 operacji
skalowanie
różnicowe

rotacja
pochylanie
REKTYFIKACJA I REJESTRACJA
Najczęściej stosowane w celu dołączenia zeskanowanych zdjęć lub fotografii do warstw
wektorowych, ale także w celu skorygowania niepoprawnego położenia obiektów w
warstwach wektorowych.
W oprogramowaniu ArcMap dostępne poprzez pasek narzędzi Georeferencing dla zdjęć
oraz Spatial Adjustment dla warstw wektorowych.
DOPASOWANIE KRAWĘDZI
Dopasowanie krawędzi:
Łączenie oddzielnych fragmentów (arkuszy) map w jeden spójny system GIS
Wymagane przetwarzanie nawet w przypadku, gdy topologia wizualnie się
pokrywa na łączonych fragmentach map
Funkcjonalność dociągania - snapping - pomocna w łączeniu obiektów
Problem dopuszczalnej tolerancji przed dalszą analizą niezgodności
Jak daleko wykonać korekcję (przesunięcie) w przypadku niezgodności
Przyczyny niezgodności
Ekspansja / kontrakcja mapy papierowej
Błędy digitalizacji / skanowania
Błędy georeferencji
Dokładność sprzętu
Ekstrapolacja lub błędy zaokrąglania
Obszar zachodzenia arkuszy map
W ArcView (bardzo proste operacje):
W ArcMAP poprzez Tools/Geoprocessing/Merge Layers
Także w pasku narzędziowym Spatial Adjustment
KOREKCJA OBRAZU (IMAGE ADJUSTMENTS)
Dane rastrowe pochodzące z oddzielnych zdjęć (photos) lub zbioru zdjęć zostają
poddane procesowi mozaikowania w celu utworzenia „ciągłego zdjęcia”.
(Collars) zatoki muszą zostać usuniete
Obszary zachodzące na siebie
Granice skanowanych map
Image Balancing and Feathering: dostosowanie atrybutów dla spójnego i
pożadanego koloru, jasności i kontrastu (color, brightness, contrast)
Checker board appearance – niespójny wygląd
Załamania linii na granicy łączonych zdjęć / map
Większa liczba poziomów jasności zaciera szczegóły w miejscach dobrze
naświetlonych a zwiększa w słabo naświetlonych
Niespójny wygląd obiektów tego samego typu w różnych warunkach, np.
morze, akweny wodne w zależności od wiatru oraz naświetlenia
Korekcja ortozdjęć:
Kontrola naziemna - ground control (najczęściej z GPS dla punktów
widzialnych) w celu określenia rzeczywistego położenia na powierzchni ziemi
Kontrola naziemna kąta nachylenia kamery względem ziemi
Kalibracja kamery w celu usunięcia zniekształceń soczewek
Model terenu - Digital terrain model (dtm) w celu usunięcia odległości
„wzniesienia” (5 mi. na mapie do wierzchołka góry, ale 6 mi jeżeli góra
znajduje się na wysokości 5,280 stóp)
UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH
Układ współrzędnych ustanawia uporządkowaną zależność(relację) między
fizycznymi punktami w przestrzeni a liczbami rzeczywistymi, czyli
współrzędnymi,
•Układy współrzędnych stosowane w GIS, geodezji, kartografii mogą być
ortokartezjańskie, dwu lub trój-wymiarowe oraz krzywoliniowe.
KARTEZJAŃSKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH
We współczesnej geodezji, kartezjański
trójwymiarowy układ współrzędnych jest
stosowany dla zadań globalnych.
•Jest on definiowany przez trzy
ortogonalne osie, które tworzą układ
prawoskrętny. Osie współrzędnych X,Y,Z
przecinają się w początku układu.
•Jak pokazano na rysunku,punkt P jest
zdefiniowany poprzez odległości od punktu
początkowego O licząc wzdłuż X, Y i osi Z.
ELIPSOIDALNY (GEODEZYJNY) UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH
Współrzędne elipsoidalne są to linie
krzywe leżące na powierzchni elipsoidy.
Zwane są równoleżnikami jeśli szerokość
jest stała (ϕ) i południkami, jeśli długość
jest stała (λ)
•Jeśli elipsoida jest związana z bryłą Ziemi,
to współrzędne elipsoidalne zwane są
współrzędnymi geodezyjnymi
•Tradycyjnie, przeciwieństwem
współrzędnych geodezyjnych są
współrzędne astronomiczne; szerokość i
długość astr.
Wykorzystanie w szeroko rozumianym GIS elipsoidy jako powierzchni
aproksymującej powierzchnię Ziemi wynika z:
1.Tradycji
2.Łatwości odwzorowania elementów przedstawionych na jej powierzchni
na płaszczyznę(mapę)
3.Niewielkie zniekształcenie przy redukcji pomierzonych elementów z
fizycznej powierzchni Ziemi na elipsoidę
KARTEZJAŃSKI PŁASKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH
Dwuwymiarowy kartezjański układ współrzędnych jest
zdefiniowany poprzez dwie prostopadłe do siebie
osieX i Y, powiązanymi z kierunkami
geograficznymi:na północ (N) , na wschód (E).
•Kąty są liczone zgodnie z ruchem wskazówek zegara
WSPÓŁRZĘDNE BIEGUNOWE
Biegunowy system współrzędnych określa
położenie punktu poprzez element liniowy i
kątowy. W przypadku dwu wymiarów jest
to kąt α i odległość d
ZALEŻNOŚĆ MIĘDZY PROSTOKĄTNYM
A BIEGUNOWYM UKŁADEM
WSPÓŁRZĘDNYCH
PŁASKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH
WPŁYW ZAKRZYWIENIA ZIEMI NA POMIARY LINIOWE
SYSTEM ODNIESIENIA
Układ współrzędnych nie zawiera
informacji o jego orientacji względem bryły
ziemskiej,
•Układy współrzędnych oraz parametry
opisujące ich orientacje względem bryły
ziemskiej zwane są geodezyjnymi
systemami odniesienia,
•Tak więc system odniesienia stanowi zbiór
zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z
opisem modeli niezbędnych do
zdefiniowania początku, skali i orientacji
osi układów współrzędnych w bryle
ziemskiej oraz ich zmienności w czasie.
SYSTEM ODNIESIENIA
Definicja –kartezjański trójwymiarowy
􀂄Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi,
 oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi
•Definicja –elipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację
względem bryły ziemskiej
 punkt początkowy P,
 jego szerokość ϕP,
 długośćλP,
 azymut linii αPB,
 parametry elipsoidy a oraz b,
 odstęp geoidy od elipsoidy NP
SYSTEM ODNIESIENIA






punkt początkowy P,
jego szerokość ϕP,
długość λP,
azymut linii αPB,
parametry elipsoidy a oraz b,
odstęp geoidy od elipsoidy NP
UKŁAD ODNIESIENIA
Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia
􀂄w przypadku geodezji klasycznej – jest określony przez liczbowe
wartości sześciu parametrów,
W przypadku geodezji współczesnej (satelitarnej) przez współrzędne
określonych stacji naziemnych.
Na świecie istnieje wiele układów odniesienia
􀂄WGS84
􀂄EUREF
UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42
WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72)
Swiatowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym
układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje
Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanów Zjednoczonych
Ameryki Północnej - poprzednie wersje WGS60 I WGS66. Przed 27
stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski system
TRANSIT. Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji
śledzących systemu TRANSIT (TRANET).
WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84)
Układ odniesienia WGS84 był początkowo oparty o współrzędne
satelitarne uzyskane tylko z pomiarów dopplerowskich (system TRANSIT)
i bazował na układzie WGS72, który został opracowany dla potrzeb
systemu TRANSIT. Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie
jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1-2 m
Współrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały
poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej
sieci IGS (22 stacje), wykorzystano w procesie wyznaczania
współrzędnych, jak równie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych.
W opracowaniu wyników pomiarów przyjeto standardy zgodne z
zaleceniami IERS. Wynikiem prac był nowy poprawiony układ
WGS84(G730) – co odnosi się do 730-go tygodnia GPS.
Nowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnej
Od poczatku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ
WGS84(G730) do obliczania orbit satelitów GPS (efemeryd pokładowych).
Geodetic System 1980 (GRS-80)
Geodezyjny System Odniesienia GRS’80 został przyjety na XIV
Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki
(IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze.
Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy: a, GM i J2 oraz
predkość kątowa Ziemi. Przyjęto, że mała półoś elipsoidy odniesienia
systemu GRS’80 będzie równoległa do osi CIO, a płaszczyzna południka
zerowego bedzie równoległa do południka zerowego średniego
Obserwatorium BIH.
Praktyczną realizację tak przyjętego układu współrzędnych można oszacować
na około 10 cm.
ELIPSOIDA ZIEMSKA
Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRS’80 –Geodetic
Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym
Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997
roku.
Stosowana rezolucja zaleca aby:
• równikowy promień Ziemi: a = 6378137m
• geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)
• dynamiczny współczynnik kształtu Ziemi, wyłączając stałą deformacje
pływową
• kątowa prędkość Ziemi:
f –spłaszczenie elipsoidy
kwadrat mimośrodu
a –duża półoś
Równanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w układzie współrzędnych
prostokątnych ma postać:
Kwadrat mimośrodu:
SŁUŻBA IERS – ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH
UKLADÓW ODNIESIENIA
Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana
przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię
Geodezji i Geofizyki w 1987 roku.
W 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube Ruchu
Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia (International Earth Rotation
and Reference Systems Service).
Do zadań należą:
•Definicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i
jego realizacja w postaci układu współrzędnych (ICRF).
•Definicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i
jego realizacja w postaci układu współrzędnych (ITRF).
•Wyznaczenie parametrów orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla
zapewnienia parametrów transformacji pomiędzy ICR i ITRF.
•Analiza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF, ITRF, EOP i ich
modelowanie.
•Standardy, stałe i modele (konwencje).
SŁUŻBA IERS – ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH
UKLADÓW ODNIESIENIA
Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów
Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems
Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania
danych dla poszczególnych technik:
o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)
o Międzynarodowa Służba Pomiarów Laserowych Odległości (ILRS)
o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)
o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)
ITRF’88 – ITRF’2000 przeglad parametrów transformacji i ich skutki
praktyczne
PARAMETRY TRANSFORMACJI
PARAMETRY TRANSFORMACJI
ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF
ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF
ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF
TRANSFORMACJE ITRF - ETRF
NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE
Układ Borowa Góra 1925 (BG1925), określany w zagranicznych zródłach
jako PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia
elipsoidy Bessel’1841 do Geoidy w Borowej Górze. Orientacji elipsoidy
dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie. Przyjęto
następujące współrzedne tego punktu (szerokość i długość
geograficzną wynikającą z pomiarów astronomicznych):
B = 52o28’32.85” L = 21o02’12.12”
W Polsce, podobnie jak w innych państwach byłego układu
warszawskiego, obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO
z punktem przyłożenia do geoidy w Pułkowie
Do połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ współrzędnych
zwany krótko „1942”.
1899 –Powołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS)
1900 –Rozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS1912 –
Powołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH)
1962 –Powołanie Międzynarodowej Służby Ruchów Bieguna (IPMS)
1966 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard EarthIII
1967 –Zdefiniowanie początku umownego układu współrzędnych
ziemskich CIO
1967 –Przyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS67
1968 –Wprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT
dystrybuowanego przez BIH –układ odniesienia BIH
1972 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS72
1973 –Wprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do
wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery
obserwacji astrometrycznych
1979 –Przyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS80
1979 –Wprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo
wyznaczeń pozycji bieguna i UT
1980 –Początek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and
Intercomparison of theTechniques)
1983-1984 –Właściwa kampania MERIT
1984 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS84 i BIH (BTS84)
1984 –Wprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS84)(po raz
pierwszy zastosowano model prędkości AM0-2)
1989 –Rozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje
laserowe i VLBI do wyznaczenia parametrów ruchu obrotowego Ziemi
1991 –Zdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu
odniesienia CTRS. Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano
nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS
1993 –Powołanie International GPS Service(IGS) –(od 2004 International
Earth Rotation and Reference Systems Service)
1994 –Wprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna
Literatura:
Prof. dr hab. Adam Łyszkowicz, UWM w Olsztynie, WYKŁADY
XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII
GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo, 30 czerwca – 11 lipca 2003
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Workshop: „NOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPÓŁRZEDNYCH
ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJE”
Warszawa, 27-28 maja 2004 roku Jerzy B. Rogowski, Mariusz Figurski
Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna, Prof. dr hab. inż. Jerzy B.
Rogowski, Dr inż. Magdalena Kłęk