GP - 2011

PODSTAWY SYSTEMÓW GEOINFORMACYJNYCH

Józef Woźniak

Zakład Geodezji i GeoinformatykiPolitechniki Wrocławskiej

Użyteczne linki

•www.ptip.org.pl Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej – Prof Jerzy Gaździcki

•www.gugik.gov.plGłówny Urząd Geodezji i Kartografii

•www.mrr.gov.plStrona internetowa Ministerstwa Rozwoju Regionalnego

•http://mapguide.osgeo.org/livegallery.htmloprogramowanie darmowe do budowy map internetowych

•http://www.mymapsplus.commapy internetowe

•www.ispik.plInstytut Systemów Przestrzennych i Katastralnych – geoportal

•http://gis.pwr.wroc.pl/gadu

Dlaczego GIS ?

Rozwój nowych technologii IT, ICT oraz nowych metod pozyskiwania danych.

Geotechnologie (a w nich geoinformatyka) obok technologii biomedycznych i nanotechnologii to 3 strategiczne kierunki rozwoju gospodarczego Unii Europejskiej do 2013 r.

Internetowe usługi publiczne oraz informatyzacja zarządzania i wspomaganie podejmowania decyzji (DSS)

Trochę liczb

• 80% wszystkich informacji związanych jest z otaczającymi nas obiektami przestrzennymi w świecie rzeczywistym

• wydatki UE na prace związane z organizacją informacji przestrzennej wynosiły w latach 90. – 100€/rok/osobę (30 mld €), planowane jest w latach 2005 do 2010 – 500 €/rok/osobę

• optymalizacja zarządzania poprzez skrócenie czasu w procesach decyzyjnych, to redukcja o 1–2% wszystkich kosztów funkcjonowania instytucji

• wyższa jakość (precyzja) i jednoznaczność zinformatyzowanych danych przestrzennych, powoduje zmniejszenie kosztów projektowania inżynierskiego o 6–8% wszystkich kosztów projektowania, który poprawia efektywność zarządzania infrastrukturą techniczną w przedziale 1–5% wszystkich kosztów operacyjnych i zarządzających;

• w logistyce (głównie transport ludzi i towarów, usługi publiczne) oszczędności mogą być rzędu do 20% kosztów;

• zmniejszenie o 50% czasu operacyjnego związanego pozyskiwaniem, przetwarzaniem i udostępnianiem danych geograficznych;

• zwiększenie efektywności w windykacji należności (nawet do 30%);

• Ordnance Survey osiąga 75% wpływów ze sprzedaży danych cyfrowych (ponad 100 mln £/rok).  

Trochę liczb

System informacyjny składa się z:

• oprogramowania (wprowadzanie, przetwarzanie i udostępnianie danych),

• sprzętu komputerowego (komputery, urządzenia peryferyjne, sieci, urządzenia telekomunikacyjne),

• bazy danych (zbiór powiązanych danych),

• ludzi (użytkowników, administratorów, projektantów),

• reguł funkcjonowania systemu.

System informacyjny

Dane a Informacja

• Pojęcie informacji jest związane z pewnymi modelami rzeczy realnych obrazującymi ich istotę w stopniu potrzebnym do celów praktycznych. Zatem pod pojęciem informacji należy rozumieć nie same rzeczy i procesy, lecz ich istotne i reprezentatywne charakterystyki.

• Pojęcie informacja ma charakter pojęcia pierwotnego i ścisłe jego zdefiniowanie za pomocą innych pojęć prostszych nie jest możliwe. Zgodnie z jedną z rozpowszechnionych definicji „informacją nazywamy to wszystko, co można zużytkować do bardziej sprawnego wyboru działań prowadzących do realizacji pewnego celu”.

• Z pojęciem informacji – zwłaszcza w informatyce – związane jest pojęcie danych; potencjalnych informacji, które dopiero po odpowiednim przetworzeniu mogą być wykorzystane.

• Całokształt zagadnień związanych z wydobywaniem, przechowywaniem, przekazywaniem, przetwarzaniem i prezentowaniem informacji nazywamy nauką o informacji.

Co to jest informacja ?

• Informacja

– Powstaje tylko wtedy gdy dodamy informację

do otrzymanych danych.

W tym 40 osób z EPO i 30 z GIFPrzewidywana pogodaMagda zdała egzamin celujaco z GIS-u

70 osób

21°C “Przyjemne uczucie”

Dane

To rownanie: W = I +DUZ

–I: informacja (explicit = wiedza zapisywalna)

–DUZ (implicit = wiedza w głowie):

• D: doświadczenia

• U: umiejętności

• Z: cechy osobowości

Co to jest wiedza?

Co to jest wiedza ?

Dane

Informacje

Wiedza zapisywalna

– Wiedza: Wiedza: nie istnieje poza cznie istnieje poza człłowiekiem; jest zlokalizowa owiekiem; jest zlokalizowa ““mimięędzy uszami” jej posiadaczydzy uszami” jej posiadaczy

Systemy Informacji Przestrzennej

Mapy tematyczne

NMT

Geodezyjne

Fotogrametria

Administracyjne

Hydrograficzne

Transportowe

Katastralne

Mapy podstawowe

Mapy podstawowe i tematyczne

Socjalne

Ekonomiczne

Biologiczne

Powierzchniowe

Demograficzne

Powodziowe

Przykłady informacji przestrzennejnumeryczna mapa zasadnicza

Przykłady informacji przestrzennejnumeryczna mapa topograficzna

Przykłady informacji przestrzennejortofotomapa

Przykłady informacji przestrzennejwizualizacja 3D

na podstawie:Waldemar Izdebski

Przykłady informacji przestrzennejprzykład mapy tematycznej

mapa sozologiczna mapa hydrograficzna

Przykłady informacji przestrzennejportale internetowe

Przykłady informacji przestrzennejportale internetowe

Przykłady informacji przestrzennejportale internetowe

Metadane

Przykłady informacji przestrzennejteledetekcja

Przykłady informacji przestrzennejskaning laserowy

Systemy Informacji Geograficznej

Charakterystyka systemów GIS

● obiekty podstawowe: węzły, linie, obszary, teksty

● możliwość definiowania złożonych struktur obiektów

● zdefiniowane są połączenia obiektów w sieci

● dane graficzne i atrybuty przechowywane w odrębnych tabelach bazy danych

● możliwość prowadzenia analiz przestrzennych, generowania raportów

Podstawowe elementy przestrzenne danych GIS

● węzły

● linie

● obszary

Podstawowe elementy przestrzenne danych GISstruktura, topologia

Struktura danych GIS

112

119

121

151GDZIE?

CO?id adres właściciel powierzchnia----------------------------------------------------111 Barykada 10 W1024 (Jerzy Janicki) 0.7852112 Barykada 12 W1038 (Jan Kipiel) 0.6123113 Marynarska 11 W1121 (Kinga Lato) 0.3421

unikalny identyfikator

obiektu

baza danych geometrycznych

baza danych atrybutów

• typy

• daty

• miary

• nazwy

• klasy

• Jest to system informacyjny składający się ze zintegrowanych baz graficznych i opisowych funkcjonujących w określonym środowisku programowo-sprzętowym, umożliwiający wykonywanie określonych analiz przestrzennych, zestawień, raportów,...

• Jest to system informacyjny, który dostarcza narzędzia informatyczne do zbierania, aktualizowania i udostępniania informacji przestrzennych ukierunkowanych na analizy, oceny oraz wspomaganie zarządzania.

Definicje GIS

Jest to potężny zestaw narzędzi informacyjnych umożliwiający generowanie niezbędnych informacji do wspomagania decyzji i usług publicznych poprzez:

• szybki i łatwy dostęp do olbrzymich zbiorów danych

• wybieranie dowolnych obiektów, tematów czy detali, wykonywanie analiz przestrzennych

• przeglądanie według charakterystyk, łatwe, szybkie i tanie aktualizowanie baz danych

• drukowanie dowolnych map tematycznych, zestawień, wykazów czy statystyk

Definicje GIS

Najnowsze definicje GIS uwzględniają dodatkowo bezprzewodowe techniki dostępu do baz danych, sieci multimedialne, nawigacja obiektów i osób,z wykorzystaniem najnowszych osiągnięć z zakresu IT, ICT, GPS czy teledetekcji i skaningu laserowego, systemów ekspertowych.

Przyszłość:

- GIS 3D- TGIS – GIS temporalny- VGIS – GIS wirtualny

Definicje GIS

PROGRAMYUŻYTKOWE

PROGRAMYUŻYTKOWE

SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ

?1000101001010110100111010010100101010010

PROGRAMYUŻYTKOWE

SYSTEM MAP NUMERYCZNYCH

SYSTEM ZARZĄDZANIA BAZAMI DANYCH

BAZY GRAFICZNE

I OPISOWE

Przykłady systemów informacji geograficznejwyszukiwanie według atrybutów

Przykłady systemów informacji geograficznejselektywne wyszukiwanie obiektów

Przykłady systemów informacji geograficznejschematy rozwinięte

ANALIZY PRZESTRZENNE GIS

PREZENTACJA GRAFICZNA

•MAPY•WYKRESY•WYRYSY

PREZENTACJA TABELARYCZNA

•RAPORTY•STATYSTYKI

Zapytanie SQL do bazy danych

 SELECT [Nazwa_obiektu], [Material], [Cisnienie], [Srednica], [Dlugosc_odcinka],

[Wykonawca]FROM Obiekt

WHERE [Material] = polietylen and [Dlugosc_odcinka] > 12

Nazwa_obiektu Material Cisnienie Srednica Dlugosc_odcinka Wykonawca

przewód główny polietylen 10 225 31,06 Gaztech

przyłącze polietylen 4 90 12,26 Gaztech

przewód główny polietylen 300 225 17,36 Instalgaz

przewód główny polietylen 400 225 19,3 Alfagaz

przewód główny polietylen 200 225 15,12 Gaztech

przewód główny polietylen 250 225 16,4 Betagaz

przewód główny polietylen 300 225 21,15 Gaztech

przyłącze polietylen 3 50 13,05 Gaztech

przewód główny polietylen 200 225 19,26 Gazmont

przewód główny polietylen 100 225 15,29 Gazmont

SDI-SIP-GIS-SIT

•Cel i zakres•Funkcjonalność•GIS a dyrektywa INSPIRE•Szanse i zagrożenia

IIP/SIP/GIS

SIP GIS

IIPIIP, Wspomaganie zarządzania, DSS, usługi publiczne, automatyzacja projektowania inżynierskiego

Infrastruktura danychprzestrzennych, SMN, zarządzanie projektami, elementy GIS,

Tematy danych przestrzennych, integracja, harmonizacja danych, metadane, usługi internetowe

IIP/SIP/GIS

Infrastruktura informacji przestrzennej (IIP) •to zbiory metadanych, zbiory danych przestrzennych oraz

usługi danych przestrzennych•usługi i technologie sieciowe•porozumienia w sprawie wspólnego korzystania, dostępu

i użytkowania,•mechanizmy kontroli i monitorowania,•procesy i procedury ustanowione, stosowane lub

udostępniane zgodnie z dyrektywą

• pozyskiwanie danych do budowy mapy numerycznej

• struktury map numerycznych

• kontrola jakości i kompletności

• numeryczne modele terenu

• bazy graficzne

• zarządzanie zasobami

• generalizacja

• fotogrametria i teledetekcja

Systemy map numerycznych

Systemy map numerycznychstruktura, zarządzanie

zasób centralny weryfikacja, selekcjonowanie i agregowanie

danych z zasobów wojewódzkich i powiatowych

zasób wojewódzki weryfikacja, selekcjonowanie, i agregowanie

danych z zasobów powiatowych

zasób powiatowy gromadzenie i przetwarzanie danych z pomiarów

bezpośrednich

wyselekcjonowane dane i informacje dla celów regionalnych

dane i informacje dla celów

ogólnokrajowych

wyselekcjonowane dane na potrzeby powiatów i gmin

przetworzone dane na potrzeby regionalne

• tworzenie, aktualizacja i udostępnianie baz danych,

• struktury baz danych,

• relacyjne bazy danych,

• projektowanie baz danych,

• metadane, hurtownie danych,

• architektura systemów informatycznych

System zarządzania bazami danych

System zarządzania bazami danychpodstawowe pojęcia z BD

tabela wiersz kolumna

relacja krotka atrybut

plik rekord pole

       

       

       

   

Pole

Krotka (wiersz ))

Atrybut (kolumna)

Struktura fizyczna BD

Bardzo ważnym pojęciem, często mylnie utożsamianym z pojęciem bazy danych, jest system zarządzania bazami danych (SZBD). Systemem zarządzania bazami danych (SZBD) nazywamy zbiór programów umożliwiających tworzenie i eksploatację baz danych.

SZBD jest oprogramowaniem ogólnego przeznaczenia ułatwiającym procesy definiowania (specyfikacji typów danych), konstruowania (zapamiętywania danych) i przetwarzania bazy danych dla różnych aplikacji (generowanie zapytań, edycji danych i generowanie raportów).

Przykłady SZBD: Oracle, Ms SQL Server, DB2, Informix, MySQL, Postgres, Progress, Ms Access.

System zarządzania bazami danychpodstawowe pojęcia z BD

Struktura logiczna BD

• standardy wymiany informacji geograficznych,

• integracja baz graficznych i opisowych,

• budowa projektów GIS,

• analizy przestrzenne,

• strategia budowy systemów GIS,

• analiza ekonomiczna inwestycji GIS.

Systemy GIS – kluczowe elementy

DANE PRZESTRZENNE

DANE OPISOWE

POZYSKIWANIE DANYCH

Procentowy udział elementów sieci gazowej z podziałem na materiał.

Stal35%

Żeliw o33%

Polietylen32%

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

A B C D E F G

Kierownik brygady

Stan realizacji usuwania awarii z podziałem na brygady.

Awaria usunięta Awaria nieusunięta

WPROWADZANIE DANYCH DO BAZ

INTERGRACJA DANYCH

PRZESTRZENNYCH I

OPISOWYCH

ZAPYTANIA DO BAZ

DANYCH

ANALIZY GIS

WIZUALIZACJA WYNIKÓW

ZAPYTAŃ I ANALIZ GIS

SYSTEM WSPOMAGANIA

DECYZJI

STRUKTURA PROJEKTU GIS

SYSTEM WSPOMAGANIA DECYZJI

02468

10121416

Alfag

az

Beta

gaz

Gazin

stal

Gazm

ont

Gazt

ech

Insta

lgaz

Wykonawca

Ilość wykonanych instalacji oraz ilość awari z podziałem na wykonawców.

Ilość instalacji Ilość awarii

00,5

11,5

22,5

33,5

4

Ada

mN

owak

owsk

i

Jan

Kow

alsk

i

Krz

yszt

ofB

rzez

ińsk

i

Mar

ian

Ziel

ińsk

i

Pio

tr K

arpi

ński

Tom

asz

Woj

ciec

how

ski

Woj

ciec

hG

aliń

ski

Kierownik brygady

Stan realizacji usuwania awarii z podziałem na brygady.

Awaria usunięta Awaria nieusunięta

Procentowy udział elementów sieci gazowej z podziałem na materiał.

Stal35%

Żeliw o33%

Polietylen32%

GIS statystyczny

GIS a DSS

DSS (System Wspomagania Decyzji – Decision Support System) to:• Mapy numeryczne• Selekcja informacji z baz GIS („selekt”..”from”..where”) przy użyciu SQL

(Structured Query Language) – system analiz przestrzennych (GIS)• Wizualizacja wyników analiz przestrzennych w postaci diagramów,

kartogramów i kartodiagramów, zestawien, raportów, wyrysów...• Symulacje procesów, stanów i zjawisk („what if”): do analiz środowiska

naturalnego, gospodarki przestrzennej, komunikacji, itp. W odniesieniu do spodziewanych, potencjalnych zmian atrybutów i powiązań między obiektami

• Modelowanie zmian baz danych w czasie (TGIS – GIS temporalny)• GISys czy GISsci?

Diagram, Kartogram, Kartodiagram

DIAGRAM - wykres przedstawiający przebieg jakiegoś zjawiska.KARTOGRAM - rysunek wykonany na podkładzie kartograficznym, z podziałem na

jednostki odniesienia, przedstawiający wartości, względne zjawiska w poszczególnych jednostkach terytorialnych, do wyrażania:- wielkości zjawiska w jednostkach odniesienia (np. liczba ludności na km2);- porównanie jednego zjawiska z drugim (np. ilość samochodów na 1000 osób);- porównanie tego samego zjawiska między dwoma okresami, wyrażanego w liczbach względnych (wzrost liczby ludności Polski w latach 1985-1990);

KARTODIAGRAM - otrzymamy jeśli na kartograficznym podkładzie rozmieścimy odpowiednio wykresy (diagramy), które są proporcjonalne do wielkości zjawiska. Mogą to być wykresy:- słupkowe; - kołowe.Ułatwiają nam rozpatrzenie różnych zjawisk w danym okresie bądź przedziale czasu.

Problem standaryzacji

• istniejące standardy: branżowe: prawo geodezyjne, wodne, górniczo-geologiczne.., regionalne i lokalne: DSIP,MSIP,WSIP...,krajowe: TBD, OBD, KSIP, europejskie (CEN), globalne (ISO i Open GIS)

• brak prac wdrożeniowych i administracyjnych dotyczących struktur organizacyjnych o i organizacji projektów GIS

• brak instytucji, zespołów, komitetów i grup ekspertów do koordynacji i nadzoru w przygotowaniu i realizacji projektów GIS

• zespoły konsultacyjne to:

o wiedza

o nadzór

o koordynacja

o odpowiedzialność

• Ukierunkowanie na GIS funkcjonalny – usługi publiczne, wspomaganie zarządzania,

• Szeroka edukacja w zakresie nowych technologii IT/ICT/GIS, organizacji i zarządzania, marketingu – program kształcenia ustawicznego,

• Popularyzacja systemów GIS (seminaria, warsztaty, konferencje) – prezentacje wyników wdrożeń

Założenia strategiczne systemów GIS

Założenia strategiczne systemów GIS

• Szeroka współpraca w realizacji projektu z Gminami, Urzędami Miast, Urzędem Marszałkowskim, uczelniami oraz firmami geoinformacyjnymi,

• Weryfikacja i rozwój systemu (zespół konsultantów, wdrażanie nowych technologii, nowe moduły SIP),

• Ocena efektywności wdrożenia (określenie kosztów, szacowanie zysków bezpośrednich i pośrednich),

• Zdefiniowanie źródeł finansowania projektu.