4. FEJEZET - A RASZTER GIS (GIS,térinformatika,térkép,geodézia)


   
 
 

4. FEJEZET - A RASZTER GIS

 
Tartalom
<<< Előző fejezet               Következő fejezet >>>
 

4. Fejezet - A RASZTER GIS

Szerkesztette: Dana Tomlin, The Ohio State University

Magyar változat: Végső Ferenc, Erdészeti és Faipari Egyetem, Székesfehérvár

 

A. AZ ADATMODELL

B. A RASZTER LÉTREHOZÁSA

Cellánkénti létrehozás

Digitális adatok

C. A CELLÁK ÉRTÉKEI

Értéktípusok

Egy érték cellánként

D. TÉRKÉPFEDVÉNYEK

Felbontás

Elhelyezés (tájolás)

Zónák (övezetek)

Értékek

Helyzeti azonosítás

E. Elemzés és a raszter GIS

Cél

Eljárás

Eredmény

Művelet

IRODALOM

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

 

megjegyzések

Mivel a jelen tananyagot nagy részét úgy tervezték, hogy a konkrét adatmodellektől független legyen, célszerű az alapelveket azelőtt ismertetni, mielőtt a hallgatók gyakorlatban megismerkednek valamelyik GIS szoftverrel. Az ötödik fejezet után visszatérünk az alapkérdések tárgyalására, és a 13. és 14. fejezetek előtt nem hivatkozunk konkrét vektoros GIS-ekre. Megpróbáltuk a 4. és 5. fejezetet a lehető legönállóbbra kialakítani, így viszonylag könnyen alkalmazható a tananyagon belül.

4-3

 

4. Fejezet - A RASZTER GIS

Szerkesztette: Dana Tomlin, The Ohio State University

Magyar változat: Végső Ferenc, Erdészeti és Faipari Egyetem, Székesfehérvár

A. AZ ADATMODELL

- A valós világ földrajzi változatossága végtelenül bonyolult,

- minél közelebbről szemléljük, annál több részletet látunk, és ennek nincs határa.

- Ha a valós világot pontosan akarjuk ábrázolni, végtelen nagy adatbázist kapunk.

- Generalizálással, vagy egyszerűsítéssel valahogyan csökkenteni kell az adatok mennyiségét, hogy véges méretű és kezelhető nagyságú adatbázist kapjunk.

- A földrajzi változatosságot különálló elemekkel vagy objektumokkal kell helyettesíteni.

- Azokat a szabályokat, amelyek segítségével a valós világot diszkrét objektumokkal helyettesítjük, adatmodellnek nevezzük.

- Tsithritzis és Lochovsky (1977) úgy definiálta az adatmodellt, mint "szabályok összességét, amelyek az adatoknak az adatbázisban való logikai szerveződését határozzák meg... és logikai egységet hoznak létre az adatok és az adatok kapcsolatai között."

- A GIS-ek abban különböznek egymástól, hogy milyen módszerrel tükrözik a valóságot az adatmodell segítségével.

- Minden modell arra törekszik, hogy a többinél jobban illessze az adattípusokat és alkalmazásokat.

- Azt, hogy egy feladathoz milyen modellt válasszunk, az alábbi tényezök határozzák meg:

- milyen szoftverek vannak,

- a kulcsfontosságú személyek gyakorlottsága,

- a történelmi előzmények.

- Két fő modell közül választhatunk - a raszteres és a vektoros

- A raszteres modellben a szóbanforgó területet meghatározott sorrendben szabályos rácson elhelyezkedő cellákra osztjuk:

- elfogadott sorrend a sorról sorra történő felosztás a bal felső sarokból indulva,

- minden cella egy értéket tartalmaz,

- ez kitölti a teret, mert annak minden pontja a raszter egy cellájához tartozik.

- A cellák egy csoportja a hozzá tartozó értékekkel alkot egy fedvényt (layer)

- egy adatbázis több fedvényt is tartalmazhat, mint pl. a talajtípus, magasságok, földhasználat, talajtakaró stb.

- A vektoros modellek különálló vonalakat vagy pontokat használnak a helymeghatározásra:

- a különálló objektumok (határok, folyók városok) egymáshoz kapcsolódó vonaldarabokkal írhatók le,

- a vektoros ábrázolásnál nem kell kitölteni a teret, vagyis az adatmodellben nem kell hivatkozni a tér minden pontjára.

- A raszteres modell megmondja, hogy mi található valahol - a terület minden pontjára vonatkozóan.

- A vektoros modell megmondja, hogy hol található valami - megadja minden objektum helyét.

- Elvileg a raszteres modell a lehető legegyszerűbb,

- ezért a raszteres GIS adatait és műveleteit tárgyaljuk először, miután az alapelveket tisztáztuk, rátérünk a vektoros modell tárgyalására.

B. A RASZTER LÉTREHOZáSA

- képzeljünk el egy rácshálót egy geológiai térkép fölött

- hozzunk létre egy rasztert úgy, hogy minden cella kapjon egy kódot aszerint, hogy a cellában melyik kőzettípus foglalja el a legnagyobb területet

- ha készen vagyunk, minden cellának van egy kódolt értéke

- sok esetben a raszter celláihoz rendelt értékeket ASCII kódban adatállományba írjuk

- ilyen fájlt létrehozhatunk magunk is egy szövegszerkesztővel, adatbázis- vagy táblázatkezelővel, illetve automatizálva is

- általában az ilyen fájlokat kívülről hozzuk be a GIS-be, miközben a program a saját feldolgozási rendszeréhez igazítva átalakítja azokat

- a raszteres adatbázis létrehozására különböző módszerek vannak

Cellánkénti létrehozás

- a fedvény minden cellájának értékét közvetlenül beírjuk

- a bevitel történhet a GIS-en belül, vagy ASCII fájlba későbbi beolvasás céljából

- minden programnak lehetnek sajátos kívánalmai

- a fenti eljárás általában unalmas és időigényes

- a fedvény cellák millióit tartalmazhatja

- az átlagos Landsat kép kb. 7.4 x 106 képpont, az átlagos Thematic Mapper kép kb. 34.9 x 106 képpont

- a sorozathossz szerinti átkódolás gazdaságos megoldás

- bizonyos értékek több cellán keresztül előfordulhatnak

- ez a megjelenési formája a térbeli autokorrelációnak - vagyis a közeli dolgok jobban hasonlítanak egymáshoz mint a távoliak

- a bevitt adatok párokat alkotnak, az első adat az előfordulás hossza, a második a cella értéke

- pl. ezt a tömböt

0 0 0 1 1

0 0 1 1 1

0 0 1 1 1

0 1 1 1 1

így visszük be: 3 0 2 1 2 0 3 1 2 0 3 1 1 0 4 1

- ez 16 szám, szemben az eredeti hússzal

- ebben az esetben a megtakarítás 20%, de a gyakorlatban sokkal hatékonyabb tömörítések is vannak

- képzeljünk el egy 10 000 000 cellából álló adatbázist, és egy fedvényt amely megyét ábrázol minden pontjában

- tételezzük fel, hogy az adatbázis által lefedett területen két megye van

- ekkor minden cella kétféle értéket tartalmazhat, így a sorozathossz nagyon nagy lehet

- csak néhány GIS képes kezelni a sorozathossz szerint átkódolt fájlokat

- megjegyzés: a 35. és 36. Fejezet ismerteti részletesen a sorozathossz szerinti kódolást és a raszteres tárolás egyéb vonatkozásait

Digitális adatok

- sok raszteres adat digitális formában jelenik meg, mint pl.: a képek, stb.

- ezért újramintavételezés szükséges, mielőtt a képpontokat a fedvényekhez rendelnénk

- mivel a távérzékelési eljárások képeket hoznak létre, ezeket viszonylag könnyebb a raszter GIS-ekhez illeszteni, mint a többihez

- a magassági adatokhoz gyakran digitális raszter formában férhetünk hozzá a készítőnél (pl. MHTÁTI DTM)

C. A CELLáK ÉRTÉKEI

Az értékek típusa

- a cellák értékeinek típusa egyaránt függ a valóság elemeihez rendelt kódoktól és a GIS típusától

- a különböző rendszerek különböző adattípusokat engednek meg, úgymint:

- egész szám

- valós szám (tizedes tört)

- betűk és írásjelek

- sok rendszer csak egész számot fogad el, mások megengednek eltérő típusokat, de egy fedvényen belül csak egyfélét

- ha egy rendszer megengedi eltérő típusok használatát, pl. egyik fedvény számtípusú, a másik nem, figyelmeztetnie kell a felhasználót az értelmetlen műveletek megelőzése céljából

- pl. nem érdemes megpróbálni összeszorozni a számtípusú fedvény értékeit a nem számtípusúval

- az egész számok kódokként is szerepelhetnek, amelyek nevekre vagy osztályokra utalnak

- pl. az első példában az alábbi jelmagyarázatot alkalmazhatjuk a talajtípusok azonosítására:

0 = "osztályozatlan"

1 = "finom homokos agyag"

2 = "durva szemcsés homok"

3 = "kavics"

Cellánként egy érték

- minden cellának csak egy értéke van

- ez sokszor pontatlan - két talajtípus határa átmehet a cellák közepén

- ilyen esetben a pont a cella nagyobb részének kódját kapja, vagy a cella középpontjának értékét veszi fel

- megjegyezzük továbbá, hogy néhány rendszerben egy ponthoz több érték is tartozhat

- az Illinois Egyetemen az 1970-es években kifejlesztett NARIS rendszer lehetővé teszi, hogy egy ponthoz valamilyen értéket és annak százalékát rendeljük hozzá

- pl. 30% a, 30% b, 40% c

D. TÉRKÉPFEDVÉNYEK

- egy terület adatait szemléltethetjük, mint térképfedvények sorozatát

- a térképfedvény adatok egy csoportja, amely egy zárt területen belül minden egyes hely egy jellemző tulajdonságát tartalmazza

- egy fedvényen belül minden ponthoz csak egy információ kapcsolódhat, minden adatfajta külön fedvényt kíván

- másrészt a topográfiai térkép minden ponton több információt is ábrázolhat

- pl. magasság, (szintvonalak), határok, utak, vasutak lakott területek (szürke pontok)

- ezek öt fedvényt eredményeznek egy raszteres GIS-ben

- egy átlagos raszteres adatbázis akár száz fedvényt is tartalmazhat

- minden fedvény (mátrix, rács, raszter, tömb) cellák százait, ezreit tartalmazza

- a fedvények fontos tulajdonsága a felbontás, tájolás, övezetek

Felbontás

- általánosan a felbontást úgy definiálhatjuk, mint az ábrázolt terület legkisebb elemei közötti lineáris távolságok minimumát

- a raszteremodellekben a legkisebb elem általában négyszögű (némely rendszer háromszögeket vagy hatszögeket használ)

- ezeket a legkisebb elemeket nevezzük cellának, pixelnek

- megjegyzés: a nagy felbontás kis cellaméretet feltételez

- a nagy felbontás sok részletet, sok cellát, nagyméretű raszterállományt, kis cellaméretet jelent

Tájolás

- ez az a szög, amelyet az északi irány és raszter oszlopai által meghatározott irány bezár

Övezetek

- a fedvényen övezetet alkotnak azok a folyamatosan kapcsolódó helyek, amelyek azonos értékeket mutatnak

-ezek lehetnek

- magánterületek

- politikai egységek mint az országhatárok

- tavak vagy szigetek

- ugyanannak a talajtípusnak vagy növényfajtának az önálló foltjai

- néhány megfontolandó fogalomkeveredés:

- más fogalmakat is általánosan alkalmaznak mint a folt, régió, poligon

- ezek a fogalmak mást jelenthetnek az egyes felhasználóknak vagy a különböző GIS programcsomagokban

- ráadásul szükség van másodlagos fogalmakra amelyek azonos jellemzőkkel rendelkező önálló zónákat azonosítanak

- a fenti célra az osztály fogalmát szokták alkalmazni

- előfordul, hogy egy fedvényen nincs zóna, a cellák tartalma folyamatosan változik a területen, ezért minden cellának saját egyedi értéke van

- pl. a távérzékelő műholdak minden cellára nézve eltérő visszaverődési értéket rögzítenek

- a zóna (övezet) fő alkotóelemei az érték és annak a helye

Érték

- az az adat, amit a fedvényben minden cellára tárolunk

- az azonos övezetbe tartozó cellák azonos értékkel rendelkeznek

Helyzeti azonosítás

- általában a helyet egy rendezett koordináta pár határozza meg (sor - és oszlop szám), amely egyértelműen megadja minden cella helyét a földrajzi térben

- általában ismerjük a raszter egy vagy több pontjának az földrajzi vagy országos koordinátáit

E. PÉLDA A RASZTER GIS-SEL VÉGEZHETő VIZSGáLATOKRA

Célok

- a fakitermelésre alkalmas területek kiválasztása

- a megfelelő terület az alábbi jellemzőkkel rendelkezik

- erdei fenyő (lucfenyő nem felel meg)

- megfelelő a vízelvezetés ( a nem megfelelő talaj nem bírja el a gépeket, a fakitermelés elfogadhatatlan környezeti károkat okoz)

- nem lehet 500 m-nél közelebb tó vagy vízfolyás (az erózió rontja a vízminőséget)

Megoldás

- kódoljuk át a 2. fedvényt az alábbiak szerint, hogy megkapjuk a 4. fedvényt

- y ha az érték 2 (erdei fenyő)

- n ha egyéb

- kódoljuk át a 3. fedvényt, hogy megkapjuk az 5. fedvényt

- y ha az érték 2 (jó)

- n ha egyéb

- terjesszük ki a tavat az 1. fedvényen egy cellányival (500 m) így megkapjuk a 6. fedvényt

- kódoljuk át a "megnagyobbított" tavat a 6. fedvényen az alábbiak szerint, hogy megkapjuk a 7. fedvényt

- n ha beleesik a kiterjesztett tóba

- y ha nem esik bele

- hozzuk fedésbe a 4. és 5. fedvényt a 8. előállításához, az alábbi kódolás mellett

- y ha a 4. és 5. egyaránt y

- egyébként n

- hozzuk fedésbe a 7. és 8. fedvényt a 9. előállításához, az alábbi kódolás mellett

- y ha a 7. és 8. egyaránt y

- egyébként n

Eredmény

- a kitermelhető cellák a 9-es fedvényen y jelűek

Az alkalmazott műveletek

- átkódolás

- fedésbe hozás

- kiterjesztés

4- 11

- elérhettük volna ugyanezt az eredményt ha a műveleteket más sorrendben alkalmazzuk, vagy kombináljuk az átkódolást és a fedésbe hozást

- pl. fedésbe hozzuk a 2 és 3 fedvényt és átkódoljuk:

- y ha a 2 fedvény 2 és a 3 fedvény 2 egyébként n

- ez helyettesít két átkódolást és egy fedésbe hozást

- pl. sok rendszerben egyszerre 3 vagy több fedvényt fedésbe hozhatunk

- a műveletek elnevezése rendszerenként változhat, bár maga a művelet lényegét tekintve minden rendszerben azonos

IRODALOM

Star, J. L. and J.E. Estes, 1990. Geographic Information Systems: An Introduction, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ. An introduction to GIS with strong raster orientation.

További irodalmakat az 5. Fejezet után találunk.

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

1. Mely földrajzi adatok a legalkalmasabbak a raszteres GIS-ben való ábrázolásra? Melyek nem?

2. Nézzük át azt a részt, amely a megfelelő felbontás meghatározásával foglalkozik!

3. Milyen felbontást választanánk az alábbi problémák megoldására: a) fakitermelésre alkalmas területek kiválasztása az állami erdészetben b) megfelelő hely kiválasztása kisvárosi iskola számára c) városrészek tervezése, figyelembe véve a repülőtér zaját?

4. Az Ön keze ügyében lévő raszter GIS kézikönyvének segítségével derítse ki, hogy a program hogyan használja a) a zóna fogalmát azon szomszédos cellákra, amelyek értéke azonos, és b) hogyan definiálja azon cellák különböző csoportjait, amelyek azonos értékkel rendelkeznek. Van -e valami félreérthető abban, ahogyan az Ön szoftvere ezeket a fogalmakat értelmezi?

 
Tartalom
<<< Előző fejezet               Következő fejezet >>>
 



 
 


©GIS Figyelő