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?
|