9. FEJEZET - KÖRNYEZETI ÉS TERMÉSZETI ERŐFORRÁS ADATOK (GIS,térinformatika,térkép,geodézia)


   
 
 

9. FEJEZET - KÖRNYEZETI ÉS TERMÉSZETI ERŐFORRÁS ADATOK

 
Tartalom
<<< Előző fejezet               Következő fejezet >>>
 

9. Fejezet - Környezeti és természeti erőforrás adatok

Szerkesztette: Charles Parson, Bemidji State University és Jeffrey L. Star, University of California, Santa Barbara

Magyar változat: Mezősi Gábor, József Attila Tudományegyetem, Szeged

A. BEVEZETÉS

A környezeti adatbázisok tartalma

B. JELLEMZőK

Térbeli egységek

C. ADATFORRÁSOK

Tematikus

Topográfiai

Távérzékelés

D. TÁVÉRZÉKELÉS ÉS GIS

Hullámsávok

A képek méretaránya

Magasság

Képfeldolgozás

Osztályozás

Osztályozási problémák

A távérzékelt adatok használata a GIS-ben

E. MINTA ADATBÁZIS - MLMIS

Minnesota Land Management Information System (MLMIS)

Példa az MLMIS adatszintjeinek használatára

Irodalom

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

 

MEGJEGYZÉSEK

A természeti erőforrások adatbázisával kapcsolatosan a helyi példákat célszerű előtérbe helyezni, esetünkben az MLMIS részeinek példáján. Ezeket a részeket mint az információ kezelésének vázlatát lehet használni a helyi példára.

Különböző légifényképek példái (alacsony és nagy magasságból készült valamint ferde nézetű) műholdképek (természetes és hamis szintűek) és radarfelvételek hasznosan illusztrálhatják ezt a fejezetet.

 

 

9. Fejezet - Környezeti és természeti erőforrás adatok

Szerkesztette: Charles Parson, Bemidji State University és Jeffrey L. Star, University of California, Santa Barbara

Magyar változat: Mezősi Gábor, József Attila Tudományegyetem

A. Bevezetés

- a természeti erőforrásra alapozott GIS-eket használni lehet:

- mint egy nyilvántartási segédeszközt

- az erőforrásokkal kapcsolatos piaci munka jobb megszervezésére

- megvédeni az erőforrásokat a helytelen gazdálkodástól

- a jelenségek közötti komplex kölcsönhatások modelljét lehet felállítani, az így készült előrejelzéseket a döntéshozók tudják felhasználni

Környezeti adatbázisok tartalma

- az információk nagyon különböző fajtái szükségesek egy környezeti adatbázisban

- ezek közül sok kézenfekvő: geológia, növényzet, hidrológia, talajok

- a környezeti adatbázisnak számos olyan jellemzőt is tartalmaznia kell, amelyeket általában nem tekintünk "természetinek"

- közlekedési útvonalak

- politikai határok

- igazgatási egységek határai

- más, a modellezéshez szükséges adatok pl. az alábbiakkal kapcsolatos változók:

- erózió

- talajvíz áramlás

- talajtermékenység

B. Jellemzők

- a GIS-ben a természeti erőforrásokkal kapcsolatos adatok viszonylag statikusak

- felfrissítésük nem gyakori

- a térbeli felbontás viszonylag alacsony lehet

- pl. egyes grid cellák nagy területeket fedhetnek le

- tradicionálisan a természeti erőforrások GIS-jei raszter alapúak

- alkalmasak számos tervezési és igazgatási, irányítási felhasználásra

- észszerű költségért átfogó jogi megalapozást tud biztosítani

- gyakran nagyobb gépeken fut - a hardver igényei viszonylag szerények

Térbeli igazgatási egységek

- a legtöbb természeti erőforrás jelenlegi irányítási, igazgatási (későbbiekben menedzsment) egységei Észak-Amerikában ál-raszteresek, raszterszerűek

- négyzetek, 40 acre területű parcellák, szabványos építőelemek a PLSS területekre Közép-Nyugaton, Nyugaton és Kanadában (ezeket a helyi földmérési szolgálat határozta meg)

- a "40-eseket" gyakran 10 acrés egységekre bontják, vagy összefoglalják őket:

- négyes csoportokba (160 acre)

- 4x4-es szekciókba (640 acre, 1 négyzetmérföld)

- városi közigatási területekbe vagy vidéki kerületekbe (6x6 mérföld)

- a farmokat derékszögű területként alakítják ki, és az erdőket is hasonló nagyságú egységenként adják el

- a természeti erőforrások gyakran nem illeszkednek a korábban említett PLSS rendszerhez

- vektor alapú rendszerekkel pontosabban mutathatók be

- más oldalról viszont a műhold felvételek, amelyek a környezeti adatok fontos forrásai, raszter bázisúak

C. Az adatok forrásai

Tematikus

- tematikus térképek sorozatait különböző intézményekben készítik el:

- talajtérképek (pl. SCS - Talajvédelmi Szolgálat)

- területhasznosítás (pl. USGS - Geológiai Szolgálat térképei)

- vegetáció (pl. erdészeti és számos állami intézmény)

- geológia (pl. területi geológiai szolgálatok)

Topográfia

- a topográfiai térképek nyújthatják:

- magasság

- út, vasút

- létesítmények

- vízfolyások, tavak

- politikai és adminisztratív határok

- a PLSS rendszer határai - "város és környéke" (vidéki kerületek és környékük)

- ezek a típusú adatok az USGS topográfiai térképeiről DLG (digital line graph - digitalizált vonalas ábrázolás) fájlokban digitalizált formában is elérhetők

- a magassági adatok az USGS-nél különböző felbontású digitális domborzatmodellek formájában is rendelkezésre állnak

- az USGS az USA nagy részére 30 méteres felbontású ilyen adatokat biztosít

melléklet - USGS Digitális domborzatmodellek

Távérzékelés

- a távérzékelt felvételek adatai számos szint interpretálását teszik lehetővé

- pl. város, falu, vegetáció, termesztett növényzet, felszíni geológia, területhasznosítás

- LANDSAT és annak TM-je (thematic mapper- tematikus térképező) a leggyakrabban használt forrás

D. A távérzékelés és a GIS

- a távérzékelés definíciója

- "A legszélesebb értelemben egy jelenség, vagy objektum információtartalmának mérése felvevő eszközzel, amely nincs fizikai vagy közvetlen kapcsolatban a tanulmányozandó objektummal, ill. jelenséggel" (Távérzékelési kézikönyv)

- repülőgépről vagy műholdról készítik a felvételeket

- hogy melyiket választjuk, azt a különböző célok egyensúlya határozza meg:

- az adatszerzés lehetséges ideje (épp repül-e akkor műhold az adott területen)

- a légköri torzítás kontra a két különböző platform stabilitása

- az adott alkalmazáshoz alkalmas szenzorsorozatok

- a felvételi szintek és a méretarány

- ár

- az adatokat analóg (fénykép) vagy digitális formában (adatok, amelyek a földi fogadóállomásra továbbítanak, vagy a fedélzeten tárolnak) veszik fel

bemutató - mutassunk be válogatott légi- és műholdfelvételeket

Hullámhosszak

- a távérzékelés lényege az energia különböző hullámhossz-sorozatainak megfigyelése

- a fényképek a látható fényt képezik le

- a távérzékelt észlelések a spekrtum infravörös részéről is szolgálhatnak információval, amelyeket az emberi szem nem észlel

- az infravörös szenzorok (érzékelők) a földfelszín hőmérsékleti jellemzőiről adhatnak információt

- mikrohullámú hullámhosszot is használnak

- a radar a mikrohullámú rendszerek egy formája

- különleges értéke, hogy képes áthatolni a felhőkön és saját "megvilágítási" forrást használnak

- pl. a radar rendszerek kibocsátják és összegyűjtik a sugárzást -ezek aktív szenzorok

- a tárgyakat a nagyon eltérő elektromos sajátosságaik szerint lehet elkülöníteni, a tárgy mérete a radarrendszer hullámhosszával összehasonlítva szintén informatív

bemutató - mutassunk be radarképet, természetes színű képet és infravörös képet

A képek méretaránya

- kulcsfontosságú a térképek méretaránya és az, hogy miként változik a méretarány a képeken a torzulások miatt

- a torzulásnak sok forrása lehet

- az optikai rendszerek gyújtótávolsága, a megfigyelhető geometria, a felszín topográfiája a kép minden részén nagymértékben hat a méretarányra

Magasság

- a magassági információk a különböző kamerapozícióból készült fotók összehasonlításával érhetők el pl. sztereografikus felvételek

- a legegyszerűbb szerkezetet, amellyel a fotopárokat sztereóban láthatjuk sztereoszkópnak hívják, amely úgy kelti az illúziót, hogy az egyes felvételeket ugyanolyan poziciókból látjuk, mint ahogy a felvétel készült

- 3D kép benyomását kelti

- sokkal összetettebb berendezések is ismertek, mint pl. a sztereoplotter, ami lehetővé teszi, hogy a pontos topográfiai térképhez, ill. a szintvonal szerkesztéshez (foto)felvétel párokat használjunk

- így a kamerarendszer és a felszín geometriai részleteinek megértésével az objektum mind vízszintes, mind függőleges helyzetét meg tudjuk határozni nagy pontossággal

- az analitikus plotter a sztereoplotter részben automatizált változata, amely a szintvonalakat automatikusan hasonlítja össze a felvétellel

Képinterpretáció

-az odjektumok azonosítása és jellemzőik maghatározása magában foglalja:

Azonosítás - a jelenségek felismerése a képen

Mérés - ha egy forma azonosított, utána mérhető (pl. két objektum közti távolság, egységnyi területre jutó formák száma)

Képfeldolgozás - általában a felvétel egyszerű elemeinek vizsgálatán alapul, melyhez számos alárendelt adat is hozzákapcsolható

- az egyszerű elemek tónust, színt, méretet, alakot, texturát, mintázatot, árnyékot, társulásokat, helyzetet tartalmaznak

- az automatizált képfeldolgozás típusosan az első néhány egyszerű elem (tónus, szín, méret) értelmezésére szorítkozik

- az alárendelt adatok általában nagyon szórtak, jelenthetnek pl. térképet a növényzeti fenológiáról és sok egyéb információt az adott területen folyó emberi tevékenységekről

- szakértelemmel és megszerzett tapasztalattal, a rokontudományokban való jártassággal ismerhetők fel ezek az elemek

- a legjobb fotóinterpretálók szakértői olyan kapcsolódó tudományágaknak is, mint a természeti földrajz, geológia, növénytan és ökológia

- a képfeldolgozás jelentős számú szubjektív elemet is tartalmaz

Osztályozás

- a távérzékelési eszközökről nyerhető információ lényegében a visszatükröződés méréséből áll, melyek gyakran különböző hullámsávokon, vagy elektromágneses tartományrészeken jelentkeznek

- a mérés diszkrét értékeket szolgáltat pl.0-255-ig,

- az osztályozás a képfeldolgozás fontos része, amely minden pixelt egy osztályba kísérel meg besorolni azon az alapon, hogy azok egy vagy több hullámsávban milyen visszaverődési értékkel bírnak

- pl. vegetációs típusok vagy területhasznosítási osztályok ("város", "rét", "erdő", "víz" stb.)

- számos technika ismert az osztályozásra

- az ellenőrzött osztályozás a kapott visszatükröződési értékeket az úgynevezett "tanulóterületek" alapján sorolja osztályokba, azaz egy hasonlósági szabályt használ fel, ezeket a területeket a felhasználó jelöli ki a felvételen, és utána a szabályt minden program automatikusan használja a megmaradt képrészek feldolgozására

- nem ellenőrzött osztályozáshoz felhasználótól független, automatikus szabályokat fejlesztettek ki

Osztályozási problémák

- minthogy a visszatükröződés nap- és évszaktól, stb. függően különböző, az osztályozási szabályok képről-képre változnak

- az osztályozás gyakran bizonytalan vagy pontatlan

- a pixelek is gyakran több osztályba tartozhatnak - kevert pixelek

- ennek ellenére az osztályozás a bizonytalanságot figyelmen kívül hagyva minden pixelnek egy osztályt kijelöl

- nincs legjobb osztályozási módszer - a sikeres osztályozás időtrabló és drága

A távérzékelt adatok GIS-beli használata

- gyakran nehéz vagy időtrabló egy adott pontosságú eredmény elérése

- komplex műveletek szükségesek a képek egy adott térképi vetülettel és/vagy következetes méretaránnyal való leírásához

- nehéz a felvétel (a változó reflexió vagy a különböző hullámsávok elnyelése miatt) és a feldolgozott objektumok közti kapcsolat megtalálása

- a GIS értéke adatainak minőségével van közvetlen kapcsolatban

- a távérzékelés egy sor eszközt ajánl a GIS adatbevitelét jelentő friss és következetes adatsorozatok készítésére

- fordítva, a távérzékelt adatok akkor vannak a legjobban interpretálva, ha kiegészítő térbeli adatbázisokat (más adatokat bemutató, más skálájú, más érzékelőjű, a Földről más módszerekkel történt adatszerzést) is alkalmaznak

- ilyen adatok más GIS-ből is megszerezhetők

- így a távérzékelés és a GIS közti erős kapcsolat mindkét technika használatával javítható

E. Minta adatbázis - MLMIS

Minnesota Területi Információs Rendszer

- az egyik legkiterjedtebb (és legelső - 1968) természeti erőforrásokat tartalmazó adatbázis

- a természeti erőforrások menedzsmentjéhez és tervezéséhez az állam egész területére kiterjedő információs szintsorozatot készítettek

melléklet - MLMIS adattartalom

- a projekt 15 éves története során keletkezett erdményeit is beépítették a rendszerbe

- MLMIS40-nek is hívják, mivel a felmérés 40 acre (16 ha) cellákon, raszteresen történt

- a térbeli felbontás javítására fokozatosan helyettesítették ezeket

- az USA-ban szokásos 1:24.000-es méretarányú vektorfájlokkal (vonalvastagsági felbontás 12 m)

- hektárnyi gridcellás raszterfájlokkal

Példa az MLMIS adatszintjeinek használatára

- hogyan lehet az adatbázist (és GIS-t) felhasználni egy hulladékégető helyének kijelöléséhez?

melléklet - Egy hulladékégető elhelyezése

IRODALOM

Marble, D.F. et al., 1983. "Geographic information systems and remote sensing," Manual of Remote Sensing. ASPRS/ACSM, Falls Church, VA, 1:923-58.

Niemann, Jr., B.J., et al, 1988. "The CONSOIL project: Conservation of natural resources through the sharing of information layers," Proceedings GIS/LIS `88, San Antonio, TX, pp. 11-25

Radde, G.L., 1987. "Under the Rainbow: GIS and Public Land Management Realities," Proceedings, IGIS `87, Arlington, VA, 3:461-472.

Star, J.L., and J. Estes, 1990. Geographic Information Systems: An Introduction, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ.

Sullivan, J.G., and Niemann, Jr., 1987. "Research Implications of eleven natural resource GIS applications," Proceedings, IGIS `87, Arlington, VA, 3:329-341.

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

1. Foglalja össze az objektumok és jelenségek interpretálásával járó nehézségeket a távérzékelt felvételek feldolgozásakor.

2. Tegyük fel, hogy hozzájut városának 80 méteres felbontású távérzékelt felvételéhez (ez a LANDSAT durvább pixelmérete). Milyen a városi önkormányzattal vagy a helyi üzleti élettel kapcsolatos feladatok megoldását teszi lehetővé ez a felbontás?

3. Elemezze, hogy milyen hibahatárok fordulhatnak elő a talajtérképeknél?

4. Elemezze minden itt említett adattípusra, hogy milyen gyakori frissítésük indokolt!

5. Hogyan válnak a talajtérképek elavulttá?

6. Milyen adatszintekre lenne szüksége egy hulladékégető kijelöléséhez, amelyek nem szerepelnek az MLMIS katalógusában?

 
Tartalom
<<< Előző fejezet               Következő fejezet >>>
 



 
 


©GIS Figyelő