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?
|