|
15. Fejezet - TÉRBELI VISZONYOK A TÉRBELI ELEMZÉSBEN
Magyar változat: Sárközy Ferenc, Budapesti Műszaki Egyetem
A. BEVEZETÉS
Áttekintés
B. EGY OBJEKTUMOSZTÁLY ELEMZÉSE
Attribútumok felhasználásával
Elhelyezkedési információ felhasználásával
C. OBJEKTUMPÁROK ELEMZÉSE
D. TÖBB OBJEKTUMOSZTÁLY ELEMZÉSE
A legrövidebb út példája
Milyen térbeli objektumokra van szükség?
A térbeli kölcsönhatás példája
E. úJ OBJEKTUMOT EREDMÉNYEZŐ ELEMZÉS
Védőzóna példa
Utcai zaj példa
Kereskedelmi körzet példa
Poligon átlapolási példa
F. GIS ELEMZŐ FÜGGVÉNYEK
Mérés
Koordináta transzformáció
Objektum generálás
Az objektumok részhalmazának kiválasztása
Az objektumok attribútumának módosítása
Területi objektumok megszüntetése és beolvasztása
Vonalak generalizálása vagy simítása
Statisztika számítása egy objektum együttesre
Topológiai fedvényezés
Felületeken végzett műveletek
Hálózatelemzés
Bevitel és kivitel kezelés
IRODALOM
ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK
MEGJEGYZÉSEK
Miután ismertettük a GIS adatszerkezetek fő elvi alapjait, a jelen fejezettel egy olyan modul veszi a kezdetét, mely azt tárgyalja, hogy miként használható a GIS. Először azt vizsgáljuk meg, hogy miként lehet a térbeli kapcsolatokat elemezni, majd összefoglajuk azokat a műveleti lehetőségeket, melyek elvégzésére napjaink GIS szoftverjei alkalmasak.
15. Fejezet - TÉRBELI VISZONYOK A TÉRBELI ELEMZÉSBEN
Magyar változat: Sárközy Ferenc, Budapesti Műszaki Egyetem
A. BEVEZETÉS
Áttekintés
- a térbeli objektumok típusai a következők: pontok, vonalak, területek, raszterelemek (10. Fejezet)
- ezek az objektumtípusok a jelenségek digitális reprezentációi:
- dimenzionáltságuk által vannak meghatározva
- néha további alosztályokba sorolhatók
- pl. a vonalobjektumok láncokból, stringekből stb. állnak
- egy entitástípus egy jelenség típus kifejezője, pl. templom, város, országút, tó
- kölönböző méretarányban ugyanazt az entitástípust különböző objektumtípus fejezheti ki
- pl. a város pontként jelenik meg az egyik méretarányban míg területként a másikban
- az adatbázisban a különböző entitástípusokat egy objektumtípus ábrázolhatja
- pl. a városokat és a templomokat egyaránt pont képviselheti
- az objektum osztály olyan azonos típusú objektumok csoportja, melyek egyben azonos entitástípust is képviselnek
- pl. a városok és templomok ugyanannak az objektumtípusnak (pont) különböző osztályai
- az attribútumok száma és jelentése az osztály valamennyi objektuma számára ugyanaz
- pl. templom: felekezet, kapacitás, építési év
- pl. város: név, lakosság, alapítólevél kelte
- az objektumok attribútumai különböző mértékrendszerekben kerülhetnek megadásra (úgy mint nominális, sorrendi, intervallum, arány) - lásd a 6. Fejezetet
- úgy képzeljük el az objektumokat és attributumaikat, mint egy olyan táblázatot, melynek sorai az objektumoknak, oszlopai pedig az attribútumoknak felelnek meg
- az objektum osztályokat fedvényekbe lehet csoportosítani
- a rendszertől függően néha csak egy osztály kerül egy fedvénybe
- a GIS ereje abban van hogy kapcsolatokat tud tárolni az objektumok között - lásd a 12. Fejezetet
- e kapcsolatok felléphetnek egy osztály objektumai között, de
- sokkal gyakoribb, hogy a kapcsolatok különböző osztályok objektumai között lépnek fel
- a kapcsolatok azonosíthatnak saját attribútumokkal rendelkező objektum párokat
- felhasználva a térbeli objektumok és kapcsolataik fenti szerkezetét, vizsgáljuk meg, hogy az elemzési lehetőségeket a GIS-ben
B. EGY OBJEKTUM OSZTÁLY ELEMZÉSE
Az attribútumok felhasználásával
- csak egy attribútumtáblázat szükséges
- bármelyik objektum osztály lehetséges
- a városi szomszédságokat felhasználó példa:
- az attribútumok magukba foglalják:
- a népességszámot
- a háztartások számát
- az átlag jövedelmet: ezer $/ háztartás
- nevet
- a háztartások átlagos évi gépkocsi vásárlásra fordított kiadásait: ezer $
- az attribútumtáblázaton végrehajtott GIS műveletek szerteágazóak lehetnek:
- primitív elemzés vagy lekérdezés
- az átlagjövedelem szerinti szomszédság listázása
- egyszerű adatvisszanyerés, táblázat nyomtatás
- a 40000 $- nál nagyobb átlagjövedelmű szomszédságok listázása
- a kritériumot kielégítő rekordok kiválasztása, táblázat nyomtatás
- a gépkocsi vásárlásra fordított átlagkiadások számítása
- igényli körzetenként a háztartások számával történő súlyozást
- számítás és az eredmények nyomtatása
- az átlagjövedelem és a gépkocsi vásárlásra fordított átlagkiadás közötti kapcsolat megkeresése
- adatvisszanyerés, diagram készítés
- mindezekre egy szabvány adatbáziskezelő pl. a dBase III is képes
- a GIS lehetőségek nincsenek kihasználva, nincs igény a helyzeti információk elérésére
A helyzeti információk felhasználásával
- készítsünk egy átlagos háztartás-jövedelmi térképet, minden szomszédságot megfelelően árnyékolva
- helyzeti információt igényel a szomszédság határvonalainak megrajzolásához
- az árnyékolást több mint egy attribútumérték függvényeként is meg lehet határozni, pl. mint a háztartásonkénti gépkocsi kiadások és jövedelmek arányát
- ilyen típusú képességeket az automatizált térképkészítő programcsomagok biztosítanak
- számítsuk ki valamennyi szomszéd értékhez tartozó területeket és tároljuk mint új attribútumot
- a terület helyzeti információból számítható ki (a szomszédság digitalizált határvonalából)
- felhasználható érdekes térképek készítéséhez
- pl. népsűrűség térkép nyerhető a népesség és terület hányadosából, ami kifejezőbb mintha egyszerűen térképezzük a különböző nagyságú területekre eső lakosságot
- egyéb hasonlóan számítható mértékek a kerület, a centroid helye, vagy távolságok pl. a belvárostól
C. OBJEKTUM PÁROK ELEMZÉSE
- pl. olyan párokról is beszélhetünk, melyeket a szomszédos objektumok minden kombinációja alkot, beleértve a saját magukkal alkotott párokat is
- 5 szomszédnak 15 kombinációja van
- n szomszéd esetén a kombinációk száma n(n+1)/2
- példák az attribútum fajtákra:
- távolság
- ingázók száma minden útirányban
- utazási idő a tömegközlekedéssel
- rajzoljunk egy kölcsönhatási térképet
- a térkép túlságosan összetett lesz, ha valamennyi pár bemutatásra kerül
- indokolt lehet csak a legfontosabb áramlatoknak a bemutatása, pl. a belvárosba irányulónak
- elemezzük az ingázók tömegközlekedésben megtett útját az utazási idő szerint
- pl. hányan vesznek igénybe több mint 20 percet, 40 percet, 1 órát
- az eredményeket foglajuk táblázatba
D. TÖBB OBJEKTUMOSZTÁLY ELEMZÉSE
- egyike a GIS elemzés legnagyobb erősségeinek
A legrövidebb út példája
- keressük a legrövidebb utat két hely között az utcahálózaton keresztül
- hasznos a tűzoltó autók irányítására, a taxik és a szállító járművek számára
- olyan gépjárműbe szerelhető navigációs rendszereket fejlesztettek ki, melyek
- képesek a szomszédos utcák képével együtt megjeleníteni a gépjármű pillanatnyi helyzetét és követni annak útját a térképen
- képesek ajánlott útvonalat számítani adott rendeltetési helyhez
Milyen térbeli objektumokra van szükség?
- összeköttetések a hálózatban
- az attribútumok tartalmazzák a hosszat
- ezen kívül még olyan tényezők, mint a forgalom számlálási adatok, forgalomtorlódás, forgalmi sávok száma, átlagsebesség szintén fontosak az optimális útvonal meghatározásában
- hálózati csomópontok
- a kereszteződések lehetővé teszik, hogy az útvonal az egyik összeköttetésről a másikra helyeződjön át az összeköttetés-csomópont összefüggések felhasználásával
- fontos attribútumok tartalmazzák a forgalmi jelzőlámpák, alul- és felüljárók meglétét
- és a befordulási tilalmak?
- a befordulási tilalmak nem attribútumai az összeköttetéseknek és csomópontoknak
- pl. a "balra kanyarodni tilos" egy összeköttetés pár attribútuma mivel azt jelenti, hogy az A összeköttetésből nem lehet a B összeköttetés felé fordulni
- azaz egy összeköttetés-összeköttetés objektum párra van szükség (az objektum párokról bővebben lásd a 12. Fejezetet)
- bizonyos rendszerek "forduló táblázatokat" definiálnak, amelyek egyenértékűek azösszeköttetés-összeköttetés objektum párokkal
- és a "STOP" táblák?
- ezek a jelek nem a csomópont attribútumai, a csomópontba való belépés irányától függnek, de függetlenek a kilépés irányától
- azaz szükség van egy kapcsolat-csomópont objektum párra
Térbeli kölcsönhatási példa
- hasznos pl. a fogyasztói viselkedés előrejelzésére
mellékletek - Térbeli kölcsönhatási adatok
- adott 3 bevásárló központ, melyeket pontok képviselnek
- a következő attribútumokkal: parkolóhelyek, üzletek száma, jelölésrendszer minősége, az épület kora
- adott 5 (területekkel képviselt) szomszédság
- attribútumok: népesség, a háztartások átlagos jövedelme, átlagos életkor
- adott az információ a szomszédságokból a bevásárló központok felkereső bevásárló utak számáról (utcai megkérdezések alapján)
- ezek sem a bevásárló központoknak, sem a szomszédságoknak nem az attribútumai, hanem e két csoporból képzett objektum pároké
- 15 attribútumokkal ellátott objektumpár keletkezik, az attribútumok között a távolságok is szerepeelnek
- ebben a helyzetben általánosnak tekinthető a "Térbeli Kölcsönhatási Modell" (TKM) használata, mely az alábbi információkat igényli:
- szomszédságok (a területi objektumok attribútumaiból) pl. az egy háztartásra eső átlag jövedelem
- bevásárló központok (a pontszerű objektumok attribútumaiból), pl. a parkolóhelyek száma
- térbeli magatartás (az objektum párok attribútumaiból)
- pl. valamennyi objektum pár esetén a párt alkotó szomszédságból a párt alkotó bevásárló központba megtett utak száma osztva a szomszédság népességével, ábrázolva a távolság függvényében
melléklet - Térbeli kölcsönhatás modellezés
E. ÚJ OBJEKTUMOT EREDMÉNYEZő ELEMZÉS
- sok GIS művelet az eredeti objektumokból új térbeli objektumokat generál
- ezek lehetnek azonos, de különböző típusúak is, pl. a pontok generálhatnak pontokat, de területeket is
- az új objektumok örökölhetik a létrehozó objektumok attribútumait
Védő övezet példa
- készíts egy védő övezetet (terület) egy vízfolyás hálózat (vonalas objektumok) köré
- a vízfolyás fedvény minden szakaszához többek között a következő attribútumok tartoznak: azonosító, vízhozam, hosszúság, mélység
- az övezetgenerálási (buffer) művelet területi objektumokat generál
- ezek lehetnek
(a) minden szakaszhoz egy objektum
(b) egy összevont objektum az egész hálózatra
- az új területi objektum attribútumai:
- az (a) esetben - hosszúság, azonosító, vízhozam, mélység az övezettel körülvett csatorna vonatkozásában (a szakasz attribútumaiból)
- a (b) esetben - a teljes hosszúság
Utcai zaj példa
- az utca vonalas objektum egy "forgalom szám" attribútummal
- alkalmazzunk egy egyenletet, mely a "forgalom számot" átalakítja "zajszintre"
- képezzünk egy övezetet 500 m szélesen a utcák köré
- kapcsoljuk a zajszint attribútumot az új területi objektumhoz
- a továbbfejlesztés:
- pontszerű objektumok formájában bevonjuk a házakat
- azonosítjuk az övezeten belül fekvő házakat (pont a poligonban művelet)
- hozzákapcsoljuk a zajszint attribútumot az összes házhoz, mely a területi objektumon belül fekszik
- kilistázzuk az összes érintett házat, postai címeket generálva az adatbázisból meghívókat küldhetünk egy zaj elleni tiltakozó gyűlésre
Kereskedelmi körzet példa
- adott a bevásárló központ vevőinek listája lakáscímükkel (pontszerű objektumok)
- készítsünk minden pont számára egy új attribútumot, ami a bevásárló központtól mért távolság
- számítsuk ki valamennyi pontra vonatkozóan az átlagos távolságot
- keressük meg a bevásárló központhoz tartozó "kereskedelmi körzetet"
- pl. rajzoljunk egy kört a központ köré, melynek sugara egyenlő az összes vásárlótól mért távolság átlagával
- így létrejön egy területi objektum
- kapcsoljuk hozzá új attribútumként a "kereskedelmi körzeten" belüli vásárlók számát
Poligon átlapolási példa
- talán a legfontosabb GIS művelet
- adott két területi objektum osztály
- pl. két ugyanarra területre vonatkozó térkép, közülük egyik a talajtípusokat ábrázolja, másik a növényzónákat
- az "overlay" (hozd fedésbe) művelet a két objektum osztályt egymásra fekteti, létrehozva ezzel a területi objektumok új csoportját
- minden új területi objektumnak két attribútum együttese lesz - talaj típusú (mely a talajtérképről másolódott be) és növényzet típusú (a növényzeti térképről átmásolva)
F. GIS ELEMZŐ FÜGGVÉNYEK
- a függvényeket az algoritmikus vonatkozásoktól és az adatmodelltől függetlenül kell meghatározni úgy, hogy azok a felhasználók is megérthessék, akik kevéssé tájékozottak a GIS-ben
- pl. az "övezetgenerálás" művelet függetlenül attól, hogy vektoros vagy raszteres-e az adatmodell, nem kívánja a technikai részletek ismeretét
- a függvények arra szolgálnak hogy lefordítsák a felhasználói igényeket speciális GIS műveletekre
- az elérhető GIS függvények listája a GIS felhasználói igények és tapasztalatok következménye
- túlsúlyban vannak az erőforrás gazdálkodási alkalmazások, mivel ez a piaci szektor az utóbbi 10 évben igen erős volt, ugyanakkor nincs konszensus a GIS műveletek lehetséges tartományára vonatkozóan
- néhány GIS több mint ezer paranccsal rendelkezik
- mivel a függvények és műveletek magasabb szinten kerültek meghatározásra minden függvény több parancs aktivizálását kívánja meg
Mérés
- az eredmények az objektumok attribútumaivá válnak
- mérhető a vonalas objektum hossza
- mérhető a területi objektum területe vagy kerülete
Koordináta transzformáció
- az eredmények a pontok új koordinátái
- illesszük a térképet az alappontokhoz, majd ennek megfelelően transzformáljuk a koordinátákat
- változtassuk meg a vetületet, méretarányt, koordinátarendszert (pl. földrajzi szélesség/hosszúság, "State Plane" - sztereografikus síkvetület)
Objektumgenerálás
- felhasználói bevitellel pl. egér, digitalizáló segítségével
- területi, vonalas, pontszerű objektumokat
- pont köré húzott kört, pl. keresési célra
- kilóméter hálózatot, földrajzi koordináta rácsot
- az adatbázisban található objektumokból generáljunk
- övezeteket - pontok, vonalak, területek köré
- pontokhoz olyan területeket, melyek minden pontja közelebb van a ponthoz mint bármely másik ponthoz (Thiessen, Voronoi vagy Dirichlet poligonok) pl. "kereskedelmi körzet" létrhozása céljából
- minden területi objektum közepére egy jellemző pontot (centroid)
Válasszuk ki az objektumok egy részhalmazát
- attributumok, régiók vagy "ablak" alapján
Módosítsuk az objektumok attribútumait
- felhasználói bevitellel pl. billentyűzetről
- számtani műveletekkel a meglévő attribútumok alapján pl. határozd meg a sűrűséget
- relációs és Boole műveleteket felhasználó szabályok alapján
pl. ha lucfenyő és a kora > 50 év úgy az új attribútum "y"
Területi objektumok megszüntetése és beolvasztása
- kevesebb új objektumot generál
Generalizáljunk vagy simítsunk vonalakat
- redukáljuk a vonal vagy területhatár összetettségét, vagy simítsuk azokat, esetleg csökkentsük az ábrázolásukhoz felhasznált pontok számát (gyomlálj)
- jegyezzük meg: a generalizálás igen összetett téma, mellyel részleteiben a 48. Fejezetben foglalkozunk
Számítsunk statisztikákat egy objektum együttesre
- számoljuk meg az objektumokat
- összegezzük vagy átlagoljuk a választott attributumot
- számítsunk statisztikai mutatókat pl. variancia, korreláció
Topológiai fedvényezés
- pont a poligonban
- vonal a poligonon
- poligon fedvényezés
- a jelentéktelenül kis területek "forgácsok" eltávolítása
Felületeken végrehajtott műveletek
- többnyire topográfiai felületeknél
- emlékeztetőül, számos módszer létezik a felszín digitális reprezentálására, pl. digitalizált szintvonalak, magassági rács (DDM), háromszögháló (TIN) - 11. Fejezet
- becsüljük meg egy pont magasságát
- szerkesszünk szintvonalakat (vonalas objektum) a magassági rácsból, és fordítva
- számoljunk lejtés, esésirány rácsot
- keressük meg a lejtő vagy esésirány kategóriát kifejező területi objektumokat, pl. a lejtő < 5%
- keressük meg a vízgyűjtő határait a DDM felhasználásával
- keressük meg az egy pontból látható területet
Hálózat elemzés
- a hálózatokon sokfajta elemzést lehet végrehajtani a közlekedés tervezés, közmű üzemeltetés, repülési menetrend, navigáció stb. céljaira
- találjuk meg a legrövidebb utat a hálózaton haladva két kiválasztott pont között
- határozzuk meg, hogy egy pont az áramlási hálózatban áramlási értelemben feljebb vagy lejjebb van-e egy másik pontnál
- keressük meg a hálózat azon pontjait, melyek egy választott ponttól megadott időn belül elérhetők
Bevitel és kivitel kezelés
- az alkalmazások gyakran meglévő analitikus programcsomagok GIS-el összekapcsolt futtatásából állnak
- a GIS "vezeti a háztartást" - kezeli az adatbevitelt és gondoskodik fejlett kiviteli (output) képességekről
- a tulajdonképpeni problémákat az analitikus programcsomagok oldják meg
IRODALOM
Goodchild, M.F., 1988. "A spatial analytical perspective on GIS," International Journal of Geographical Information Systems 1 - 327/34. Vizsgálja a térbeli elemzés és GIS viszonyát és tárgyalja a kulcskérdéseket.
Unwin, D., 1981. Introductory Spatial Analysis, Methuen London.
Upton, G.J.G. and B. Fingleton, 1985. Spatial Data Analysis by Example, Vol I. Point Pattern and Quantitative Data, Wiley, New York.
ELlenőrző KÉRDÉSEK
1. Hasonlítsa össze a térképelemző függvények osztályozását ebben a fejezetben, Berry javaslatával a raszter függvények osztályozására, melyre az 5. Fejezet hivatkozott.
2. Lehet-e a GIS függvényeket általánosan tárgyalni, vagy a raszter/vektor megkülönböztetés elkerülhetetlen?
3. Készítsen egy listát 6 (10? 15?) olyan függvényről, amelyeket a különböző féle térbeli elemzésnél játszott fontos szerepük miatt tartalmaznia kellene a GIS-nek, de nem szerepeltek e fejezetben.
4. Határozza meg "az objektum párok" fogalmát és adjon példákat gyakorlati hasznosításukról (a) a hidrologia, (b) a közlekedés tervezés területén.
5. Vitassuk meg az alábbi kijelentést: "A térbeli adatokat megkülönbözteti az objektumok közötti lehetséges kapcsolatok gazdagsága és az, hogy ezeket a kapcsolatokat különféle módon minősítsük.
6. Tervezzen egy adatbázist egy légitársaság helyfoglalási rendszeréhez - miféle entitásokra és viszonyokra lesz szükség, és mik az egyes entitások attribútumai? Hasznos lenne-e az objektumpár koncepció?
7. Írjon le néhányat azon új objektumok és a hozzájuk kapcsolt attribútumok közül, melyeket a magasságok raszterével leírt topográfiai felszín és a vonalas objektumokkal képviselt vízhálózat kombinálásával nyerhetünk.
|
