Systemy Informacji Geograficznej

Przykładowe dane

Model wektorowy i rastrowy

Cyfrowe dane geograficzne, zarówno przestrzenne jak i atrybutowe, reprezentowana są w jednym z dwóch możliwych modeli: jako dane wektorowe lub rastrowe. W obu przypadkach cechą wyróżniającą spośród innych typów są georeferencje. Różnią się one natomiast, w największym skrócie, sposobem odzwierciedlania opisywanych elementów środowiska geograficznego.

raster
To nic innego jak obrazek (np. mapa), utworzony przez regularną (w większości wypadków) i ciągłą siatkę pikseli. Rastrem mogą być zarówno dane obrazowe np. zdjęcia satelitarne jak i mapy atrybutowe np. cyfrowy model wysokości - w tym drugim wypadku pikselom przyporządkowane są wartości natężenia opisywanego zjawiska.
wektor
Dane wektorowe składają się z lini kierunkowych (wektorów) tworzonych na podstawie węzłów o współrzędnych x i y. Występują trzy główne rodzaje geometrii: punkty - pojedyncze węzły; linie - ciąg wezłów (vertex) pomiędzy punktem początkowym i końcowym (node); poligony - linie zamknięte, w których punkt początkowy i końcowy są tożsame. Tak opisane obiekty tworzą nie-topologiczny model wektorowy. Uzupełniając go o informacje na temat wzajemnych relacji między obiektami - np. o liniach mających wspólne węzły, poligonach dzielących granice, mozna utworzyć model topologiczny. Jest on mniej podatny na błędy digitizacji oraz niezbędny przy analizach sieciowych. Jednak komplikacje związane z jego przetwarzaniem powodują, że dla większości zastosowań wystarcza model prostszy.

Oba modele danych mają swoje zastosowania i w systemach informacji geograficznej wzajemnie się uzupełniają. Rastry lepiej oddają dane ciągłe np. rzeżbę terenu lub rozkład temperatur powietrza, natomiast wektor jest niezastąpiony jeśli mamy do czynienia z danymi dyskretnymi np. ulice, budynki, obiekty punktowe, szczególnie jeśli wymagane jest ich powiązanie z rozbudowaną bazą danych atrybutowych.

W większości przypadków na zajęciach będziemy posługiwać się oprogramowaniem QauntumGIS. Dodawanie danych (warstw) do mapy:

  1. Z menu Warstwa wybrać opcję Dodaj warstwę wektorową lub rastrową
  2. W polu Typ źródła lub pliku wybrać odpowiednią opcję
  3. Wybrać plik i kliknąć Dodaj
  4. Wybrana warstwa pojawi się w oknie mapy oraz w spisie warstw.

Dane rastrowe

Pliki rastrowe wraz z towarzyszącymi im georeferencjami występują w bardzo wielu formatach. Na szczęście dominującym standardem jest GeoTIFF. Tak zapisany raster może występować w dwojakiej formie. Zawsze obecny jest plik graficzny TIFF (rozszerzenie .tif), często poddany kompresji np. bezstratnej LZW. Jeśli występuje sam, oznacza to, że dane georeferencyjne w postaci współrzędnych 4 narożników i środka oraz kod odwzorowania, zapisane są w nagłówku pliku. Jeśli tak nie jest, plikowi graficznemu winien towarzyszyć plik World File. Jest to zwykły plik tekstowy, odpowiednio sformatowany i zawierający dane georeferencyjne. Ma on tą samą nazwę i rozszerzenie .tfw.

Przykładowy plik world file wygląda nastepująco:

  
         0.02222222222222 
         0.00000000000000 
         0.00000000000000 
         -0.02222222222222 
         -179.98888888888889 
         89.98888888888889 

W poszczególnych liniach zawarte są nastepujące informacje:

 
Linia 1: Wielkość piksela w jednostkach mapy w kierunku x
Linia 2: Przekrzywienie (obrót) wzdłuż osi y 
Linia 3: Przekrzywienie (obrót) wzdłuż osi x 
Linia 4: Wielkość piksela w jednostkach mapy w kierunku y 
Linia 5: Współrzędna x środka piksela w górnym lewym rógu obrazka
Linia 5: Współrzędna y środka piksela w górnym lewym rógu obrazka

Zastosowanie plików world file jest zalecane o ile jest to możliwe, gdyż pozwala uniknąć problemów z odmiennymi standardami kodowania nagłówka pliku w różnych systemach. Umożliwia też obróbkę map w programach graficznych - nadpisują one bowiem nagłówek, usuwając georeferencje. Należy jedynie pamiętać, że graficzne przekształcenia nie mogą zmieniać wielkości obrazka (w pikselach).

UWAGA: Pliki world file moga posiadać inne rozszerzenia np. tifw. Dodatkowo, niekoniecznie muszą opisywać plik TIFF. Może być to właściwie dowolny plik graficzny np. obrazek JPG będzie stowarzyszony z plikiem .jpw.

Oprócz obrazów satelitarnych czy przetworzonych map równie często spotykanym zastosowaniem rastra są mapy atrybutowe - na przykład cyfrowe modele wysokości (DEM). W tym wypadku format pliku jest zależny od stopnia przetworzenia i żródła danych. Przykładowy format to .dt2 - model terenu poziomu drugiego.

UWAGA: W większości zastosowań nie ma róznicy pomiędzy cyfrowym modelem wysokości a cyfrowym modele terenu. Jednak należy pamiętać, że ten drugi niesie więcej informacji o strukturze opisywanej powierchni np. informację o ciekach itp.

Dane wektorowe

Formatów danych wektorowych jest równie dużo co rastrowych, przy czym znacznie więcej jest w aktywnym użyciu: KML (KMZ), GML, GeoRSS w zastosowaniach sieciowych; GPX - dla danych z GPS, czy nawet CSV jako uniwersalny zapis dla danych punktowych. Praktycznie każdy program Desktop GIS ma dodatkowo swój własny standard np. Mapinfo TAB. Jednak najbardziej powszechnym jest ESRI Shapefile, głównie z uwagi na swoją otwartość. Zapis danych w tym formacie gwarantuje możliwość otworzenia w dowolnym oprogramowaniu.

Dane w formacie ESRI Shapefile mają bardzo charakterystyczną strukturę. Zapisane są w formie co najmniej 3 osobnych plików:

*.shp
W tym pliku znajdują się obiekty przestrzenne
*.shx
Plik jest indeksem przestrzennym umożliwiającym losowy dostęp do obiektów
*.dbf
Baza danych zawierająca dane atrybutowe

Oprócz trzech podstawowych plików często obecne są inne np. *.sbn, *.sbx, wykorzystywane przez konkretne oprogramowanie. Najczęstszym jest *.prj dostarczający informacji o zastosowanym odwzorowaniu.

Cechą pliku shapefile jest brak zapisu informacji o stylu wyświetlania obiektów wektorowych. Dlatego przy każdorazowym wyświetleniu nadawane są przez program standardowe wartości obrysu i wypełnienia (losowe w przypadku QGIS). Można je oczywiście dowolnie zmieniać - Właściwości/Styl.

Oprócz kształtu i położenia obiektów przestrzennych, plik wektorowy przechowuje, w skojarzonej z nimi bazie, dane atrybutowe. Każdemu obiektowi odpowiada jeden unikalny rząd w bazie danych. Aby zobaczyć dane atrybutowe konkretnego obiektu w QGIS należy go zaznaczyć korzystając z narzędzia Widok/Informacje o obiekcie. Podobnie można zobaczyć całą bazę danych - prawy klawisz na nazwie warstwy i opcja Pokaż tabelę atrybutów. Za pomoca danych atrybutowych można wyszukiwać obiekty spełniające dowolne kryteria czy to korzystając z prostego szukania czy też formułując kwerendy SQL (Kreator Zapytań).

Wykorzystując dane atrybutowe można też tworzyć między innymi kartogramy i kartodiagramy. W QGIS służą do tego opcje zawarte w zakładce Właściwości/Styl.

ZADANIA DO ĆWICZENIA 1

ZADANIE 1.1 Dodaj do mapy dwa modele terenu: Dostosuj kontrast w celu osiągnięcia maksymalnej przejrzystości rzeźby. Następnie utwórz i zastosuj mapę kolorów, wspólną dla całego terenu obejmowane przez modele. Klasyfikacja powinna składać się z 6-12 przedziałów i winna uwypuklać rzeźbę tak na terenach nizinnych jak i wyżynnych. Maksymalna wartość winna być oznaczona kolorem czerwonym, natomiast minimalna zielonym. Rezultat zapisz jako raster w formacie geotiff.

ZADANIE 1.2 Dodaj do mapy warstwy: Wyświetl wszystkie warstwy na konturze Polski, używająć pliku z państwami (world_borders). Dobierz kolejność warstw i style wyświetlania obiektów tak, aby uwidocznić istniejące i planowane autostrady. Rezultat zapisz w postaci pliku rastrowego geotiff. Przykładowo wykonane zadanie na rysunku poniżej (kliknij aby powiększyć):