GIS SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ DANE RASTROWE WEKTOROWE SYSTEMY

  • Slides: 74
Download presentation
GIS – SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ DANE RASTROWE, WEKTOROWE, SYSTEMY GPS

GIS – SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ DANE RASTROWE, WEKTOROWE, SYSTEMY GPS

PLAN PREZENTACJI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Przygotowanie danych, integracja, digitalizacja danych

PLAN PREZENTACJI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Przygotowanie danych, integracja, digitalizacja danych Rasteryzacja danych wektorowych Wektoryzacja danych rastrowych Georeferencja, geometryzacja Systemy GPS, GLONASS Nawigacja, systemy SBAS Systemy AGN w Polsce

PRZYGOTOWANIE DANYCH I INTEGRACJA DANYCH n n n n n Konwersja danych nośnika ¨

PRZYGOTOWANIE DANYCH I INTEGRACJA DANYCH n n n n n Konwersja danych nośnika ¨ skanowanie ¨ digitalizacja Konwersja formatu danych ¨ raster & vector Redukcja danych Wykrywanie błędów i edycja Geokodowanie: wyznaczanie współrzędnych geograficznych Rektyfikacja i rejestracja (warstwy jedna na drugiej) ¨ Nakłądkowanie arkuszy i odniesienie do położenia geograficznego Dopasowywanie krawędzi i obrazu (image adjustment) ¨ łączenie i równoważenie (linking & balancing adjacent sheets) Interpolacja Konflacja

KONWERSJA NOŚNIKA - SKANOWANIE automatyczne zapisywanie map lub zdjęć lotniczych i satelitarnych n Powstają

KONWERSJA NOŚNIKA - SKANOWANIE automatyczne zapisywanie map lub zdjęć lotniczych i satelitarnych n Powstają dane rastrowe Wektoryzacja z wykorzystaniem skanera programowego lub systemu GIS ¨ Intensywna edycja może być konieczna ¨ n Elektromechaniczne Cena w granicach $100 -$50, 000 ¨ Bębnowe, płaskie ¨ Rozdzielczość skanowania uzależniona od ceny (do 20 mikronów (millionowych metra) ¨ n Skanery a sensory Sensory zbierają dane bezpośrednio w formie cyfrowej (np. . kamery cyfrowe) ¨ Zdjęcia mają wyższe rozdzielczości niż sensory, skanery ciągle ważne ¨ Nadal dostępnych jest wiele map w postaci analogowej ¨ Dobre rozwiązanie, jeżeli wystarczy reprezentacja rastrowa Automatyczne tworzenie danych wektorowych podczas skanowania ciągle jest bardzo problematyczne: ¨ Dokument musi być czysty ¨ Linie co najmniej 0. 1 mm ¨ Złożone linie generują błędy ¨ Linie mogą przecinać się z tekstem ¨ Tekst może zostać zinterpretowany jako linie ¨ Automatyczne wykrywanie obiektów (np. . droga a linia kolejowa) ciągle bardzo trudne.

KONWERSJA NOŚNIKA - DIGITALIZACJA ręczne wprowadzanie danych map lub zobrazowań n n n n

KONWERSJA NOŚNIKA - DIGITALIZACJA ręczne wprowadzanie danych map lub zobrazowań n n n n Stosowane do map i zobrazowań Kopia mapy/zdjęcia na tablecie, lub zeskanowowany obraz na ekranie monitora (heads-up digitizing) Wskaźnik lub kursor wskazuje na współrzędne x, y Współrzędne podawane sa w calach/cm od dolnego lewego rogu (0, 0) Punkty kontrolne (tic marks) odnoszą digitalizowane współrzędne do współrzędnych rzeczywistych lat/long Współrzędne odczytywane w trybie strumieniowym(stream) lub punktowym(point) Dokładność tabletu (nie użytkownika!) zwykle lepsza od 0. 1 mm Wszystkie węzły i poligony należy wcześniej zaznaczyć i ponumerować. W zasadzie metoda wektorowa Problemy n Papier n Zagina się ¨ Rozciąga wraz z wzrostem wilgotności ( do 3%) ¨ Zdjęcia nie są stabilne (0. 2%) ¨ n Błędy mapy wpisywane do systemu GIS Mapy często podkreślają efekt wizualny kosztem dokładności ¨ Błędy ręcznej obsługi ¨ n Często powoduje niedociąganie oraz nadmiernie dociąganie linii, podwójne linie. ¨ Konieczna jest ponowna

DIGITALIZACJA DANYCH Kolejność czynności przy digitalizacji: • przygotowanie materiału (kalki) • kalibracja stołu do

DIGITALIZACJA DANYCH Kolejność czynności przy digitalizacji: • przygotowanie materiału (kalki) • kalibracja stołu do digitalizacji (wewnętrzny układ odniesienia digimetru, wprowadzanie punktów kontrolnych) • digitalizacja • edycja • kodowanie Skanowanie map jako metoda tworzenia map cyfrowych w wyniku skanowania powstaje mapa rastrowa, które może być wykorzystana jako: • mapa podkładowa • materiał do digitalizacji na ekranie monitora • materiał źródłowy do automatycznego rozpoznawania obiektów

KONWERSJA FORMATU DANYCH n Wektor np. cały poligon (np. . mapa systemu SAS) do

KONWERSJA FORMATU DANYCH n Wektor np. cały poligon (np. . mapa systemu SAS) do punktu, linii, poligonu ¨ kosztowne obliczeniowo ¨ brak straty dokładności o ile dane są poprawne (czyste) ¨ całkowicie przechodnie ¨ n Raster może wymagać ponownego próbkowania (resampling) ¨ może obejmować konwersję między różnymi formatami rastrowymi (np z GRID do BIL) ¨ wektor raster 4 możliwości Wektor Raster: punkty § węzeł x, y przypisany najbliższej komróce rastrowej § lokalne przesunięcia niemal nieuniknione; błąd zależy od rozmiaru rastra. § dwa punkty w jednej komórce rastra są nieodróżnialne § nie przechodnie; nie można odtworzyć danych oryginalnych bezbłędnie

KONWERSJA FORMATU DANYCH Wektor Raster: linie § komórki przypisane gdy mają punkt wspólny z

KONWERSJA FORMATU DANYCH Wektor Raster: linie § komórki przypisane gdy mają punkt wspólny z linią prostą § schodkowy wygląd linii skośnych (nazywany aliasingiem) § można poprawić wizualnie poprzez antyaliasing anti-aliasing: jasność komórki zależy od ilości (ułamka) komórek pokrytych przez prostą Raster Wektor Problem bardzo złożony Przechodność: możliwość odtworzenia oryginalnych danych po wykonaniu konwersji.

RASTERYZACJA(CD) Konwersja wektora na raster (rasteryzacja). Przykład elementów powierzchniowych: • kodowanie poligonów • nałożenie

RASTERYZACJA(CD) Konwersja wektora na raster (rasteryzacja). Przykład elementów powierzchniowych: • kodowanie poligonów • nałożenie siatki rastra • identyfikacja pikseli, których środki przypadają na obszarze danego poligonu • kodowanie wartości pikseli zgodnie ze zidentyfikowanymi poligonami

RASTERYZACJA PRZY RÓŹNEJ ROZDZIELCZOŚCI

RASTERYZACJA PRZY RÓŹNEJ ROZDZIELCZOŚCI

ODRYSOWYWANIE OKRĘGU 1. Możliwość wykorzystania równania z sin/cos 2. Wykorzystanie równania okręgu w postaci:

ODRYSOWYWANIE OKRĘGU 1. Możliwość wykorzystania równania z sin/cos 2. Wykorzystanie równania okręgu w postaci: (x − x 0)2 + (y − y 0)2 = r 2 czyli y = y 0 ±pr 2 − (x − x 0)2 Algorytm w najprostszy sposób wykorzystujący równanie okręgu (2 symetrie), 4 drogi symetrii, 8 dróg symetrii (i dopiero ten nadaje sie do narysowania okregu) 3. Algorytm Bresenham

METODA WYPEŁNIANIA KONTURÓW

METODA WYPEŁNIANIA KONTURÓW

FILTRACJA BILINIOWA W naszym przypadku uk oraz vk sa współrzędnymi bitmapy a yk jest

FILTRACJA BILINIOWA W naszym przypadku uk oraz vk sa współrzędnymi bitmapy a yk jest kolorem bitmapy w punkcie k. Wartości bez indeksu określają nowy pixel po zmniejszeniu. Z indeksami 1, 2, 3 i 4 otaczają nowy pixel (zatem aproksymujemy 4 pixele). Zakładając kwadratową bitmapę mamy: v 1 = v 0, v 2 = v 3, u 1 = u 3, u 2 = u 0, v 3 − v 0 = u 3 − u 0 = szerokość = w.

FILTR LANCZOS Ten rodzaj filtru stosowany jest zarówno do zmniejszania rozdzielczości jak i jej

FILTR LANCZOS Ten rodzaj filtru stosowany jest zarówno do zmniejszania rozdzielczości jak i jej zwiększania. Bazuje ona na tzw. Funkcji Lanczosa. Zaletą tej funkcji w stosunku do innych (np. exp*sin) jest to, że osiąga ona zero już przy x=2 dla funkcji L 2 albo przy x=3 dla funkcji L 3). W ten sposób uwzględnia się tylko najbliżej sasiadujące piksele.

ORTOZDJĘCIA Zeskanowane fotografie po wykonaniu matematycznych operacji rektyfikacji celem wyeliminowania efektu przemieszczenia, tak aby

ORTOZDJĘCIA Zeskanowane fotografie po wykonaniu matematycznych operacji rektyfikacji celem wyeliminowania efektu przemieszczenia, tak aby prezentowały obraz widzialny po kątem prostym do obrazowanej powierzchni.

DANE RASTROWE ZALETY I WADY ZALETY Prosta struktura danych Proste nakładkowanie Liczne metody analiz

DANE RASTROWE ZALETY I WADY ZALETY Prosta struktura danych Proste nakładkowanie Liczne metody analiz przestrzennych Jednolity rozmiar i kształt Tańsza technologia WADY Duża zajętość pamięciowa Mniej „eleganckie” Trudne wykonanie transformacji między odwzorowaniami kartograficznymi Zmiana skal danych rastrowych jest trudna Możliwa strata informacji z podczas generalizacji - upraszczania

DANE WEKTOROWE ZALETY I WADY ZALETY Dobre reprezentowanie rzeczywistych obiektów Zwarta struktura danych Topologia

DANE WEKTOROWE ZALETY I WADY ZALETY Dobre reprezentowanie rzeczywistych obiektów Zwarta struktura danych Topologia może być opisywana w sieciach Precyzyjne wizualizacje graficzne WADY Złożona struktura danych Trudne symulacje Niektóre rodzaje analiz przestrzennych trudne lub niemożliwe do wykonania

© Paul Bolstad, GIS Fundamentals

© Paul Bolstad, GIS Fundamentals

RÓŻNICE MIĘDZY DEM A DTM DEM - digital elevation model — określany także jako

RÓŻNICE MIĘDZY DEM A DTM DEM - digital elevation model — określany także jako digital surface model DSM — najczęściej odnosi się do reprezentacji powierzchni ziemi (lub jej części), uwzględniającej takie cechy jak roślinność, zabudowania, mosty, etc. Dane DEM często zawierają większość informacji zbioru danych odczytanego technikami fotogrametrii, Li. DAR, If. SAR, pomiarów terenowych, etc. DTM - digital terrain model natomiast najczęściej stanowi przefiltrowane dane takiej powierzchni, będąc przetworzoną wersją oryginalnych danych DEM. Model DTM zapewnia tzw. model samej powierzchni ziemi (bare-earth model), bez obiektów krajobrazu. Dane DEM można wykorzystywać przy modelowaniu terenu, modelowaniu miast oraz przy wizualizacjach. Dane DTM wymagane są przy modelowaniu cieku rzek, powodzi, badaniach wykorzystania terenu, geologii i innych.

WYKORZYSTANIE DANYCH DEM Najczęściej dane DEM wykorzysywane zostają przy: § określaniu parametrów terenu §

WYKORZYSTANIE DANYCH DEM Najczęściej dane DEM wykorzysywane zostają przy: § określaniu parametrów terenu § modelowaniu przepływu wody lub ruchu innych obiektów (np. . lawiny) § tworzeniu map rzeźby terenu § tworzeniu wizualizacji 3 D § tworzeniu fizycznych modeli (raised-relief maps), rektyfikacji zdjęć lotniczych i satelitarnych § redukcji (korekcji terenowej) pomiarów grawitacji (grawimetria, geodezja fizyczna) analizach terenu w geomorfologii i geografii fizycznej

Nodes - węzły: węzły są fundamentalnym blokiem budowy modelu TIN. TWęzły wywodzą się z

Nodes - węzły: węzły są fundamentalnym blokiem budowy modelu TIN. TWęzły wywodzą się z punktów lub wierzchołków linii zawartych w danych wejściowych. Edges - krawędzie: każdy węzeł połączony zostaje z najbliższymi sąsiadami krawędziami tworząc trójkąty, tak aby spełnić kryterium Delaynay. Każda krawędź ma dwa węzły, ale węzeł może mieć dwie lub więcej krawędzi. Triangles - trójkąty: powierzchnia każdego trójkąta opisuje część pewnej modelowanej przez TIN powierzchni. Hull - otoczka: Otoczka danych TIN jest utworzona poprzez jeden lub więcej poligonów zawierających cały zbiór punktów tworzących TIN. Poligony otoczki definiują strefę interpolacji danego TIN. Topology - topologia: Struktura topologiczna modelu TIN definiowana jest poprzez relacje między węzłami, krawędziami (liczbą i typem) oraz związkiem między przyległymi trójkątami.

WEKTORYZACJA Konwersja rastra na wektor (wektoryzacja). Obszary o tej samej wartości pikseli są zamieniane

WEKTORYZACJA Konwersja rastra na wektor (wektoryzacja). Obszary o tej samej wartości pikseli są zamieniane na poligony o wartości atrybutu określonej przez tę wartość. Różne programy konwersji mogą dawać różne wyniki. Część informacji może być stracona zarówno przy wektoryzacji, jak i przy rasteryzacji.

KONWERSJA RASTER WEKTOR ¨ szkietetyzacja, ścieńczanie (thinning): w celu redukcji obiektów rastra do szerokości

KONWERSJA RASTER WEKTOR ¨ szkietetyzacja, ścieńczanie (thinning): w celu redukcji obiektów rastra do szerokości jednostkowej n n ¨ redukcja (peeling) sukcesywnie usuwa zewnętrzne krawędzie w metodzie osi środkowych odszukuje się zbiór wewnętrznych pikseli najbardziej odległych od zewnętrznych krawędzi ekstrakcja wektora: w celu odszukania linii n 1 -4 rekonstrukcja ¨ ¨ n 1 -8 rekonstrukcja ¨ ¨ n łączenie punktów środkowych z sąsiadami 1 -8 jeżeli istnieją linie skośne są uwzględniane, ale tworzą nadmiarowe linie 1 -8 rekonstrukcja z eliminacją nadmiarowości ¨ ¨ ¨ łączenie punktów sąsiadów 1 -4 jeżeli istnieją szczególnie niepoprawne odwzorowanie linii ukośnych jeżeli istnieje sąsiad 1 -4, nie należy odrysowywać linii redukcja nadmiarowych linii odbudowanie struktury topologiicreate nodes at line junctions ¨ ¨ tworzenie linii tworzenie poligonów (ręczne zdefiniowanie konieczne)

KONWERSJA RASTER WEKTOR ŚCIEŃCZANIE

KONWERSJA RASTER WEKTOR ŚCIEŃCZANIE

Raster to Vector Conversion: Vector Extraction Rekonstrukcja sąsiedztwa 1 -4 Vector Raster Rekonstrukcja sąsiedztwa

Raster to Vector Conversion: Vector Extraction Rekonstrukcja sąsiedztwa 1 -4 Vector Raster Rekonstrukcja sąsiedztwa 1 -4 Sprawdzenie czterech sąsiednich pikseli i selekcja punktu, jeżeli w sąsiedztwie znajduje się przynajmniej jeden piksel obiektu

KONWERSJA Raster Wektor: Ekstrakcja wektora Rekonstrukcja sąsiedztwa 1 -8 Sprawdzenie ośmiu sąsiednich pikseli i

KONWERSJA Raster Wektor: Ekstrakcja wektora Rekonstrukcja sąsiedztwa 1 -8 Sprawdzenie ośmiu sąsiednich pikseli i selekcja punktu, jeżeli w sąsiedztwie znajduje się przynajmniej jeden piksel obiektu

KONWERSJA RASTER WEKTOR Ekstrakcja wektora Rekonstrukcja sąsiedztwa 1 -8 z usuwaniem nadmiarowości Vector Raster

KONWERSJA RASTER WEKTOR Ekstrakcja wektora Rekonstrukcja sąsiedztwa 1 -8 z usuwaniem nadmiarowości Vector Raster Rekonstrukcja sąsiedztwa 1 -8 Sprawdzenie ośmiu sąsiednich pikseli i selekcja punktu, jeżeli w sąsiedztwie znajduje się przynajmniej jeden piksel obiektu

WEKTORYZACJA PODSTAWOWA Metody wektoryzacji podstawowej obejmują następujące techniki: 1. Transformację Hough (HT – Hough

WEKTORYZACJA PODSTAWOWA Metody wektoryzacji podstawowej obejmują następujące techniki: 1. Transformację Hough (HT – Hough Transformation) 2. Metody oparte na ścienianiu (thinning based methods) 3. Metody oparte na analizie konturów 4. Metody oparte na grafach (run-graph based methods) 5. Metody oparte na wzorcach siatek (mesh pattern based methods) 6. Metody rzadkich pikseli (sparse pixel based methods)

Z wyjątkiem metod opartych o transformację HT, typowa operacje wektoryzacji składa się z następujących

Z wyjątkiem metod opartych o transformację HT, typowa operacje wektoryzacji składa się z następujących etapów: (1) próbkowanie punktów osiowych, ewentualnie wykonanie reprezentacji w postaci osi środkowej. Podstawowa operacja redukcji danych, które mają zostać przetworzone. W ten sposób w dalszych etapach wektoryzacji uwzględnione zostają jedynie punkty osi środkowych odcinków, które reprezentują ważną dla całego procesu informacje. (2) Śledzenie prostych (analiza), przechodzenie po wszystkich osiach środkowych uzyskanych w pierwszym etapie w celu utworzenia łańcucha punktów dla każdego z wektorów. (3) aproksymacja odcinków prostych (segmentów) lub poligonów polegającą na usuwaniu punktów, nie mających kluczowego znaczenia z łańcuchów uzyskanych w drugim etapie wraz z połączeniem punktów krytycznych w odcinki lub polilinie. Pozostałe punkty krytyczne wykorzystywane zostają ostatecznie do reprezentowania wektorów zawartych w danych rastrowych. Zasadnicze różnice w przedstawionych wcześniej rodzajach metod wektoryzacji odnoszą się do dwu pierwszych etapów. Opracowano szereg algorytmów dla trzeciego etapu (poligonizacji).

Hough Transformacja HT w procesie wektoryzacji obrazów z prostymi poprzez transformację przestrzennie rozłożonych wzorców

Hough Transformacja HT w procesie wektoryzacji obrazów z prostymi poprzez transformację przestrzennie rozłożonych wzorców w obrazie binarnym w przestrzennie zwarte atrybuty w przestrzeni atrybutów. Podczas transformacji trudny problem globalnego wykrycia linii prostych w przestrzeni obrazu zostaje zastąpiony wykrywaniem lokalnych esktremów w przestrzeni parametrów. Jednym ze sposobów wykrycia prostych jest ich sparametryzowanie na podstawie ich nachylenia i przecięcia (względem osi X). Proste definiuje się zgodnie z równaniem (1): y = mx + c (1) Każda z prostych na płaszczyźnie (x, y) odpowiada punktowi płaszczyzny (m, c). Każdy z punktów płaszczyzny (x, y) może należeć do jednej z nieskończonej liczby prostych przechodzących przez ten punkt. Nachylenie oraz przecięcie tych prostych na płaszczyźnie (m, c) opisane jest równaniem (2). c = -xm + y (2)

Płaszczyzna (m, c) zostaje podzielona na prostokątne obszary (ang. bins), które sumują dla każdego

Płaszczyzna (m, c) zostaje podzielona na prostokątne obszary (ang. bins), które sumują dla każdego czarnego piksela płaszczyzny wszystkie piksele leżące wzdłuż linii o równaniu (2). Jeżeli prosta o równaniu (2) zostaje odrysowana dla każdego czarnego piksela, wszystkie komórki przez które ta prosta przechodzi zostają zwiększone o jeden. Wykonanie sumowania dla wszystkich pikseli obrazu umożliwia wykrycie prostych jako ekstrema w przestrzeni transfomacji HT. Uwzględniając szum, każde ekstremum wyższe od wartości progowej zostaje wykorzystane do utworzenia prostej zdefiniowanej równaniem (1). W praktyce, przyjmuje się że prosta może być połączeniem kilku kolinearnych odcinków prostych. Z tego względu, wszystkie piksele wejściowego obrazu wzdłuż wykrytych prostych zostają kolejno iterowane w celu określenia punktów końcowych odcinków. Szerokość prostej zostaje ponadto określona podczas iteracji poprzez sprawdzenie szerokości w każdym pikselu.

GEOMETRYZACJA Geometryzacja - nadawanie współrzędnych warstwom rastrowym. Określenie transformacji na podstawie wskazanych punktów kontrolnych

GEOMETRYZACJA Geometryzacja - nadawanie współrzędnych warstwom rastrowym. Określenie transformacji na podstawie wskazanych punktów kontrolnych (obiektów rozpoznawalnych równocześnie na obrazie rastrowym i na mapie) Wymagana minimalna liczba punktów kontrolnych zależy od stopnia transformacji (zazwyczaj wielomiany drugiego lub trzeciego rzędu)

GEOKODOWANIE przypisanie współrzędnych przestrzennych punktom Address Matching - przypisanie współrzędnych przestrzennych (jawna lokalizacja) adresom

GEOKODOWANIE przypisanie współrzędnych przestrzennych punktom Address Matching - przypisanie współrzędnych przestrzennych (jawna lokalizacja) adresom (lokalizacja niejawna) Przypisanie współrzędnych danemu adresowi wymaga pliku z danymi sieci ulic w zawierającego informacje o atrybutach ulic (nazwa ulic, zakres numerów dla każdego bloku) każdego segmentu ulicy (bloku, prawej i lewej strony) ¨ Dokładne dopasowanie nazwy ulicy może być problematyczne ¨ Uaktualnianie bazy danych (np. nowe ulice) jest ważnym problemem ¨ Skrzynki pocztowe, nazwy budynków stanowią potencjalnie źródło problemów W oprogramowaniu Arc. GIS proces jest 3 -stopniowy ¨ W Arc. Catalog, przetworzenie pliku sieci ulic i utworzenie Geocoding Service ¨ W Arc. Map, załadowanie usługi geokodowania z wykorzystaniem Tools/Geocoding/Services Manager ¨ W Arc. Map, geokodowanie tabeli adresów z wykorzystaniem opcji Tools/Geocoding/Geocode Addresses Pliki lokalizacji punktowej zawierają współrzędne lat/long or x, y coordinates (np. . z odbiornika GPS) które muszą zostać przekonwertowane do pliku shape w celu wyświetlenia ¨ Załadować tabelę (w formacie. dbf) do systemu Arc. GIS poleceniem add data ¨ Z menu kontekstowego T z C wybrać Display X, Y data Tabela musi zawierać przynajmniej 3 zmienne: ID obiektu, położenie x, y

REDUKCJA DANYCH n Resampling (dane rastrowe) n ¨ ‘średnia’ 4 wartości w sąsiedztwie 2

REDUKCJA DANYCH n Resampling (dane rastrowe) n ¨ ‘średnia’ 4 wartości w sąsiedztwie 2 x 2 ¨ wykorzystać tę wartość w pojedynczej komórce obejmującej wejściowe 4 komórki ¨ wykorzystać średnią dla danych przedziałowych; wymagane reguły dla danych porządkowych i kategorialnych ¨ nie jest przechodnia! 3 7 2 4 16 bytes 4 1 byte Ścieńczanie (dane wektorowe) często stosowane podczas digitalizacji w trybie strumienniowym (stream) ¨ eliminacja progowa: usuń najbliższe punkty „zbyt bliskie” (np. wyjściowa rozdzielczość urządzenia ich nie rozróżnia) ¨ eliminacja topologiczna: usuwanie punktów nie wchodzących do struktury topologicznej ¨ eliminacja oparta na modelu: wpisać wielomian metodą najmniejszych kwadratów i zapisać mniej punktów wzdłuż jego linii. ¨

GEOREFERENCJA: REKTYFIKACJA I REJESTRACJA (FAKTYCZNE POŁOŻENIE PRZESTRZENNE / NAKŁADKOWANIE ) n n n rektyfikacja:

GEOREFERENCJA: REKTYFIKACJA I REJESTRACJA (FAKTYCZNE POŁOŻENIE PRZESTRZENNE / NAKŁADKOWANIE ) n n n rektyfikacja: zmiana położenia obiektów tak, aby odpowiadały konkretnemu systemowi odniesienia (najczęściej geodezyjnemu) rejestracja: zmiana położenia obiektów jednego zbioru tak, aby odpowiadały obiektom drugiego zbioru bez zachowania zgodności z danym układem odniesienia Pomimo podanej różnicy, terminy najczęściej stosuje się zamiennie ALGORYTM: n Homogeniczna transformacja poprzez obrót, rotację, przesunięcie, skalowanie, pochylanie (rotation, translation, scaling, skewing) ¨ Stosowane do odwzorowań kartograficznych i innych podobnych konwersji n Rozciąganie różnicowe (differential stretching via rubber sheeting) ¨ Stosowane do dokładnego położenia zniekształconych map lub plików

KONWERSJA - Rubber Sheeting - konwersja różnicowa Dane GIS są w różnym stopniu rozciągane

KONWERSJA - Rubber Sheeting - konwersja różnicowa Dane GIS są w różnym stopniu rozciągane tak, aby punkty w jednym pliku pokrywały się z punktami kontrolnymi drugiego pliku z zlokalizowanym położeniem. Najczęściej w tym celu stosuje się dopasowanie wielomianowe metodą najmniejszych kwadratów między współrzędnymi znanych punktów kontrolnych a odpowiadającymi im współrzędnymi drugiego pliku. Wyznaczone w podany sposób parametry odwzorowania zostają następnie zastosowane do wszystkich punktów transformowanego pliku. W ten sposób, punkty z wejściowego znajdują się bliżej punktom kontrolnym, jednak nie jest możliwe uzyskanie stuprocentowego pokrycia. -- im większa dokładność tym lepszy rezultat operacji -- punkty zostają dobrze rozmieszczone -- znajomość położenia lat/long punktów kontrolnych wymagana podczas operacji rektyfikacji (najczęściej z GPS) -- wspólne punkty w dwu plikach wymagane do rejestracji ground control Map locations GIS file

TRANSFORMACJE - konwersje jednorodne n n n translacja początku układu ¨ z początku digitimetru

TRANSFORMACJE - konwersje jednorodne n n n translacja początku układu ¨ z początku digitimetru origin danego zbioru na faktyczny początek pliku GIS rotacja osi ¨ np. faktyczny kierunek północy skalowanie osi n n translacja jednorodne: różnicowe (owale na okręgi) pochylanie osi Zmiana odwzorowania kartograficznego może wymagać wszystkich 4 operacji skalowanie różnicowe n rotacja pochylanie

REKTYFIKACJA I REJESTRACJA Najczęściej stosowane w celu dołączenia zeskanowanych zdjęć lub fotografii do warstw

REKTYFIKACJA I REJESTRACJA Najczęściej stosowane w celu dołączenia zeskanowanych zdjęć lub fotografii do warstw wektorowych, ale także w celu skorygowania niepoprawnego położenia obiektów w warstwach wektorowych. W oprogramowaniu Arc. Map dostępne poprzez pasek narzędzi Georeferencing dla zdjęć oraz Spatial Adjustment dla warstw wektorowych.

DOPASOWANIE KRAWĘDZI Dopasowanie krawędzi: Łączenie oddzielnych fragmentów (arkuszy) map w jeden spójny system GIS

DOPASOWANIE KRAWĘDZI Dopasowanie krawędzi: Łączenie oddzielnych fragmentów (arkuszy) map w jeden spójny system GIS Wymagane przetwarzanie nawet w przypadku, gdy topologia wizualnie się pokrywa na łączonych fragmentach map Funkcjonalność dociągania - snapping - pomocna w łączeniu obiektów Problem dopuszczalnej tolerancji przed dalszą analizą niezgodności Jak daleko wykonać korekcję (przesunięcie) w przypadku niezgodności Przyczyny niezgodności Ekspansja / kontrakcja mapy papierowej Błędy digitalizacji / skanowania Błędy georeferencji Dokładność sprzętu Ekstrapolacja lub błędy zaokrąglania Obszar zachodzenia arkuszy map W Arc. View (bardzo proste operacje): W Arc. MAP poprzez Tools/Geoprocessing/Merge Layers Także w pasku narzędziowym Spatial Adjustment

KOREKCJA OBRAZU (IMAGE ADJUSTMENTS) Dane rastrowe pochodzące z oddzielnych zdjęć (photos) lub zbioru zdjęć

KOREKCJA OBRAZU (IMAGE ADJUSTMENTS) Dane rastrowe pochodzące z oddzielnych zdjęć (photos) lub zbioru zdjęć zostają poddane procesowi mozaikowania w celu utworzenia „ciągłego zdjęcia”. (Collars) zatoki muszą zostać usuniete Obszary zachodzące na siebie Granice skanowanych map Image Balancing and Feathering: dostosowanie atrybutów dla spójnego i pożadanego koloru, jasności i kontrastu (color, brightness, contrast) Checker board appearance – niespójny wygląd Załamania linii na granicy łączonych zdjęć / map Większa liczba poziomów jasności zaciera szczegóły w miejscach dobrze naświetlonych a zwiększa w słabo naświetlonych Niespójny wygląd obiektów tego samego typu w różnych warunkach, np. morze, akweny wodne w zależności od wiatru oraz naświetlenia Korekcja ortozdjęć: Kontrola naziemna - ground control (najczęściej z GPS dla punktów widzialnych) w celu określenia rzeczywistego położenia na powierzchni ziemi Kontrola naziemna kąta nachylenia kamery względem ziemi Kalibracja kamery w celu usunięcia zniekształceń soczewek Model terenu - Digital terrain model (dtm) w celu usunięcia odległości „wzniesienia” (5 mi. na mapie do wierzchołka góry, ale 6 mi jeżeli góra znajduje się na wysokości 5, 280 stóp)

UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH Układ współrzędnych ustanawia uporządkowaną zależność(relację) między fizycznymi punktami w przestrzeni a liczbami

UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH Układ współrzędnych ustanawia uporządkowaną zależność(relację) między fizycznymi punktami w przestrzeni a liczbami rzeczywistymi, czyli współrzędnymi, • Układy współrzędnych stosowane w GIS, geodezji, kartografii mogą być ortokartezjańskie, dwu lub trój-wymiarowe oraz krzywoliniowe.

KARTEZJAŃSKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH We współczesnej geodezji, kartezjański trójwymiarowy układ współrzędnych jest stosowany dla zadań

KARTEZJAŃSKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH We współczesnej geodezji, kartezjański trójwymiarowy układ współrzędnych jest stosowany dla zadań globalnych. • Jest on definiowany przez trzy ortogonalne osie, które tworzą układ prawoskrętny. Osie współrzędnych X, Y, Z przecinają się w początku układu. • Jak pokazano na rysunku, punkt P jest zdefiniowany poprzez odległości od punktu początkowego O licząc wzdłuż X, Y i osi Z.

ELIPSOIDALNY (GEODEZYJNY) UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH Współrzędne elipsoidalne są to linie krzywe leżące na powierzchni elipsoidy.

ELIPSOIDALNY (GEODEZYJNY) UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH Współrzędne elipsoidalne są to linie krzywe leżące na powierzchni elipsoidy. Zwane są równoleżnikami jeśli szerokość jest stała (ϕ) i południkami, jeśli długość jest stała (λ) • Jeśli elipsoida jest związana z bryłą Ziemi, to współrzędne elipsoidalne zwane są współrzędnymi geodezyjnymi • Tradycyjnie, przeciwieństwem współrzędnych geodezyjnych są współrzędne astronomiczne; szerokość i długość astr. Wykorzystanie w szeroko rozumianym GIS elipsoidy jako powierzchni aproksymującej powierzchnię Ziemi wynika z: 1. Tradycji 2. Łatwości odwzorowania elementów przedstawionych na jej powierzchni na płaszczyznę(mapę) 3. Niewielkie zniekształcenie przy redukcji pomierzonych elementów z fizycznej powierzchni Ziemi na elipsoidę

KARTEZJAŃSKI PŁASKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH Dwuwymiarowy kartezjański układ współrzędnych jest zdefiniowany poprzez dwie prostopadłe do

KARTEZJAŃSKI PŁASKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH Dwuwymiarowy kartezjański układ współrzędnych jest zdefiniowany poprzez dwie prostopadłe do siebie osie. X i Y, powiązanymi z kierunkami geograficznymi: na północ (N) , na wschód (E). • Kąty są liczone zgodnie z ruchem wskazówek zegara

WSPÓŁRZĘDNE BIEGUNOWE Biegunowy system współrzędnych określa położenie punktu poprzez element liniowy i kątowy. W

WSPÓŁRZĘDNE BIEGUNOWE Biegunowy system współrzędnych określa położenie punktu poprzez element liniowy i kątowy. W przypadku dwu wymiarów jest to kąt α i odległość d ZALEŻNOŚĆ MIĘDZY PROSTOKĄTNYM A BIEGUNOWYM UKŁADEM WSPÓŁRZĘDNYCH

PŁASKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH

PŁASKI UKŁAD WSPÓŁRZĘDNYCH

WPŁYW ZAKRZYWIENIA ZIEMI NA POMIARY LINIOWE

WPŁYW ZAKRZYWIENIA ZIEMI NA POMIARY LINIOWE

SYSTEM ODNIESIENIA Układ współrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej, •

SYSTEM ODNIESIENIA Układ współrzędnych nie zawiera informacji o jego orientacji względem bryły ziemskiej, • Układy współrzędnych oraz parametry opisujące ich orientacje względem bryły ziemskiej zwane są geodezyjnymi systemami odniesienia, • Tak więc system odniesienia stanowi zbiór zaleceń i ustaleń oraz stałych wraz z opisem modeli niezbędnych do zdefiniowania początku, skali i orientacji osi układów współrzędnych w bryle ziemskiej oraz ich zmienności w czasie.

SYSTEM ODNIESIENIA Definicja –kartezjański trójwymiarowy §�� Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas

SYSTEM ODNIESIENIA Definicja –kartezjański trójwymiarowy §�� Początek układu jest umieszczony w środku ciężkości mas Ziemi, § oś Z prawie pokrywa się z osią obrotu Ziemi • Definicja –elipsoidalny układ -parametry opisujące jego orientację względem bryły ziemskiej § punkt początkowy P, § jego szerokość ϕP, § długośćλP, § azymut linii αPB, § parametry elipsoidy a oraz b, § odstęp geoidy od elipsoidy NP

SYSTEM ODNIESIENIA § § § punkt początkowy P, jego szerokość ϕP, długość λP, azymut

SYSTEM ODNIESIENIA § § § punkt początkowy P, jego szerokość ϕP, długość λP, azymut linii αPB, parametry elipsoidy a oraz b, odstęp geoidy od elipsoidy NP

UKŁAD ODNIESIENIA Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia �� w przypadku geodezji klasycznej

UKŁAD ODNIESIENIA Układ odniesienia stanowi praktyczną realizację systemu odniesienia �� w przypadku geodezji klasycznej – jest określony przez liczbowe wartości sześciu parametrów, W przypadku geodezji współczesnej (satelitarnej) przez współrzędne określonych stacji naziemnych. Na świecie istnieje wiele układów odniesienia �� WGS 84 �� EUREF

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

UKŁAD ODNIESIENIA PUŁKOWO 42

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72) Swiatowy System Odniesienia WGS 72 był trzecim geocentrycznym układem

WORLS GEODETIC SYSTEM 1972 (WGS-72) Swiatowy System Odniesienia WGS 72 był trzecim geocentrycznym układem odniesienia opracowanym przez US DMA Agencje Kartograficzna Ministerstwa Obrony Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej - poprzednie wersje WGS 60 I WGS 66. Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski system TRANSIT. Praktyczna jego realizacja nastepowała poprzez sieć stacji śledzących systemu TRANSIT (TRANET).

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84) Układ odniesienia WGS 84 był początkowo oparty o współrzędne

WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 (WGS-84) Układ odniesienia WGS 84 był początkowo oparty o współrzędne satelitarne uzyskane tylko z pomiarów dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na układzie WGS 72, który został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT. Podejscie to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności rzędu 1 -2 m Współrzedne dziesieciu stacji sledzacych systemu GPS zostały poprawione przez użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje), wykorzystano w procesie wyznaczania współrzędnych, jak równie poprawienia pokładowych orbit satelitarnych. W opracowaniu wyników pomiarów przyjeto standardy zgodne z zaleceniami IERS. Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS 84(G 730) – co odnosi się do 730 -go tygodnia GPS. Nowy układ charakteryzuje się dokładnością 10 cm w skali globalnej Od poczatku 1994 r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS 84(G 730) do obliczania orbit satelitów GPS (efemeryd pokładowych).

Geodetic System 1980 (GRS-80) Geodezyjny System Odniesienia GRS’ 80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu

Geodetic System 1980 (GRS-80) Geodezyjny System Odniesienia GRS’ 80 został przyjety na XIV Zgromadzeniu Generalnym Miedzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979 roku w Canberze. Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy: a, GM i J 2 oraz predkość kątowa Ziemi. Przyjęto, że mała półoś elipsoidy odniesienia systemu GRS’ 80 będzie równoległa do osi CIO, a płaszczyzna południka zerowego bedzie równoległa do południka zerowego średniego Obserwatorium BIH. Praktyczną realizację tak przyjętego układu współrzędnych można oszacować na około 10 cm.

ELIPSOIDA ZIEMSKA Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRS’ 80 –Geodetic Reference System 1980)

ELIPSOIDA ZIEMSKA Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRS’ 80 –Geodetic Reference System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 roku. Stosowana rezolucja zaleca aby: • równikowy promień Ziemi: a = 6378137 m • geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą) • dynamiczny współczynnik kształtu Ziemi, wyłączając stałą deformacje pływową • kątowa prędkość Ziemi: f –spłaszczenie elipsoidy kwadrat mimośrodu a –duża półoś Równanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w układzie współrzędnych prostokątnych ma postać: Kwadrat mimośrodu:

SŁUŻBA IERS – ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADÓW ODNIESIENIA Międzynarodowa Służba Ruchu

SŁUŻBA IERS – ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADÓW ODNIESIENIA Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana przez Międzynarodową Unię Astronomiczna (IAU) i Miedzynarodowa Unię Geodezji i Geofizyki w 1987 roku. W 2003 roku została przemianowana na Miedzynarodowa Słube Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service). Do zadań należą: • Definicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego realizacja w postaci układu współrzędnych (ICRF). • Definicja Miedzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego realizacja w postaci układu współrzędnych (ITRF). • Wyznaczenie parametrów orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia parametrów transformacji pomiędzy ICR i ITRF. • Analiza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF, ITRF, EOP i ich modelowanie. • Standardy, stałe i modele (konwencje).

SŁUŻBA IERS – ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADÓW ODNIESIENIA Miedzynarodowa Słuba Ruchu

SŁUŻBA IERS – ROLA W TWORZENIU I KONSERWACJI ZIEMSKICH UKLADÓW ODNIESIENIA Miedzynarodowa Słuba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia (International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada nastepujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczególnych technik: o Międzynarodowa Służba GPS (IGS) o Międzynarodowa Służba Pomiarów Laserowych Odległości (ILRS) o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS) o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)

ITRF’ 88 – ITRF’ 2000 przeglad parametrów transformacji i ich skutki praktyczne

ITRF’ 88 – ITRF’ 2000 przeglad parametrów transformacji i ich skutki praktyczne

PARAMETRY TRANSFORMACJI

PARAMETRY TRANSFORMACJI

PARAMETRY TRANSFORMACJI

PARAMETRY TRANSFORMACJI

ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF

ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF

ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF

ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF

ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF

ETRF-89 JAKO PODZBIÓR UKŁADU ITRF

TRANSFORMACJE ITRF - ETRF

TRANSFORMACJE ITRF - ETRF

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE Układ Borowa Góra 1925 (BG 1925), określany w zagranicznych

NIESATELITARNE SYSTEMY ODNIESIENIA W POLSCE Układ Borowa Góra 1925 (BG 1925), określany w zagranicznych zródłach jako PND 1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy Bessel’ 1841 do Geoidy w Borowej Górze. Orientacji elipsoidy dokonano przy pomocy azymutu na wieżę w Modlinie. Przyjęto następujące współrzedne tego punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiarów astronomicznych): B = 52 o 28’ 32. 85” L = 21 o 02’ 12. 12” W Polsce, podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego, obowiazywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do geoidy w Pułkowie Do połowy lat 60 tych obowiazywał w Polsce układ współrzędnych zwany krótko „ 1942”.

1899 –Powołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS) 1900 –Rozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS

1899 –Powołanie przez IAG Międzynarodowej Służby Szerokości (ILS) 1900 –Rozpoczęcie wykonywania obserwacji przez ILS 1912 – Powołanie Międzynarodowego Biura Czasu (BIH) 1962 –Powołanie Międzynarodowej Służby Ruchów Bieguna (IPMS) 1966 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia Standard Earth. III 1967 –Zdefiniowanie początku umownego układu współrzędnych ziemskich CIO 1967 –Przyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS 67 1968 –Wprowadzenie systemu pozycji bieguna i czasu UT dystrybuowanego przez BIH –układ odniesienia BIH 1972 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS 72 1973 –Wprowadzenie satelitarnych obserwacji Dopplerowskich do wyznaczeń pozycji bieguna prowadzonych przez BIH początek końca ery obserwacji astrometrycznych 1979 –Przyjęcie przez IUGG geodezyjnego systemu odniesienia GRS 80

1979 –Wprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980

1979 –Wprowadzenie obserwacji laserowych satelity LAGEOS i LLRdo wyznaczeń pozycji bieguna i UT 1980 –Początek kampanii MERIT (Monitoring of the Earth Rotation and Intercomparison of the. Techniques) 1983 -1984 –Właściwa kampania MERIT 1984 –Wprowadzenie ziemskiego układu odniesienia WGS 84 i BIH (BTS 84) 1984 –Wprowadzenie ziemskiego systemu odniesienia BIH (BTS 84)(po raz pierwszy zastosowano model prędkości AM 0 -2) 1989 –Rozpoczęcie pracy przez służbę IERS wykorzystującą obserwacje laserowe i VLBI do wyznaczenia parametrów ruchu obrotowego Ziemi 1991 –Zdefiniowanie przez IUGG umownego ziemskiego systemu odniesienia CTRS. Monitorowanemu przez IERS systemowi CTRS nadano nazwę Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia ITRS 1993 –Powołanie International GPS Service(IGS) –(od 2004 International Earth Rotation and Reference Systems Service) 1994 –Wprowadzenie obserwacji DORIS do wyznaczeń pozycji bieguna

Literatura: Prof. dr hab. Adam Łyszkowicz, UWM w Olsztynie, WYKŁADY XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ

Literatura: Prof. dr hab. Adam Łyszkowicz, UWM w Olsztynie, WYKŁADY XXIII ZGROMADZENIE GENERALNE MIEDZYNARODOWEJ UNII GEODEZJI I GEOFIZYKI Sapporo, 30 czerwca – 11 lipca 2003 ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE Workshop: „NOWE OBOWIAZUJACE SYSTEMY WSPÓŁRZEDNYCH ZIEMSKICH I NIEBIESKICH ORAZ ICH WZAJEMNE RELACJE” Warszawa, 27 -28 maja 2004 roku Jerzy B. Rogowski, Mariusz Figurski Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna, Prof. dr hab. inż. Jerzy B. Rogowski, Dr inż. Magdalena Kłęk