Kapitel 8 Insamlingen av data Metoder att f

Kapitel 8: Insamlingen av data Metoder att få data till sitt GIS © Linfo Norrbotten och Softcenter 2006 Kursmaterialet ägs av Linfo Norrbotten och har utvecklats i samarbete med Softcenter AB Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder Sida: 1

Inmätning och insamlingen av data Geodesi = Mätning av jorden Geodetiska metoder = metoder att mäta Insamlingen i GIS processen Modellering Insamling Stakkäppar Snöre Lodning Då Lagring Bearbetning Analys Presentation v Geografiska objekten registreras v Kan vara 80 % av kostnader i ett projekt v Metoder utvecklas v v Datum 12/6/2020 GPS, fjärranalys, laser- och kartskanning Snabbare och bättre lägesnoggrannhet Kvalitet viktigt (”Skit in – Skit ut”) ”Digitalt i realtid direkt i fält” GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder Läge Attribut GPS Idag 2

Digitalisering ”Att gå från analoga till digitala data” Stereotolkning GPS-mätning Scanning Datum 12/6/2020 Digitalisering/tolkning GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 3

Geografiska VS. Kartografiska data v Vad är det vi samlar in? v Skilj på: Kartografiska data Geografiska data Presentationsinriktade Beskriver Verksamhetsinriktade Beskriver Kartan Beskriver Verklighet HMK-Da: Figur 2. 1 Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 4

Generalisering v All form av kartpresentation innebär generaliseringar pga av skala v. Urval v. Förenklingar v. Symboler v Kartografisk databas v. Kartografisk undanhållning v Geografisk databas v. Beskriver verklighet Datum 12/6/2020 Man pratar om GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder Generaliseringsgr ader 5

Datatyper vid insamling av geografiska data v Digitalisering v Geodetiska metoder v Manuellt v Bordsdigitalisering v Skärmdigitalisering (vektorisering) v Fjärranalys v Vinkelmätning v Satellitbilder v Längdmätning v Flygfoton v Totalstationer v GPS v Inmatning från tangentbord v Halvautomatisk v Vektorisering v Automatiskt v Scanning v Autovektorisering Tabelldata Vektordata Rasterdata Storgatan 16 Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 6

Jämförelse mellan raster och vektordata Vektorisering Datainsamling Datamängd Datastruktur Geometrisk noggrannhet Nätverksanalyser Överlagring Generalisering Raster Vektor Snabb Stor Enkel Låg Dålig God Enkelt Långsam Liten Komplex (topologi) Hög God Komplex Komplicerat Rastrering I de flesta GIS kan raster och vektordata kombineras Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 7

Digitalisering Manuell digitalisering Automatisk digitalisering - Vanlig metod - Registrering sker mot digitaliseringsbord eller skärm - Ger bra resultat ”Man ser hela tiden vad som händer!” - Innebär scanning + vektorisering - Kodsättning - Snabb, om bra underlag finns - Kräver oftast efterarbete Resultat = Vektordata Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 8

Före digitalisering, planering v Frågor: v. Objekten: w Lägesnoggrannhet? w Innehållsmässiga krav (fullständighet)? w Strukturering av objekt (skikt)? w Kodsättning? v. Storlek på datamängd? v. Tid och kostnad? v. Upphovsrättstillstånd på underlagskartor? (Källa: HMK-Digitalisering, 1994) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 9

Kvalitet på originaldokumentet Krav bör vara: - Ritkvaliteten är god - God geometrisk kvalitet - God aktualitet - Skala så tillräcklig lägesnoggrannhet kan uppnås - Känd projektion och ett känt koordinatsystem - Bra inpassningspunkter Källa: HMK-Digitalisering, 1994) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 10

Skanning v En skanner är en ”bildläsare” v En rasterskanner består av: v anordning som känner av bildpunkter i x- och y-led v en sensor v Rasterskanners kan registrera gråtoner och/eller färger v 1 bit (svart eller vitt) v 8 bitar (256 färger) v 16 bitars (16 miljoner) Resultat = Rasterdata Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 11

Olika typer av skanners Planskanner med rörlig sensor. Trumskanner Planskanner med fast sensor. Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 12

Bearbetning av skannat data v Bilderna kan bearbetas i bildbehandlingssystem. v Rotering v Filtrering (kontrast och intensitet mm) v Upplösning v Format v Bilder kräver vektorisering om data ska användas i vektor. GIS. v Färgoriginal är svårare att hantera än svartvita original. v Programvara v Adobe Photoshop v RIP (Raster Image Processor) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 13

Vektorisering och kodsättning v Vektorisering = raster till vektordata sker via: v Manuell bildskärmsvektorisering w Operatören, mus, markör w Noggrannheten = den precision med vilken markören kan riktas på bildskärmen. v Halvautomatisk bildskärmsvektorisering w Startpunkt w Koordinatregistrering längs linjerna till förgrening w Noggrannheten = upplösningen och geometriska noggrannheten hos rasterdata v Automatisk vektorisering w w Utan operatör Programmet söker centrum i pixelstråken Kräver oftast efterbearbetning Mönsterigenkänning kan särskilja olika linjetyper och symboler v Kodsättning = identifiering och markering av objekt Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 14

Digitalisering - jämförelse Manuell digitalisering Automatisk digitalisering Fördelar + kräver inte dyrbar utrustning + kräver lite träning + låga krav på kartans tekniska kvalitet + metoden är snabb + lättarbetad Nackdelar - tidskrävande - dyrbar utrustning - utbildad personal - omfattande editering - kräver hög kvalitet på underlaget - stora datamängder (Efter Malmström, B och Wellving, A. 1995. Introduktion till GIS) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 15

Geodesi - Detaljmätning v Detaljmätning delas in i v. Inmätning v. Utsättning v Görs med v. GPS w Real Time Kinematic (RTK) w Bärvågsmätning w Differentiell GPS (DGP) v. Totalstation w Vinklar w Längder v. Teodolit och måttband Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 16

Geodetisk mätning - längdmätning v Metoder att mäta v. Stegning!? v. Måttband w Plast w Stål v. Elektronisk distansmätning w EDM-instrument w Monteras tex på teodolit w Ljusstråle skjuts ut och reflekteras på en reflektor (Prisma) w Laserteknik Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 17

Geodetisk mätning - vinklar v Teodolit eller totalstation v. Horisontella och vertikala vinklar v. Tekniken används bl. a för: w detaljerad kartläggning w utsättning w stöd för flygfotografering Äldre teodolit Datum 12/6/2020 Ny totalstation (Leica) GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 18

Geodetisk mätning - stommätning Stomnät v Lantmäteriets primärnät v Landstäckande kända punkter i plan och höjd (X, Y och MÖH) v Rikets nät 1990 - RT 90 10 - 30 km avstånd v Anslutningsnät v Kommuner med flera ansvarar för erforderliga förtätningar v Bruksnät v Tätbebyggelse Rikspunkt/Triangelpunkt Anslutningspunkt Brukspunkt (Red Eklund L. , Geografisk Informationsbehandling, 1999) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 19

Registrering av attributdata v Attributdata kan insamlas genom: v Registrering via tangentbord v OCR (Optical Character Reading) w Automatisk igenkänning av t ex karttext w Optisk läsning av blanketter eller dokument v Mätinstrument (Analoga eller digitala) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 20

Luften och rymden kring oss. . . Envisat v Fjärranalys v Definition av fjärranalys: ”Insamling av data på avstånd utan att vara i kontakt med objekten” v Innefattar även fotogrammetri och flygbildsteknik w Flygfoton ersätts dock av högupplösta satellitbilder v Rationell och snabba insamlingsmetoder v Ger snabbt underlag för GIS-system v Största nackdelen v Kräver ofta mycket kunskaper och erfarenhet i w Tolkning w Biologi/fysik w GIS-teknik/Fjärranalys Satellitbild över Kiruna (Källa www. fjarranalys. com; ESA) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 21

…grunden för bilden - ljuset v Ljus är elektromagnetisk strålning v Olika våglängder v Intensitet v Sensorer v Ljusintensiteten läses av v Atmosfärpåverkan w Reflektans från landskap w Ger unika sk spektrala signaturer w Absorption w Moln, dis och dimma Molnigt… (Källa www. fjarranalys. com) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 22

Sensorer i fjärranalys v Olika metoder (sensortekniker) för att samla in data: v Analoga/Digitala – Video och TV v Fotosystem v Svepradiometri v Charge Coupled Device (CCD-teknik) w Samma teknik som i digitalkamera v Radarsystem - aktiva sensorsystem Här nedanför ser vi de olika våglängdsbanden i ETM-sensorn i Landsat 7. Varje "streck" motsvarar ett våglängdsband. Längden på strecket visar storleken på våglängdsområdet som bandet spänner över. Band i ETM-sensorn (Landsat) (Källa www. fjarranalys. com) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 23

Flygfotografering - grunder v Flygplan som plattform v Flygbilder används vid allmän kartläggning v Skogsbruk v Kommunal kartläggning v … v Flygfotografering kräver regeringens tillstånd v Privata aktörer finns v Anslagsfinansierad sk. omdrevsfotografering av Lantmäteriet för kartläggning av Sverige v Flyghöjder: v v v Normalhöjd Digital Mellan och låghöjd Höghöjd (Överhögshöjd 4600 m (analog) 4800 m (digital) 600 m-3000 m 9200 m 13200 m) v Parallella flygstråk v Väderberoende v Andra kvalitetsfaktorer: v v Belysning och landskap Dis och filtrering Exponering och bildrörelse Framkallning och kopiering (Källa Lantmäteriet ) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 24

Flygbilden Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 25

Fotogrammetri v Mätning i flygbilder v Fotografering genererar centralprojektion v Förvrängningar i bilden pga topografi v Ortogonal projektion w Bilden anpassas, justeras förvrängningarna v Stereobilder kan tas för att mäta i 3 D Skiss över två flygbilder i ett stråk. Terrängens olika höjder gör att punkter avbildas med förskjutningar av läget. Flygbilden kan därför inte direkt användas som en karta att mäta ifrån Flygstråk (Bilder med överlapp) Datum 12/6/2020 Ortogonal och central projektion GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 26

Satelliter v Satelliter som plattformar v Från början militära tillämpningar v Mottagningsstationer runt hela jorden bl. a Esrange och Tromsö Fördelar Nackdelar v Högre höjder v Större täckning v Kontinuitet i registreringarna v Dyrt att köpa data (Källa www. fjarranalys. com) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 27

Fjärranalyssatelliter v Polära satelliter v Geostationära satelliter v Höjder mellan 150 och 1400 km v 36 000 km höjd v Har sina banor över polerna. v Följer jordens rotation och registrerar ständigt samma område v Omloppstiden är ca 100 minuter från 900 km höjd v Kommunikationssatelliter och vädersatelliter v Solsynkrona v Successiv täckning v Jordresurssatelliter Polär satellit Geostationär satellit (Källa www. fjarranalys. com) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 28

Användningsområden v Kartläggning över markanvändning v Effektivisering av fältarbete t. ex skogsindustri, lantbruk v Analys av höjddata/vegetation v Produktion och uppdatering av topografiska kartor i U-länder v Miljöövervakning v långsamma förändringar v övervakning av snabba förändringar t. ex översvämningar (Källa www. fjarranalys. com) Datum 12/6/2020 Algblomning i Östersjön GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 29

Satellitbilder v Olika typer av bilder: v Geometrisk upplösning (pixelstorlek): w 10 - 50 m beroende på sensor och flyghöjd. w Nya satelliter ~ 1 m v Täckning (bredd) w varierar 60 - 185 km beroende på flyghöjd v Spektral upplösning (spektrumområde) beroende på sensorsystem w w w Fotografiskt område Mellaninfrarött Termiskt infrarött Mikrovågsområden Lasersystem (Källa www. fjarranalys. com) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 30

Förändringsanalys med satellitbilder (Källa www. fjarranalys. com) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 31

Jordresurssatelliterna v Jordresurssatelliter till storskalig kartering v ADEOS - (Japanese ADvanced Earth Observing Satellite) v CBERS - (China (PRC) Brazil Earth Resources Satellite) v CRS - China (PRC) earth Resources (CRS) v EOS - U. S. Earth Observation System (EOS) satellites v ERS - European Remote Sensing v IRS - Indian Remote Sensing v Envisat v Landsat - U. S. Landsat / Earth Resources Technology Satellite (ERTS) v JERS v Radarsat v Roc. Sat v SPOT - French Satellite Probatoire de l'Observation de la Terre v Ikonos v Quickbird-2 v Orb. View-1 v EROS-A 1 Israel 2000 -12 -05 Bra sida om satelliter: http: //www. cira. colostate. edu/ramm/hillger/environmental. htm Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 32

Landsat v Amerikanska polära satelliter som används sedan 1972. v v Geometrisk upplösning 80 m i början (Landsat 1 -3) 30 m Thematic Mapper 1982 (Landsat 4 -5) 30 m ETM enhanced Thematic Mapper (Landsat 7) v Landsat har termiska och infraröda band. v Landsat 7 den senaste v v Höjd: Omloppstid: Tidscykel: Täckning: 917 km 103 min 16 dagar 185 x 185 km v Några tillämpningar: - Detektion av naturliga resurser - Skogliga användningsområden (Källa www. fjarranalys. com) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 33

SPOT v Europeiska polära satelliter som används sedan 1986 v Panchromatic (P) med en pixelstorlek på 2, 5 m v Multispektral (XS) + infrarödband med en pixelstorlek på 10 m v Har vridbara sensorer(kan ge stereopar) v SPOT 5 den senaste v Höjd: v Tidscykel: 822 km 26 dagar (1 -4 dagar om sensorn vrids). v Täckning: 60 x 60 km v Några tillämpningar: v Allmän kartografi v För tolkning av vegetation v Övervaka naturkatastrofer SPOT-bild Arlanda (Källa www. fjarranalys. com; Lantmäteriet) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 34

Köra fel eller gå vilse? Taxibilen Skördetröskan I semesterbilen Ekonomi På skotern Segelbåten Tåg/flyg Ambulans Egen tid och säkerhet Katastrofala följder? Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 35

GPS - Kort historik v 1960 Efter andra världskriget - USA behöver navigera ubåtar med Polaris Missiler v 1967 TRANSIT flygnavigeringssystem tillgängligt för civilt bruk v 1973 Utvecklingen av (Navstar) GPS börjar - Varje soldat - 30 m noggrannhet - Vart han än befinner sig på jorden - oavsett väder v 1978 Första GPS satelliten skjuts upp v 1980 Reagan: - ”Alla civila får vara med” v 1985 Kinematisk GPS-mätning möjligt v 1993 GPS operativt (IOC) v 1993 Realtids kinematisk GPS-mätning möjligt v 1995 GPS fullt operativt (FOC) v 1996 GLONASS operativt för civilt bruk v 1998 Vicepresident Al Gore - ”För 10 år sedan visste få vad begreppet GPS var, om 10 år kommer alla att vara beroende av det” v 2000 GPS-störning tas bort v 2006 RTK Projekt förtätningar av fast nät i Sverige v 2008 -2010 Galileo Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 36

GPS-system Navstar-GPS Navigation Satellite Tracking and Ranging - Global Positioning System är ett amerikanskt satellitbaserat positionerings- och navigationssystem http: //gps. losangeles. af. mil/ GLONASS Global Navigation Satellite System är det ryska motsvarande systemet http: //www. glonass-center. ru/ GALILEO Europeiskt GPS-projekt uppstartat www. galileo-pgm. org/ Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 37

Delarna i GPS-systemet Segment v Mottagare/användare v Satelliter v Kontrollstationer Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 38

Navstar GPS - Satelliterna v 24 satelliter + 3 ”reserv” v Ligger i bana på ca 20200 km höjd v Omloppstid ca: 12 timmar v >99. 99% täckning med 4 satelliter Källa: http: //gps. losangeles. af. mil/ Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 39

Exempel mottagarna v Mottagare består av (principiellt): v v Antenn med förstärkare Radiofrekvensdel Kraftaggregat Mikroprocessor v Handmottagare (kodmätande) Garmin Street Pilot v Garmin v Silva v Magellan Road Mate v Bärvågsmätande mottagare v Aschtec v Leica v Trimble v Fasta referensstationer Aschtec Leica v SWEPOS v Nätverks RTK v Omnistar Kaknästornet som ingår i SWEPOS-systemet Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 40

Kontrollstationerna v 5 stationer (NATO-baser) v Styr GPS-satelliter samt tar emot satellitinformation Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 41

Principen för positionering v Med hjälp av noggranna signaler med klockinformation mäts avstånd mellan mottagare och satellit v Med satellitens kända position beräknas läget v I geodesi = inbindning Mottagare X, Y, Z och Tid Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 42

GPS mätmetoder/tekniker v Positionering/navigering v Kod/bärvåg v Statisk- /kinematisk mätning Hur mottagaren används v. Statisk Kinematisk Mättid v Absolut- /relativ mätning Antalet mottagare v. Absolut Relativ DGPS vx vy v Realtid/efterbearbetning vx vy När och hur beräknas position v. Realtid Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder Efterbearbetning 43

Positionering v Statisk positionering - mottagaren står stilla v Kinematisk positionering - mottagaren i rörelse och position bestäms i realtid (kan bearbetas i efterhand) Statisk mätning med stativ Datum 12/6/2020 Kinematisk mätning med ryggsäcksvariant GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 44

Navigering Position och riktning (bäring) Waypoints och rutter Relativ Navigering (Med DGPS-teknik) Station med känd position Korrektions data Relativ navigering med GPS Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 45

Differentiell mätning (DGPS) Princip: Sätt en mottagare på en känd punkt Beräkna felet L Skicka korrektionsdata till en rörlig mottagare (”rover”) OBS! Mätning mot samma satelliter för bra resultat! L L ”Positionsfel” Rover Känd fixpunkt Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 46

SWEPOS, EPOS och Ciceron, RTK v SWEPOS v Ett nät av fasta referensstationer på nationell basis v Inom radien av 250 -500 km v Lantmäteriet ansvarar v EPOS-tjänst v Via RDS-radio sänds korrektionsdata ut i realtid v Där täckning för P 3 och P 4 finns v Cartesia ansvarar v Omni. STAR v Internationell DGPS v Ciceron v Ännu bättre i tätorter v RTK v Lantmäteriet projekt v Ännu bättre GPS i hela landet RTK Nät (Södra Sverige) Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 47

SWEPOS – Nätverks RTK Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 48

Positionsnoggrannheter för GPS Absolut Kodmätning Bärvågsmätning Relativ ca 20 m ca 1 - 2 cm ca 1 mm v Vid relativ bärvågsmätning är noggrannheten beroende Se upp med avnoggrannhet avståndet till referensstationerna v (1 - 2 ppm upp till 20 km) v För millimeternogrannhet krävs längre mättider samt efterbearbetning av data Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 49

GPS i framtiden? v Vi har redan varit inne på detta! v GPS finns idag i en mängd olika produkter och tillämpningar v GALILEO v Europeiska systemet v Fasta referensnät v Nätverks RTK GPS Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 50

Bonden och hans GPS! Datum 12/6/2020 GIS för gymnasiet Datainsamlingsmetoder 51