Geoinformatyka
Co to jest geoinformatyka?
Geoinformatyka to dział nauki, który zajmuje się analizą i przetwarzaniem danych przestrzennych. Otrzymuje się je za pomocą narzędzi geodezyjnych, skanerów 3D lub dronów. Praca geoinformatyka jest podobna do programowania w informatyce, jak również do matematyki czy fizyki. Łączona jest z geografią i studiowaniem map. Przykładem może być lokalizacja stanowiska archeologicznego na bazie zdjęć lotniczych. W ramach pracy przewiduje się także trzęsienia Ziemi i bada rezultaty klęsk żywiołowych. Geoinformatyka może także polegać na sprawdzaniu rozmieszczenia i wielkości budynków w mieście i jak wpływa to na rozprzestrzenianie się wody. Pracownicy dużych firm mogą się zajmować analizami zaciągania kredytów dla określonego rejonu geograficznego z uwzględnieniem danych czy cech ludzi je biorących. Są także odpowiedzialni za aplikacje mobilne bazujące na geolokalizacji.
Źródło: thepolisblog.org
Do czego stosowana jest geoinformatyka?
Współczesna geoinformatyka ma zastosowanie w wielu dziedzinach. Najczęściej odwołuje się do informacji przestrzennej. Do zastosowań zalicza się:
systemy decyzyjne agencji rządowych
administrację państwową
systemy nawigacyjne
górnictwo
energetykę
rolnictwo
leśnictwo
telekomunikację
bankowość
wojsko
transport
ochronę zdrowia
agencje turystyczne
Czym zajmuje się geoinformatyk?
Zadania i obowiązki na stanowisku geoinformatykasą uzależnione od jego specjalizacji oraz miejsca pracy i charakteru usług, które oferuje pracodawca. Najczęściej geoinformatycy realizują zadania związane z:
Projektowaniem i tworzeniem oprogramowania dedykowanego dla geologii, geofizyki, geodezji, inżynierii i ochrony środowiska. Obejmuje to zarówno rozwój aplikacji desktopowych, jak i mobilnych oraz systemów webowych, które wspierają analizę i wizualizację danych geograficznych.
Programowaniem i wykorzystaniem baz danych i baz środowiskowych. Geoinformatycy tworzą i zarządzają bazami danych, które przechowują dane geoprzestrzenne i środowiskowe, oraz implementują rozwiązania do efektywnego ich przetwarzania i zapytań.
Tworzeniem i przetwarzaniem danych na potrzeby systemów informacji geograficznej (GIS), aplikacji do nawigacji i lokalizacji. Pracują nad integracją danych z różnych źródeł, tworzeniem map cyfrowych oraz implementowaniem algorytmów analizy przestrzennej i geostatystycznej.
Analizą danych geoprzestrzennych. Geoinformatycy wykorzystują narzędzia analityczne do interpretacji danych przestrzennych, co może obejmować modelowanie przestrzenne, analizę trendów i zmian, oraz prognozowanie przyszłych zjawisk na podstawie danych geograficznych.
Wsparciem w tworzeniu strategii zarządzania przestrzenią i planowaniu przestrzennym. Geoinformatycy mogą wspierać procesy decyzyjne w zakresie rozwoju urbanistycznego, zarządzania zasobami naturalnymi i ochrony środowiska, analizując dane przestrzenne i proponując rozwiązania optymalizujące wykorzystanie przestrzeni.
Warto wiedzieć, że kompetencje geoinformatyczne pracowników sprawiają, że sprawnie mogą działać popularne aplikacje do nawigacji samochodowej, car sharingu czy przewozów samochodami prywatnymi. Geoinformatycy są również kluczowymi uczestnikami w projektach związanych z monitorowaniem zmian środowiskowych, zarządzaniem kryzysowym i reagowaniem na katastrofy, gdzie precyzyjne dane przestrzenne są niezbędne do efektywnego planowania i działania.
Dane przestrzenne
Geographic Information System (GIS)
System służący do gromadzenia, prezentacji i przetwarzania danych przestrzennych, oparty o strukturę bazy danych.
Warstwa (layers , overlays , coverages) obejmuje zwykle obiekty mające pewną cechę wspólną. np. drogi, lasy, wody. Warstwy mogą być wektorowe i rastrowe
Opis przestrzeni za pomocą wektora
Punkty obiekt pojedynczy posiadający współrzędne x i y
Linie obiekt złożony z punktów połączonych ze sobą, posiada długość
Poligony obiekt posiadający powierzchnię
Ostatnio również obiekty 3d np. w Google Earth
Źródło: link.springer.com
Skala mapy
Skala mapy stosunek długości odcinka na mapie do wielkości rzeczywistej w terenie.
Przeliczanie skali:
100 000 cm ->1000 m -> 1 km
1:1 000 000 -> 1 cm na mapie odpowiada 1 000 000 cm w terenie
Jeśli 100 000 cm to 1 km to 1 mln cm to 10 km
1: 250 000 -> 1 cm = 2,5 km
1 : 10 000 -> 1 cm = 100 m
1 : 1000 -> 1 cm = 10 m
1 : 500 -> 1 cm = 5 m
Podziałka skalowa
Skala liczbowa:
mapy wielkoskalowe (skala od 1:100 do 1:10 000)
mapy średnioskalowe (od 1:20 000 do 1:300
mapy małoskalowe (poniżej 1:500 000)
Skala mianowana:
1 cm = 100 m
1 cm = 1 km
Skala liniowa:
Źródło: Jakub Piskorowski
Źródła danych GIS
Obrazy satelitarne
Zdjęcia lotnicze
Dane przestrzenne w zapisie cyfrowym
Mapy analogowe
Nieprzestrzenne dane opisowe
Zdjęcia satelitarne
Wykorzystanie satelitów do obrazowania powierzchni Ziemi wprowadziło nową jakość w pozyskiwaniu informacji.
Pobieranie danych w paśmie widzialnym, podczerwonym, obrazowanie radarowe umożliwia dokładniejszą analizę obiektów.
Obrazy satelitarne zawierają dwa rodzaje informacji: radiometryczną (kolor) oraz geometryczną
Satelity umożliwiają pozyskiwanie danych z obszarów trudno dostępnych
Źródło: czasnapoznan.pl
Zdjęcia lotnicze
Zdjęcie lotnicze to fotograficzny obraz terenu wykonany ze stanowiska nad ziemią (samolot).
Zdjęcia lotnicze także zawierają dwa rodzaje informacji: radiometryczną (kolor) oraz geometryczną
Zdjęcia czarno białe: materiały nieuczulone (promieniowanie niebieskie i ultrafioletowe), materiały czarno białe (wiele podziałów), materiały podczerwone.
Zdjęcia kolorowe: barwne (zakres widzialny), fotografia spektrostrefowa (fałszywe kolory).
Zdjęcia wielospektralne : cechy energetyczne, promieniowanie elektromagnetyczne.
Klasyfikacja : pionowe, prawie pionowe, nachylone, perspektywiczne.
Z kolejnych zdjęć tworzy się pasy terenu . Kolejne zdjęcia nachodzą na siebie (do 20 50%).
Pozyskiwanie zdjęć lotniczych jest kosztowne (samolot, aparatura, obróbka).
Zdjęcia lotnicze charakteryzują się dużo większą rozdzielczością.
Wały chrobrego zdjęcie lotnicze rozdzielczość optyczna ok. 3 cm
Źródło: Niezidentyfikowany
Źródło: zulu.ssc.nasa.gov
Automatyczne stacje pomiarowe
Możliwość ciągłego i bezobsługowego rejestrowania danych.
Ciągłość obserwacji , dokładne dane z danej lokalizacji.
Dane które łatwo i prosto można dodawać do systemów GIS
Np. dane meteorologiczne, pomiary zanieczyszczeń, pomiary hałasu, pomiary natężenia ruchu itp..
Pomiary geodezyjne
Bardzo duża dokładność
Nowoczesny sprzęt umożliwia numeryczny zapis wyników
Dane typu: ewidencje (grunty, budynki, działki), uzbrojenie terenu, media
System GIS z powyższymi informacjami jest bardzo przydatny dla samorządów i administracji.
Źródło: zulu.ssc.nasa.gov
Pozostałe źródła danych
Prace i pomiary terenowe
Mapy i plany analogowe (papierowe)
Materiały publikowane
Państwowe zasoby danych
Zasoby danych różnych instytucji
Bazy danych geograficznych ( internet )
Banki danych
...
Geoida
Ponieważ 71% powierzchni Ziemi stanowią oceany, najbardziej reprezentatywne przybliżenie figury Ziemi stanowi geoida. Jednak pod lądami przebieg geoidy jest skomplikowany ze względu na bardzo urozmaicony rozkład przestrzenny gęstości, głównie w przypowierzchniowych warstwach skorupy ziemskiej. Przebieg geoidy jest efektem równowagi pewnych sił, jest ona zatem powierzchnią dynamiczną, stale ulegającą pewnym okresowym zmianom. W praktyce korzysta się z modelu geoidy, czyli zbioru liczb będących wartościami wysokości geoidy w węzłach siatki geograficznej.
Źródło: igik.edu.pl
Geoida - powierzchnia w każdym miejscu prostopadła do pionu wyznaczonego przez siłę ciężkości . Geoida jest teoretyczną powierzchnią, na której potencjał siły ciężkości Ziemi jest stały, równy potencjałowi siły ciężkości na średnim poziomie mórz otwartych i przedłużoną umownie pod powierzchnią lądów. Ponieważ zawiera ona lustro wody w morzach i oceanach, nazywana jest też geoidą zerową. Pojęcie wprowadził w 1873 roku niemiecki matematyk Johann Benedict.
Ocean
Elipsoida
Pion lokalny
Kontynent
Geoida
Źródło: commons.wikimedia.org
Źródło: commons.wikimedia.org
Rodzaje odwzorowań
Odwzorowanie kartograficzne (geograficzne) - określony matematycznie sposób dwuwymiarowego i przeskalowanego przedstawiania powierzchni części lub całości kuli ziemskiej lub innego ciała niebieskiego na płaszczyźnie.
Rodzaje odwzorowań
Zależnie od powierzchni, na którą odwzorowuje się siatkę geograficzną rozróżniamy:
Azymutalne kula ziemska jest rzutowana na płaszczyznę. Punkt styku między kulą ziemską a płaszczyzną może być wybrany dowolnie i deformacje będą najmniejsze w okolicy tego punktu.
Źródło: CC BY-SA - wikipedia
Stożkowe - kula ziemska (lub elipsoida) jest rzutowana na powierzchnię boczną stożka, a następnie rozwijana na płaszczyznę.
Źródło: faculty.kutztown.edu
Odwzorowanie walcowe - kula ziemska jest rzutowana na powierzchnię boczną walca, która jest następnie rozwijana do płaszczyzny. Najczęściej używane jako odwzorowanie Mercatora
Źródło: wiking.edu.pl
Źródło: @neilrkaye
Podsumowanie
Jedynie odwzorowanie na sferze (globus) w pełni zachowuje proporcje odwzorowywanych powierzchni, odległości i kątów. Nie da się przenieść części lub całości ziemi ze sfery na płaszczyznę bez deformacji . Niektóre odwzorowania posiadają punkt lub linię styczności z odwzorowywaną sferą. Deformacje w punkcie lub linii styczności w takich odwzorowaniach są najmniejsze i wzrastają wraz z oddalaniem się od tego miejsca. Stosowanie odwzorowań kartograficznych o określonych właściwościach zależy od przeznaczenia mapy Mapy świata wykonuje się zwykle w odwzorowaniach dowolnych, niezachowujących w pełni ani powierzchni, ani kątów, ani odległości (np. odwzorowanie Winkela ). W przypadku map wielkoskalowych deformacje spowodowane rzutowaniem nie grają większej roli.
Zadania - Geoinformatyka
1. Opis kluczowych zastosowań geoinformatyki.
Na podstawie informacji o geoinformatyce, opisz jedno konkretne zastosowanie tej dziedziny w dowolnej branży z poniższej listy:
Górnictwo
Rolnictwo
Telekomunikacja
Bankowość
Transport
Wojsko
Ochrona zdrowia
Twoja odpowiedź powinna zawierać:
Wybrane zastosowanie geoinformatyki.
Jakie dane są przetwarzane w tym zastosowaniu (np. dane geoprzestrzenne, zdjęcia satelitarne, dane meteorologiczne)?
Jakie narzędzia lub technologie (np. GIS, zdjęcia lotnicze, bazy danych) są wykorzystywane do analizy danych?
Przykład konkretnego problemu, który można rozwiązać dzięki geoinformatyce w tej dziedzinie.
W swojej pracy przedstaw, jakie korzyści przynosi zastosowanie geoinformatyki w tej branży.