GIS-system komputerowy umożliwiający gromadzenie i stosowanie danych odniesionych do powierzchni Ziemi. Zostały wprowadzone 6 lat temu. GIS nie przechowuje mapy ani obrazu jakiegoś obszaru, lecz dane umożliwiające generację mapy(jest możliwość exportu i importu map do różnych programów). Źródła danych dla GIS:
-mapy analogowe+wykłady z informatyki
-zdjęcia lotnicze+wykł.z informatyki
-obrazy satelitarne+wykł.z informatyki
-dane przestrzenne w zapisie cyfrowym
-nieprzestrzenne dane cyfrowe
MAPA CYFROWA:
-przechowuje umiejscowienie i kształt geometryczny obiektów geograficznych wraz z informacjami opisującymi te obiekty
-obiekty przedstawione są na mapie cyfrowej w postaci figur geometrycznych i symboli
WARSTWA:
-obejmuje zwykle obiekty mające zwykle pewną cechę wspólną, np.. drogi, lasy, wody
-warstwa aktywna-jest to warstwa, którą użytkownik zaznaczył jako aktywną i której dotyczą analizy wykonywane na mapie.
Każda warstwa prócz atrybut…ów opisywanych posiada zestaw parametrów określających jej wygląd, czyli: kolor, grubość linii, rodzaj wypełnienia poligonów, symbole itp.
OBIEKT:
-obiekt-to składnik warstwy. Jest to najmniejszy element jaki możemy wyróżnić na mapie. Można go przedstawić za pomocą symbolu lub figury geometrycznej
-do każdego obiektu dołączona jest informacja opisowa, znajdująca się w bazie danych. Każdy obiekt składa się z co najmniej jednego punktu o zadanych współrzędnych.
-obiekty przestrzenne(inaczej ENCJE): są to punkty, odcinek, linia łamana, obszar zamknięty-poligon
ENCJA- to jakaś całość, której już nie dzielimy na zjawiska tego samego rodzaju. Encje mogą określać obiekty przyrodnicze, antropogeniczne, przedmioty, osoby, fakty, pojęcia.
ATRYBUTY-właściwości obiektów przestrzennych(encji) opisuje dowolna liczba danych nie mających najczęściej związku z przestrzenią i dlatego nazywamy je danymi nie przestrzennymi lub atrybutami. W języku angielskim określa się je często jako etykiety.
DBMS-(Data Base Management System)-system zarządzania obsługujący bazę danych. Systemy zarządzania bazą danych DBMS:
-do zarządzania plikami z danymi służy specjalny program lub pakiet programów DBMS
-zarówno rastrowe jak i wektorowe struktury danych są używane w powiązaniu z DBMS.
Programy DBMS są zaprojektowane do wprowadzania, kontroli dostępu, manipulowania, magazynowania i wyprowadzania danych oraz organizowania całej bazy. Zapewniają bezpieczeństwo i integralność danych, pozwalają na zmianę relacji przestrzennych, manipulowanie związkami między danymi przestrzennymi, nie przestrzennymi i topologicznymi. Standardowe funkcje DBMS to: wybierz rekord, sortuj, edytuj, usuń.
REKORD-niezależnie od sposobu konstrukcji bazy danych, zasadniczymi jej jednostkami są rekordy. Rekord to fragment informacji w bazie, który może być dowolnie przemieszczany i równocześnie zapis, który pozwala informację zidentyfikować.
INTERFEJS:
-łączy użytkownika z bazą danych
-pozwala na przywołanie danych znajdujących się w tablicy i dostarczeniu do modułu, gdzie są one przetwarzane.
DIGITALIZACJA-polega na sprowadzeniu rysunku wektorowego do postaci cyfrowej za pomocą rejestracji położenia wszystkich istotnych punktów tego rysunku.
SKANOWANIE-polega na przekształceniu dowolnego obrazu(zdjęcie rysunek tekst) w cyfrową postać rastrową.
WEKTORYZACJA-transformacja polegająca na konwersji danych rastrowych na wektorowe.
PIKSEL-elementarne składniki mapy przedstawionej za pomocą modelu rastrowego
RASTER-zbiór pikseli tworzących szachownicę o dowolnych rozmiarach.
ROZDZIELCZOŚĆ-zdolność rozróżniania wielkości. Cech ta dotyczy przestrzeni, zakresu widma promieniowania lub czasu. Rozdzielczość przestrzenna to najmniejsza jednostka przestrzeni lub najmniejsza odległość w terenie, dla której są zapisane informacje w bazie danych. Wielkość ta jest wyrażona ramieniem piksela lub jednostką zliczania współrzędnych w digitizerze. Duża rozdzielczość oznacza dużo informacji w bazie danych i odwrotnie.
GPS- globalny system określania pozycji. System satelitarny bazujący na 24 satelitach umieszczonych na wysokich orbitach, około 20 km nad Ziemią. Odbiornik systemu odbicia sygnały z satelitów i oblicza swoje położenie na powierzchni Ziemi na podstawie pomiaru odległości od czterech lub więcej satelitów. Dokładność, w zależności od wersji i metody pomiaru, wynosi od 150m do 1 cm.
PROCES STOCHASTYCZNY- to funkcja losowa, czyli funkcja matematyczna, której wartości leżą w przestrzeni zdarzeń losowych. To taki proces, na który wpływ mają zdarzenia losowe wynikające z prawdopodobieństwa.
MODELE DANYCHPRZESTRZENNYCH:
-rastrowy
-prosty model wektorowy
-topologiczny model wektorowy
MODEL RASTROWY D. PRZESTRZEN.:
-w najprostszej wersji składa się z siatki kwadratów lub prostokątów, której pojedyncze pola(elementy)nazywane są rastrami(niekiedy stosowane są określenia grid, cell, pixell). Pojedynczy raster jest najmniejszą jednostką powierzchni, której przypisywane są atrybuty przestrzenne i opisowe, np. mapa glebowa(gdy raster zajmuje daną kratkę >50% uznaje i zachowuje się cały kwadrat, gdy<50% to nie uwzględnia się na mapie).
Atrybuty opisowe przypisuje się danemu rastrowi i stosuje jedną z wymienionych zasad:
-raster jest w większej niż połowa część pokryty przez dane zjawisko
-raster przecięty jest przez granicę danego obiektu lub zjawiska
-dowolna część rastra pokryta jest przez dane zjawisko
-zjawisko zlokalizowane jest w geometrycznym centrum rastra
-podstawą modelu rastrowego jest dwuwymiarowa macierz, której wskaźniki x i y określają położenie danego rastra w stosunku do danego układu współrzędnych
-kolejne wymiary tej macierzy tworzą atrybuty opisowe. Gdy atrybut oznacza wysokość terenu, wówczas mamy do czynienia z trójwymiarowym modelem przestrzeni terenowej.
PROSTY MODEL WEKTOROWY:
-stanowi zbiór nie powiązanych ze sobą obiektów punktowych, liniowych i powierzchniowych
-opis obiektów tworzy odpowiednio kodowaną listę, która przetwarzana jest przez program w postaci rysunku
PORÓWNANIE MOD.RASTR. Z WEKT.:
-w modelu rastrowym większe znaczenie ma wnętrze obiektu, a nie jego granice
-dane wektorowe powinny być stosowane do opracowań w małych i średnich skalach
-w naukach przyrodniczych częściej stosuje się model rastrowy niż wektorowy
WADY I ZALETY MODELI:
1.model rastrowy
a)wady:
-wysokorozdzielczy rastrowy obraz kolorowy potrzebuje ogromnych rozmiarów pamięci operacyjnej
-przy dużych powiększeniach posiada schodkową strukturę obrazu
b)zalety:
-znacznie prostszy niż wektorowy
-jego stosowanie jest mniej czasochłonne
2.model wektorowy:
a)zalety:
-znacznie bardziej plastyczny
-w prosty sposób podlega manipulacjom (przesuwanie)
-powiększanie i pomniejszanie obrazu nie wpływa na rozdzielczość i jakość obrazu
-wektory zajmują mniej miejsca niż raster.
NAKŁADANIE OBIEKT PRZESTRZENNYCH-podstawoweoperacje logiczne oparte na 4 operatach:
-AND (i) koniunkcja iloczyn logiczny
-OR (lub) alternatywa łączna (suma logiczna)
-XOR (albo-albo za wyjątkiem części wspólnej)
-NOT (nie/bez) negacja (różnica logiczna)
Zastosowanie:
-nakładanie map
-suma i zasięg szkodnika i lasu.
ZASADA TWORZENIA MODELU RZEŹBY TERENU DEM:
Tworzenie nowego zbioru punktów w węzłach regularnej siatki polega na interpolacji danych na podst. zbioru punktów o współrzędnych (x,y,z) zwanego zbiorem pnktów kontrolnych.
Interpolacja polegająca na określeniu wartości we wszystkich węzłach regularnej siatki nosi nazwę Griddingu.
Gridding najczęściej wykonuje się w 3 etapach:
Sortowanie punktów kontrolnych z uwzględnieniem ich położenia na powierzchni.
Stworzenie podzbioru pnkt. kontr. otaczających danywęzeł regularnej siatki.
Określeniu nowej wartościw węźle za pomocą pewnej f-cji, której argumentami są pkty kontrol. wybranego w 2 etapie podzbioru.
BAZA DANYCH-służy do tworzenia i zarządzania zapisywanymi danymi w systemie komputerowym. Prosta baza obejmuje jedną lub kilka tabel, natomiast bardziej rozbudowane bazy posiadają dziesiątki jak nie setki tabel zawierających mnóstwo rekordów. Do identyfikacji rekordów baza wykorzystuje jeden lub kilka indeksów. Dane w bazie są przechowywane w postaci pól i rekordów. Pole w bazie odpowiada pojedynczemu elementowi, np. pola(imię, nazwisko, adres). Komplet pół tworzy rekord.
Główne elementy bazy danych:
-DBMS
-moduły programu
-interfejsy
-dane
Funkcje bazy danych:
-tworzenie, edytowanie, przechowywanie i wprowadzanie raportów podsumowujących informacje
-organizację całej bazy danych
TYPY BAZ DANYCH:
a)bazy hierarchiczne:
-są one zorganizowane podobnie jak drzewa genealogiczne lub systematyka zwierząt
-każde zjawisko lub obiekt mają odniesienie do jednego elementu położonego wyżej i kilku elementów położonych niżej
-proste jest poszukiwanie relacji pionowych, natomiast trudno wyrazić relacje poziome.
b)bazy sieciowe-w bazach tych oprócz połączeń hierarchicznych istnieją dodatkowe połączenia, dzięki którym nie jest konieczne poruszanie się w pionie. Wady bazy sieciowej:
-konieczność przedstawiania strzałek(powiązań), których przy skomplikowanych relacjach może być duża ilość
-zmiany danych wymagają każdorazowego uaktualniania powiązań
-niemożność przedstawiania powiązań między obiektami tego samego typu
-projektując bazę zakłada się określony sposób poruszania się po niej. Natomiast zmiana założeń powoduje konieczność zmiany struktury bazy.
c)bazy relacyjne:
-są najprostszym typem baz danych(brak hierarchii i strzałek)
-model relacyjny to prosta tablica rekordów, w której przechowywane są atrybuty
-każdy rząd tablicy reprezentuje jeden obiekt(encję)
-kolumny zawierają poszczególne atrybuty, których liczba może być różna
-dane przechowywane są w tabelach, z których każda ma stałą ilość kolumn i dowolną ilość wierszy
-każda tabela(relacja)ma zdefiniowany klucz-wyróżniony atrybut lub kilka atrybutów, którego wartość jednoznacznie identyfikuje dany wiersz.
d)bazy obiektowe-nie są zdefiniowane żadnym oficjalnym standardem. Jednym z podstawowych celów modelu obiektowego jest jest bezpośrednie odwzorowanie obiektów i powiązań między nimi wchodzących w skład aplikacji na zbiór obiektów i powiązań w bazie danych.
DIGITIZER:
-składa się z blatu i kursora z celownikiem
-w blacie znajdują się równoległe do osi x i y sieci przewodów. Generują one pole elektromagnetyczne rozpoznawane przez cewkę indukcyjną kursora. Impuls o położeniu celownika wysyłany jest do komputera.
Digitizer charakteryzują:
-wielkość(format od A4 do A0)
-rozdzielczość(najmniejsza jednostka sczytywania współrzędnych, najczęściej 0,075-0,25mm)
-dokładność(zależy od precyzji ułożenia drucików wewnątrz blatu)
-powtarzalność(określa się wykonując pomiary przy wielokrotnym nastawieniu celownika na ten sam punkt)
-stabilność-jest powtarzalnością, ale dla wielogodzinnych okresów.
TIN- numeryczny wektorowy model powierzchni terenu. Powierzchnia terenu przedstawiona jest jako sieć połączonych ze sobą nieregularnych trójkątów. Każdy z wierzchołków każdego trójkąta jest opisany trzema współrzędnymi. Współrzędna X, Y określają położenie na powierzchni Ziemi, a współrzędne Z wysokość danego punktu. Model zawiera info. o topologii trójkątów
STATYSTYKA NAJBLIŻSZEGO SĄSIEDZTWA(NNS)-jest to transformacj opisująca rozkład punktów w zbiorze:
-regularność rozkładu obiektów na płaszczyźnie oceniona na podstawie analizy najbliższego sąsiedztwa, polegającego na obliczaniu średniej odległości pomiędzy najbliżej leżącymi punktami pomiarowymi, a następnie jej porównaniu z odległością teoretyczną.
Ten empirycznie wyprowadzony parametr statystyczny jest miarą podobieństwa rozkładu punktów do rozkładu losowego, klastrowego lub regularnej siatki punktów.
Rozkład klastrowy- polega na wyraźnym ugrupowaniu się punktów w pewnych miejscach, podczas gdy w rozkładzie losowym punkty są równomiernie rozproszone na płaszczyźnie. Wartość NNS będzie najmniejsza dla rozkładu klastrowego, największa dla regularnej siatki, a przy rozkładzie losowym będzie dążyła do wartości =1..
ANALIZA HOT SPOT- wyniki analizy są wizualizowane za pomocą elips obejmujących punkty przypisowe do klastrów. Wielkość elips uzależniona jest od przyjętych parametrów procedury: poziomu prawdopodobieństwa i odchylenia standardowego, a ich liczba od minimalnej ilości punktów tworzących klaster. Zastosowanie-poszukiwanie miejsca największego zagęszczenia oczek wodnych na jakim obszarze.
CENTRIOD-jest punktem, będącym środkiem ciężkości wszystkich punktów danego zbioru.
FRAGMENTACJA- to proces, w wyniku którego siedliska ulegają zmniejszeniu, a ponadto zostaje ono podzielone na więcej fragmentów. W wyniku fragmentacji następuje:
-zmniejszenie całkowitej powierzchni powstałych fragmentów
-zwiększenie się udziału krawędzi w całkowitej powierzchni
-każdy punkt znajduje się średni bliżej krawędzi siedliska niż było poprzednio
-każdy z fragmentów jest średnio bardziej izolowany od pozostałych, niż był poprzednio.
Wpływ fragmentacji na:
-liczbę ptaków
-średnią wielkość płata
-średnią izolację płatów
Biologiczne konsekwencje fragmentacji siedlisk:
-skutki fragmentacji na poziomie zespołów gatunków-znaczenie rozmiarów płatów siedlisk i stopnie ich izolacji dla różnorodności gatunkowej zostało początkowo opisane la zespołów zamieszkujących wyspy oceaniczne. Flora i fauna występująca charakteryzuje się mniejszym bogactwem gatunkowym. Według teorii tempo imigracji i lokalnego wymierania gatunków zależy od wielkości płata i jej odległości od kontynentu. Im mniejsza odległość od źródła, tym tempo imigracji jest większe i spada wraz ze wzrostem liczby gatunków już obecnych na wyspie. Im wyspa większa tym tempo lokalnego wymierania gatunków mniejsze, przy czym zawsze wzrastające wraz ze wzrostem liczby gatunków już obecnych na wyspie. W wyniku wymierania i imigracji kształtuje się pewien poziom równowagi liczby gatunków. Wpływ izolacji i wielkości wyspy nie jest zawsze jednakowy. Np. liczba ptaków i płazów bardziej zależy od wielkości lasu, a liczba ssaków od stopnia izolacji. Pełne konsekwencje fragmentacji siedliska(fragmentacja-spadek bogactwa gatunkowego)widoczne są z pewnym opóźnieniem, które nazywamy czasem relaksacji.
-konsekwencje fragmentacji na poziomie populacji-z fragmentacji siedlisk postępuje fragmentacja populacji. Jest to kluczowy problem ochrony przyrody, ponieważ małe populacje narażone są na większe ryzyko wymierania niż duże. Teoria metapopulacji przewiduje, że gatunek może istnieć jako grupa populacji będących w kontakcie dzięki ograniczonej dyspozycji pomiędzy płatami lokalnych siedlisk pod warunkiem, że w tej grupie siedlisk prawdopodobieństwo wyginięcia populacji jest kompensowane przez prawdopodobieństwo kolonizacji. Wiele spośród niedawno odnotowanych spadków rozprzestrzeniania się gatunków może być wyjaśnione poprzez załamanie się systemu metapopulacji.