PROSTORNI INFORMACIJSKI SUSTAVI Sadržaj ------------------------------------------ Uvod u PIS Povijesni razvoj PIS-a Uloga geodetske struke u PIS-u Specifična strojna i programska oprema Prostorni objekti i njihova svojstva Uvod u PIS ------------------------------------------------------------------------------------------------ Prostorni podaci su postali važan dio našeg svakodnevnog života. 80% svih pohranjenih podataka sadrži geografsku ili prostornu referencu. Bez nje ne bismo mogli rezervirati let za godišnji odmor, provjeriti sutrašnju vremensku prognozu ni slušati radijski izvještaj o stanju na cestama. Tehnički gledano, prostorni podaci se odnose na sve vrste podataka koji imaju prostorni aspekt ili prostornu predstavu. Prostorni podaci često uključuju ne samo prostorne, nego i podatke vezane uz okoliš, zdravlje ili sigurnost. Pogledom na sliku možemo vidjeti šumu, kuću, most, cestu i more. Ti objekti predstavljeni su na mnogo različitih načina i u mnogo različitih aspekata, kao što su primjerice auto-karta ili katastar zgrada. No, promatrajući ih kao prostorne podatke uvodimo pojednostavljenja te tako i primjerice stablo može biti predstavljeno kao točka, kuća kao poligon, a cesta kao linija. Položaj u prostoru određen je pomoću numeričkih koordinata. No, podaci za koje tvrdimo da su prostorni u većini slučajeva ne uključuju koordinate. Umjesto toga koristimo adrese, brojeve parcela, oznake kilometraže na autocestama, županije ili općine, ili jedinice sustava koordinatne mreže (engl. grid). Georeferenciranje je operacija kojom se služimo kako bismo povezali određenu referencu s lokacijom u prostoru ili s koordinatama. Za to možemo koristiti referentne skupove podataka kao što su adrese, katastarske čestice, mreže prometnica, upravne podjele ili koordinatne mreže; ovi skupovi podataka čine važan dio infrastrukture prostornih podataka. Jeste li se ikad zapitali kako to da tražilica točno zna gdje se nalazite i kako to da ona može predložiti odgovore na vaš upit na mjestima koja nisu daleko od vas? To je zato što tražilica radi s prostornim podacima te može provjeriti i naći alternativne odgovore na udaljenosti od npr. 15 km od vaše trenutne lokacije. Geoprostorni podaci potrebni su ne samo poduzećima, građanima ili potrošačima, već i tijelima javne uprave kako bi mogla donositi kvalitetne odluke. Prilikom kreiranja politika potrebni su pouzdani podaci za procjenu trenutne situacije i dosadašnjeg razvoja. Ti podaci se opet dobrim dijelom odnose na prostor, primjerice područja nadležnosti tijela javne uprave, pa podrazumijevaju prostornu komponentu. The INSPIRE Directive - Za dijeljenje prostornih podataka između tijela javne vlasti u Europi. https://www.youtube.com/watch?v=dYqXeTqdF84 * Informacijski sustav prostornog uređenja - https://ispu.mgipu.hr/ Prostorni podaci imaju određene karakteristike: 1. Smještaj, 2. Geometriju, 3. Prostorne odnose Često imaju pridružene neprostorne podatke: ATRIBUTE npr: Hrvatska, Broj stanovnika: 4.492 mil., -> 4.171 (2016.) *** PROVJERI PODATKE ZA OVU GODINU!!! Prosječna starost: 40.3 g, -> 42.8 g (2016.) Pismenost: 98.5% -> 98.1 (2016.) Prostorna informacija Informaciju koja sadrži podatke o lokaciji, obliku i odnosu između nekih struktura nazivamo prostornom informacijom. Geografski i zemljišni informacijski sustav (GIZIS) informatički je sustav o cjelokupnom zemljinom prostoru i namijenjen je njegovom uspješnom gospodarenju. Obuhvaća atmosferu, biosferu, hidrosferu i litosferu. Informacijski Sustav obuhvaća razna stručna područja i djelatnosti Geoprostorni podaci (prostorni podaci) = informacije povezane s položajem u prostoru. GIS/PIS funkcije 1. Prikupljanje prostornih podataka – u GIS se unose gotovi (unaprijed pripremljeni) ili novi prostorni podaci koje korisnik stvara na temelju kartografskih podloga. Također je moguće modificirati i nadopunjavati postojeće podatke unosom novih geometrijskih ili opisnih (atributivnih) podataka. 2. Pohranjivanje prostornih podataka – preuzeti ili novostvoreni prostorni podaci pohranjuju se u posebnim datotekama na računalu i mogu se kasnije koristiti (npr. shapefile, file geodatabase, coverage, GeoTIFF, TIN, HGT…). 3. Pretraživanje prostornih podataka – brojni alati u GISu omogućuju izdvajanje korisnih informacija iz pohranjenih prostornih podataka i dobivanje odgovora na prostorne upite (npr. Koja država u svijetu ima najdulje očekivano trajanje života pri rođenju?). 4. Prostorne analize – skup metoda i tehnika za analizu prostornih podataka, pri čemu lokacija entiteta ima presudni utjecaj na rezultate analize. Omogućavaju dobivanje novih spoznaja o prostoru te procesima i odnosima koji se u njemu odvijaju. 5. Prikaz prostornih podataka (geovizualizacija) – primjena svakog grafičkog prikaza čiji je cilj poboljšanje razumijevanja osnovnih sadržaja, odnosa i procesa u prostoru. Treba razlikovati pojmove geovizualizacija ili geografska vizualizacija od tzv. kartografske (klasične) vizualizacije. Kartografska vizualizacija je predodžba prostora putem kartografskih izražajnih sredstava. Kartograf je podatke prikupljao na terenu, te na temelju terenskih mjerenja izrađivao kartu. Kartograf putem karte vizualno komunicira (prezentira) podatke (Robinson, 1953). Geografska vizualizacija ili geovizualizacija podrazumijeva niz alata i tehnika kojima se vrši analiza prostornih podataka kroz primjenu interaktivne vizualizacije. To je daleko širi pojam od kartografske vizualizacije u kojoj ima svoje korijene. Geografska vizualizacija je prvenstveno proces stvaranja, a ne toliko otkrivanja, prostornih znanja, njihovog pohranjivanja i prijenosa informacija. To je proces koji potiče vizualno razmišljanje (visual thinking), koje podrazumijeva utvrđivanje obrazaca, odnosa/veza i anomalija u podacima, te omogućava korisnicima daljnje istraživanje podataka i tzv. decision-making processes. Komponente GIS-a/PIS-a Ljudski resursi, podaci hardver softver metode # Geografsko Informacijski Sustavi • GPS navigatori • Google Maps • Google Earth • Njuškalo oglasi • Portal grada Zagreba • DGU Geoportal • Arkod • HCR MISportal Povijesni razvoj PIS-a ------------------------------------------------------------------------------------------------ Još prije oko 30.000 godina na zidovima u špiljama blizu Lascauxa u Francuskoj kromanjonski lovci su nacrtali slike životinja koje su ulovili. Pridružene životinjskim crtežima su i staze za koje se pretpostavlja da prikazuju migracijske putove. Ti rani zapisi slijedili su dvoelementnu strukturu modernog geografskog informacijskog sustava: slikovna datoteka povezana je s atributnom bazom podataka (atributnim podacima). John Snow John Snow - Broad Street – Soho – London, 1854. (15. ožujka 1813. – 16. lipnja 1858.) - britanski liječnik i vodeći u usvajanju anestezije i medicinske higijene. Smatra se jednim od otaca epidemiologije jer je njegovo istraživanje pomoglo da se razriješi uzrok izbijanja kolere u Soho. Iako je topografija i kartogafija razvijena već ranije, karta John Snow-a je bila karakteristična po tome što je koristila kartografske metode ne samo za prikazivanje, već i za analizu geografski povezanih podataka Roger Tomlinson - Godine 1962. razvoj prvog pravog svjetskog operacijskog GIS-a u Ottawi, Ontario potaknulo je federalno Ministarstvo energije, rudarstva i resursa. Razvio ga je Roger Tomlinson, a nazvan je "Kanadskim GIS-om" (Canadian GIS; CGIS) i koristio se za spremanje, analiziranje i rukovanje podacima prikupljenima za Kanadski zemljišni inventar. CGIS je bio prvi sustav ikad nazvan „geoinformacijski sustav”. Geograf Roger Tomlinson, postao je poznat kao "otac GIS-a". Jack Dangermond Jack Dangermond je 1969. osnovao tvrtku ESRI, kao konzultantsku organizaciju na području planiranju uporabe zemljišta (zaštite okoliša). Važno područje njihove djelatnosti bila je i digitalna grafika. Godine 1982. dovršili su program ARC/INFO – prvi komercijalni GIS software Izvor: https://www.geospatialworld.net/article/esri-where-passion-meets-cutting-edge-tech/ Isključivo znanstveni razvoj GIS-a tijekom 60-ih, 70-ih i 80-ih godina dobiva svoj komercijalni aspekt, razvojem daljinskih istraživanja i sustavima obrade slike, te dostupnosti prostorno geokodiranih podataka u digitalnom formatu. 1972. u Zemljinu orbitu poslan je prvi namjenski satelit ERTS-1. Tijekom 70-ih i 80-ih poslano ih je još 4. U Harvardskom laboratoriju razvijen je prvi vektorski GIS – ODYSSEY GIS. Osnovana je SPOT Image company – prva komercijalna firma za distribuciju geografskih informacija dobivenih sa Zemljinih satelita. Daljinska istraživanja (remote sensing) u početku razvijana uglavnom zbog vojnih potreba, imala su važan utjecaj na razvoj GIS-a te su postala važan izvor podataka (GPS sustav,…). Kreirani su mnogi novi GIS softveri – ARC/INFO (ESRI), Geomedia (Integraph), Grass (Američka vojska), Idrisi (Clark University). Zadnja dva desetljeća vrijeme je velikog napretka u metodologiji prikupljanja podataka i povećanih mogućnosti elektroničkog protoka podataka. Smanjenje cijena računala, paralelno sa povećanjem njihova kapaciteta pri pohrani, brzini obrade i prikazu dovelo je do razvoja i integracije, GIS-a, daljinskih istraživanja, prostornih i slikovnih analiza, digitalne kartografije, izmjere i geodezije. Uloga geodetske struke u PIS-u ------------------------------------------------------------------------------------------------ Geodezija je znanost koja se bavi izmjerom i kartiranjem Zemljine površine i promatranjem njenog gravitacijskog polja i geodinamičkih pojava kao: pomicanjem polova, plimom i osekom, te gibanjem zemljine kore u trodimenzionalnom prostoru kroz vrijeme. Osobe koje se profesionano bave geodezijom zovu se geodeti. Slobodnim riječima možemo reći da je geodezija znanost koja se bavi izmjerom zemljine površine te prikazivanjem te površine izradom planova i karata. Helmert je definirao geodeziju kao znanost koja se bavi izmjerom i kartiranjem Zemlje, dok novije definicije obuhvaćaju proučavanje Zemljinog gravitacijskog polja, satelitska mjerenja, gibanje polova, i sl. Osnovna podjela geodezije je na: nižu ili praktičnu i višu ili inženjersku geodeziju. Kratko rečeno, niža geodezija ne uzima u obzir zakrivljenost Zemlje, dok viša geodezija uzima u obzir zakrivljenost Zemlje. Neke od osnovnih grana geodezije su: katastar, inženjerska geodezija, satelitska geodezija i navigacija, fizikalna geodezija, primijenjena geodezija, geodetska astronomija, kartografija i kartografske projekcije, geoprostorni informacijski sistemi i baze podataka itd. Najpoznatiji geodet (uz to i matematičar, fizičar) jeste Gauss. On je poznat po svojoj projekciji i radio je izmjeru i kartiranje Berlina. # Osnovna načela geodezije * Načelo hijerarhije i susjedstva Geodetske su točke uvijek bile hijerarhijske organizirane u različite redove, tako da se točka nižeg reda morala uklapati u mrežu točaka višeg reda. Popularno se toč načelo naziva još i "iz velikog u malo". * Načelo kontrole Svako mjerenje ili obrade izmjerenih vrijednosti moraju biti osigurani neovisnom kontrolom kako bi se geodetskim rezultatima da nužna vjerodostojnost. Danas se obrada mjerenja izvodi testiranim računalnim programima, kontrola ulaznih podataka postaje važnija od kontrole samog računanja. * Načelo ekonomičnosti Točnost i ekonomičnost izmjere naizgled je teško uskladiti. U geodeziji se ta dva kriterija usklađuju prema svrsi izmjere na ovaj način: "Mjeriti onoliko točno koliko je moguće, ali ne točnije nego što je potrebno". # Koordinatni sustav S vrlo dinamičnim reljefom Zemlja predstavlja nepravilno sferno tijelo koje nije moguće u izvornom obliku prikazati na ravnoj površini. Zbog toga i blage ispupčenosti u ravnini ekvatora i spljoštenosti na polovima uslijed rotacije, Zemlja se u kartografiji pojednostavljeno aproksimira kao rotacijski elipsoid – pravilno sferno geometrijsko tijelo nastalo rotacijom elipse oko kraće osi. Elipsoid omogućuje određivanje položaja na Zemlji u globalnim navigacijskim sustavima. Za prijenos sferne površine elipsoida u ravninu koriste se matematički modeli koje se nazivaju kartografske projekcije. Dakle, kartografski prikaz dobiven je prijenosom elemenata s nepravilne Zemljine površine na elipsoid, a zatim s elipsoida u ravninu jednom od kartografskih projekcija. Gdje se što nalazi? Svaki GIS podatak mora imati definiran koordinatni sustav. Koordinatni sustav = geodetski datum + kartografska projekcija. * Koordinatni sustavi u ravnini Koordinatni sustavi u ravnini (Pravokutne i polarne koordinate) * Koordinatni sustavi na kugli i elipsoidu Geografske koordinate na sferi i rotacijskom elipsoidu # Geodetske projekcije • projekcije za potrebe državne izmjere i izradu službenih topografskih karata Jednoznačna određenost položaja, oblika i veličine pojedinog prostornog objekta u ravnini i uzajamnih odnosa svih objekata osigurava se načinom preslikavanja ili kartografskom projekcijom. Poznato je da zakrivljenu površinu Zemlje (aproksimiranu elipsoidom ili kuglom) nije moguće preslikati u ravninu bez deformacija, pa je karta na poznati određeni način deformiran prikaz. * Gauss-Krugerova projekcija (konformna poprečna cilindrična projekcija elipsoida na ravninu) VLADA REPUBLIKE HRVATSKE Na temelju članka 9. stavka 2. Zakona o državnoj izmjeri i katastru nekretnina (»Narodne novine«, broj 128/99) Vlada Republike Hrvatske je na sjednici održanoj 4.kolovoza 2004. godine, donijela ODLUKU O UTVRĐIVANJU SLUŽBENIH GEODETSKIH DATUMA I RAVNINSKIH KARTOGRAFSKIH PROJEKCIJA REPUBLIKE HRVATSKE 1) Koordinatni sustav poprečne Mercatorove (GaussKrügerove) projekcije – skraćeno HTRS96/TM, sa srednjim meridijanom 16°30’ i linearnim mjerilom na srednjem meridijanu 0,9999 određuje se projekcijskim koordinatnim sustavom Republike Hrvatske za područje katastra i detaljne državne topografske kartografije. # NIVELMAN *Prema svrsi nivelman može biti: generalni i detaljni * Prema metodama mjerenja: geometrijski, trigonometrijski, barometrijski i hidrostatski nivelman. # METODE IZMJERE ZEMLJIŠTA * ortogonalna metoda * polarna metoda * fotogrametrijska (aerofotogrametrija, terestrička fotogrametrija) * GPS Specifična strojna i programska oprema ------------------------------------------------------------------------------------------------ #Osnovna svojstva GIS hardvera: • Računalo mora biti sposobno obraditi velike količine podataka • brzo računalo, puno RAM-a • veliki kapacitet pohrane podataka • veliki ekran Pomoćna oprema • GPS prijemnici • Uređaji za unos terenskih podataka • Digitalizatori • Printeri i ploteri • Kamere, skeneri • LIDAR # Geografski informacijski sustav predstavljen je većim brojem komercijalnih i open source softvera. Najpoznatiji i najrašireniji komercijalni GIS softver je ArcGIS, čiji je proizvođač američka tvrtka ESRI, a brojem korisnika ističu se i Geomedia, MapInfo, Global Mapper, Smallworld i drugi. Open source GIS softveri ili GIS softveri otvorenog koda su softveri kod kojih je izvorni softverski kod otvoren i dostupan te se mogu slobodno i besplatno distribuirati i nadograđivati. Raširenošću se ističu QGIS, SAGA GIS, GRASS GIS, MapWindow GIS, JUMP GIS i drugi. Softver QGIS, za koji je napisan ovaj priručnik, nastao je integracijom nekadašnjeg softvera Quantum GIS s drugim softverima otvorenog koda (PostGIS, GRASS GIS i MapServer). ArcGIS (ESRI) GeoMedia (Intergraph) MapInfo (MapInfo) Idrisi (Clark University) Manifold AUTOCAD MAP (Autodesk) ERDAS (Leica Geosystems) GRASS (U.S. Army) – open source SAGA – open source Quantum GIS – open source Prostorni objekti i njihova svojstva ------------------------------------------------------------------------------------------------ Stvarni svijet se u GIS-u prikazuje pomoću dva temeljno različita modela podataka. 1. Model diskretnih objekata (engl. entity data model) – model kod kojih objekti precizno definiranih granica ispunjavaju prazan prostor i mogu se izbrojati. Taj model u GIS-u je predstavljen vektorskom strukturom podataka. Koristi se uglavnom za prikazivanje pojava koje se ne pojavljuju kontinuirano na Zemljinoj površini (npr. ceste, područje rasprostranjenosti šume, administrativne jedinice, naselja…). Vektorska struktura podataka raspoznaje se na način da višim stupnjem zumiranosti postaju jasno vidljive točke, linije i granice poligonskih entiteta. 2. Model kontinuiranih polja (engl. contiunous data model) – model koji prikazuje Zemlju kao konačni broj varijabli mjerljivih u svakoj točki na površini Zemlje. U GIS-u je predstavljen rasterskom strukturom podataka, kod koje je svakom polju (ćeliji, pikselu) pridružena vrijednost obilježja koje se prikazuje. Koristi se za pojave koje su kontinuirane na Zemljinoj površini (npr. nadmorska visina, količina padalina, insolacija…). Višim stupnjem zumiranosti u rasterskoj strukturi postaju vidljive ćelije. Rasterski i vektorski podaci mogu se istovremeno prikazivati i preklapati u GIS-u. Prilikom unosa, analize i prikaza u GISu pod pojmom geoobjekti ili geografski objekti podrazumijevaju se sadržaji i pojave u stvarnosti (na Zemljinoj površini) koji predstavljaju predmet istraživanja u GIS-u. Pojam entitet označava objekt ili pojavu koja se prikazuje u GIS-u te se definira imenom i tipom. Svi objekti i pojave iz stvarnog svijeta u GIS-u se prikazuju pomoću tri osnovna grafička objekta – točke (point), linije (line) i površine ili poligona (polygon). U vektorskoj strukturi podataka linije su predstavljene vektorima, dok se u rasterskoj grade grupiranjem ćelija – temeljnih gradbenih elemenata. Prostorni podaci u GIS-u organizirani su po slojevima (layers) koji čine temelj rada u GIS-u. Svaki sloj sastoji se od dva osnovna dijela: 1. Geometrijskih podataka – pojednostavljeni prikaz dijela prostorne stvarnosti pomoću točkastih, linijskih ili poligonskih vektorskih entiteta te rastera. Označavaju položaj svakog objekta na Zemljinoj površini, odnosno položaj entiteta na kartografskom prikazu. 2. Atributivnih ili opisnih podataka – kvalitativni i kvantitativni podaci koji su vezani uz geometrijske podatke. Predstavljaju opisne informacije svakog entiteta koji je prikazan u sloju. Atributivni podaci vidljivi su u atributivnoj tablici. Vektorski sloj može obuhvaćati samo jedan tip geometrijskih podataka (točkaste, linijske ili poligonske vektorske entitete). Prostorne analize i vizualizacija prostornih podataka odvijaju se na temelju slojeva. Preklapanjem slojeva dobiva se nova kvaliteta te je moguće doći do zaključaka ili spoznaja o prostornim procesima i odnosima koje prije nisu bile vidljivi. Svaki sloj u računalu je pohranjen kao jedna zasebna datoteka. Češće korišteni formati datoteka za pohranu vektorskih podataka su shapefile, geodatabase (feature class), coverage, OSM (Open Street Map), KMZ/KML (Keyhole Markup Language; koristi se u Google Earthu) i drugi. Shapefile je najčešće korišteni format vektorskih podataka, a koriste ga i komercijalni GIS softveri i softveri otvorenog koda. Za pohranu rasterskih podataka koriste se formati ESRI Grid, GeoTIFF (Geographic Tagged Image File Format), HGT i drugi. Uz navedene, GIS podržava rad s drugim formatima podataka, poput TIFF-a, JPEG-a, XML-a… Svaki shapefile sastoji se od najmanje šest različitih datoteka, pri čemu su obvezne datoteke sa sljedećim domenama: (1) .shp – shape datoteka koja sadrži geometrijske podatke, (2) .shx – shape index format koji omogućava pretraživanje, (3) .dbf – data base file koji sadrži atributivne podatke organizirane u atributivnoj tablici, (4) .prj – koordinatni sustav i projekcija sloja. Prilikom kopiranja potrebno je obuhvatiti sve datoteke koje čine jedan sloj kako bi se ispravno mogao otvoriti u GIS-u. Ako se kopira GIS datoteka, uz nju je obvezno kopirati sve slojeve koji se nalaze u njoj. U protivnom se raskida veza između datoteke i podataka te ju je potrebno ponovno uspostavljati prilikom otvaranja kopirane datoteke. Obzirom na kompleksnost stvarnog svijeta, njegovo uopćavanje za pohranu i prikaz u računalnim informacijskim sustavima je neophodan. Uopćavanje se obavlja modeliranjem prostornih podataka, a stupanj uopćavanja ovisi o potrebama i namjeni sustava za koji se model izrađuje. Modeliranje podataka je normirano od strane Međunarodne organizacije za normizaciju (eng. International Organization for Standardization – ISO). Tako se modelirani podaci na normiran način pospremaju i održavaju unutar baze podataka informacijskog sustava. Model podataka je formalni sustav koji obuhvaća definiranje podataka, općih pravila integriteta podataka, pravila manipulacije podacima (operacije) i pravila jezika za manipulaciju podacima (npr. SQL) te predstavlja osnovu za razvoj sustava za upravljanje bazama podataka (eng. Database Management System – DBMS) (Vujnović 1995). Sustav za upravljanje bazama podataka je programski sustav koji osigurava osnovne funkcije određenog modela podataka prilikom izrade i uporabe baze podataka. Podaci, tj. objekti čine osnovu baze podataka. Baza podataka je skup pohranjenih, ne redundantnih i međusobno povezanih podataka u svrhu optimalnog posluživanja u raznim primjenama. Manipulaciju podataka, tj. pretraživanje, dobivanje i izmjena objekata osiguravaju operacije koje se mogu izvoditi nad njima. Opća pravila integriteta implicitno ili eksplicitno definiraju skup konzistentnih i općenitih stanja ili promijenjenih stanja podataka ili kombinirano. Takova stanja mogu biti primjenjiva na bilo koju bazu podataka koja koristi taj model (Medak 2013). ------------------------------------------------------------------------------------------------ LITERATURA: D. Medak, B. Pribičević: Geodezija u građevinarstvu IVAN ŠULC: DIGITALNA KARTOGRAFIJA https://www.pmf.unizg.hr/_download/repository/RPUG_P1_Uvod_u_GIS_2018_19.pdf