Geoinformaatio(paikkatieto)-järjestelmät Tarmo Lipping
Geoinformaatio(paikkatieto)-järjestelmät Tarmo Lipping
Kurssin aikataulu
Luennot:
Luento 1 (14.9): Johdanto, Karttaprojektiot ja korkeusjärjestelmät
Luento 2 (21.9): Paikkatiedon tietokannat ja tiedon haku
Luento 3 (29.9): Vektorimuotoinen paikkatieto ja sen perusoperaatiot
Luento 4: Rasterimuotoinen paikkatieto ja sen perusoperaatiot
Luento 5: Pintojen analyysi paikkatietojärjestelmissä
Harjoitukset:
ArcGIS Harjoitus 1
ArcGIS Harjoitus 2
ArcGIS Harjoitus 3
Projektityö
Kurssin suoritusvaatimukset
Teoria-osuus (tentti): 40 p.
Harjoitustyöt: x + x + x = 40 p.
Projektityö: 20 p.
Sekä teoria-osuudesta että harjoittelu-osuudesta (harjoitustyöt + projektityö) täytyy saada vähintään puolet pisteistä.
Arvostelu tapahtuu seuraavasti:
0 – 49 p. arvosana 0
50 – 59 p. arvosana 1
60 – 69 p. arvosana 2
70 – 79 p. arvosana 3
80 – 89 p. arvosana 4
90 – 100 p. arvosana 5.
Kirjallisuutta
K.-T. Chang. Introduction to Geographic Information Systems
M. J. de Smith et. al. Geospatial Analysis
P. A. Longley et. al. Geographic Information Systems and Science
Mitä ovat paikkatietojärjestelmät? Kaikki mitä teemme on sidottu paikkaan
Paikkatietojärjestelmä pitää sisällään tietoa siitä missä mitäkin tapahtuu
Paikkatietojärjestelmä mahdollistaa:
Tallentaa tietoa tapahtumien paikasta
Käsitellä paikkaan sidottua tietoa
Hakea paikkaan sidottua tietoa
Paikkatietojärjestelmään tarvitaan seuraavat komponentit:
Laitteisto (esim. PC-työasemasta kämmenmikroon)
Paikkatieto-ohjelmisto (monia eri ohjelmistoja yleisistä erikoistarkoituksellisiin, ks. tästä )
Ihmiset, asiantuntijat
Aineisto
Proseduurit, algoritmit, käytännöt
Tietoverkko
Paikkatietojärjestelmien sovellukset Liikenne, liikennesuunnittelu (http://alk.tiehallinto.fi/alk/frames/tietyot-frame.html)
Infrastruktuurin kehittäminen ja kunnossapito
Ympäristön tila (http://serc.carleton.edu/NAGTWorkshops/visualization/collections/tsunami.html)
Terveystieto (http://www.healthmap.org/en)
Tilastotietoa väestöstä
Maanviljelys
Metsien inventaario ja hoito
Sääkartat ja –tiedotus (http://www.nhc.noaa.gov/)
Markkinointi
Pelastustoiminta
http://www.lounaispaikka.fi/
http://www.maanmittauslaitos.fi/ (ilmakuvat koko suomesta)
PaITuli
Paikkatiedon sisältö
Topologia käsittää karttaobjektien
keskinäisiä suhteita.
Geokoodaus: tiedon sitominen paikkaan
Paikkatietoaineisto Vektorimuotoinen aineisto (yleisin tiedostomuoto on ESRI:n kehittämä shape-tiedosto; kolme tiedostoa: .shp (geometria), .shx (indeksitiedosto), .dbf (ei-paikkaansidottu tieto); lisäksi .prj tiedosto joka sisältää tietoa projektiosta); sopii paremmin diskreettien piirteiden (features) esittämiseen
Pisteet
Viivat (myös moniviivat (polylines))
Monikulmiot (polygons)
Rasterimuotoinen aineisto (koostuu pikseleistä (pikselin arvo voi olla skalaari tai vektori (esim. hyperspektridata); aineistolla on resoluutio, t.s. eli pikselin mitat maastossa; jos projektio ja resoluutio tiedetään, riittää että tiedetään rasterin yhden kulmapikselin koordinaatit); sopii paremmin jatkuvien piirteiden esittämiseen
Skaala vs. resoluutio
Ortokuvat ja orto-oikaisu (tarvitaan korkeusmalli)
Pankromaattinen vs. multi(hyper)spektridata
Paikkatietoaineisto: resoluutio ja tarkkuus
Paikkatietoaineistoa kuvaavat:
Resoluttio ja tarkkuus (vrt. esim
ilmakuva-aineistoa, jonka maasto-
resoluutio on 16x16 cm ja
satelliittiaineistoa, jonka maasto-
resoluutio on 300x300 m)
Käyttötarkoitus (esim. käytännön
kuntasuunnittelu vs. tieteellinen
tutkimus (maastomallinnus))
Aikaresoluutio
Operaatiot paikkatietoaineistolla Paikkatietoaineistolla voidaan suorittaa seuraavia operaatioita:
sijaintitiedon syöttäminen
ominaisuustiedon syöttäminen ja hallinta
aineiston esittäminen
aineiston tarkastelu
aineiston analyysi
paikkatiedon mallinnus
Koordinaattijärjestelmät: Vertausellipsoidi Jotta paikkaa maapallolla voitaisiin kuvata joko kartalla tai paikkatietojärjestelmässä, Maan muotoa täytyy pystyä mallintamaan. Mallintamisessa on kompromissi:
tarkkuus vs. mahdollisuus esittää malli matemaattisesti
Parhaaksi malliksi on todettu ellipsoidi.
Riippuen esitettävän alueen koosta ja esityksen tarkoituk-sesta voidaan käyttää erilaisia vertausellipsoideja. Ne poikkeavat toisistaan:
keskipisteen sijainnilta
litistyneisyydeltä
f = ((a – b)/a);
a – isoakselin puolikas
b – pienemmän akselin puolikas
Vertausellipsoidi: globaali vs. paikallinen
Koordinaattijärjestelmä voi olla globaali tai paikallinen
Globaalissa järjestelmässä vertausellipsoidin keskipiste on Maan massakeskipisteessä (mahdollinen määritellä vasta avaruustekniikan kehityttyä). Käytetään suorakulmaista koordinaatistoa:
Z – maan pyörimisakseli (vaihtelee!)
X – Greenwichin meridiaanin suunta
Y – 90 astetta x:stä
Paikallisesti voidaan
alueita mallintaa
ellipsoidilla jonka keski-
piste ei ole Maan keski-
pisteessä
Suomessa käytettävien koordinaatti-järjestelmien vertausellipsoideja Perinteinen KKJ-koordinaattijärjestelmä perustuu kansainväliseen ellipsoidiin vuodelta 1924 (Hayford:in ellipsoidi), jonk parametrit ovat:
a = 6 378 388 m; f = 1 / 297;
Ei ole geosentrinen; kuvastaa hyvin Maan muotoa Euroopan alueella
Uusi EUREF-FIN koordinaatti-
järjestelmä perustuu GRS80
vertausellipsoidiin.
Se on geosentrinen ellipsoidi ja sen
parametrit ovat:
a = 6 378 137 m;
f = 1 / 298,257222101
Karttaprojektio
Matemaattinen menetelmä, jonka tavoitteena on kuvata kolmiulotteista maanpintaa tasokuvana.
Projektio pyritään tekemään siten, että kuvattavat kohteet säilyisivät mahdollisimman oikeanmuotoisina ja -kokoisina
Tämä ei ole kuitenkaan täysin mahdollista
Kaikissa projektioissa virhettä, joka on sitä suurempi mitä suurempi osa maanpinnasta halutaan samalle karttalehdelle.
Neljäntyyppisiä virheita:
Etäisyys
Suunta (oikeakulmainen)
Muoto
Pinta-ala
Comments