1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace a rozšíření výuky zaměřené na problematiku životního prostředí na PřF MU (CZ.1.07/2.2.00/15.0213) spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Geografické informační systémy Přednáška, cvičení Alice Dvorská 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Přednáška 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Přehled přednášky oÚvodní poznámky ke geografickým informačním systémům oJak tyto systémy fungují oJak s nimi pracujeme oPříklad studie oUžitečné odkazy • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Co jsou to geografické informační systémy? Geografický informační systém (GIS) vytváří, ukládá, analyzuje, spravuje a zobrazuje všechny typy prostorových dat. GIS kombinuje kartografii se statistickou analýzou dat a využívá k tomu databázových technologií. GIS nejsou pouze data a programy, nýbrž sestávají z těchto základních částí: o data a informace o hardware (počítače, scany, tiskárny) a software o koncepty analýzy dat o lidé (operátoři, manažeři, konzultanti a prodejci) o instituce a organizace, které používají GIS 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Prostorová povaha environmentálních studií GIS propojuje informace o tom, KDE různé objekty jsou s informacemi o tom, JAKÉ jsou. Abychom mohli plně využít potenciálu GIS, musíme se na řešenou environmentální studii „podívat geograficky“. Studované území chápeme jako mapovou kompozici, která znázorňuje vztahy mezi jednotlivými objekty v prostoru, např.: o vzdálenost mezi objekty o hustotu objektů v zájmové oblasti o tvar a geometrie objektů o velikost objektů o změnu tvarů objektů v čase o pohyb objektů v čase o a další 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Popis prostorových dat oNominální: jedná se o názvy objektů, např. název odběrové lokality oOrdinální: objekty lze hierarchicky porovnávat mezi sebou, např. odběrové lokality, které jsou reprezentativní pro malou, středně velkou a velkou oblast oIntervalová: vlastnosti objektů narůstají v měřitelných intervalech, např. teplota ovzduší v odběrové lokalitě. Hodnoty nelze dát do poměru, jelikož vztahová hodnota je subjektivně zvolená, tj. např. nelze říci, že teplota 15°C je 2x nižší než teplota 30°C oPoměrová: data mají vlastnosti, které lze změřit a zároveň dát do poměru, protože vztahová hodnota je objektivní, např. koncentrace látky ve vzorku z dané odběrové lokality (koncentrace 15 ng/g je dvakrát nižší než koncentrace 30 ng/g) oSkalární: pro popis zvolených dat si vytvoříme vlastní škálu hodnot, např. míra rizikovosti zvolené lokality dle počtu splněných (námi určených) kritérií Většina GIS obsahuje databázové tabulky s různými typy popisných informací o zobrazených objektech. Úrovně popisu objektů jsou následující: 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif GIS v environmentálních vědách a modelování • •Využití GIS v environmentálních studiích konkrétně umožňuje: ouložení, obhospodařování a reprodukci environmentálních prostorových dat oprovedení prostorových a statistických analýz s těmito daty omodelování nejrůznějších situací v životním prostředí, které také může sloužit k varovným či predikčním (prognostickým) účelům Pomocí GIS lze urychlit zpracování výsledků studií, dosáhnout vyšší přesnosti v prostorové lokalizaci dat a efektivnějšího managementu a analýzy dat. Vedle role archivační, informační či modelační se stále více posiluje i vizualizační funkce GIS. 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Co s GIS můžeme vše dělat? ozakreslit do mapy polohu různých objektů (např. odběrových lokalit) ozobrazit v mapě kvantitativní vlastnosti objektů (např. koncentraci látky zjištěné v odběrové lokalitě) ovybrat místa nebo objekty žádaných vlastností (např. odběrové lokality znečištěné nad zvolenou mez) ozjišťovat vztahy mezi jednotlivými objekty a místy (např. vzdálenost mezi nimi) ozobrazování hustoty (např. intenzity osídlení) ozjišťovat vzdálenosti (např. mezi odběrovou lokalitou a zdrojem znečištění) osledovat změny v čase (např. změnu kontaminace vody v řece po havárii) oa řada dalších funkcí… • Pro environmentální a jakékoli jiné studie je důležité mít možnost: 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Typy dat v GIS Rastr Vektor Existují dva základní způsoby uchovávání a reprezentace dat v GIS: linie bod polygon Nelze říci, který z typů dat je lepší či horší. Jaká data použijeme volíme podle jejich dostupnosti a konkrétní povahy naší studie. 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Zdroje dat pro GIS •průzkumem v terénu –nejstarší a nejdražší metoda –použití trigonometrických bodů (místa charakterizovaná přesnou hodnotou zeměpisné šířky, délky a výšky) •získávání dat z map –scanování je rychlá metoda, ale nedovede získat popisné informace k objektům na mapách –digitalizace map je náročná na čas, ale získává kvalitní data •dálkový průzkum Země Data pro studie v GIS získáváme několika způsoby: 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Jak GIS pracují? Objekty na mapách mají všechny svou polohu, tvar, barvu a velikost V GIS jsou všechny objekty na mapách popsány v tabulce vlastností (anglicky attribute table) GIS umožňují zjistit vlastnosti každého objektu na mapě a lokalizovat objekt s danou vlastností. 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Jak GIS pracují? Jednotlivé mapy jsou do GIS vkládány jako tzv. vrstvy (anglicky layers). V pořadí, v jakém jsou vloženy, se překrývají, což si lze představit jako vrstvení archů průhledných map na sebe. Smyslem překrývání vrstev je získání nové vrstvy, která obsahuje vybrané informace z vložených map (vrstev). Jejich kombinací vzniká nová informace, která zodpoví naše otázky. 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Koncepční model v GIS ZÁKLADNÍ OTÁZKA: Co chci zjistit? Jaký má být výstup mého modelu? NÁSLEDNĚ rozložíme předpokládaný výstup do dílčích otázek (vrstev map), které k řešení potřebujeme. NAKONEC se rozhodneme, které elementy (prvky) map budeme vzájemně kombinovat za účelem získání finální mapy, která zodpoví naši základní otázku. Jednou z možností, jak určit potřebné prvky map, je navržení vývojového diagramu, který začíná předpokládaným výsledkem a rozkládá jej do jednotlivých dílčích otázek a aspektů. Doporučuje se postupovat bez uvažování jakýchkoli omezení tak, aby byl navržen co nejdetailnější model. Ten lze později zredukovat dle reálných možností. PAMATUJME, že každá dílčí otázka se vztahuje na polohu – zda někde něco je, kde to je, kde by být (ne)mělo nebo kde by být mohlo. Aby byl náš projekt v GIS úspěšný, je třeba si řádně promyslet, co vlastně chceme řešit. K tomu je vhodné si vytvořit tzv. koncepční model. 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Koncepční model v GIS - příklad Výběr nového místa pro odběr vzorků různých environmentálních matric Požadavky na polohu a charakteristiku místa vychází z účelu studie (vzorkování). Musíme např. vědět: o jaké látky chceme stanovovat o zda se jedná o screening (tj. stačí méně vzorků), nebo o detailní studii (tj. nárok na počet vzorků stoupá např. kvůli statistické průkaznosti zjišťovaných vztahů) o jaké otázky chceme zodpovědět (např. zjistit vliv zdrojů na okolí, určit dlouhodobé pozaďové trendy apod) o a další Po výběru nového odběrového místa pomocí GIS je nutné se jít podívat do terénu, protože vrstvy map, podle nichž jsme se rozhodovali, nemusí být zcela aktuální. - - 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Koncepční model v GIS – vývojový diagram Odběrové místo Co na místě roste nebo stojí? Mapa pokryvu a využití krajiny Jak vzdálené jsou potenciální zdroje studovaných látek? Mapa měst, REZZO apod Jaké má místo charakter (pozaďové, městské apod)? Jak je místo technicky vybavené (inženýrské sítě apod)? Jak je místo přístupné? Mapa komunikací Kdo pozemek vlastní? Katastrální mapa Jaké jsou klimatické podmínky na místě (převládající směr větru, srážky, teploty apod)? Klimatické mapy Mapa sídel, hustoty osídlení Dílčí otázka GIS vrstva … a další Výstup modelu 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příklad environmentální studie s využitím GIS 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příklad environmentální studie s využitím GIS Schématický diagram znázorňující výpočty s využitím map. šedá, bílá – vstupy černá – výstupy Rovnice modelu byly řešeny přímo v GIS pomocí tzv. mapové algebry. GIS rozdělí jednotlivé mapy na čtverce (buňky) a v každé provádí algebrové operace (např. sčítání, odečítání) pro data, která se v ní nachází a pro všechny vybrané mapy 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Přehled GIS softwarů •Komerční: ohttp://www.esri.com/ - nejrozšířenější ohttp://www.pbinsight.com/welcome/mapinfo/ ohttp://www.bentley.com/cs-CZ/ oa řada dalších… o oOpen source: ohttp://www.osgeo.org/ - nejrozšířenější ohttp://www.openjump.org/ ohttp://grass.itc.it/ ohttp://www.qgis.org/ ohttp://udig.refractions.net/ oa řada dalších… • Nejdražší software nemusí být pro váš úkol vždy ten nejlepší. Při výběru je třeba zohlednit řadu kritérií a zejména je třeba zjistit, zda má vybíraný software funkce, které vy konkrétně potřebujete. ! 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Zdroje •Vhodná studijní literatura: oBrimicombe A. (2003) GIS, Environmental Modeling and Engineering, Taylor & Francis, UK oDeMers M.N. (2009) GIS For Dummies, Wiley, USA oPistocchi A. (2008) A GIS-based approach for modeling the fate and transport of pollutants in Europe. Environmental Science and Technology 42, 3640-3647 oŽivotné prostredie (časopis), č. 2003/1, téma Geografické informačné systémy v životnom prostredí, http://uke.sav.sk/zp/2003/zp1/index.htm * •Seznam webových zdrojů použitých obrázků: •http://plano.gov/Departments/Health/Pages/IndustrialPretreatment.aspx •http://www.sublet.com/city_rentals/zlin_rentals.asp •http://www.clipartguide.com/ •http://www.coastaldynamics.com/project-gallery.html •http://www.simpsoncrazy.com/pictures/homer •http://en.wikipedia.org/ •http://www.spcregion.org/data_gis.shtml •http://americanhistory.phillipmartin.info/americanhistory_geography.htm • • • • • • • • • • * • • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Cvičení 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Případová studie „Povodně na Zlínsku“ oVyužití půdy oMěstské oblasti oZlínský kraj oHustota osídlení oZdroje znečištění oPovodně oŘeky oSilnice oŽeleznice oLokality pro odběr vzorků sedimentů * K dispozici bude soubor v programu ArcMap, který obsahuje tyto vrstvy: Cílem je procvičení jednoduchých funkcí programu ArcMap. ?