Kartografické modelování IX Topologické překrytí - Overlay jaro 2023 Petr Kubíček kubicek@geogr.muni.cz Laboratory on Geoinformatics and Cartography (LGC) Institute of Geography Masaryk University Czech Republic Ian McHarg (1969) - Design with Nature Topologické překrytí • Obecně dotazování dvou nebo více informačních vrstev se označuje jako topologické překrytí (overlay) těchto vrstev. • Původně se tento problém řešil překrytím dvou tématických map na průhledných fóliích. • Stejný problém se v GIS řeší pomocí základních algoritmů počítačové grafiky (test bodu v polygonu, hledání průsečíku dvou objektů, ořezávání). • Výsledkem postupu je vytvoření nových objektů (vrstvy), které mají kombinace vlastností objektů ze zdrojových informačních vrstev. Z papíru do GIS Overlay polygonů je výpočetně náročný – jedna z hlavních úloh GIS. • V případě overlay je nutné: – Vypočítat průsečíky polygonů z jednotlivých vrstev a vytvořit nové polygony. – Vytvořit atributovou tabulku reprezentující všechny atributy pro nové polygony – Označit nově vzniklé polygony, případně spojit sousední polygony, pokud mají stejnou novou hodnotu. – Vyhodnotit chyby vzniklé při procesu (sliver polygons) • Přesný postup závisí na tom, zda byla vytvořena topologie jednotlivých vrstev. Omezení 1) Časově a výpočetně náročné 2) Všechny faktory mají stejnou váhu 3) Nutná konverze nominální dat na ordinální či intervalová 4) S narůstající heterogenitou dat roste počet chyb 5) Zbytkové polygony 6)Nesmyslné výsledky, zejména při kombinaci přírodních a sociálních faktorů. Overlay • Pro kombinaci vstupních objektů se opět používají pravidla výrokové (Booleovské) logiky. • GIS systémy obvykle nabízejí: – INTERSECT (AND - průnik), – UNION (OR - sjednocení), – IDENTITY ( ?? přiřazení na základě prostorového umístění – zachovává všechny vstupní objekty). Příklady overlay Intersect Union Identity A OR (A AND B) Overlay – hlavní rysy • Při těchto operacích dochází k řešení vztahů bod, linie nebo polygon v polygonu (výjimkou je sjednocení, které mohu provádět pouze mezi dvěma polygonovými vrstvami). • Z procesu topologického překrytí vznikají nové objekty (vrstvy), kterým jsou přiřazeny také atributy. • Tím se topologická překrytí liší od prostorových dotazů, kde žádné nové vrstvy nevznikají. Overlay vektor - intersect Intersect – zápis pomocí výrokové logiky • Boolean koncept – 16 možností Další topologické operace Dalšími případy topologických operací jsou: CLIP a ERASE, UPDATE a SPLIT – mají tu vlastnost, že atributy nejsou spojovány, ale přejímány ze vstupní vrstvy (jedna vrstva je vždy vstupní a druhá na ní provádí výše uvedené operace). – Tyto funkce je možné zařadit i do kategorie restrukturalizace dat. Do topologických operací je možné zařadit i úlohy typu DISSOLVE ("rozpuštění" hranic objektů na základě stejného atributu) MERGE (spojení dvou vrstev do jedné a odstranění hranic mezi objekty se stejnými atributy), – opět spíše patří do kategorie restrukturalizace dat. Další topologické operace UPDATE - vyjme tu část vstupní vrstvy, která bude aktualizovaná druhou vrstvou a místo ní vloží prvky z druhé vrstvy. CLIP - ořízne vstupní vrstvu pomocí definovaných polygonů v druhé vrstvě. SPLIT - rozdělí vstupní vrstvu na části pomocí hranic definovaných polygony ve druhé vrstvě. ERASE - opak CLIP odstraní části vstupní vrstvy pomocí polygonů definovaných v druhé vrstvě. Hlavní typy overlay Overlay operace v ArcGIS Pro Symmetrical difference Nepřesnosti a zbytkové polygony (slivers) Jak odstranit? • Změřit šířku polygonů – př. 1000 m. • Nastavit v overaly operaci toleranci s polovičním poloměrem. • Znovu provést operaci … A CO ATRIBUTY?? Chrismanova taxonomie pro atributy • Sada atributů pro oblast výzkumu – vychází z předpokladu, že potřebujeme zjistit všechny atributy pro všechny oblasti výzkumu. -Traditional McHarg's Polygon Overlay is Contributory method only. -Modern GIS expands the attribute determination to Enumeration, Dominance, Contributory, and Interaction. Základní pravidla (1) • Pravidlo výčtu (enumeration) – všechny atributy jsou zachovány pro výstup • Pravidlo dominance – pouze vybraná hodnota je zachována pro výstup Základní pravidla (2) • Pravidlo příspěvkové – všechny atributy přispějí k výsledku • Pravidlo interakce – vždy dvě hodnoty přispějí do výsledku Pravidlo dominance • Pro nově vzniklou oblast je vybrána pouze jedna hodnota, ostatní jsou ignorovány. • Jakmile najdeme vylučovací hodnotu, není potřeba hledat další. • Použití Boolean pravidel • Často užitá při analýze vhodnosti (suitability analysis). Příklad • Najděte oblasti vhodné pro výuku lyžováni • Musí splnit následující kritéria: – Land cover v kategorii „open“ – Do vzdálenosti 400 m od silnice (přístupnost). – Svažitost mezi 10º a 20º (optimální pro lyžařské svahy). • Pokud kterékoliv z kritérií není splněno, pak není území vhodné pro dané využití. • Provedeme overlay všech tří datových sad a následně využijeme operace „AND“ na atributech nových polygonů, abychom nalezli vhodnou oblast. AND Pravidlo příspěvku (contributory) • Využity hodnoty ze všech vstupních vrstev. • Hodnoty jsou následně kombinovány pomocí vybrané aritmetické operace (obvykle součet) • Předpokládáme, že hodnoty jsou nezávislé • Výsledek závisí na tom, jak jsou příspěvky počítány – nezávisle či s vahami. • Odlišné kombinace mohou dávat stejné výsledky: Př: 1 + 1 + 2 + 2 = 6 = 1 + 1 + 1 + 3 – Otázka relevance hodnot a jejich vah • Pravidlo může využívat i jiné funkce (násobení). Dílčí kroky 1 Pravidlo interakce V reálném světe je většina faktorů vzájemně provázání (předchozí pravidlo to přehlížejí). • Zde předpokládáme, že vrstvy jsou závislé. • Přístup 1 – vyzkoušíme všechny možné kombinace a ohodnotíme je – problém s počtem a nepřehledností (10x4x3x4=480 pro 4 vrstvy s 10,4,3 a 4 proměnnými). • Reálně je počet kombinací menší v důsledku prostorové autokorelace (Toblerův zákon). • Nejsou příliš časté – velká komplexita. Nalezení možných kombinací a jejich následné ohodnocení