GIS 1 155GIS1. Martin Landa Lena Halounová. Katedra geomatiky ČVUT v Praze, Fakulta stavební

Transkript

1 GIS 1 155GIS1 Martin Landa Lena Halounová Katedra geomatiky ČVUT v Praze, Fakulta stavební #2 1/21

2 Copyright c Martin Landa and Lena Halounová Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. 2/21

3 Obsah Historie a kořeny GIS Související obory Struktura GIS Reprezentace geodat Prostor Metrika 3/21

4 Historie vývoje 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Komercializace 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie,... 4/21

5 Historie vývoje 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Komercializace 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie,... 4/21

6 Historie vývoje 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Komercializace 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie,... 4/21

7 Historie vývoje 4/21

8 Historie vývoje 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Komercializace 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie,... 4/21

9 Historie vývoje 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Komercializace 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie,... 4/21

10 Kořeny GIS 1. Polovina 18. století rozvoj kartografických technik Podrobná mapování na geodetický základech Mapa Francie (1746) (zdroj: Wikimedia Commons) 5/21

11 Kořeny GIS 1. Polovina 18. století rozvoj kartografických technik Podrobná mapování na geodetický základech rozvoj matematických a statistických technik Teorie čísel pravděpodobnosti Pierre de Fermat a Blaise Pascal (1654) Statistika jako vědecký obor Christiaan Huygens Jacob Bernoulli (Ars Conjectandi) a Abraham de Moivre (The Doctrine of Chances) pracují se statistikou jako s matematickým oborem Rozvoj matematické teorie - teorie chyb (Roger Cotes, 1722) Metoda nejmenších čtverců pro minimalizaci chyb v měření dat byla publikována nezávisle Adrienem-Marie Legendrem (1805), Robertem Adrainem (1808) a Carlem Friedrichem Gaussem (1809) 2. Konec 40. let 20. století , 60. léta 20. století 5/21

12 Historie a kor eny GIS Související obory Struktura GIS Prostor Kor eny GIS 1. Polovina 18. století 2. Konec 40. let 20. století První poc ítac e (0. generace) První digitální poc ítac Zuse Z3 (1941) (zdroj: Wikimedia Commons) , 60. léta 20. století 5/21

13 Historie a kor eny GIS Související obory Struktura GIS Prostor Kor eny GIS 1. Polovina 18. století 2. Konec 40. let 20. století , 60. léta 20. století rozvoj kreslících (zobrazovacích) systému rozvoj analyticky orientovaných systému (nástroje prostorových analýz) rozvoj systému pro statistické zpracování (databáze) MWOC 5/21

14 Historie vývoje GIS 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) Pokrok v teorii strukturování a analýz dat 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Iniciativa soukromých prodejců SW GIS do státní správy a soukromých společností (komercializace) 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie 6/21

15 Historie vývoje GIS 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) Pokrok v teorii strukturování a analýz dat 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Iniciativa soukromých prodejců SW GIS do státní správy a soukromých společností (komercializace) 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie 6/21

16 Historie vývoje GIS 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) Pokrok v teorii strukturování a analýz dat 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Iniciativa soukromých prodejců SW GIS do státní správy a soukromých společností (komercializace) 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie 6/21

17 Historie vývoje GIS PC ARC/INFO (1986) (zdroj: Esri History) 6/21

18 Historie a kor eny GIS Související obory Struktura GIS Prostor Historie vývoje GIS Programátor systému GRASS Dave Gerdes USA-CERL pr ed poc ítac em Compaq 386 na který portoval GRASS 3.0 (1988) (zdroj: Early GRASS Community Views on FOSS) 6/21

19 Historie vývoje GIS The GRASS Story USA-CERL (1987) 6/21

20 Historie vývoje GIS 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) Pokrok v teorii strukturování a analýz dat 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Iniciativa soukromých prodejců SW GIS do státní správy a soukromých společností (komercializace) 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie 6/21

21 Historie vývoje GIS 1. První (pionýrské) období (počátek 60.let - polovina 70.let) Vliv průkopnických osobností, universit a vládních organizací v U.S.A. (US Geological Survey) Pokrok v teorii strukturování a analýz dat 2. Druhé období (polovina 70.let - počátek 80.let) Ujednocení pokusů a činností na lokální úrovni 3. Třetí období (80. léta) Iniciativa soukromých prodejců SW GIS do státní správy a soukromých společností (komercializace) 4. Čtvrté období (90. léta) Velký rozvoj uživatelské základny Počátky standardizace, OpenGIS (nyní OGC) 5. Páté období (konec 90.let až po současnost) Internetové technologie Cloudové technologie 6/21

22 Obsah Historie a kořeny GIS Související obory Struktura GIS Reprezentace geodat Prostor Metrika 7/21

23 Obory formující GIS 8/21

24 Obory formující GIS CAM (Computer Aided Mapping) počítačová kartografie 8/21

25 Obory formující GIS DBMS (DataBase Management System) systém řízení báze dat 8/21

26 Obory formující GIS CAD (Computer Aided Design) počítačové projektování 8/21

27 Obory formující GIS DPZ (Remote Sensing) dálkový průzkum Země 8/21

28 Další související obory Geografie Geologie Územní plánování Kartografie Geodézie Fotogrammetrie Pozemkové úpravy Hydrologie... 9/21

29 Obsah Historie a kořeny GIS Související obory Struktura GIS Reprezentace geodat Prostor Metrika 10/21

30 Strukturální složky Hardware Software Geodata Uživatel, operátor Struktura GIS Funkční komponenty Sběr geodat Správa geodat Analýza a modelování Vizualizace, kartografie 11/21

31 Strukturální složky Hardware Software Geodata Uživatel, operátor Struktura GIS Funkční komponenty Sběr geodat Správa geodat Analýza a modelování Vizualizace, kartografie 11/21

32 Strukturální složky Hardware Software Geodata Uživatel, operátor Struktura GIS Funkční komponenty Sběr geodat Správa geodat Analýza a modelování Vizualizace, kartografie 11/21

33 Obsah Historie a kořeny GIS Související obory Struktura GIS Reprezentace geodat Prostor Metrika 12/21

34 Rastrová data Vektorová data Reprezentace geodat 13/21

35 Rastrová data Reprezentace geodat Vektorová data 13/21

36 Rastrová data Vektorová data Reprezentace geodat 13/21

37 Obsah Historie a kořeny GIS Související obory Struktura GIS Reprezentace geodat Prostor Metrika 14/21

38 Reprezentace prostoru Soubor ploch s definovanými vlastnostmi Absolutní prostor Spojitě modelovaný soubor polí Platí pro všechny objekty neexistuje část prostoru, o kterém by nebyly informace 15/21

39 Reprezentace prostoru Soubor objektů s prostorovými vlastnostmi Relativní prostor Množina prostorově definovaných diskrétních objektů 15/21

40 Definice prostorových vztahů Znamená vymezit jeho: geometrii a topologii... a definovat souřadnicový systém tak, aby: 1. definice polohy musí být jednoznačná, 2. definici polohy musí být kvalifikovatelná (měřitelná), 3. to vyžaduje definici metriky (umožňuje měřit vzdálenosti). 16/21

41 Definice prostorových vztahů Znamená vymezit jeho: geometrii a topologii... a definovat souřadnicový systém tak, aby: 1. definice polohy musí být jednoznačná, 2. definici polohy musí být kvalifikovatelná (měřitelná), 3. to vyžaduje definici metriky (umožňuje měřit vzdálenosti). 16/21

42 Obsah Historie a kořeny GIS Související obory Struktura GIS Reprezentace geodat Prostor Metrika 17/21

43 Metrika modelu Modelování prostoru soubor pravidel pro určení nejmenší hodnoty na jakou je v modelu možno rozlišit dva stavy dané proměnné v matematice soubor pravidel pro určení vzdálenosti mezi dvěma body Druhy modelů: Eukleidovský prostor Jednoznačná lokalizace objektů Definování tvarů Měření vzdáleností a úhlů mezi objekty Metrický prostor Měření vzdálenosti na základě dané metriky Topologický prostor Topologické vztahy Nemusí mít metriku Množinový prostor Množinový přístup k objektům (členství, průnik,... ) 18/21

44 Metrika modelu Modelování prostoru soubor pravidel pro určení nejmenší hodnoty na jakou je v modelu možno rozlišit dva stavy dané proměnné v matematice soubor pravidel pro určení vzdálenosti mezi dvěma body Druhy modelů: Eukleidovský prostor Jednoznačná lokalizace objektů Definování tvarů Měření vzdáleností a úhlů mezi objekty Metrický prostor Měření vzdálenosti na základě dané metriky Topologický prostor Topologické vztahy Nemusí mít metriku Množinový prostor Množinový přístup k objektům (členství, průnik,... ) 18/21

45 Metrika modelu Modelování prostoru soubor pravidel pro určení nejmenší hodnoty na jakou je v modelu možno rozlišit dva stavy dané proměnné v matematice soubor pravidel pro určení vzdálenosti mezi dvěma body Druhy modelů: Eukleidovský prostor Jednoznačná lokalizace objektů Definování tvarů Měření vzdáleností a úhlů mezi objekty Metrický prostor Měření vzdálenosti na základě dané metriky Topologický prostor Topologické vztahy Nemusí mít metriku Množinový prostor Množinový přístup k objektům (členství, průnik,... ) 18/21

46 Metrika modelu Modelování prostoru soubor pravidel pro určení nejmenší hodnoty na jakou je v modelu možno rozlišit dva stavy dané proměnné v matematice soubor pravidel pro určení vzdálenosti mezi dvěma body Druhy modelů: Eukleidovský prostor Jednoznačná lokalizace objektů Definování tvarů Měření vzdáleností a úhlů mezi objekty Metrický prostor Měření vzdálenosti na základě dané metriky Topologický prostor Topologické vztahy Nemusí mít metriku Množinový prostor Množinový přístup k objektům (členství, průnik,... ) 18/21

47 Metrika modelu Modelování prostoru soubor pravidel pro určení nejmenší hodnoty na jakou je v modelu možno rozlišit dva stavy dané proměnné v matematice soubor pravidel pro určení vzdálenosti mezi dvěma body Druhy modelů: Eukleidovský prostor Jednoznačná lokalizace objektů Definování tvarů Měření vzdáleností a úhlů mezi objekty Metrický prostor Měření vzdálenosti na základě dané metriky Topologický prostor Topologické vztahy Nemusí mít metriku Množinový prostor Množinový přístup k objektům (členství, průnik,... ) 18/21

48 Geometrie Geometrie Zabývá se tvarem a polohou objektů a jejich rozměry Založena na neměnnosti (invarianci) Soubor všech transformací, které zachovávají vzdálenost mezi dvěma body 19/21

49 Metrický prostor Množina bodů S je metrickým prostorem, jestliže existuje vzdálenost, která dává pro uspořádané páry elementů (s, t) z množiny S hodnoty vzdáleností d s,t, pro které platí: 1. pro s t platí d s,t > 0 2. pro s = t platí d s,t = 0 3. vzdálenost je symetrická d s,t = d t,s 4. pro s t v platí d s,v + d t,v > d s,t 20/21

50 Metrický prostor Množina bodů S je metrickým prostorem, jestliže existuje vzdálenost, která dává pro uspořádané páry elementů (s, t) z množiny S hodnoty vzdáleností d s,t, pro které platí: 1. pro s t platí d s,t > 0 2. pro s = t platí d s,t = 0 3. vzdálenost je symetrická d s,t = d t,s 4. pro s t v platí d s,v + d t,v > d s,t 20/21

51 Metrický prostor Množina bodů S je metrickým prostorem, jestliže existuje vzdálenost, která dává pro uspořádané páry elementů (s, t) z množiny S hodnoty vzdáleností d s,t, pro které platí: 1. pro s t platí d s,t > 0 2. pro s = t platí d s,t = 0 3. vzdálenost je symetrická d s,t = d t,s 4. pro s t v platí d s,v + d t,v > d s,t 20/21

52 Metrický prostor Množina bodů S je metrickým prostorem, jestliže existuje vzdálenost, která dává pro uspořádané páry elementů (s, t) z množiny S hodnoty vzdáleností d s,t, pro které platí: 1. pro s t platí d s,t > 0 2. pro s = t platí d s,t = 0 3. vzdálenost je symetrická d s,t = d t,s neplatí např. v případě sítě silnic a jednosměrek cesta z A B: AB cesta z B A: BCDA 4. pro s t v platí d s,v + d t,v > d s,t 20/21

53 Metrický prostor Množina bodů S je metrickým prostorem, jestliže existuje vzdálenost, která dává pro uspořádané páry elementů (s, t) z množiny S hodnoty vzdáleností d s,t, pro které platí: 1. pro s t platí d s,t > 0 2. pro s = t platí d s,t = 0 3. vzdálenost je symetrická d s,t = d t,s 4. pro s t v platí d s,v + d t,v > d s,t 20/21

54 Topologie Topologie Studium formy Vědecká disciplína, která je součástí geometrie a zabývá se těmi geometrickými vlastnostmi, které se při geometrických transformacích nemění Geometrie relativní prostorové polohy Sedm mostů města Královce 21/21