SPŠS Č.Budějovice Obor Geodézie a Katastr nemovitostí RASTR RASTROVÉ ANALÝZY

Transkript

1 SPŠS Č.Budějovice Obor Geodézie a Katastr nemovitostí RASTR RASTROVÉ ANALÝZY

2 TYPY PROSTOROVÝCH OBJEKTŮ Vektorová data geometrie prostorových objektů je vyjádřena za použití geometrických elementů základními geometrickými elementy jsou: bod, linie, polygon je možné pracovat s jednotlivými objekty jako se samostatnými celky atributy prostorových objektů jsou připojeny pomocí tabulky vztah mezi prostorovou objekty je zajištěný pomocí topologie Rastrová data rovinný prostor je rozdělen pravidelnou mříží na jednotlivé dílky, zvané buňky (tzv. pixely) poloha pixelu je dána jeho souřadnicemi každý pixel má v sobě jedinou hodnotu atributu prostorové vztahy mezi objekty jsou implicitně obsaženy v rastru

3 RASTROVÁ DATA

4 RASTROVÁ DATA Rastrová data Jeden ze dvou význačných fenoménů GIS Některé GIS nástroje pracují výhradně pouze v rastru Částečná převoditelnost s vektorovým vyjádřením Některé jevy lze modelovat pouze rastry (povrchy, snímky) Zaměření na analýzy (vrstevnice versus DMT) Princip: sledujeme veličinu a její spojité rozložení v prostoru (prostorový proces). Její digitální reprezentace v GISu se pochopitelně rozloží do sítě (mozaiky) diskrétních elementů. Definice (volná): prostorově na sebe navazující množina dvoj- nebo trojrozměrných elementů různého tvaru a velikosti, které kompletně vyplňují zkoumanou plochu (prostor). Rastr je uložením ČÍSEL Rastr rozhodně NENÍ vrstvou s barvičkami!!!

5 RASTROVÁ DATA Úvod do rastrů Nebrat jako (pravidelnou) síť polygonů! Rozdíly: buňky jsou neoddělitelně spojené s atributovou hodnotou polygon (vektor) má podčásti - body, hrany (+pravidla) ohraničení buňky je pouze myšlené a nemá reálný význam (ohraničení buňky není tvořeno existujícím geo-objektem) Rastr je systém protínajících se čar, které ohraničují jednotlivé buňky (jistá definice dělení prostoru). Tesselation = mozaika

6 RASTROVÁ DATA Jednoduchost geometrie a topologie rastrové reprezentace je v kontrastu s problémy reprezentovat geoobjekty s dostatečnou věrností (poloha, tvar, měřítko). Bodové objekty jsou reprezentovány buňkou. Liniové objekty - sekvencí buněk. Plošné objekty - množina sousedících buněk. Rastr je možno si představit jako matici čísel a takto s ní i pracovat (strukturování, komprese).

7 RASTROVÁ DATA Dělení prostoru: pravidelné (regular) - tvar buněk je přesně definovaný (čtverec, trojúhelník, šestiúhelník). Dále je dělíme na mozaiky: se stejnou rozlišovací úrovní - stejně velké buňky s odlišnou... nebo hierarchické - změny jsou definované nepravidelné (irregular) - buňky různých tvarů a velikostí Praxe: pravidelné tesselace, stejná rozlišovací schopnost, čtverce DPZ, FTM, nepravidelné trojúhelníkové tesselace - DMT pravidelné tesselace nepravidelné tesselace

8 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Buňky, rozmístění Mřížka se používá čtvercová: přirozené uložení dat v pamětech, I/O zařízení, karteziánský souřadný systém. Buňky rastru (cells), pixely, voxely (3D varianta pixelu). Hexagonální mřížka - některé aplikace - vzdálenosti středů sousedních buněk jsou stejné. Některé analytické operace. Polohou buňky je míněna poloha STŘEDU!!! Buňky mohou mít stranu o délce stovek metrů, pak je zkoumání polohy buňky důležité

9 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Buňky tvar buněk

10 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Buňky Atribut buňky rastru Prostorový proces byl diskretizován rastrem. (diskrétní hodnoty) Co proces vyjadřuje: Hodnotu zkoumané jedné veličiny (nadmořská výška) float, int atribut Hodnotu z výčtového typu (kategorie). K vrstvě nutno připojit tabulku dávající sémantiku kategoriím (například půdní typy, landcover) Dvouhodnotový rastr (1/NULL) nenulová hodnota značí pouze místa, kde platí daná podmínka (PRAVDA x NEPRAVDA) Fotografie (z DPZ) v různých spektrech (barevná škála)

11 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Ukázka celočíselného černobílého rastru a jeho hodnot : 0 černá, bílá Ukázka barevného rastru s pohyblivou desetinou čárkou barevnost je zadána dle intervalu 15,70-15,79 žlutá apod. Při grafickém ztvárnění rastrových vrstev (mapový náhled) se často používají barvy pro odlišení různých kategorií nebo intervalů hodnot

12 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Buňky Atribut buňky rastru Hodnoty zkoumané jedné veličiny : nadmořská výška, grafient

13 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Buňky Atribut buňky rastru Hodnota z výčtového typu (kategorie)

14 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Buňky Atribut buňky rastru Dvouhodnotový rastr využití např. k maskování (zobrazuje, kde je vodní plocha a kde je les)

15 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Buňky Atribut buňky rastru Různé typy rastrů využití různých částí elektromagnetického spektra infračervené pásmo, radarový snímek, viditelné pásmo

16 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Topologie rastru Topologie (vztah k ostatním) je v rastru implicitní není třeba ji ukládat Dva druhy sousedů: plní-dokonalí sousedi - okolní elementy ve stejném řádku a sloupci diagonální sousedi - na rozích Topologické vztahy jsou základem pro vykonání různých operací (filtry, prohledávání) filtrující operace se provádí nad okolím buňky....např Funkce šíření vychází z buňky do okolních...

17 PRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Tématika rastru stejný přístup jako u vektorové reprezentace - jedna vrstva = jedno téma Vrstva obsahuje informace o jednom mapovém tématu - čistota informace, využití na pozdější analýzy Komplikovaná selekce témat do vrstev (rastrový model vznikl z digitálního zpracování obrazu) Analýza obrazu z DPZ (rastrové analýzy) Reklasifikace (rastrové analýzy např. vyhledání daného typu porostu)

18 NEPRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Trojúhelníkové tesselace Varianty - pravidelné a nepravidelné. Trojúhelníky nemají stejnou orientaci. Modely reprezentující terén a jiné povrchy - proměnlivá velikost trojúhelníku. Trianguled irregular networks TIN - reprezentace modelů terénů. Komprese údajů. Rastr výškového modelu se převede na nepravidelný trojúhelníkový rastr - lze dokonce i určovat míru komprimace

19 NEPRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA TIN = irregular triangle network síť nepravidelných trojúhelníků Ze souboru vstupních bodů lze vytvořit velké množství triangulací. V praxi se používají převážně 2 metody: Distance ordering (vzdálenostní uspořádání) 1. výpočet vzdáleností mezi všemi dvojicemi bodů, jejich vzestupné uspořádání 2. spojení nejbližšího páru bodů, pokud tato úsečka neprotíná jinou linii 3. opakovat předchozí krok dokud nejsou vyčerpány všechny možnosti 4. body jsou nyní uspořádány do trojúhelníků, může se projevit trend vytváření protáhlých trojúhelníků místo preferovaných plochých Delaunayova triangulace tři body vytvářejí Delaunay trojúhelník jestliže v kružnici opsané trojúhelníku neleží žádný další bod.

20 NEPRAVIDELNÁ RASTROVÁ DATA Thiesenovy, Voronoiovy nebo Dirichletovy diagramy nejstarší metoda, první zmínky Descartes 17. stol. první moderní aplikace Thiessen (1908) plošné rozložení srážek měřené hodnoty na bodech, oblast rozdělena na polygony, kdy každý bod uvnitř polygonu je blíže k vztažnému bodu uvnitř tohoto polygonu než ke kterémukoliv sousednímu

21 RASTROVÁ DATA Význačné rastry v GISech Výškový model DEM, elevation, topo SRTM Shuttle Radar Topography Mission Landcover/landuser Corine DPZ všeho druhu Landsat, SPOT, Geodis, SENTINEL Data o životním prostředí MES, meteorologické mapy ORTOFOTO Ortofoto snímky z ČÚZK FOTOGRAMETRICKÉ SNÍMKY Archivní snímky ČÚZK, LMS, vlastní letecké snímky apod. Další dle technických zvyklostí uživatelů/nástrojů.