SISTEMUL INFORMAŢIONAL GEOGRAFIC (GIS)

Sistemul Informaţional Geografic este perceput ca un sistem de decizie computerizat care achiziţionează, gestionează,manipulează, analizează şi vizualizează date georeferenţiate spaţial.

Tehnologia G.I.S. a apărut aproximativ la mijlocul anilor 1960 în Canada şi SUA , iar la începutul anului 1970 interacţionează şi cu alte discipline, în special în domeniu ştiinţific şi ingineresc.Canadienii au dezvoltat primul Sistem Internaţional Geografic de inventariere a resurselor naturale , pe care ulterior l-au îmbunătăţit continuu până în prezent.

1

A.TEMA PROIECTULUI

Proiectul presupune editarea rasterului digital pentru trapezul L-35-45-A-c-4-II.Datele grafice vor fi preluate de pe planurile topografice la scara 1:5 000 prin procedeul scanării şi digitizării în spaţiul ecranului.Informaţia grafică va fi organizată pe straturi tematice în mediul Autodesk Map 2005 şi relaţionarea acestora cu o bază de date de tip object data.

2

B.DATELE PROIECTULUI

1.Trapezul în format analogic la scara 1:5 000 L-35-45-A-c-4-II.2.Baza de date internă care conţine informaţii alfanumerice culese de pe hartă.

3

C.CUPRINSUL LUCRĂRII

1.Analiza informaţiilor grafice existente1.1.Analiza informaţiilor grafice din interiorul cadrului geografic al trapezului.2.Determinarea coordonatelor geografice elipsoidale φ şi λ ale trapezului

L-35-45-A-c-4-II.2.1.Transformarea coordonatelor elipsoidale φ şi λ în coordonate rectangulare plane

X,Y prin metoda coeficienţilor constanţi pe baza nomenclaturii foii de plan la scara 1:5 000.3.Definirea parametrilor proiectului şi georeferenţierea trapezului.3.1.Definirea sistemului de proiecţie al aplicaţiei G.I.S.3.2.Ataşarea sistemului de proiecţie definit aplicaţiei G.I.S.3.3.Definirea cadrului geografic şi a caroiajului rectangular3.4.Inserarea trapezului scanat în mediul G.I.S.3.5.Georeferenţierea trapezului scanat3.5.1.Georeferenţierea în mediul Autocad Map 20053.5.2.Georeferenţierea în mediul GTX

D.REZOLVAREA LUCRĂRII

1.Analiza informaţiilor grafice existente:Nomenclatura trapezului:L-35-45-A-c-4-IISistemul de proiecţie:Proiecţie Stereografică 1970Anul realizării:1978Scara de reprezentare a foii de plan este 1:5 000 unde se reprezintă forma

geometrică şi dimensiunile elementelor de planimetrie , precum şi relieful terenului prin formele sale.

1.1.Analiza informaţiilor grafice din interiorul cadrului geografic al trapezului.Teritoriile cuprinse:I.Judeţul Iaşi1.Comuna Gorbana.C.A.P. Gorbanb.Ocol silvic IaşiTrapezul cu nomenclatura L-35-45-A-c-4-II este poziţionat în judetul Iaşi şi

cuprinde parţial comuna Gorban (intravilan si extravilan). În interiorul trapezului relieful este reprezentat prin curbe de nivel cu echidistanţa de 2.5 m şi prin puncte cotate. Relieful este unul de deal. Pentru reprezentarea categoriilor de folosinţă a terenurilor s-au folosit semne convenţionale pentru scara 1:5 000, regasindu-se următoarele categorii: curţi-construcţii, arabil, fîneaţă, păşune, vie.

Hidrografia este reprezentată tot prin semne convenţionale corespunzătoare cursurilor de apă cu curgere permanentă/temporară.

Căile de comunicatii sunt reprezentate de drumuri comunale si de exploatare, acoperite în general cu piatră, cu lăţimi de 3,4 si 7 m.

Pe trapez mai apar limite administrative si elemente de toponimie.

4

2.Determinarea coordonatelor geografice elipsoidale φ şi λ ale trapezului L-35-45-A-c-4-II.

2.1.Transformarea coordonatelor elipsoidale φ şi λ în coordonate rectangulare plane X,Y prin metoda coeficienţilor constanţi pe baza nomenclaturii foii de plan la scara 1:5 000.

Calculul coordonatelor rectangulare stereografice 1970 pe plan tangent (Xtg,Ytg ) din coordonate geografice (φ,λ) ale colţurilor trapezelor de pe elipsoidul de referinţă Krasovski.

Pe baza coordonatelor geografice ale colţurilor trapezelor de pe elipsoidul de referinţă Krasovski,se efectuează calculul coordonatelor rectangulare stereografice pe plan tangent (Xtg,Ytg ) cu ajutorul formulelor cu coeficienţi constanţi de forma:

Xtg = ( a00 + a10f + a20f2 + a30f3 + a40f4 + a50f5 +a60f6 ) 1.000 + ( a02 + a12f + a22f2 + a32f3 + a42f4 )l2 + ( a40 + a14f + a24f2 ) l4 + ( a06 ) l6 +………

Ytg = ( b01 + b11f + b21f2 + b31f3 + b41f4 + b51f5 ) 1.000 + ( b03 + b13f + b23f2 + b33f3 ) l3 + ( b05 + b15f ) l5 + ……….

Unde: aij , bij -sunt coeficienţi constanţi cu valori pozitive şi negative,ce s-au calculat

în funcţie de coordonatele geografice ale punctului central al proiecţiei Stereografice –1970 şi de parametri geometrici ai elipsoidului de referinţă Krasoski.

f, f2,…,f6 -reprezintă diferenţele dintre latitudinile punctelor considerate de pe

elipsoid şi latitudinea punctului central = 460 .

l, l2,…,l6 -reprezintă diferenţa dintre longitudinile punctelor de pe elipsoid şi

longitudinea punctului central, = 250 .

Pentru calculul coeficienţilor constanţi a ij , bij s-au folosit următoarele expresii:

5

în care,pentru latitudinea punctului central, s-au obţinut următoarele

valori numerice ale funcţiilor: şi ale elementelor folosite la calculul

coeficienţilor constanţi:

,

unde:

,

unde: a = 6 378 245.000 m e2 = 0.006 693 421 623

Valorile obţinute pentru expresiile primilor coeficienţi a10; a20; a30; a40... şi b01; b11 b21 b31;sunt prezentate mai jos. În mod asemănător, s-au determinat şi valorile pentru ceilalţi coeficienţi constanţi din formulele de calcul ale coordonatelor rectangulare stereografice – 1970 (Xtg , Ytg) în cazul când planul de proiecţie este tangent la elipsoid în punctul central al proiecţiei.

a10 = 308 758.957 981 300 a20 = 75.358 496 700 a30 = 60.216 273 301 a40 = 0.014 857 100 ........................................... b01 = 215 179.420 837 700 b11 = -10 767.838 628 900 b21 = -128.660 028 700 b31 = -2.106 091 200 ............................................

Cu ajutorul formulelor şi coeficienţi constanţi calculaţi pentru = 460,în care,s-au

menţinut şi termenii de ordinul şase,se poate efectua transformarea coordonatelor geografice în coordonate rectangulare plane stereografice pentru orice punct situat între latitudinile extreme de nord şi sud ale ţării noastre,ce sunt cuprinse în intervalul

latitudine nordică.

În cazul teritoriului cadastral al judeţului Iasi se va efectua trecerea coordonatelor geografice în coordonate rectangulare plane Stereo pentru cele 4 puncte 1, 2, 3, 4, ale colţurilor trapezelor de pe elipsoid cu nomenclatura: L-35-45-A-c-4-II la scara 1: 5 000.

Succesiunea operaţiilor de rezolvare cuprinde toate fazele de calcul după cum urmează:

1. Se scriu datele necesare transformării coordonatelor geografice în coordonate rectangulare plane sterografice:

-numărul punctului :1, 2, 3, 4;

6

-nomenclatura trapezului: L-35-45-A-c-4-II;-scara de reprezentare:1:5 000;-coordonatele geografice ( ) ale punctului 1,2,3,4.

2. Se calculează diferenţele de latitudine( ) şi longitudine ( )din

coordonatele geografice ale colţurilor trapezului 1,2,3,4 şi ale punctului central,cu ajutorul relaţiilor:

şi ,în care i=1,2,3,4

3. Se transformă diferenţele pe latitudine( )şi pe longitudine( ) din grade în

secunde,dupa care se exprimă sub forma: şi

-se calculează şi se scriu valorile f, f2,…,f6, pentru rezolvarea abcisei Xtg şi valorile f, f2,…,f5 pentru rezolvarea ordonatei Ytg cu un număr de nouă zecimale.

-se calculează şi se scriu valorile f2 ,f4 şi f6 pentru rezolvarea abcisei Xtg şi valorile f ,f3 şi f5 pentru rezolvarea ordonatei Ytg ,cu un număr de nouă zecimale

-sunt înscrise valorile coeficienţilor constanţi aij şi bij cu semnul şi cu un număr de nouă zecimale.

Pentru rezolvarea formulelor cu coeficienţi constanţi,se calculează: S0= ( a00 + a10f + a20f2 + a30f3 + a40f4 + a50f5 +a60f6 )

S2=( a02 + a12f + a22f2 + a32f3 + a42f4 )S4=( a40 + a14f + a24f2 )S6=( a06 )

S1 = ( b01 + b11f + b21f2 + b31f3 + b41f4 + b51f5 ) S3=( b03 + b13f + b23f2 + b33f3 )

S5=( b05 + b15)Se scriu relaţiile Xtg şiYtg sub forma: Xtg = S01,000+ S2l2 S4l4+ S6l6

Ytg = S0.1,000+ S3l3 +S5l5

Se efectuează produsele dintre semnele S0 ,S2, S4, S6 şi valorile 1,000; l2 , l4

,l6 care se înscriu cu un număr de nouă zecimale,ca rezultate parţiale r0 ,r2 ,r4 şi r6.

Se efectuează produsele dintre semnele S1 ,S3, S5 şi valorile l , l3 ,l5 care se înscriu cu

un număr de nouă zecimale,ca rezultate parţiale r1 ,r3 şi r5.

Se însumează rezultatele parţiale pe baza cărora,se obtin valorile coordonatelor stereografice din plan tangent cu ajutorul relaţiilor:

şi

Calculul coordonatelor rectangulare stereografice din planul secant unic-1970 (XSEC ,YSEC )

7

Pentru trecerea coordonatelelor rectangulare stereografice–1970 din plan tangent (Xtg , Ytg) în plan secant (Xsec,Ysec ) se face înmulţirea coordonatelor calculate în planul tangent,cu coeficientul de reducere la scară sau factorul la scară (C)

Exemplu de calcul pentru punctul 1NV:

=0.999 750 000*Xtg

=0.999 750 000* Ytg

Valorile numerice ale coordonatelelor rectangulare Stereografice din planul secant (Xsec , Ysec ) se înscriu cu trei zecimale, după care,se face şi trecerea coordonatelor (X sec,Ysec

) din sistemul de axe cu originea în centrul sau polul proiecţiei Stereo–70, ,în

sistemul de axe translat folosindu-se relaţiile:

=500 000.000+ Xsec

=500 000.000+ Xsec

unde: X0=500 000,000m şi Y0=500 000,000mRezolvarea practică a formulelor cu coeficienţi constanţi se poate face în sistemul

clasic al tabelelor tipizate sau în sistemul automatizat al automatizării unui program de calcul tabelar MICROSOFT EXCEL.

Coordonatele rectangulare plane ale colţurilor trapezelor în proiecţia stereografică–1970 se obţin prin transformarea coordonatelor geografice ale punctelor respective, pe baza formulelor cu coeficienţi constanţi cu o precizie de 0,01 m.Se menţionează că, pe baza folosirii formulelor cu coeficienţi constanţi, s-au calculat coordonatele rectangulare plane ale colţurilor trapezelor, până la scara 1: 2.000. Aplicarea practică a acestor formule cu coeficienţi constanţi se poate face atât pentru colţurile trapezelor geodezice, cât şi pentru diferite puncte izolate de pe elipsoid.

SCARA 1 : 5 000

Nr.

punct

Poziţie

punct

Coordonate geografice

φ (o ’ ’’) λ (o ’ ’’)

1 2 3 4

1 1NV 46o 52’30’’ 28o 05’37’’.5

8

2 2NE 46o 52’30’’ 28o 07’30’’

3 3SV 46o51’15’’ 28o 07’30’’

4 3SE 46o51’45’’ 28o 05’37’’.5

Nr.

punct

Poziţie

punct

Coordonate rectangulare Stereo-70

X(m) Y(m)

1 2 3 4

1 1NV 601857.885 735772.229

2 2NE 601951.573 738153.092

3 3SV 599543.258 735862.845

4 3SE 599636.966 738244.623

Nr.

punct

Poziţie

punct

Coordonate rectangulare Gauss

X(m) Y(m)

1 2 3 4

1 1NV 5194023.193 5583381.125

2 2NE 5194056.863 5585763.423

3 3SV 5191707.176 5583413.392

4 3SE 5191740.848 5585796.612

3.Definirea parametrilor proiectului şi georeferenţierea trapezului.3.1.Definirea sistemului de proiecţie al aplicaţiei G.I.S. Sistemul de proiecţie este modalitatea de reprezentare a suprafeţei

pământului pe o suprafaţă plană.Autodesk Map dispune de aproape toate sistemele de proiecţie existente în lume.Definirea unui sistem de proiecţie presupune parcurgerea unor paşi de lucru,care sunt descrişi în continuare:

9

1. Map-Tools-Define Global Coordinate System Se activează fereastra Global Coordinate System Manager fig.3.1 după care

apasă butonul Category Manager.Se activează fereastra Coordinate System Category Manager, care conţine toate categoriile de sisteme de coordonate existente.

Fig.3.1. Activarea ferestrei Global Coordinate System Manager

Pentru definirea unui nou sistem de proiecţie se apasă butonul New ,fiind activată

fereastra New Category (fig.3.2).

10

Fig3.2. Activarea ferestrei New Category

În dreptunghiul Category Name se trece numele noului sistem de proiecţie (de exemplu România –Stereo),apăsându-se apoi OK,pentru a confirma selecţia (fig.3.3).

Fig 3.3 Selecţia noului sistem de proiecţie Se revine în fereastra Coordinate System Category Manager şi se apasă butonul

Close pentru a închide fereastra.Se revine în fereastra Global Coordinate System Manager şi se lansează procedura

de definire a parametrilor noului sistem de proiecţie .Definirea noului sistem de coordonate se face prin selectare,în dreptunghiul

Category,a numelui categoriei (România –Stereo),apoi se apasă butonul Define(fig.3.4).Se activează fereastra Define Global Coordinate System(fig.3.4)şi prin intermediul

acesteia se definesc parametrii sistemului de proiecţie.Această fereastră conţine două taburi denumite General şi Projection, utile în definirea caracteristicilor proiecţiei.

11

Fig.3.4 Definirea noului sistem de coordonate

Pentru definirea sistemului de proiecţie Stereo-70 al României se procedează astfel: Se înscrie numele sistemului în dreptunghiul Code ,care poate fi un cuvânt

oarecare(ST-70); In dreptunghiul Units se selectează unitatea de măsură(metru);

În dreptunghiul Description se înscrie denumirea sistemului de proiecţie explicitată

Pentru selectarea tipului sistemului de coordonate există două opţiuni: Geodedic Non-geodedic

Pentru cazul trapezului meu am folosit a doua variantă .Opţiunea Nongeodedic permite selectarea elipsoidului sistemului de coordonate.

Se marchează opţiunea Non-Geodedic şi se apasă butonul Select.Se activează fereastra Select Ellipsoid , are conţine inventarul elipsoizilor definiţi în mediul Autodesk(fig.3.5).

12

Fig.3.5 Activarea ferestrei Select Ellipsoid

Se alege elipsoidul Krasovsky 1940/1948 şi se apasă butonul OK pentru a confirma selecţia .

Astfel este reactivată fereastra Define Global Coordinate System unde sunt afişate datele definite anterior (fig.3.6).

13

Fig. 3.6 Reactivarea ferestrei Define Global Coordinate System

Se apasă tab-ul Projection şi se definesc parametrii sistemului de coordonate.Se

procedează astfel: (fig.3.7) Se alege tipul proiecţiei (Oblique Stereographic), din greptunghiul

Projection; Se înscriu coordonatele originii false (500 000,500 000),în dreptunghiurile

Northing şi Easting; Se înscrie valoarea coordonatei geografice pe latitudinea originii sistemului de

coordonate(46 grade),în dreptunghiul Origin Latitude; Se înscrie valoarea coordonatei geografice pe longitudinea originii sistemului

de coordonate(25 grade),în dreptunghiul Origin Longitude; Se înscrie valoarea coeficientului de reducere la scară (0,99975),în

dreptunghiul Scale reduction.

14

Fig. 3.7.Definirea parametrilor sistemului de coordonate

Se apasă butonul OK pentru a confirma toate comenzile efectuate după care se revine în fereastra Global Coordinate System Manager.În această fereastră este afişat şi noul sistem de proiecţie definit.Se apasă butonul Close şi se inchide fereastra jmusica

Sistemul de proiecţie stereografic –1970 are la bază principiile şi formulele aplicate şi în sistemul de proiecţie stereografic – 1930, ce au fost definite de geodezul francez H.Roussilhe, în 1924. Parametrii proiecţiei stereografice –1970 au fost determinaţi în funcţie de elementele elipsoidului de referinţă, de poziţia punctului central Qo (φo,λo), şi de adâncimea planului secant unic faţă de planul tangent din punctul central.

Proiecţia stereografică – 1970, este o proiecţie azimutală perspectivă oblică conformă, pe plan secant, care păstrează nedeformate unghiurile, dar deformează radial, lungimile şi suprafeţele.

3.2.Ataşarea sistemului de proiecţie definit aplicaţiei G.I.S.Proiectului S.I.G îi pot fi ataşate diferite sisteme de proiecţie,pentru a putea integra date din

alte sisteme sau pentru a exporta date către acestea.Pentru ataşarea sistemului de proiecţie la trapezul meu paşii de lucru sunt următorii:

1. Map-Tools –Assign Globale Coordinate System (fig 3.8)

15

Fig.3.8. Activarea funcţiei Coordinate System Se apasă butonul Select Coordinate System şi este lansată fereastra Select Global

Coordinate System,prin intermediul căreia se selectează sistemul de coordonate.Se alege categoria România Stereo şi apoi se apasă butonul OK pentru a confirma

selecţia.Astfel sistemul de coordonate selectat este afişat pentru ataşare.Se apasă butonul OK pentru a confirma codul selectat şi pentru a încheia procedura de ataşare a sistemului de coordonate proiectului în lucru.(fig 3.9).

16

Fig.3.9. Lansarea ferestrei Select Global Coordinate

3.3.Definirea cadrului geografic şi a caroiajului rectangular

Definirea cadrului geografic şi a caroiajului rectangular se face pentru a defini spaţiul real de constrângere a imaginii trapezului scanat. Acest lucru se realizează prin desenarea conturului cadrului geografic folosind coordonatele transcalculate ale colţurilor trapezului L-35-45-A-c-4-II şi trasarea caroiajului kilometric. Informaţia va fi aşezată pe trei straturi astfel:

- cadru geografic - limitează informaţia grafică;- caroiaj - reţea kilometrică rectangulară din 500 în 500m;- nomenclatura - codificarea trapezului conform regulii cartografiei.

Cele trei tipuri de informaţii sunt prezentate în figura 3.4

17

3.4.Inserarea trapezului scanat în mediul G.I.S.Inserarea imaginii trapezului scanat se face pentru a integra informaţia grafică

existentă pe trapez, în proiectul SIC - ca sursă de date grafice – prin procesele de georeferenţiere şi digitizare.

Procedura de inserare este urmatoarea:

-se activează procesul din Map-Image-Insert, care lansează fereastra de căutare şi de selecţie a imaginii scanate Insert Image;

-se selectează fişierul Image (L-35-45-A-c-4-II) şi se activează butonul Open care deschide fereastra Image Correlation.

Fereastra Image Correlation conţine cele două meniuri active Source şi Insertion (fig. 3.5), care conţin coordonatele x, y, z ale punctului de inserare, unghiul de rotire, scara de inserare a imaginii precum şi un buton Pick prin activarea căruia se poate insera imaginea prin punctare cu mouse-ul.

18

Fig. 3.5 Fereastra Image Correlation cu cele două meniuri active Source şi Insertion

3.5.Georeferenţierea trapezului scanat

Georeferenţierea este procesul specific mediului SIG prin intermediul căruia informaţia grafică digitală este adusă pe poziţia ei spatială. În procesul de georeferenţiere se folosesc acele puncte care se găsesc pe trapez şi care au şi coordonatele cunoscute. Pentru georeferenţierea oricărei imagini sunt necesare minim trei puncte.

Punctele care pot fi folosite la georeferenţierea imaginii unui trapez scanat sunt urmatoarele:

- colţurile cadrului geografic;- punctele de intersecţie dintre cadrul geografic şi caroiajul kilometric;- punctele de intersecţie dintre liniile caroiajului kilometric;- punctele de triangulaţie din reţeaua geodezică;

- orice alt punct care are coordonate cunoscute şi este reprezentat pe plan.

Pentru proiectul SIC al teritoriului trapezului L-35-45-A-c-4-II georeferenţierea s-a realizat în două etape şi anume o etapă în mediul Autodesk MAP 2005, iar a doua etapă în mediul GTX.

19

3.5.1.Georeferenţierea în mediul Autocad Map 2005

Mediul Autodesk MAP 2005 are o funcţie de georeferenţiere care constrânge riguros informaţia digitală tip vector, iar pe cea de tip raster o constrânge cu erori mai mari. Există un software al aceleiaşi firme numit Raster Design specializat pe lucrul cu imagini raster inclusiv georeferenţierea acestora.

Pentru georeferenţierea imaginii trapezului scanat am folosit patru puncte. Pentru începerea procedurii de georeferenţiere se procedează astfel:

- se lansează funcţia de georeferenţiere Map-Tools-Rubber Sheet;- se punctează cu mouse-ul pe primul colţ a cadrului geografic de pe imaginea scanată, apoi se selectează colţul corespunzător de pe cadrul geografic în format vector. Se procedează identic pentru toate cele patru colţuri ale cadrului geografic şi se tastează Enter. (fig. 3.7.1);-se tastează opţiunea Select şi se selectează imaginea trapezului scanat. După selectarea imaginii aceasta este constransă pe poziţia reală (fig. 3.6);

3.5.2.Georeferenţierea în mediul GTX

GTX este un software de prelucrare a imaginii, de georeferenţiere, vectorizare şi rasterizare. GTX este ca o extindere pe platforma CAD-ului. Georeferenţierea este facută cu o mare acurateţe pe un număr mare de puncte. Nu este obligatorie punctarea într-o anumită ordine. Procedura de georeferenţiere se va desfasura astfel :

- se deschide fişierul cu imaginea georeferenţiată în MAP(in care s-au evidentiat ulterior şi punctele de intersectie ale caroiajului trapezului din imaginea Raster ) în mediul GTX-ului;

- se activează straturile contur_trapez şi caroiaj; - se aduce în referinţă fişierul cu punctele din reţeaua de triangulaţie sau alte puncte determinate.Insert – Image manager – Attach – Selectare fişier – OK În pasul următor se începe procesul de georeferenţiere din meniul bară

20

GTX Enhance – Warp – ADD Point Pairs – se punctează fiecare punct al coltului trapezului şi punctele de intersectie ale caroiajului imaginii cu corespondentele trapezului vector, cum s-a procedat şi în mediul Autodesk Map.

După terminarea punctării, ultima comandă care se dă este Warp .După terminarea procesului de georeferenţiere şi verificarea prin vizualizare a poziţiei elementelor

cunoscute, imaginea va fi decupată pe conturul cadrului geografic astfel :Modify – Clip – Image – Selectare imagine – Enter – Poligonal – Enter – punctare

colţuri poligon (pe ultimul tronson se dă Close).

21