UNIVERSITATEA TEHNIC DIN CLUJ-NAPOCAFACULTATEA DE INSTALAII2015

ACTIVITATE DE CERCETARE SI PROIECTARE I

QUANTIM GIS

Dumitru VladGrupa 3511

Caracteristici de bazCaracteristicile de baza sunt urmatoarele: sprijin pe biblioteca OGR pentru date raster i vectoriale; suport pentru PostgreSQL activat spaial utiliznd tabele PostGIS; integrare a pachetului GRASS, pentru vizualizare, editare i analiz spaiala; digitizare GRASS i OGR/File shp (shapefile); realizator de hri; suport OGC; prezentare general a panoului de lucru; legturi spaiale (bookmarks semne de carte); identificare / selectie a caracteristicilor; editare / vizualizare / cautare a atributelor; facilitate de scriere a inscriptiilor; alegerea proieciei cartografice; salvarea i restaurarea proiectelor; export pentru un fiier hart Mapserver; modificarea simbolurilor pentru date vectoriale i raster;arhitectur extensibl.

Introducere n GIS

GIS este un domeniu relativ nou - a nceput n anii 1970. Aplicaiile GIS computerizate erau disponibile doar pentru companii i universiti care deineau echipamente informatice scumpe. n zilele noastre, oricine dispune de un calculator personal sau un laptop poate folosi software-ul GIS. n plus, de-a lungul timpului, aplicaiile GIS au devenit mai uor de utilizat - chiar dac e necesar o instruire solid pentru utilizarea unei aplicaii GIS, acest domeniu este mult mai uor de abordat, att pentru amatori ct i pentru utilizatorii ocazionali. Aa cum s-a specificat mai sus, GIS nseamn mult mai mult dect un program, incluznd i toate aspectele legate de gestionarea i utilizarea datelor geografice digitale.

GIS este alctuit din: Date digitale informaiile geografice pe care le vei afia ile vei analiza folosind calculatoare i programe. Echipamente de calcul computere utilizate la stocarea, afiarea i procesarea datelor. Programe de calculator soft-uri care ruleaz pe echipamente de calcul i care v permit s lucrai cu datele digitale. Un program de calculator care face parte din GIS se numete Aplicaie GIS.Cu o aplicaie GIS se pot deschide hri digitale de pe computer, se pot aduga noi informaii spaiale hrilor existente, se pot tipri hri personalizate i se poate efectua analiza spaial.Un sistem informatic geografic (SIG) este o colecie de software, hardware, date, tehnologii, metode i oameni, colectie care permite crearea, stocarea, vizualizarea, interogarea i analiza datelor geospatiale. Datele geospatiale se refer la informaii despre poziia geografic a unei entiti. Acest lucru presupune deseori utilizarea unui sistem de coordonate geografice, de exemplu latitudinea i longitudinea pe sfera terestr sau pe elipsoidul terestru. Datele spaiale este o alt expresie utilizat frecvent, i cu sinonimele date geografice, date SIG, date cartografice, date de poziie, coordonate i date spaiale, date geometrice.Aplicaiile ce folosesc date geospatiale au o varietate de funcii. Producia de hri este cel mai uor de neles n funcie de cererile geospatiale. Programele de cartografiere prezint convenabil i uor de inteles datele geospatiale, ntr-o form vizibil pe un ecran sau de pagini tiprite. Tipuri de analiz includ proceduri complexe de calcul, cum ar fi:1. calculul distantelor ntre poziii geografice, n plan, pe sfera terestr sau pe elipsoid;2. calculul ariilor zonelor;3. suprapunerea de caracteristici geografice;4. numrul de locaii la o anumit distan de un alt poziie etc.Acestea pot prea simple, dar pot fi aplicate n tot felul de moduri conform multor domenii. Rezultatele analizei pot fi afiate pe o hart, dar sunt de multe ori tabelate intr-un raport ce serveste ca suport pentru deciziile de management ale unor organizatii mari, cu dispunere a componentelor organizaionale pe zone extinse.

Datelereprezint un alt cuvnt pentruinformaii. Informaiile pe care le folosim ntr-un GIS au, n mod normal, un aspect geografic.Exemplu:LongitudineLatitudineVremeDat

26.870436-31.909519Ploaie13/12/2008

Coloanele longitudine si latitudine contin date geografice, iar coloanele Vreme si Data contin date nongeografice.O trstur comun a GIS este faptul c acestea v permit s asociai informaii (date non-geografice) cu locuri (date geografice). De fapt, aplicaia GIS poate stoca mai multe piese de informaii, care sunt asociate unor locuri lucru la care hrile de hrtie nu sunt foarte bune.Deci, cu o aplicaie GIS, avem o modalitate de a schimba cu uurin aspectul hrilor, crendu-le pe baza datelor non-geografice asociate locaiilor.Sistemele GIS lucreaz cu mai multe tipuri diferite de date.Datele Vectorialesunt stocate ca o serie de perechi de coordonateX, Yn interiorul memoriei calculatorului. Datele vectoriale sunt folosite pentru a reprezenta puncte, linii i suprafee. Ilustraiade mai josprezint diferite tipuri de date vectoriale, aa cum se vd ntr-o aplicaie GIS.

Figura Date Vectoriale:

Datele vectoriale sunt folosite pentru a reprezenta puncte (de exemplu, oraele), linii (de exemplu, rurile) i poligoane (de exemplu, limitele municipale).Datele Rastersunt stocate ca o gril de valori. Exist multe satelii care nconjoar pmntul, iar fotografiile pe care le iau sunt un tip de date raster care pot fi vizualizate ntr-un GIS. O diferen important ntre datele raster i cele vectoriale arat c, dac mrii prea mult o imagine raster, ea va ncepe s apar ptroas (a se vedea ilustraiileFigura Date Raster 1i Figura Date Raster 2). De fapt, aceste blocuri reprezint celulele individuale ale reelei de date care formeaz imaginea raster. Figura Date Raster 1:

Datele raster sunt adesea imagini luate din satelii. Aici se pot vedea munii din Eastern Cape.

Figura Date Raster 2:

Aceleai date raster, dar de data aceasta mrite. Se observ c datele sunt organizate ntr-o gril.

Date Vectoriale

La nivelul cel mai simplu, ntr-o aplicaie GIS putem folosi datele vectoriale n acelai mod n care folosim o hart topografic normal. Puterea real a GIS ncepe s se arate atunci cnd ncepem s punem ntrebri de genul care dintre case se ncadreaz sub nivelul de inundaii al unui ru, de-a lungul ultimilor 100 ani?; unde este cel mai bun loc pentru construirea unui spital, astfel nct s fie uor accesibil pentru ct mai muli locuitori?; care dintre elevi locuiesc ntr-o suburbie anume?. Un GIS este un instrument excelent pentru a obine rspunsul la aceste tipuri de ntrebri, folosindu-se de ajutorul datelor vectoriale. n general, denumimanaliz spaial activitatea prin care se obine rspunsul la aceste tipuri de ntrebriDatelevectorialefurnizeaz o modalitate de a reprezentaentitilelumii reale n mediul GIS. Tot ceva ce se poate vedea ntr-un peisaj reprezint entiti. Imaginai-v c v aflai pe vrful unui deal. Privind n jos, putei vedea case, drumuri, copaci, ruri, i aa mai departe. Fiecare dintre aceste lucruri se numescentiti, atunci cnd le reprezentm ntr-o aplicaie GIS. Entitile vectoriale auatribute, care constau din text sau informaii numerice caredescriuentitile.Forma unei entiti vectoriale este reprezentat de ogeometrie. Geometria este alctuit din unul sau mai multenoduriinterconectate. Un nod descrie o poziie n spaiu, folosind unX,Yi, opional, axaz. Geometriile care au noduri cu o axZsunt adesea menionate ca2.5D, deoarece ele descriu nlimea sau adncimea la fiecare nod, dar nu pe ambele.Cnd geometria unei entiti const ntr-un singur nod, atunci entitatea va avea forma unuipunct. n cazul n care geometria este format din dou sau mai multe noduri, iar poziia primului nu este identic cu cea a ultimului nod, se realizeaz o entitate de tip polilinie. n cazul n care sunt prezente trei sau mai multe noduri, iar poziia ultimului vrf coincide cu cea a primului, se formeaz o entitate de tippolygon.

a) Entitile de tip punct n detaliu

Primul lucru pe care trebuie s-l realizm atunci cnd vorbim despre entitile de tip punct, este acela c ceea ce am descris ca un punct n GIS reprezint o chestiune de opinie, care depinde n general de scar. S lum un ora, ca exemplu. Dac avei o hart la scar mic (care acoper o arie mare), poate avea sens s reprezentai un ora printr-o entitate de tip punct. Cu toate acestea, n timp ce mrim harta, trecnd la o scar mai mare, are mai mult sens s reprezentm limitele oraului printr-un poligon.Hotrrea de a utiliza puncte pentru reprezentarea unei entiti se ia n funcie de scar (ct de departe suntei fa de entitate), comoditate (se consum mai puin timp i efort pentru a crea puncte fa de poligoane), i de tipul entitii (unele lucruri, cum ar fi stlpii de telefon, nu are sens s fie stocate ca poligoane).Aa cum se vede nfigura de mai sus, o entitate de tip punct este caracterizat prin valorile X, Y i opional, Z. Valorile X i Y depind de sistemul de coordonate de referin(CRS)folosit. Vom intra, ulterior, ntr-un alt tutorial, n mai multe detalii despre coordonatele de referin. Pentru moment s spunem c un CRS reprezint un mod de a descrie, cu exactitate, poziionarea unui anumit loc pe suprafaa pmntului. Unul dintre sistemele de referin cele mai comune este Longitudine i Latitudine. Liniile de longitudine sunt dispuse dinspre Polul Nord nspre Polul Sud. Liniile corespunztoare latitudinii merg dinspre est nspre vest. Putei indica oricui, cu precizie, unde anume v aflai pe suprafaa Pmntului, prin transmiterea Longitudinii (X) i Latitudinii (Y) dumneavoastr. Dac nregistrai aceleai coordonate pentru un copac sau pentru un stlp stradal i le marcai pe o hart, atunci vei fi creat o entitate de tip punct.Din moment ce tim c pmntul nu este plat, este adesea util s se adauge o valoare Z entitii de tip punct. Aceast valoare descrie cu ct se afl entitatea deasupra nivelului mrii.

b) Entitile de tip polilinie n detaliu

Dac o entitate de tip punct are un singur nod,o polilinie are dou sau mai multe noduri. Polilinia reprezint o cale continu care trece prin fiecare nod. Cnd dou noduri sunt unite, se creeaz o linie. Atunci cnd sunt unite mai mult de dou noduri, ele formeaz o linie de linii, sau opolilinie.Polilinia se folosete pentru a reprezenta geometriaentitilor liniare, cum ar fi drumurile, rurile, contururile, trotuarele, traseele de zbor i aa mai departe. Uneori, sunt impuse reguli speciale pentru polilinii, n plus fa de geometria lor de baz. De exemplu, curbele de nivel se poate atinge (de exemplu, n jurul unei stnci), dar nu ar trebui s treac una peste alta. n mod similar, poliliniile folosite la reprezentarea unei reele de drumuri, ar trebui s fie conectate la intersecii. n unele aplicaii GIS putei seta aceste reguli speciale pentru un tip de entitate (de exemplu, pentru drumuri), sistemele respective asigurndu-se c poliliniile se conformeaz regulilor.n cazul n care o polilinie curbat are distanele dintre noduri foarte mari, este posibil ca ea s aparcoluroassau zimat, n funcie de scara la care este privi . Din acest motiv, este important ca poliliniile s fie digitizate (capturate n calculator), avnd distanele ntre noduri suficient de mici pentru scara la care se dorete utilizarea datelor.Poliliniile vizualizate la o scar mai mic (1:20 000 de la stnga) poate aprea netede i curbate. Cnd sunt mrite la o scar mai mare (1: 500 la dreapta) ele poate arta foarte coluroase.Atributeleunei polilinii decriu proprietile sau caracteristicile sale. De exemplu, o polilinie care reprezint un drum poate avea atribute care s specifice faptul c suprafaa sa este acoperit cu pietri sau gudron, numrul de cte benzi pe care le are, faptul c este o strad cu sens unic, i aa mai departe. Aplicaia GIS poate folosi aceste atribute pentru a simboliza entitatea polilinie cu culoarea sau stilul de linie potrivite.

c) Entitile de tip poligon n detaliu

Poligoanele reprezintsuprafee nchisecum ar fi barajele, insule, graniele rilor i aa mai departe. Ca i poliliniile, poligoanele sunt create dintr-o serie de noduri, care sunt conectate cu o linie continu. Totui, deoarece un poligon descrie ntotdeauna un spaiu nchis, poziia primelor i a ultimelor noduri trebuie s fie ntotdeauna identic! De multe ori, poligoanele au ogeometrie partajat muchiile care sunt n comun cu cele ale unui poligon vecin. Multe aplicaii GIS au capacitatea de a asigura c graniele poligoanelor vecine coincid exact. Ca i n cazul punctelor i poliliniilor, poligoanele, la rndul lor, auatribute. Atributele descriu fiecare poligon. De exemplu, un baraj poate avea atribute pentru adncimea i calitatea apei.

Date Raster

n temele anterioare am privit n detaliu datele vectoriale. n timp ce elementele vectoriale folosesc geometrie (puncte, linii i poligoane) pentru a reprezenta lumea real, datele raster ofer o abordare diferit. Rasterele se constituie dintr-o matrice de pixeli (denumii i celule), fiecare coninnd o valuare ce reprezint condiiile pentru suprafaa acoperit de acea celul (vezi figura de mai jos). n aceast seciune vom privi n detaliu datele raster, cnd sunt acestea utile i cnd are mai mult sens utilizarea datelor vector.

Un set de date raster este compus din rnduri (desfurate pe orizontal) i coloane (desfurate pe vertical) de pixeli (denumii i celule). Fiecare pixel reprezint o regiune geografic i valoarea acelui pixel reprezint o anumit caracteristic a acelei regiuni.Datele raster se utilizeaz ntr-o aplicaie GIS atunci cnd dorim afiarea informaiei care se desfoar continuu ntr-o anumit regiune i care nu poate fi divizat cu uurin n elemente vectoriale. Cnd v-am introdus n tematica datelor vectoriale v-am prezentat imaginea din. Elementele de tip punct, linie i poligon se potrivesc foarte bine pentru reprezentarea elementelor din acest peisaj, precum arbori, drumuri i amprentele cldirilor la sol. Alte elemente din peisaj pot fi mai dificil de reprezentat folosind elemente vectoriale. De exemplu, cmpul din imagine are multe variaii de culoare i densitate. Ar fi destul de simplu s desenm cte un poligon n jurul fiecrei regiuni din cmp, dar o mare cantitate de informaie s-ar pierde n procesul de simplificare a elementelor n poligoane singulare. Aceasta pentru c atunci cnd se asociaz unui element vectorial valori de atribute, acestea se aplic ntregului element, aa c datele vector nu sunt foarte potrivite pentru reprezentarea elementelor care nu sunt omogene (identice) n ntregime. O alt abordare ar putea fi digitizarea fiecrei mici variaii de culoare i densitate a cmpului ca poligon separat. Problema atunci ar fi durata foarte mare necesar obinerii unui set de date vectoriale adecvat.Folosirea datelor raster ofer o soluie la aceste probleme. Muli oameni folosesc datele raster ca fundalpentru straturile vectoriale, n scopul evidenierii informaiilor vectoriale. Ochiul uman este foarte bun la interpretarea imaginilor, aa c prin utilizarea unei imagini n spatele straturilor vectoriale, hrile vor cpta mai mult semnificaie. Datele Raster nu sunt bune doar pentru imagini care descriu suprafaa lumea real (cum ar fi imaginile din satelit i fotografiile aeriene), ele sunt, de asemenea, bune i la reprezentarea unor idei abstracte. De exemplu, rasterele pot fi folosite pentru a prezenta tendina precipitaiilor pe o suprafa, sau pentru a descrie riscul de incendiu dintr-un teritoriu. n aceste tipuri de aplicaii, fiecare celul a unui raster reprezint o valoare diferit, cum ar fi riscul de incendiu, pe o scar de la unu la zece.Un exemplu care arat diferena dintre o imagine obinut de la satelit i una care prezint valori calculate, se poate vedea nfigura de mai jos.

Culorile reale ale imaginii raster (stnga) sunt utile deoarece ofer o mulime de detalii care sunt dificil de capturat sub form de entitate vectorial, dar sunt uor de observat atunci cnd se privete imaginea raster. Datele raster pot fi, de asemenea, date non-fotografice, cum ar fi stratul raster afiat n dreapta, care prezint temperatura minim medie calculat pentru Western Cape, n luna martie.Date raster pot fi obinute pe mai multe ci. Dou dintre cele mai comune modaliti sunt fotografiile aeriene i imaginile luate din satelit. Pentru obinerea fotografiilor aeriene, un avion zboar deasupra unei zone, avnd montat sub el o camer. Fotografiile sunt ulterior importate i georefereniate ntr-un calculator. Imaginile satelitare sunt create cu ajutorul sateliilor care se deplaseaz pe orbita terestr i care sunt dotai cu camere digitale speciale, orientate spre pmnt. O dat ce imaginea a fost luat, aceasta este trimis la sol cu ajutorul unui semnal radio care va fi captat de staiile de recepie. Procesul de captur a datelor raster prin avion sau satelit se numeteteledetecie.Georeferenierea este procesul de definire exact a locului de pe suprafaa pmntului, pentru care s-a creat o imagine sau un set de date de tip raster. Aceast informaie poziional este stocat n versiunea digital a fotografiei aeriene. Cnd aplicaia GIS deschide fotografia, va utiliza informaiile de poziie, pentru a se asigura c fotografia apare n locul corect pe hart. n mod normal, aceast informaie const ntr-o coordonat pentru pixelul din stnga sus al imaginii, dimensiunea fiecrui pixel n direcia X, dimensiunea fiecrui pixel n direcia Y, i (opional) valoarea cu care este rotit imaginea. Cu ajutorul acestor informaii, aplicaia GIS poate garanta c datele raster sunt afiate n locul corect. Informaiile de georefereniere sunt, adesea, furnizate ntr-un mic fiier, de tip text, care nsoete rasterul.Analiza spatiala vectoriala (Zone tampon)Analiza spaialutilizeaz informaiile spaiale pentru a extrage un sens nou i suplimentar din datele GIS. Analiza spaial obinuit se realizeaz folosindu-se o aplicaie GIS. Aplicaiile GIS, n mod normal, dispun de instrumente de analiz spaial pentru statistici despre entiti (de exemplu, ct de multe noduri alctuiesc aceast polilinie?) sau geoprocesare, cum ar fi facilitatea de creare a zonelor tampon. Tipurile de analiz spaial care sunt utilizate variaz n funcie de domeniile de interes. Persoanele care lucreaz n managementul apei i cercetare (hidrologie) vor fi cel mai probabil interesate n analiza i modelarea resurselor de ap. Utilizatorii specializai n managementul speciilor slbatice sunt interesai de funciile de analiz a locaiilor animalelor slbatice i relaia lor cu mediul nconjurtor. n acest subiect vom discuta despre crearea zonelor tampon, ca un exemplu de analiz spaial util care poate fi realizat cu datele vectoriale.Zonareacreeaz de obicei dou arii: o zon care este ninteriorulunei anumite distane pn la o entitate i cealalt zon, care estedincolode ea. Zona care se afl n interiorul distanei specificate se numetezon tampon.Ozon tamponeste orice arie care servete la pstrarea unei distane ntre entiti ale lumii reale. Zonele tampon sunt nfiinate adesea pentru a proteja mediul, pentru a preveni violena, sau pentru a proteja zonele rezideniale i pe cele comerciale de accidente industriale sau de dezastre naturale. Tipurile comune de zone tampon pot fi centurile verzi dintre zonele rezideniale i comerciale, zonele de frontier dintre ri (a se vedeafigura de mai jos), zonele de protecie mpotriva zgomotului din jurul aeroporturilor, sau zonele de protecie mpotriva polurii de-a lungul rurilor.

Grania dintre Statele Unite ale Americii i Mexic este separat de o zon tampon.

Analiza spatiala (Interpolare)Analiza spaial este procesul de manipulare a informaiei spaiale pentru a extrage informaii noi i sensul din datele originale. De obicei, analiza spatiala este efectuat cu un sistem de informaii geografice (GIS). Un GIS ofer, de obicei, instrumente de analiz spaiale pentru calcularea statisticilor caracteristice i desfurarea activitilor de geoprocesare ca interpolare de date. n hidrologie, utilizatorii vor sublinia probabil importana analizei de teren i modelarea hidrologic (modelarea circulaia apei la suprafata i in pmnt).

BIBLIOGRAFIE:

http://docs.qgis.org/2.6/ro/docs/gentle_gis_introduction/http://ro.wikipedia.org/wiki/GIS

12