Utilizarea SistemelorInformationale Geografice (GIS)

in Ecologia Sistemica

CS III Dr. Constantin Cazacu

Scopul cursului

introducerea n utilizarea Sistemelor Informaionale Geografice (GIS)

tipuri de date care sunt folosite n GIS stocarea seturilor de date spaiale n GIS colectarea datelor cu caracter spaial, noiuni de

baz privind sistemele de poziionare analizarea i interpretarea seturilor de date

spaiale prin intermediul GIS geostatistic i modelare spaial

Cunostinte si aptitudini dobandite1. a) istoricul utilizrii informaiilor cu caracter spaial, b)

definirea sistemelor informaionale geografice, c) analiza critic a stadiului de cunoatere cu privire la sistemele informaionale geografice existente i a evoluiei acestora, d) aplicaii software dedicate GIS.

2. a) tipuri de date spaiale b) proprietile rasterelor, c) proprietile vectorilor d) sisteme de proiecie i transformri ale proieciilor, e) tipuri de hri i caracteristicile acestora, f) teledetecie, g) seturi de date satelitare i caracteristicile acestora.

3. a) surse de date, b) integrarea seturilor de date intr-un GIS, c) baze de date (geo)relaionale, d) standarde i metadate

Cunostinte si aptitudini dobandite4. a) metodologii utilizate n colectarea datelor cu caracter

spaial, b) utilizarea sistemelor de poziionare global (GPS, GLONASS, EGNOS), c) tipuri de receptoare.

5. a) lucrul cu diferite formate de date (raster, vector), b) generarea i vizualizarea datelor n format vector tabela de atribute, c) generarea i manipularea datelor n format raster, d) editarea datelor, e) modele de lucru n flux.

6. a) analiza i modelare spaial, b) geostatistic, c) tipuri de interpolare a datelor cu caracter spaial, d) indici derivai pe baza datelor cu caracter spaial (ex: indici de diversitate spaial, indici de vegetaie) f) modelare spaial a diferitelor procese ecologice.

Aspecte istorice i evoluia GISCartarea ComputerizatCartarea Computerizat automatizarea procesului de automatizarea procesului de cartografiere (anii 70)cartografiere (anii 70)

ManagementulManagementul Bazelor de dateBazelor de date spaspaialeiale Legturi Legturi ntre ntre tehnicile detehnicile de cartografiere computerizat cartografiere computerizat i i capabilitcapabilitileilebazelorbazelor de date tradide date tradiionale (anii 80)ionale (anii 80)

Analize Analize i Modelare GISi Modelare GIS Reprezentarea relaReprezentarea relaiilor iilor ntre ntre i i dintre datele cartate (anii 90) dintre datele cartate (anii 90)

Ce este un GIS?

GGeografic

Descriptiv-Ce si unde este?-De ce este acolo?-De ce prezintainteres?

Majoritatea datelorexistente pot filocalizate

IInformational

Transformareadatelor in informatii- Localizarea datelor(cantitativ, calitativ sigeografic)- Scara datelelor(local -> regional -> global)- Prezentarea datelor(cuvinte, grafice, tabele, harti)

SSistem

Personal, infrastructura IT&C, baze date, medii de stocare, metodeanalitice.

Sistemele informaionale permit integrarea, analizarea i transferul datelor i cunotinelor ctre factorii interesai, public i autoritile implicate n procesul decizional care vizeaz managementul integrat al sistemele socio-ecologice.

Sistemele informaionale care stocheaz date cu referin spaial, cunoscute ca Sisteme Informaionale Geografice (GIS) sunt tot mai frecvent utilizate pentru descriereasistemului biofizic al capitalului natural.

Utilizarea GIS permite vizualizarea datelor ntr-un sistem de coordonate spaiale, generarea de hri, analize i generarea de noi date prin intermediul modelrii.

GIS st la baza sistemelor suport pentru asistarea deciziilor.

Ce este un GIS?

Un sistem informaional geografic este un sistem pentru managementul, analiza i prezentarea cunotinelor geografice folosind diferite seturi de informaii.

Aceste seturi de informaii pot include:- Hri i Globuri;- Seturi de date geografice;- Procesare i modele de lucru;- Date rezultate in urma modelarii;- Meta-date.

Ce este un GIS?

Ce este un GIS? GIS este un ansamblu

de tehnic de calcul, software i date geografice pentrucapturarea, managementul, analizarea iprezentarea tuturortipurilor de informaii/date cu referin spaial.

http://www.esri.com/flashmedia/whatisgis.swf

Trei viziuni asupra GIS-uluiUn GIS este adesea preceput n trei moduri:

Hart Baz de date Suport pentru modelare

Trei viziuni asupra GIS-ului Hart

Urmrirea spaio-temporal a unor evenimente (ex. uraganele)

Hri nglobate n aplicaii specifice (ex. sisteme de navigaie)

Schie care prezint utilizarea unor reele de utiliti (ex. distribuia de gaze)

ArcGIS 3D Analyst folosit pentru a identifica rutele de escalad n Everest

Trei viziuni asupra GIS-ului Un GIS este cel mai frecvent asociat cu o hart. O hart este doar un mod prin care se poate lucra

ntr-un GIS, n plus o harta reprezint doar unul dintre produsele generate de GIS.

Foarte important, GIS-ul este un mediu de rezolvare a unor probleme.

Aceasta este deosebirea fa de alte programe care lucreaz cu hri i care permit doar simpla adugarea a unor informaii pe o hart deja existent.

Trei viziuni asupra GIS-ului

Baza de date Colecii ordonate ale

proprietilor unor vectori Seturi de date raster Reele Terenuri i alte suprafee Seturi de date provenite din

observaii Alte informaii/date cu

referin spaiala

Trei viziuni asupra GIS-uluiModelGeoprocesarea se refer la instrumentele i procesele folosite pentru a genera seturi de date derivateDate + Instrumente = Date NoiGIS-ul include un set de instrumente i tipuri de date care pot fi asamblate n procese ntr-un cadru de geoprocesare. Multe operaii de geoprocesare n pai pot fi iniiate, executate i distribuite n ArcGIS.

GIS = Sistem integrator

PoliPoliieie

ZonareZonare

ProprietariProprietari

PlanificarePlanificare

Zone umedeZone umede

GIS

InginerieInginerie

ConservareConservare

LucrLucrriripublicepublice

PompieriPompieri

Date i Competene

FFntntnini

DrumuriDrumuri

ApeApe

LocalitLocalitii

Straturi de date geoStraturi de date georeferenrefereniateiate

Anumite caracteristici pot exista n straturi diferite acestea trebuie s fie corect poziionate pe vertical (n exact aceeai locaie indiferent de stratul n care se afl). n exemplul de mai sus malul lacului reprezint grania unui tip de sol.

ApeApe

SoluriSoluri

Integrarea pe vertical

LucrariLucrari publicepubliceLucrri publiceLucrri publice

ProprietariProprietariProprietariProprietari

InginerieInginerieInginerieInginerieConstrucie de drumuri

Reparaie drumuri

Vnzare de case

PoliPoliieie

ZonareZonare

PlanificarePlanificare

Zone umedeZone umede

ConservareConservare

Un GIS promoveaz utilizarea Un GIS promoveaz utilizarea n n comun a datelorcomun a datelor

PompieriPompieri

PolitiePolitie

ZonareZonare

ProprietariProprietari

PlanificarePlanificare

Zone umedeZone umede

InginerieInginerie

ConservareConservare

AceleaAceleai date i date utilizri diferite utilizri diferite

LucrriLucrripublicepublice

PompieriPompieri

Surse de date Surse de date n GISn GIS

HHrrii DateDate ImaginiImagini

Coordonatele X,Y Coordonatele X,Y nregistreaz localizarea nregistreaz localizarea unor caracteristici/informaunor caracteristici/informaii pe o hartii pe o hart::

Date Date n format vectorn format vector

Puncte Puncte (un copac izolat, o fntna, un punct de interes(un copac izolat, o fntna, un punct de interes))

LiniiLinii((osele, ruri, cai ferate, linii de tensiuneosele, ruri, cai ferate, linii de tensiune))

PolPoliigoanegoane(parcele, zone umede, p(parcele, zone umede, pduri duri ))

Date Date n format rastern format raster

Fiecare raster sau pixel dintr-o imagine conine o valoare a intensitii cuprins ntre 0 (negru) i 255 (alb).

Raster fata de Vector:Care este diferena?

Vectorii n GIS reprezint suprafaa terestr i obiectele de pe aceasta ca puncte, linii i poligoane

Rasterele n GIS fac acelai lucru prin plasarea unui grid pe suprafa iar n fiecare celula a gridului se nregistreaz ce se afl dedesubt.

Raster

Vector

PolgoaneLocuinteXh, Yh.. , ..Xn, Yn

LocalitateXu, Yu.. , ..Xm,Ym

Teren agricol Xf, Yf.. , ..Xo, Yo

X

Y

Structura de baza a vectorilorStructura de baza a vectorilor

Structura de baza a vectorilorStructura de baza a vectorilor

O baza de date poate fi interogat pe diferite nivele de informaie folosind diferite criterii (ex. un anumit de tip de sol i un anumit tip de vegetaie) rezultatul interogrii se concretizeazntr-o nou hart

Hrile pot fi rezumate la anumite caracteristici specifice (ex. panta medie a fiecrui element) astfel c n baza de date se pot aduga noi cmpuri coninnd aceste date (se obine o noua informaie refereniat spaial)

Hrile ca Date o harta GIS este un set organizat de numere

CE? Atribute tematice

UNDE?

Caracteristicile hrii

Harta

Legate prin ID-uriBaza de date

Atribut

Structura de baza a unui rasterStructura de baza a unui raster

1.0 1.0 1.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0

1.01.0 1.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0

1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 3.0 3.0

1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 3.0

1.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 3.0

3.0 3.0 3.0 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 3.0

3.0 3.0 3.0 3.0 2.0 3.0 3.0 3.0 3.0

3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0

Coloane1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Structura de baza a unui rasterStructura de baza a unui raster

Se folosete un grid imaginar pentru a defini un set de celule care acoper o suprafa. Fiecrei celule i se asociaz o valoare care reprezint o caracteristic specific (ex. altitudinea)

Hrile ca Date datele n format raster reprezint un set organizat de celule

CE? Atribute tematice

UNDE?

Caracteristicile hrii

Harta

Legate prin ID-uriBaza de date

Atribut

Matrice/Grid Raster

DiferenaPoligoane (vector) fa de Griduri (raster)

Vectori acoperire teren Raster acoperire teren

Tabela de atribute a vectorilorTabela de atribute a vectorilor

Tabela de atribute a rasteruluiTabela de atribute a rasterului

Exemplu de analiz

nlimeTurn de obs

Ce parte a localitii se observdin acest turn?

Procesul

Localizarea turnului de observaie +Modelul altitudinal Cmpul vizual Rspunsul!

In 3D

Linie de creast

Turnul de observare

Verde = in cmpul vizual

n continuare un exemplu mai complex

Legea spune ca nu ai voie sa defriezi la mai mult de x metri fa de cursul unui ru.

Ce impact are acest lucru asupra terenului mpdurit care poate fi folosit n localitate?

Utilizare teren

Ru

Rasterul cu ruri

Raster of Streams

Distanta fa de ru

Harta binar (1 sau 0)

Rou = interzis defriareaSAU

Teren nempdurit

Verde = teren mpdurit situat la o distan mai mare de x metri fa de ru

AnalizeAnalize sisi modelaremodelare GIS GIS (Spatial Analysis)(Spatial Analysis)

SistemeleSistemele GIS au GIS au capacitateacapacitatea dede

99 CartareCartare99 ManagementManagement99 ModelareModelare

a a datelordatelor cartatecartate

AnalizaAnaliza SpatialaSpatiala investigheazainvestigheaza relatiilerelatiile contextualecontextuale dintredintre dateledatele cartatecartate

99 CoincidentaCoincidenta suprapunerilesuprapunerile ((punctpunct--pepe--punctpunct; ; regiuniregiuni extinseextinse))99 ProximitateaProximitatea distantadistanta sisi conectivitateconectivitate ((miscaremiscare; ; caicai optimeoptime; ; vizibilitatevizibilitate))99 VecinatateaVecinatatea roving windowsroving windows ((pantapanta/aspect; /aspect; diversitate/anomaliidiversitate/anomalii))

Modelul altitudinal CurgereaCurgerea (28,46)(28,46) = 451 = 451 CaiCai

Harta curgerii distribuitape modelul altitudinal

Harta curgerii

CalculareaCalcularea PanteiPantei sisi CurgeriiCurgerii ((analizaanaliza hartiihartii))InclinareaInclinarea unuiunui plan plan dintrdintr--oo locatielocatie sisi a a celorcelor opt opt altitudinialtitudinicorespunzatoarecorespunzatoareplanurilorplanurilor vecinevecine

NumarulNumarul total al total al cailorcailor celecele maimaiabrupteabrupte care se care se scurgscurg in in fiecarefiecarelocatielocatie

PantaPanta(47,64)(47,64) = 33.23%= 33.23%

Harta pantelor distribuitape modelul altitudinal

Harta pantelor

PotentialulPotentialul de de eroziuneeroziune

Curgerea

Panta

PotentialulPotentialul de de eroziuneeroziune sisi zone tamponzone tampon

Potential de eroziuneFlow/SlopeClase de inclinare

Clase de curgere

R

e

c

l

a

s

i

f

i

c

a

r

e

R

e

c

l

a

s

i

f

i

c

a

r

e

S

u

p

r

a

p

u

n

e

r

e

R

e

c

l

a

s

i

f

i

c

a

r

e

Zone tampon simple

Zone tampon cu Zone tampon cu rolrol de de protectieprotectie

Rauri Zone tampon

Potential de eroziune

Erosion_potential

Streams

Erosion BuffersD

i

s

t

a

n

c

e

DistantaDistanta fatafata de de raurau esteeste o o functiefunctie a a potentialuluipotentialului de de eroziuneeroziune ll ((ClasaClasacurgere/pantacurgere/panta) ) interventiainterventia asupraasupra curgeriicurgeriiputerniceputernice sisi a a pantelorpantelor abrupteabrupte esteeste maimaieficientaeficienta decatdecat alegereaalegerea uniuni simple simple distantedistantefatafata de de raurau

CalculareaCalcularea distanteidistantei eficienteeficiente(zone tampon cu (zone tampon cu latimelatime variabilavariabila))

Zone tampon Zone tampon eficienteeficiente

DistantaDistanta cu cu eroziuneeroziune puternicaputernica

AproapeAproape DeparteDeparte

Puternic/Abrupt(fdeparte de rau)

Slab/Lin(aproape)

Zone tampon simpleZone tampon simple

BazeBaze de date Geode date Geo--relationalerelationale

ReteleRetele

De la

Catre

3

2

1

4

5

6

78

9

Stanga

Dreapta

Plecare

Sosire

Care este cea mai scurta distanta de la Plecare la Sosire?

AbstractizareAbstractizare a a lumiilumii realereale

ReprezentareReprezentare bibi--dimensionaladimensionala a a uneiunei lumilumi33--DD

Se Se poatepoate bazabaza pepe un un sistemsistem de de coordonatecoordonatebinebine definitdefinit

HartileHartile contincontin informatiiinformatii spatialespatiale sisinespatialenespatiale

SuntSunt greugreu de de updatatupdatat, , reprodusreprodus sisidistribuitdistribuit

HartileHartile ((SursaSursa principlaprincipla de de date date pentrupentru GIS)GIS)

ScaraScara ProiectiaProiectia utilizatautilizata SistemulSistemul de de

coordonatecoordonateExtindereaExtindereageograficageografica

SimbolisticaSimbolistica DataData

DocumentareDocumentare RezolutieRezolutie AcurateteAcuratete StandardeStandarde AutorAutor

CaracteristicileCaracteristicile hartilorhartilor

Scara pote fi definita ca fiind gradul de reducere a unei harti.

Scara poate fi reprezentata ca un raport1:25,000 o unitate pe harta = 25,000

unitati pe terenCa descriere

1 cm egal 50 m

Sau graphic

Scari mari 1:1,000Scari medii 1:25,000Scari mici 1:250,000

ScaraScara

PePe masuramasura cece scarascara descrestedescreste cantiatateacantiatateade date care de date care poatapoata fifi prezentataprezentata descrestedescrestede de asemeneaasemenea

PePe o o hartaharta astaasta insemnainsemna ca ca anumiteanumite date date trebuietrebuie generalizategeneralizate sausau omiseomise

CaracteristicileCaracteristicile hartilorhartilor suntsunt foartefoartefrecventfrecvent influentateinfluentate de de cartograficartografi

EfecteleEfectele scariiscarii

1:5,000

EfectulEfectul scariiscarii

1:2,000

EfectulEfectul scariiscarii

1:1,000

EfectulEfectul scariiscarii

ProiectiileProiectiile hartilorhartilor

Plat 2-D Harta

Curbat 3-D Pamantul

ProiectiileProiectiile introducintroduc distorsiunidistorsiuni aleale

PentruPentru suprafetesuprafete micimici ((ex.ex. o o subdiviziunesubdiviziune) ) erorileerorile de de proiectieproiectie devindevin neglijabileneglijabile

PentruPentru suprafetesuprafete extinseextinse ((ex. un statex. un stat) ) proiectiaproiectia trebuietrebuie luataluata in in considerareconsiderare

FormelorFormelor DistantelorDistantelor

SuprafetelorSuprafetelor UnghiurilorUnghiurilor

CaracteristicileCaracteristicile uneiunei proiectiiproiectii

GeograficaGeografica Stereo 70Stereo 70

SistemulSistemul de de proiectieproiectie utilizatutilizat la la nivelnivel nationalnationalStereo 70Stereo 70

ExempleExemple de de proiectiiproiectii

Un GIS Un GIS referentiazareferentiaza localizarealocalizarea punctelorpunctelor, , liniilorliniilorsisi poligoanelorpoligoanelor pepe bazabaza unuiunui sistemsistem de de coordonatecoordonatecartezienecarteziene care se care se bazeazabazeaza pepe douadoua sausau treitrei axe axe perpendiculareperpendiculare. .

Un Un obiectobiect poatepoate fifi localizatlocalizat intrintr--un un spatiuspatiu 22--D D prinprinmasurareamasurarea distanteidistantei pepe axaaxa X X sisi Y. Y.

PrinPrin adaugareaadaugarea celeicelei de a de a treiatreia axe, axe, obiecteleobiectele pot pot fifilocalizatelocalizate sisi intrintr--un un saptiusaptiu 33--D.D.

SistemeSisteme de de coordonatecoordonate in GISin GIS

SistemeleSistemele de de coordonatecoordonate folositefolosite in GIS in GIS suntsunt referentiatereferentiate fatafatade de locatiilocatii existenteexistente in in lumealumea realareala. .

ToateToate sistemelesistemele de de coordonatecoordonate au o au o origineorigine sausau un un punctpunctde de referintareferinta de la care de la care suntsunt masuratemasurate altealte locatiilocatii. . AcestaAcesta esteesteun un datumdatum..

DatumuriDatumuri folositefolosite in Romaniain Romania

PulkovoPulkovo 4242DealulDealul PisculuiPiscului

DatumDatum

Utilizarea Sistemelor Informationale Geografice (GIS) in Ecologia Sistemica Scopul cursuluiCunostinte si aptitudini dobanditeCunostinte si aptitudini dobanditeAspecte istorice i evoluia GISCe este un GIS?Ce este un GIS?Trei viziuni asupra GIS-uluiTrei viziuni asupra GIS-uluiTrei viziuni asupra GIS-uluiTrei viziuni asupra GIS-uluiTrei viziuni asupra GIS-uluiGIS = Sistem integratorStraturi de date georefereniateIntegrarea pe verticalUn GIS promoveaz utilizarea n comun a datelorAceleai date utilizri diferiteSurse de date n GISDate n format vectorDate n format rasterRaster fata de Vector:Care este diferena?Structura de baza a vectorilor Structura de baza a vectorilor Structura de baza a unui rasterStructura de baza a unui rasterDiferenaTabela de atribute a vectorilorTabela de atribute a rasteruluiExemplu de analizProcesulIn 3Dn continuare un exemplu mai complexAnalize si modelare GIS (Spatial Analysis)Calcularea Pantei si Curgerii (analiza hartii)Baze de date Geo-relationaleReteleHartile (Sursa principla de date pentru GIS)Caracteristicile hartilorScaraEfectele scariiEfectul scariiProiectiile hartilorCaracteristicile unei proiectiiExemple de proiectiiSisteme de coordonate in GISDatum