Vissza az előzőleg látogatott oldalra (nem elérhető funkció)Vissza a tananyag kezdőlapjára (P)Ugrás a tananyag előző oldalára (E)Ugrás a tananyag következő oldalára (V)Fogalom megjelenítés (nem elérhető funkció)Fogalmak listája (nem elérhető funkció)Oldal nyomtatása (nem elérhető funkció)Oldaltérkép megtekintése (D)Keresés az oldalon (nem elérhető funkció)Súgó megtekintése (S)

Open source fejlesztő eszközök, elméleti rész / Bevezetés

Tanulási útmutató

Összefoglalás

Általános ismeretek a geoinformatikáról, a térbeliségről, az adatok térbeli vonatkozásáról

Követelmény

Az ismeretek elsajátítása

Bevezetés

Ebben a részben bemutatjuk a térinformatika (vagy geoinformatika), mint az informatika egy speciális ágát, amely grafikát és adatbázis technológiát egyaránt használ. Mint ahogy a matematika az 1600-as évekre szinte minden természettudomány megkerülhetetlen részévé vált, úgy mára az informatika is hasonló szerepkörbe került. Nincs olyan természettudomány, amely ne alkalmazna magas színvonalú, professzionális szoftvereket, adatbázis technológiát, grafikát. A térinformatika a térképészet eredeti célját megtartva, az informatika, a számítástudomány legfrissebb eredményeit alkalmazza a geoinformatikai szoftverekben. A térbeliség kezelésével alapvetően új ábrázolási, megjelenítési és elemzési lehetőséget kínál.

Ebben az animációban áttekintjük a térinformatika eredetét, szakmai előzményeit

Flash lejátszó letöltése

A térinformatika eredete, szakmai előzményei

A következő leckékben bemutatjuk azokat a fogalmakat, elméleti ismereteket, amelyeket a térinformatika használ. Kicsit mélyebben foglalkozunk a szoftverek hátterében meghúzódó matematikai módszerekkel, törvényszerűségekkel, algoritmusokkal, a számítástudomány azon részeivel, amelyekre a térinformatika épül. Fontosnak tartjuk, hogy a napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt kapó gyakorlat-orientált képzésben részvevő hallgatók ne csak szoftverhasználókká, rutinos klikkelgetőkké, gyakorlati problémamegoldókká váljanak, hanem legyenek tisztában a térinformatikai szoftverek mögött meghúzódó elvekkel, elméleti ismeretekkel.

Ebben az animációban áttekintjük a térinformatika alapkoncepcióját

Flash lejátszó letöltése

A térinformatika alapkoncepciója

Ennek a tananyagnak további célja az informatikában viharos gyorsasággal terjedő open source (nyílt forráskódú) világ megmutatása. Ez a rész ugyan elméleti ismereteket tárgyal, de a további tananyagok erre épülve mutatják be a nyílt forráskódú eszközökkel, könyvtárakkal megoldható problémákat. Az open source világ is azokra a modern elméleti ismeretekre, a computer science eredményeire épül, amiket tárgyalmi fogunk. Érdekes módon ez a világ néhány dologban előbbre tart, mint a fizetős szoftverek, amelyek alapvetően profitra törekedve, csak akkor változtatnak szoftvereik alapkoncepcióján, ha annak elmulasztása az üzleti eredményekben lemaradást okoz. Ilyen szempontok nem vezérlik az open source szoftverek fejlesztőit, kizárólag a szakmai kihívásoknak való megfelelés, a fizetős világ szoftvereinek meghaladása.

Az open source tananyag összeállítása során arra törekedtünk, hogy az elméleti ismereteken túl bemutassunk kész, viszonylag teljes funkcionalitású GIS szoftvereket, továbbá olyan, fejlesztőknek szánt könyvtárakat, amely nem igénylik térinformatikai szoftverek meglétét, hanem éppen a fejlesztők munkája által jön létre az a funkcionalitás, amely a kívánt képességeket tartalmazza.

A térbeliség leírása

A Föld első közelítésben gömb alakú, melynek leírására kézenfekvő vonatkoztatási rendszer a polárkoordináta rendszer, amely λ és φ szögekkel és az r sugárral adja meg egy tetszőleges P pont koordinátáit (1. ábra). (Fogadjuk el itt ezt a nagyvonalú megközelítést, noha vetülettanból ismert, hogy a Föld nem gömb alakú, a referencia felület nem gömb, stb.).

A kép (nagyobb változata) külön ablakban is megtekinthető.1. ábra. A gömbfelszín leírása polárkoordinátákkal (Klinghammer)1_foldgomb_full.png1. ábra. A gömbfelszín leírása polárkoordinátákkal (Klinghammer)

A térkép egyik legfontosabb feladata a térbeliség kifejezése, vagyis a gömb alakú Föld felszínén való elhelyezkedés megmutatása. Akár a nyomtatott papírt, akár a monitoron megjelenő digitális térképet nézzük, a gömbfelület síkra vetítése megkerülhetetlen, aminek viszont egyenes következménye a keletkezett kép torzítása. A gömbfelület nem képezhető le a síkba torzításmentesen. Ezzel a problémakörrel a vetülettan foglalkozik.

Feltételezzük, hogy aki térinformatikai rendszert épít, annak rendelkezésére áll valamilyen térkép, amely már síkra vetítve ábrázolja a földgömb valamely részletét. Ez alól csak a GPS mérési eredményei kivételek, amelyek földrajzi koordinátákban állnak elő (bár a síkba transzformált adatok is megkaphatók).

Amikor valamely térképről vektorizálással készül digitális térkép, akkor egy már síkra vetített analóg alapanyagból indulunk ki. Ha más koordináta rendszerben kívánjuk elhelyezni, kalibrálni, georeferálni a térképünket, mint amiben a papírtérkép készült, akkor is síkból síkba történő transzformációval van dolgunk. Abban az esetben pedig, amikor valamely digitális térképet importálunk, és állítunk elő belőle egy másik koordináta rendszerbeli adathalmazt, akkor is síkból síkba transzformálunk.

Űrfelvételek és légi fotók esetében a sarokpont-koordináták adják meg a képeket tartalmazó relatív koordinátájú rendszerből a valódi koordináta rendszerbe történő konverzió illesztési pontjait. A következő részben áttekintjük azokat a síkbeli transzformációkat, amelyek a leggyakrabban fordulnak elő a térinformatikában.

Síkbeli transzformációk

Tegyük fel, hogy rendelkezünk egy papírtérképpel, amely valamilyen vetületi rendszerben készült. Feladatunk, hogy vektorizáljuk ezt a térképet. Vektorizáláskor választhatjuk ugyanazt a koordináta rendszert is, amelyben készült a térkép, de bármely másik rendszert is, ha a feladat további teendői ezt megkívánják.

Általában a szkenneléssel létrejött raszteres adatállomány relatív koordinátákban van (a bal felső sarok a koordináta rendszer origója, x és y irányú méretei a kép pixelben megadott mérete), aminek valódi koordináta rendszerbe transzformálása (georeferálás) szükséges.

Nézzük a 2. ábrát, amelyen a lehetséges síktranszformációkat vázoltuk, úgy, mint az egybevágósági, a hasonlósági, affin, projektív és topologikus transzformáció. Minden transzformációhoz tartoznak úgynevezett invariánsok, amelyek a transzformáció során nem változnak.

A kép (nagyobb változata) külön ablakban is megtekinthető.2. ábra. A lehetséges síkbeli transzformációk: 1: egybevágósági, 2: hasonlósági, 3: affin, 4: projektív, 5: topologikus transzformáció (Mortenson)2_topo_full.png2. ábra. A lehetséges síkbeli transzformációk: 1: egybevágósági, 2: hasonlósági, 3: affin, 4: projektív, 5: topologikus transzformáció (Mortenson)

Egybevágósági transzformáció

Az egybevágósági transzformáció során az alakzatoknak sem a mérete, sem az alakja nem változik.

Hasonlósági transzformáció

A hasonlósági transzformáció során az alakzatoknak a mérete nem, de az alakja megőrződik. Konform transzformációnak is nevezik, mivel a megfelelő szögek nem változnak meg a transzformáció hatására (3. ábra).

A kép (nagyobb változata) külön ablakban is megtekinthető.3. ábra. Példák konform transzformációkra: 1 -- az orientációt megőrző konform transzformáció, 2 -- az orientációt megfordító konform transzformáció (a): eredeti alakzat, (b): transzformált alakzat3_conf1_full.png3. ábra. Példák konform transzformációkra: 1 -- az orientációt megőrző konform transzformáció, 2 -- az orientációt megfordító konform transzformáció (a): eredeti alakzat, (b): transzformált alakzat

Affin transzformáció

Az affin transzformáció során sem a méret, sem az alak nem őrződik meg, de a párhuzamosság igen. A bezárt szögek nem invariánsok (4. ábra).

A kép (nagyobb változata) külön ablakban is megtekinthető.4. ábra. Affin transzformáció: 1: az eredeti alakzat, 2: a transzformált alakzat. Az A'B' <> AB, és az  A'  szög  <>  A szög, viszont A'D' || B'C', továbbá AD minden transzformált pontja A'D'-re esik4_affin_trans1_full.png4. ábra. Affin transzformáció: 1: az eredeti alakzat, 2: a transzformált alakzat. Az A'B' <> AB, és az A' szög <> A szög, viszont A'D' || B'C', továbbá AD minden transzformált pontja A'D'-re esik

Az affin transzformációt leíró egyenletrendszer:

x' = ax + by

y' = cx + dy

Az affin transzformáció tulajdonságait összegzi a következő táblázat.

Az affin transzformáció a leggyakoribb a térinformatikában. A georeferenciának nevezett művelet, amelyet például akkor végzünk, amikor egy szkenneléssel nyert, relatív koordinátákkal rendelkező raszteres adatbázist elhelyezünk egy földi koordináta rendszerben, voltaképpen egy affin transzformáció. A térinformatikai rendszerekben megtalálható koordináta rendszer átszámítási módszerek jelentős részben az affin transzformáción alapulnak.

Projektív transzformáció

A projektív transzformáció során sem a méret, sem az alak, sem a párhuzamosság nem őrződik meg, de az egyenes vonalak egyenesek maradnak. Ez a transzformáció fajta ritkán fordul elő a vektoros térinformatikai gyakorlatban. Előfordul viszont a 3D-s problémák megjelenítési fázisában, ahol a perspektivikus ábrázolás során projektív transzformációra kerülhet sor.

Topologikus transzformáció

A topológikus transzformáció során sem a szögek, sem a távolságok, sem a párhuzamosság nem maradnak meg, ellenben a folytonosság, a sorrendiség és a szomszédság megmarad. Ennek a transzformációnak fontos szerepe van a térinformatikában, azokban az esetekben, amikor az affin transzformáció nem hozott megfelelő eredményt, azaz a georeferálás a raszteres adatállomány szabálytalan deformációi miatt nem adott megfelelő eredményt.

Mikor fordulhat elő ilyen típusú deformáció? Ha például szkenneléssel állítottunk elő egy raszteres térképet, és a szkenner papírtovábbító görgőin időnként elcsúszott a papír. Ilyenkor a pontos georeferálás sem ad megfelelő eredményt. Hiába jók a sarokpont koordináták, azok az ismert koordinátájú pontok, amelyek már rendelkezésünkre állnak, és amelyek a szkennelt térképen is felismerhetők, nem esnek megfelelő helyre. Ilyen esetekben a térképen helyről helyre változó paraméterű affin transzformáció válik szükségessé, amihez természetesen sok illesztőpont felvétele válik szükségessé.

Vissza a tartalomjegyzékhez

Új Széchenyi terv
A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszirozásával valósul meg.

A Társadalominformatika: moduláris tananyagok, interdiszciplináris tartalom- és tudásmenedzsment rendszerek fejlesztése az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával, az ELTE TÁMOP 4.1.2.A/1-11/1-2011-0056 projekt keretében valósult meg.
A tananyag elkészítéséhez az ELTESCORM keretrendszert használtuk.