UNIVERSITATEA POLITEHNIC BUCURETI FACULTATEA DE ELECTRONIC TELECOMUNICATII I TEHNOLOGIA INFORMATIEI

Sisteme Geografice Informa ionale (GIS)

Abduraman Adina- Esma Specializarea ISC anul 1

Bucureti 20091

Contents1. 2. INTRODUCERE ....................................................................................................................... 3 Sisteme geografice informationale. Concepte generale ............................................................... 4 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 4. 4.1. 4.2. 5. 5.1. 5.2. 6. 7. 8. Ce este GIS? ...................................................................................................................... 4 Componentele GIS ............................................................................................................. 4 Avantaje i riscuri .............................................................................................................. 7 Domeniile de aplicabilitate GIS .......................................................................................... 8 Capturarea datelor .............................................................................................................. 8 Recuperarea datelor digitale dintr-o imagine aflata pe suport hartie .................................. 11 Stocarea datelor ................................................................................................................ 13 Interogarea datelor ........................................................................................................... 15 Analiza datelor ................................................................................................................. 15 Vizualizarea datelor ......................................................................................................... 17 Arhitectura 2-tier .............................................................................................................. 18 Arhitectura 3-tier .............................................................................................................. 18 Scurt istoric ...................................................................................................................... 20 Preocupri n domeniu...................................................................................................... 22 RadioGraph 8 & District 8 ........................................................................................ 22

Datele utilizate n GIS ................................................................................................................ 8

Arhitectura unui sistem GIS ..................................................................................................... 17

Aplica ii i tendin e n domeniu................................................................................................ 20

5.2.1.

Concluzii ................................................................................................................................. 25 ANEXA 1 Lista de figuri ......................................................................................................... 26 BIBLIOGRAFIE ..................................................................................................................... 27

2

1. INTRODUCEREPe parcursul ultimelor trei decenii, o tehnologie puternic a schimbat modul n care oamenii triesc i nva lucruri n cartierele, localit ile i oraele lor. Similar multor altor tehnologii, majoritatea oamenilor nu este contient de sistemele geografice informa ionale i impactul pe care acestea l au, un impact de o anvergur echivalent cu utilitatea lor. Chiar dac sistemele GIS au nregistrat o cretere extraordinar n ultimii 15 ani i sute de mii de oameni folosesc acum acest tehnologie, foarte pu ini realizeaz cum le este afectat indirect via a cotidian de aceste sisteme informa ionale. Pentru a demonstra acest lucru, putem analiza activitatea zilnic a unei persoane. Primul lucru pe care o persoan l face cnd se trezete de diminea este s aprind luminile i eventual radioul. Ambele sunt alimentate cu energie electric de uz casnic. Orice companie furnizoare de electricitate utilizeaz GIS pentru a gestiona infrastructura complex format din zeci de mii de linii de transport i distribu ie i sute de mii de puncte de lucru, precum i mii de angaja i care asigur func ionarea optim a acestora. Urmeaz cafeaua. Apa din care este fcut cafeaua este furnizat de un utilitar care gestioneaz un sistem de distribu ie a apei format din mii de kilometri de conducte pentru dirijarea fluxului de ap. Utilitarul folosete GIS pentru distribu ia apei, ntre inerea infrastructurii, cartografiere automat, urmrirea re elei, analiza fluxului i alte aspecte legate de inginerie, opera iuni, administrare i finan are. Ce merge cel mai bine la o cafea dect rsfoirea unui ziar. Lemnul care a fost sursa pentru hrtie a fost asigurat de companii care folosesc GIS n practicile de management forestier. GIS face mult mai uor accesibil analiza limitelor propriet ilor, a vegeta iei, a solului, precum i a zonelor sensibile i permite managerilor s ia cele mai bune decizii n urma studierii informa iilor. Dac am continua, ar urma mersul cu maina la serviciu. Acesta presupune contactul cu infrastructura de transport care este administrat cu siguran de un sistem GIS deoarce mai mult de 80% din informa iile utilizate pentru a dirija traficul rutier, feroviar i fluvial au componente spa iale asociate. La fel i combustibilul folosit pentru alimentarea rezervorului presupune existen a unui sistem GIS foarte complex. Cu alte cuvinte, fr a contientiza, ne lovim la orice pas de sisteme informa ionale geografice, fiecare n parte specializat pentru un anumit domeniu. Prin urmare, GIS nu este nimic special. Ca orice sistem informa ional, este o acumulare organizat de date i proceduri pentru crearea, 3

achizi ionarea, integrarea, transformarea, vizualizarea, analiza i modelarea informa iilor, care i ajut pe oameni n luarea deciziilor. Oamenii care iau contact cu GIS au n spate diferite domenii de activitate. Unii provin din domeniul proiectrii asistate pe calculator(CAD), al ii, dei nu au nici o legtur cu domeniul tehnic sau un domeniu legat de cartografiere, utilizeaz GIS doar pentru c au realizat c i ajut s-i ndeplineasc sarcinile mult mai repede i mai bine. Exist binenteles i cei care au cariere n zonele de aplica ii care pot beneficia de avantajele GIS: planificare, geografie, sntate public, siguran public etc, precum, i cei care dezvolt un interes pentru GIS doar pentru c sunt la curent cu tot ce este nou i util n domeniul tehnic.

2. Sisteme geografice informationale. Concepte generale2.1. Ce este GIS?

GIS este acronimul n limba englez pentru Sisteme Informationale Geografice: Geographic Information Systems(SUA), Geographical Information Systems(Marea Britanie,Australia,Canada), Geographical Information Science (academic). Michael F.Goodchild, profesor la Universitatea din California, Departamentul de geografie definete GIS-ul ca fiind: o form particular a Sistemelor Informatice aplicat datelor geografice...Un ansamblu de echipamente, programe i proceduri proiectat pentru stocarea, administrarea, manipularea, analiza, modelarea i vizualizarea datelor spa iale pentru rezolvarea problemelor de planificare complexa i administrare. Mai pe larg, un sistem GIS este un sistem folosit pentu modelarea informa iei, proceselor i structurilor, care reflect lumea real, inclusiv evenimentele trecute, pentru a putea in elege, analiza i gestiona resurse i facilit i. Un sistem GIS poate fi descris ca un sistem de gestiune a unei baze de date, care de regul prezint utilizatorului datele ntr-un mod interactiv grafic, care poate fi interogat i analizat.

2.2.

Componentele GIS

GIS nu trebuie privit ca un sistem pur hardware, el este un ansamblu constituit din: Persoane - utilizatorii sistemului; Aplicatii procesele i programele utilizate pentruFigura 1 Componente GIS

4

atingerea scopurilor dorite; Date - informa iile necesare care stau la baza aplica iei; Software nucleul sistemului GIS; Hardware - componentele fizice pe care va rula sistemul.

Figura urmtoare trebuie interpretat ca o propozi ie, i pornete de la cele mai importante elemente care alctuiesc un sistem GIS, pn la cele mai pu in importante.

PERSOANETrebuie sa utilizeze

APLICATII

Care necesita

Ce pot fi accesate si manipulate prin

DATE

SOFTWARE

Toate acestea au nevoie de

HARDWARE

Figura 2 Ierarhia componentelor GIS

Exist o disput n legtur cu cel mai important element, anumite lucrri sus innd c principalul rol este de inut de persoane, n timp ce alte studii pun pe primul loc datele.

5

Utilizatorii Sistemele informa ionale, geografice sau nu, vin din necesitatea oamenilor n organiza ii de a rspunde la ntrebri, de a-i realiza sarcinile ntr-un mod ct mai simplu i, n general de a interac iona cu lumea i oamenii care o alctuiesc. Un sistem informa ional precum GIS vine n sprijinul realizrii activit ilor ntr-un timp mult mai scurt i cu rezultate mult mai consistente, cu un nivel ridicat de ncredere. Designul i implementarea unui sistem GIS ncepe cu oamenii i necesit ile lor, i se termin cu aplica ii reale de care acetia se folosesc n vederea atingerii scopurilor propuse. ntregul sistem exist pentru a ne sprijini n realizarea sarcinile pe care le avem.

Aplica iile Aplica tiile reprezint urmtoarea treapt n ierarhia men ionat mai sus, deoarece acestea definesc func ionalit ile pe care trebuie s le aib sistemul informa ional. n diferite organiza ii oamenii au nevoie s ntocmeasc diverse tipuri de rapoarte, s ia anumite decizii i, n general, s aplice propriile abilit i pentru a rezolva tot felul de probleme. Activit ile, procesele desfurate n vederea realizrii acestora lucruri poart denumirea de aplica ii. Aplica iile iau natere din misiunea i obiectivele organiza iei. n proiectarea oricrui sistem de informa ii trebuie inut cont de tipul de aplica ii ce vor fi suportate de acesta. Mai exact, aplica iile reprezinta modul n care sunt ob inute datele, cum sunt stocate, transformate i analizate pentru a fi prezentate ntr-o form final la iesire. Un exemplu simplu de aplica ie l constitue densitatea popula iei la nivel na ional sau monitorizarea calit ii apei.

Datele Pentru ca aplica iile s func ioneze n mod corespunztor, acestea au nevoie de date. Nu se poate construi o hart cu poten ialul vnzarilor sau cu amplasarea geografic a clien ilor fr a de ine anumite tabele ci informa iile necesare realizrii unui astfel de rezultat. Aceste tabele se vor afla ntro baz de date (eventual mai multe), sistemul necesitnd existen a unor intrumente specializate pentru accesul, administrarea i manipularea datelor. Tipurile de date posibile, modul de capturare, stocare i interogare a acestora vor fi prezentate n subcapitolul urmtor.

6

Software Cnd vorbim de software-ul GIS, ne referim la instrumentele utilizate pentru a stoca, analiza, i afia informa iile geografice. n orice sistem GIS, datele, pe lng reprezentarea spa ial, posed legturi ctre diferite atribute ce sunt stocate ntr-o baz de date. Majoriatatea aplica iilor ofer o interfa uor de utilizat pentru interogarea datelor i manipularea spa ial prin utilizarea unor instrumente precum zoom sau pan. Pe scurt, componentele software principale ce alctuiesc un sistem informa ional GIS sunt: un sistem de gestiune a bazelor de date, o interfa grafic care s permit manipularea instrumentelor, i binen eles instrumentele. Nivelul cobort pe care se afl software-ul n ierarhie se datorez faptului c aplica iile pot exista chiar dac se renun la software, atta timp ct datele exist i sunt aranjate ntr-o manier util. Hardware GIS hardware nu este nimic altceva dect un sistem, un computer pe care s ruleze aplica ia GIS. Pe lng sistemul propriu-zis cu tastatur, monitor, cabluri, conexiune internet, mai pot exista componente precum: imprimante profesionale, scanere, echipamente speciale care s scaneze hr i i s introduc datele din hr i n baza de date GIS. Trio-ul din centrul Figurii.1: aplica ii-software-date, reprezint nucleul sistemului de informa ii. n mod ideal, acesta ar trebui s func ioneze indiferent de oamenii care intervin in sistem (n cazul n care design-ul aplica iei este bine realizat ) i trebuie s fie ndeajuns de flexibil pentru a func iona indiferent de inova iile care apar la nivel hardware, chiar i n absen a total a hardware-ului.

2.3.

Avantaje i riscuri

Avantajele utilizrii unui GIS: Datele sunt mai bine organizate Elimin redundan a n stocarea datelor Facilitatea actualizrilor Analize, statistici i noi cutari mult mai uoare Utilizatorii sunt mai productivi

Principalele riscuri pe care orice sistem GIS i le asum : Complexitate 7

Costuri ridicate Modificrile din teren Dificult i n formarea de personal

2.4.

Domeniile de aplicabilitate GIS

Domeniile de aplica ie ale GIS sunt nenumrate, de la sntate, financiar-bancar, criminalistic, turism, geologie, mediu etc. Pentru o exemplificare concret amintim aplicarea metodei GIS pentru evaluarea cazurilor de methemoglobinemie infantil n perioada 1985-1996 prin care se identific zonele de risc. Un alt exemplu de aplicabilitate, de data aceasta n domeniul mediului l constitue biologii care folosesc transmi toare radio i antene satelitare pentru a trasa rutele migra iilor de caribu i uri polari, pentru a sus ine programul de protec ie a animalelor. n GIS rutele migra iilor au fost indicate de diferite culori pentru fiecare lun timp de 21 luni. Cercettorii au folosit apoi GIS pentru a suprapune traseele migra iei pe harta planului de dezvoltare al exploatrilor petroliere pentru a determina posibilitatea interferen ei cu traseele animalelor. Din punct de vedere al criminalit ii, un sistem GIS poate determina zonele cu un grad ridicat al infrac iunilor, n func ie de situa iile antecedente, de categoriile de oameni care traiesc n respectivele zone. Aceste estimri ajut n luarea deciziilor asupra ariilor n care ar trebui intrit securitatea i siguran a cet eanului, sau ar trebui implementate proiecte care s promoveze n rndul popula iei necesitatea educa iei copiilor.

3. Datele utilizate n GIS3.1. Capturarea datelor

Captura datelor se refer la introducerea datelor n sistem. Aceasta este componenta cu cele mai mari cerin e din punctul de vedere al resurselor de timp din cadrul unui GIS. Fiecare apari ie a obiectelor dintr-o hart trebuie specificat, la fel i rela iile spa iale dintre ele. nainte de a ajunge ntr-un proiect GIS, datele care nu se afl n format numeric, adic ntr-o form recunoscut de ctre calculator, trebuiesc digitizate. Datele deja existente, fie pe hartie, fie pe filme PET pot fi digitizate sau scanate pentru a produce date in format interpretabil de calculator. Digitizorul produce date vectoriale pe masura ce un operator traseaza puncte, linii, poligoane ale unei harti. Scanarea unei harti in schimb, produce date de tipul raster, care pot fi transformate mai tarziu in date vectoriale cu ajutorul unor programe specializate in astfel de conversii.

8

ntrebarea care se cuvine aici este din ce surse se culeg informa iile, de unde anume provin datele adunate, stocate ntr-o baz de date GIS? Majoritatea provin din baze de date deja existente, produse de Agen ii Federale i companii private. Datele topografice obtinute cu ajutorul unor instrumente ce au la baza geometria analitica, precum si datele obtinute cu ajutorul unui GPS pot fi introduse direct in GIS, fara a avea nevoie de modificari. Deasemenea, trasarea cu mouse-ul a unor entitati geografice pe o harta digitala existenta, duce la introducerea directa, in baza de date GIS, a unor noi coordonate. Echipamentele care pot fi folosite in vederea achizitiei de date sunt prezentate in cele ce urmeaza:

1. Fotografiile aerieneIn prezent, fotografiile aeriene analogice sunt scanate in vederea digitizarii lor, dar cum camerele foto digitale au luat o puternica amploare, atat datorita calitatii foarte bune, cat si a pretului din ce in ce mai scazut, acest pas va fi eliminat. In ceea ce priveste fotografiile aeriene digitale, cu ajutorul unui program specializat, acestea sunt analizate si astfel sunt obtinute date digitale ce pot fi memorate.

2. Radarul subpamanteanPentru detectarea re elelor subterane, este necesar utilizarea radarului subpmntean. Aparatul folosete unde de nalt frecven i func ioneaz pe principiul sondrii pe baz de ecou. n acest proces, se analizeaz reflexiile impulsurilor electromagnetice emise de o anten spre obiectul cercetat la intervale scurte de timp. La atingerea de ctre unde a obiectului cercetat se produc reflexii, marcate pe ecranul aparatului prin distorsiuni ale undei emise. Semnalele de reflexie sunt recep ionate de ctre o anten. irul de reflexii d posibilitatea de a construi o imagine ce se poate reda la fa a locului pe un monitor sau datele pot fi memorate pe un mediu de stocare pentru viitoarele prelucrri. Prin folosirea radarului subpmntean productivitatea zilnic se poate aprecia la circa 500 - 700 m / zi. Detectarea re elelor subpmntene se face prin cercetarea unor sec iuni transversale marcate pe suprafa a strzii de studiat. Pe linia transversal se fac marcaje din 0,5 n 0,5 m pe toat l imea strzii. Odat identificat adncimea minim pn la obiectul cercetat se marcheaz exact locul, care se nregistreaz ca o coordonat de teren. Cele mai mari colec ii de date geografice sunt imaginile luate din satelit (imagini satelitare). Acestea sunt imagini raster care pot fi scanate i apoi transformate n imagini vectoriale folosind programme speciale de conversie.

9

3. SatelitiTehnologia VSAT (Very Small Aperture Terminal) marcheaz un punct de cotitur n industria sateli ilor de comunica ii. VSAT furnizeaz o infrastructur de comunica ie bazat pe transmisia prin sateli i, oferind posibilitatea transferului de date, voce i imagini cu flexibilitate maxim, disponibilitate imediat i un raport performan e/cost optim. Exist mai mul i sateli i care acoper bine teritoriul rii noastre, cum ar fi satelitul Eutelsat II F-4 care a fost lansat n iulie 1992 i este localizat la 7 E. Trebuie men ionat c firma GEOSYSTEMS distribuie n Romnia imaginile satelitare ale firmei EURIMAGE.

4. GPSSistemul de pozi ionare global (GPS) este alctuit din trei segmente: 1. segmentul spa ial (sateli ii); 2. segmentul de control (United States Department of Defence); 3. segmentul utilizator (oricine folosete un receptor GPS n scopuri de pozi ionare). Segmentul spa ial este alctuit dintr-o constela ie de 24 de sateli i care se rotesc n jurul Pmntului la o altitudine de 20.000 km. Sateli ii, dispui ntr-unul din cele 6 plane orbitale, nconjoar Pmntul de dou ori pe zi. Receptorul GPS determin pozi ia sa pe baza semnalelor radio primite de la mai mul i sateli i. Sateli ii dispun de ceasuri de ncredere, aa c determinarea timpului fcut de semnalele radio este foarte precis. Receptorul GPS calculeaz distan a fa de fiecare satelit pe baza timpului fcut de semnalul radio i a vitezei luminii (viteza semnalului), apoi folosete aceste distan e pentru a-i calcula pozi ia pe Pmnt. Sateli ii GPS emit pe dou frecven e diferite (avnd lungimile de und de 9, respectiv 24 cm). Pozi iile acestor sateli i se pot afla folosind sistemul de coordonate WGS-84. Exist receptoare GPS cu o singur frecven i receptoare GPS cu dou frecven e, cele din urm oferind un important avantaj pentru aplica iile n timp real. Pe lng introducerea datelor grafice ce sunt stocate n hr i, mai trebuie introduse i atributele. Acestea sunt informatii aditionale despre entitatile din sistem, in cazul datelor de tip vector, cum ar fi de exemplu: numele entitatii, data la care a fost creata, sau, daca ne referim la un exemplu cat mai specific, cantitatea de precipitatii care a fost inregistrata pentru o anumita perioada a anului, sau tipul de sol care caracterizeaza entitatea respectiva, in caz ca aceasta reprezinta un teren agricol, etc. Introducerea acesor atribute se poate face manual, de la tastatur, sau se introduc din fiiere digitale existente. 10

ntotdeauna n GIS datele introduse trebuie s fie verificate, deoarece pot sa apar erori. Acestea pot sa apar n timpul procesului de introducere a datelor sau pot fi deja existente n datele de intrare, ducnd n final la interpretri greite ale rezultatelor. Scanerele electronice nregistreaz petele de pe o hart cu aceeai acurate e cu care captureaz elementele interesante de pe hart. De exemplu, o astfel de pat poate duce la conectarea a dou linii care nu ar trebui s se ntlneasca. Astfel de informa ii nedorite trebuiesc editate sau eliminate din fiierul de date. Un exemplu despre cum putem elimina informatiile nedorite este prezentat in subcapitolul urmator.

3.2.

Recuperarea datelor digitale dintr-o imagine aflata pe suport hartie

Uneori, anumite organizatii au nevoie sa proceseze diverse date dintr-o imagine satelitara, insa imaginea in cauza este facuta accesibila doar in format printat pe hartie. In aceasta situatie, pentru a reproduce imaginea in format digital este nevoie de un calculator si un dispozitiv de scanare. Cu toate aceastea, datorita printarii, in imaginea tiparita vor aparea anumite texturi nedorite. Aceste texturi au un anumit spectru Fourier, si prin urmare pot fi eliminate prin utilizarea unor anumite tipuri de filtre. Imaginea dorita este scanata cu ajutorul dispozitivului de scanare si stocata in memoria calculatorului ca o imagine digitala. Texturile nedorite vor aparea bineinteles si in imaginea digitala obtinuta in urma scanarii. Pentru exemplificare poate fi urmarita imaginea de mai jos, alaturi de o anumita portiune marita din aceasta, pentru a arata in mod clar existenta texturii.

Figura 3 Imagine satelitara printata

Textura nedorita este distribuita pe intreaga suprafata a imaginii cu o aceeasi structura reprezentand nimic altceva decat zgomot periodic. Acesta poate fi eliminat cu ajutorul unei functii de filtrare in domeniul frecventei.

11

Transformata Fourier este aplicata asupra imaginii cu zgomot pentru a obtine spectrul acesteia.

Figura 4 Spectrul obtinut in urma aplicarii transformatei Fourier

Centrul tabloului obtinut in urma tranformatei Fourier reprezinta valoarea medie a luminozitatii. Spectrul departat de centru arata procentul de crestere a componentei spatiale in frecventa. In general, spectrul texturii nedorite se va afla in zona de frecventa ridicata. Prin urmare, o functie de filtrare este aplicata in vederea eliminarii spectrului de inalta frecventa corespunzator texturii nedorite. Functie defineste anumite benzi pentru respingerea frecventelor nedorite.

Figura 5 Functia de filtrare aplicata pentru indepartarea texturii nedorite

Imaginea finala este obtinuta prin aplicarea tranformatei Fourier inverse, imaginii spectrale obtinute in urma filtrarii. Prin urmare, imaginile digitale pot fi recuperate, plecand de la varianta lor printata.

12

Figura 6 Imaginea finala obtinuta in urma aplicarii Transformatei Fourier inverse

3.3.

Stocarea datelor

Fiind vorba de un calculator numeric, este evident c stocarea datelor trebuie fcut sub form de coduri numerice. Dup experien e ndelungate s-a hotrt ca reprezentarea intern a unei hr i s se fac n dou sisteme: sistemul vectorial i sistemul raster.

Figura 7 Vector vs. Raster

n sistemul vector, harta este construit din puncte i linii, fiecare punct i extremit ile liniilor fiind definite prin perechi de coordonate (x,y). Acestea pot forma arce, suprafe e, volume. Sistemul vector se bazeaz pe trei primitive grafice (primitiva grafic este cel mai mic element reprezentabil grafic utilizat la crearea i stocarea unei imagini vectoriale i recunoscut ca atare de sistem): Punctul folosit pentru caracteristici geografice care pot fi cel mai bine exprimate de un singur punct de referin . Punctele pot fi deasemenea utilizate pentru a reprezenta zone expuse la scar mic. Linia sau Polilinia utilizate pentru caracteristici liniare, cum ar fi ruri, drumuri, ci ferate etc. Ca i n cazul punctului, la scar mic poligoanele pot fi reprezentate cu ajutorul caracteristicei liniare. Poligonul este utilizat pentru reprezentarea caracteristicilor digitale care acoper o anumit zon de pe suprafa a pmntului. Aceste caracteristici pot include lacuri, limite de parcuri,limite de orae, cldiri. 13

Fiecare dintre aceste geometrii este legat la un rnd ntr-o baz de date care descrie atributele lor. ntr-un exemplu concret, o baz de date care descrie lacuri poate con ine informa ii despre adncimea unui lac, calitatea apei, nivelul de poluare. Aceste informa ii pot fi folosite pentru a face o hart care s descrie un anumit atribut al setului de date. De exemplu, lacurile ar putea fi colorate n func ie de nivelul de poluare. Diferite geometrii poate fi, de asemenea, comparate. n acest sens, GIS ar putea fi folosit pentru a identifica toate fntnile (puncte) afate pe o raz de 1 km de un lac (poligon) cu un nivel ridicat de poluare. Principalul avantaj al sistemului vector fa de cel raster este faptul ca memorarea datelor este mai eficient. n acest sistem doar coordonatele care descriu trsturile caracteristice ale imaginii trebuiesc codificate. Se folosesc de regula la realizarea hr ilor la scar mare. n sistemul raster, imaginile sunt construite din celule numite pixeli. Pixelul este cel mai mic element de pe o suprafa de afiare, cruia i se poate atribui n mod independent o intensitate sau o culoare. FiecareFigura 8 Vector vs. Raster

pixel are atribuit un numr care va fi asociat cu o culoare. O entitate geografic este alctuit din mul imi de pixeli. De exemplu, un lac va fi reprezentat de o succesiune de pixeli de aceeai culoare. Cu alte cuvinte, un sistem raster este compus din celule mici n form ptrat sau dreptunghiular, avnd suprafa a egal cu rezolu ia sistemului. Un exemplu de imagini raster l constitue imaginile bitmap ob inute n urma scanrii planurilor de pe hrtie, sau imaginile ob inute de la sateli ii specializa i. n timp ce imaginile digitale ob inute prin scanarea planurilor/hr ilor sau prin fotografiere au un singur tip de informa ie pentru punctele de la sol (culoarea), sateli ii pot colecta mai multe tipuri de informa ii deodat, iar aceste date sunt furnizate ca benzi (straturi) distincte ntr-o imagine multi-spectral. Principalul dezavantaj al sistemului raster comparativ cu sistemul vector l reprezint capacitatea de memorare mult mai mare, deoarece n acest caz fiecare pixel n parte trebuie codificat. Sunt destul de frecvente situa iile de proiecte GIS n care se dorete simultan precizia informa iei vectoriale i sugestivitatea celei raster, respectiv suprapunerea planurilor construite n maniera clasic GIS/CAD (con innd entit i grafice definite geometric) peste imagini bitmap ob inute prin scanare sau prin fotogrammetrie (fotografii aeriene i de teledetec ie satelitar). De cele mai multe ori imaginile raster constituie fundaluri de lucru pentru grafica vectorial. Acest lucru este posibil, ns nu constitue subiectul lucrrii de fa , i prin urmare nu vom intra in detalii.

14

3.4.

Interogarea datelor

Un sistem GIS ne permite s executm interogri i analize ce sunt prea costisitoare sau mari consumatoare de timp pentru studiul lumii reale, ori sunt prea dificile sau inadecvate n cazul folosirii altor tipuri de sisteme de management al datelor. Toate pachetele de programe GIS includ opera ii pentru interogarea bazelor de date, n vederea ob inerii unui subset de date. Interogrile spa iale sunt cele mai importante, i presupun selec ia entit ilor n func ie de loca ie sau de rela iile spa iale cu celelalte entit i. Alte tipuri de interogri foarte utile sunt interogrile grafice ( care sunt valorile atributelor acestor enit i?), interogrile atribut (unde sunt localizate entit ile cu aceste valori ale atributelor?) sau interogrile formulate cu ajutorul limbajelor de programare (SQL) de genul: care sunt terenurile cu o suprafa mai mare de 300 mp aflate la o distan mai mic de 300 m de o anumit osea? . Toate aceste tipuri de interogri ofer GIS-ului posibilitatea de a efectua analize i modelari ale datelor spa iale, ceea ce l distinge esential de celelalte tipuri de sisteme de informa ii.

3.5.

Analiza datelor

Maparea datelor indic n primul rnd locurile n care sunt amplasate obiectele, dar nu poate explica de ce anume sunt amplasate acolo. De exemplu, o fotografie aeriana poate arata c porumbul este n cretere n anumite regiuni, dar nu poate explica de ce n alte regiuni nu a crescut la fel de bine. Analiza GIS, pe de alt parte, poate realiza o conexiune ntre dezvoltarea porumbului, tipul de sol i cantitatea de ap disponibil prin examinarea simultan a hr ilor ce reprezint culturile, tipurile de sol i umiditatea acestuia pentru regiunile aflate n discu ie. Astfel, una din caracteristicile principale ale sistemului GIS este abilitatea de a analiza rela iile spa iale ntre entit ile unei hr i aflate n diferite straturi (nivele). Aceste rela ii poart denumirea de rela ii topologice i presupun: adiancen (cine e adiacent cu cine), incluziune (cine con ine i ce anume con ine) i proximitate (ct de aproape este o entitate geometric de alta). Modelarea re elelor este un alt tip de analiz a datelor care permite rezolvarea unor probleme specifice cum ar fi: determinarea traseelor optime n opera ii de transport, colectare sau distribu ie urmrind diferite criterii (timp minim, distan minim) incluznd eventual o serie de constrngeri (gabarit, capacitate portant).Iat un exemplu de ntrebare la care se poate rspunde cu ajutorul GISului : Daca toate fabricile din apropierea unui ru ar deversa accidental substan e chimice, ct timp va dura pn acestea vor ajunge n cantitate duntoare la nivelul solului? .

15

Figura 9 Map Overlay

Interpolarea datelor spa iale presupune o combinare a mai multor date spa iale, nivele (puncte, linii sau poligoane), genernd la ieire un nou set de date vectoriale, cu impact vizual similar cu o suprapunere a mai multor hr i reprezentnd o aceeai regiune. O reuniune de entit i geometrice presupune o combinare a datelor spa iale i a atributelor ambelor intrri ntr-o singur iesire. Intersec ia definete zonele n care dou intrri se suprapun pstrnd o serie de atribute pentru fiecare entitate n parte. Pentru exemplificare se poate urmri Figura 5 care prezint o combinare a dou nivele pentru o aceeai regiune: nivelul solurilor i nivelul pdurilor. De aici pot fi trase concluzii n ceea ce privete o viitoare mpdurire a regiunii. Statisticile GIS sunt foarte des utilizate n luarea deciziilor. De exemplu, dac o baz de date con ine date geografice cu informa ii demografice detaliate, se pot determina cte persoane cu o anumit vrst, venit, etnie, locuiesc ntr-un bloc dat, de pe o anume strad. Aceste tipuri de statistici pot fi folosite de oamenii de tiin i de staticieni cu scopul de a caracteriza o regiune, zon, n vederea lurii unor decizii privind marketing-ul, serviciile sociale, planificare de urgen , etc n acea zon.

16

3.6.

Vizualizarea datelor

Dup o analiz i o modelare complet a datelor, este necesar o reprezentare a rezultatelor ntro anumit form pentru interpretri. Calea pe care o alegem pentru ieirea rezultatelor depinde de mul i factori, cum ar fi costul sau timpul consumat. Desigur, to i aceti factori influen eaz modul n care se realizeaz proiectul GIS, dar poate s aib o importan particular pentru comunicarea efectiv a rezultatelor. Afiarea rezultatelor poate fi facut pe monitor sub forma de hr i, grafice sau rapoarte, dar i pe hrtie cu ajutorul ploterelor i a imprimantelor. n alte cazuri ns, datele sunt pstrate sub form de fiiere, pentru o analiz viitoare. GIS genereaz un interes din ce n ce mai mare n cele mai diverse domenii ale activit ii umane i este utilizat de to i cei care utilizeaz n activitatea lor hr i, planuri topografice sau trebuie s ia decizii n cadrul spa iului geografic. Un astfel de sistem este utilizat pentru producerea de planuri i hr i, planuri de urbanism, modul de utilizare a terenurilor, gestionarea re elelor de utilitate public (apa, canalizare, termoficare, electrice, telefonice, gaze, drumuri, ci ferate, linii de transport urban), localizarea amplasamentelor optime pentru noi centre medicale, de comer sau culturale, studiul impactului unui obiectiv (aeroport, rafinrie etc.) asupra mediului ambiant, studii privind calitatea aerului i apei, investigarea i remedierea locurilor cu reziduri, n comer (identificarea pie elor int sau men inerea acestora n condi ii de competivitate, zonri ierarhice a pie elor de desfacere dup diverse criterii).

4. Arhitectura unui sistem GISAplicatiile de tip GIS se impart in trei mari categorii: aplicatii GIS de sine statatoare (opensource sau nu), aplicatii GIS dezvoltate pentru dispozitivele mobile, si cele mai des raspandite, aplicatiile GIS Web. Datorita evolutiei exponentiale a Internetului si a modului simplu si util in care utilizatorii pot vizualiza anumite date spatiale, pot crea harti tematice, pot face interogari si analize spatiale, indiferent de locul unde s-ar afla, Web GIS a devenit un instrument foarte raspandit care ne ajuta in viata de zi cu zi. In general, un sistem web are o arhitectura client/server organizata pe mai multe nivele. Web GIS, la randul sau, urmeaza aceasta structura, si poate fi proiectat ca o aplicatie client/server 2 tier sau 17

ca o aplicatie 3-tier, in functie de cerintele si functionalitatile pe care trebuie sa le indeplineasca sistemul. Un sistem GIS are in general trei componente principale: Aplicatia client interfata utilizator ce contine tehnologii pentru renderizarea (afisarea) si manipularea hartilor Logica de bussiness se refera la securitate, managementul utilizatorilor, caching, servicii web, modelul de date care urmeaza a fi furnizat aplicatiei client in vederea renderizarii, functii de acces la baza de date Sursa de date in general o baza de date relationala cu soport pentru date spatiale, versionare, indexare si extensibilitate.

4.1.

Arhitectura 2-tier

Arhitectura 2-tier este o arhitectura client-server in care clientul, respectiv serverul sunt doua componente diferite care comunica intre ele prin intermediul retelei care le interconecteaza. Clientul este cel care initiaza conexiunea, iar serverul este cel care asteapta cereri din partea clientului. In cazul sistemului GIS, primele doua componete (aplicatia client si logica de bussiness), fac parte din client, iar baza de date se va afla separat, pe server. Principalul dezavantaj al acestei arhitecturi este faptul ca intreaga prelucrare va avea loc la nivelul aplicatiei client. Prin urmare utilizatorul va avea nevoie de resurse puternice de procesor si memorie. O alte problema cu care se confrunta acest tip de arhitectura este securitatea, deoarece comunicarea dintre serverul web si serverul de baze de date este realizata direct prin intermediul retelei care asigura comunicare intre client si server. Pe de alta parte, arhitectura 2-tier ofera avantaje din punct de vedere al performantei (performanta mai buna deoarece prezinta 2 componente strans legate intre ele si nu 3), din punct de vedere al usurintei de instalare, configurare si de ce nu si mentenanta.

4.2.

Arhitectura 3-tier

Modelul 3-tier este tot o arhitectura client-server in care interfata utilizator, logica de bussiness (logica functionala) si sursa de date sunt dezvoltate si administrate ca module independente. Termenul 3-tier se refera la introducerea unei componente (de obicei un server) intre client si server al carei rol difera in functie de scopul aplicatiei.

18

Acest tip de arhitectura, prin componenta de mijloc, izoleaza partea de client, de partea de date, prin urmare este redusa complexitatea la nivelul clientului din punct de vedere al accesului la date, si este consolidata securitatea la nivelului accesului la baza de date.

Figura 10 Arhitectura 3-tier

Intr-un sistem Web GIS, clientul contine tehnologii ce permit afisarea hartilor in browser: animation, zoom in, zoom out, pan etc. Nivelul de mijloc este cel care controleaza functionalitatea aplicatiei prin realizarea de procesari detaliate. Acesta trebuie proiectat in asa fel incat sa suporte unor numar mare de autentificari la intrarea in sistem. O alta cerinta este raspunsul in timp real la cerintele utilizatorului. Aceasta necesita implementarea unui mecanism eficient de caching al paginilor care sa imbunatateasca performanta locala. Un alt element important este motorul de procesare, care primeste niste date (cum ar fi de exemplu numele hartii, locatia dorita, sursa de date, dimensiunea hartii), si pe baza acestora intoarce o imagine a hartii sau un alt model de date stabilit in prealabil. Rezultatul este furnizat mai departe aplicatiei client care va renderiza harta pentru vizualizare. Baza de date va trebui sa ofere suport pentru tipuri de date complexe, cum ar fi puncte, linii, poligoane, pentru operatii asupra acestor tipuri de date, precum intersectie, diferenta, reuniune. Deasemenea, limbajul de interogare trebuie sa permita cereri atat pentru date spatiale, cat si pentru data non-spatiale. Deoarece numarul inregistrarilor intr-un sistem GIS este foarte mare, baza de date trebuie sa ofere suport pentru indexare, pentru acces paralel, in vederea obtinerii unei performante mai bune. Avantajele acestui tip de arhitectura sunt evidente: usurinta cu care se poate modifica, respectiv inlocui orice modul, fara a afecta functionalitatea celorlalte; anumite reguli de securitate pot fi aplicate la nivel de server fara a se interveni in vreun fel la nivelul client; incarcarea la client este minima etc. Prin urmare, in zilele de azi, orice sistem GIS matur adopta ca si arhitectura de baza modelulu 3-tier. 19

5. Aplicaii i tendine n domeniu5.1. Scurt istoric

Idea de a concentra n cadrul unei hr i diferite straturi tematice i fenomene geografice, a existat cu mult nainte de apari ia calculatorului. Pe zidurile peterilor aflate n apropiere de Lascaux, France, vntorii Cro-Magnon desenau imagini ale animalelor pe care le prindeau. Asociate acestor animale au fost descoperite linii de urmrire ce sunt presupuse a reprezenta rutele de migrare. Dei simpliste n comparatie cu noile tehnologii, aceste tipuri de nregistrri atest arhitectura sistemelor informa ionale actuale: o imagine i atributele asociate ei. Harta btliei de la Yorktown (toamna anului 1781), crea ie a cartografului francez LouisAlexandre Berthier, red destul de bine traseele trupelor implicate n lupt. n anul 1819, francezul Pierre Charles Dupin a ntocmit prima hart choroplet (redarea prin umbre a suprafe elor), ce red distribu ia i intensitatea analfabetismului n Fran a, aceasta reprezentnd, poate, prima hart statistic modern.

La jumtatea secolului al XIX-lea, apare Atlas to Accompany the Second report of the Irish Railway Commissioners, ce red pe aceeai hart date despre popula ie, migra ia acesteia precum i date geologice i topografice. Un alt exemplu timpuriu de analiz geografic l constitue harta realizat de doctorul John Snow pentru a identifica sursa contaminrii cu holer a centrului Londrei din anul 1854. Acesta a redat prin puncte loca iile deceselor i, n urma analizei distribu iei a descoperit o pomp de ap drept focar de infec ie.

20

De-a lungul evolu iei sale, din 1950 i pna astzi, se pot distinge 3 faze importante delimitate n func ie de aplica ii, date i interac iunea dintre utilizatori i furnizori. n prima faz (perioada 1950 nceputul anilor 1980), tehnologia GIS a fost creat ca un instrument capabil s stocheze, organizeze i s determine extinderea datelor existente. Pentru acest lucru a fost implementat i definit o structur a datelor compus din date primare (puncte, linii, suprafe e, rastere) i func ii pentru importarea, editarea, recuperarea, actualizarea, interogarea datelor. Un an important n aceast perioad l constitue anul 1962 care vede primul GIS opera ional din lume realizat de Geograful Roger F. Tomlinson cu sprijinul guvernului canadian. GIS (Canada Geographic Information System) a durat pn n anii 1990 i a realizat cea mai mare baz de date a resursele terestre din Canada. n cea de-a doua etap (sfritul anilor 80 nceputul anilor 90), Sistemele Geografice Informa ionale au fost for ate s evolueze spre analiz. n aceast faz au fost implementate func ii i interfe e grafice prietenoase pentru a uura interac iunea cu utilizatorii. Utilizatorii au posibilitatea

21

s sorteze, selecteze, extrag, reclasifice i s reproiecteze datele dup diferite criterii geografice, topologice, statistice. Marcant pentru aceast period este dezvoltarea primei aplica ii cu interfa grafic din cadrul pachetului de programe GRASS GIS (este vorba despre GrassWare lansat de Corpora ia OSIRIS). La randul ei, ESRI lanseaz prima versiune a binecunoscutei aplica ii ArcView (ajuns n prezent la versiunea 9.3). ncepnd cu sfritul anilor 1990, Sistemele Informa ionale Geografice intr ntr-o nou er. n aceast etap, GIS-ul ncearc s devin un instrument de decizie i manipulare a informa iei. n anii 2000, Sistemele Informa ionale Geografice se ndreapt ctre Web, devenind tot mai populare n rndul utilizatorilor de calculatoare personale indiferent de platforma utilizat. Compania ESRI ncepe s ofere o gam larg de programe ce ruleaz pe sisteme de operare Linux, Google lanseaz dou servicii: GoogleMaps, ce utilizeaz tehnologii noi pentru aplica iile Web-Gis (AJAX, Asynchronous JavaScript i XML) i GoogleEarth.

5.2.

Preocupri n domeniu

5.2.1. RadioGraph 8 & District 8 Dezvoltatorii de produse software romneti nu s-au lsat mai prejos i au lansat pe pia aplica ii GIS autohtone. Dou astfel de aplica ii au fost dezvoltate de GFK Geomarketing i poart denumirea de RadioGraph 8 i District 8. Sectoarele economice n care pot fi folosite cele dou aplica ii sunt foarte largi: asigurri, bnci, birouri de statistic, comer , construc ii, electronice, farmacii, media, poli ie, protec ia mediului, publicitate, sntate, sectorul auto, telecomunica ii, turism, universit i etc. RadioGraph 8 permite vizualizarea i analiza spa ial a datelor sub forma hr ilor digitale. Datele despre clien i i pia sunt afiate n hr i integrate foarte uor de accesat. Se pot identifica corela ii i oportunit i prin intermediul reprezentrilor spa iale ale informa iilor. Datorit func iilor sale extinse de analiz a datelor, RegioGraph reprezint un real sprijin n desfurarea activit ilor obinuite de vnzri i marketing. District 8 este sistemul profesional GIS pentru planificare teritorial. Func iile de nalt performan ale RegioGraph sunt disponibile i la District. n plus, serviciile i zona de acoperire a serviciilor pot fi delimitate i optimizate n concordan cu specifica iile utilizatorului, n cazul District.

22

Figura 11 Importuri/Exporturi de date n RadioGraph&District

Ambele aplica ii recunosc bazele de date din toate formatele conven ionale(Excel, Access, dBase, ASCII, Windows Clipboard sau cu ODBC), ceea ce face importul de date foarte simplu de realizat. Deasemenea, hr ile pot fi incluse n prezentri i rapoarte prin exportarea lor n toate formatele grafice standard, sau de ce nu, pot fi prezentate direct n RegioGraph i DISTRICT pe ntregul ecran. HTML Export se poate folosi pentru a publica hr ile pe re eaua intern sau pe internet, iar Series Print Manager pentru a printa rezultatele ntr-un format convenabil. Sistemele Informatice GIS produse de GfK Geomarketing transpun datele referitoare la clien ii,pia a i datele corporatiste n hr i informative uor de n eles i utilizat. RadioGraph&District constituie un real sprijin n fundamentarea deciziilor de vnzri i marketing n activitatea zilnic ce vizeaz evaluarea clien ilor, analiza pie ei, supervizarea vnzrilor, analiza i planificarea teritorial. Un exemplu de analiz l constitue distribu ia regional a clien ilor pe hart, identificarea principalilor clien i pe baza vnzrilor i a poten ialului i eventual alocarea acestora celui mai apropiat agent de vnzri sau celui mai apropiat service. De asementea, poti fi vizualizate zonele cu cele mai nalte sau cele mai sczute cote de pia . Func ia de analiz a portofoliului poate fi 23Figura 12 Analiza clien ilor n RadioGraph

utilizat pentru a stabili o rela ie direct ntre vnzri i poten ialul pie ei. n func ie de datele stocate se pot afia n culori diferite jude ele, loca ia clien ilor sau rutele de transport. Controlul vnzrilor este o alt func ionalitate oferit de cele dou aplica ii n dicu ie. De exemplu, se poate examina eficien a activit ii de teren, ct de mari sunt diferen ele ntre valorile estimte i rezultatele concrete. RegioGraph afieaz dezvoltrile cronologice astfel nct s poat fi recunoscute tendin ele i s fie ntreprinse ac iuni de corectare la timp.Figura 13 Controlul vnzrilor n RadioGraph

Foarte important este func ia de planificare teritorial. RadioGraph permite analiza atent a loca iilor precum: filialele, centrele de logistic, punctele de service, n func ie de loca iile competitorilor, numrul de gospodrii aflate n cadrul de ariei de acoperire a filialelor, structurile de popula ie, veniturile acestora, mijloacele de acces. Editorul integrat permite crearea, procesarea sau convertirea de hr i. Deasemenea, se pot importa hr i din alte aplica ii (*.mif *.shp). Datorit limbajului de programare integrat Visual Basic for Applications (VBA) de la Microsoft, RegioGraph poate fi extins pentru a include propriile func ii adi ionale. Hr ile pot fi actualizate din baza de date complet automat la intervale iar fiecare utilizator poate aduga suplimentar propriile analize.

24

6. ConcluziiGIS este una dintre tehnologiile informationale care au transformat radical modul in care geografii isi realizeaza cercetarile in beneficiul societatii. Acelasi impact major l-a avut si asupra utilizatorilor de rand prin faptul ca le-a usurat intr-un mod vizibil viata de zi cu zi. Pentru afaceri, cea mai promi toare direc ie de dezvoltare a aplica iilor GIS poate fi reprezentat de serviciile web. Deocamdat numai un numr mic de furnizori permit companiilor s realizeaze interogri spa iale complexe prin intermediul unei interfe e web. Astfel de furnizori pot gzdui datele spa iale i le pot chiar i combina cu ter e resurse de date dac organiza iile doresc acest lucru. Ca o concluzie, GIS nu este nici o componenta hardware, nici o componenta software, ci mai degraba trebuie privit ca un proces. GIS este pentru luarea deciziilor. Modul in care datele sunt introduse, stocate si analizate in cadrul unui sistem GIS trebuie sa reflecte modul in care informatiile vor fi folosite pentru un anumit tip de cercetare sau pentru o sarcina ce necesita luarea anumitor decizii. A vedea GIS-ul doar ca un sistem software sau hardware, inseamna a pierde rolul crucial pe care il poate juca intr-un proces complet de luare a deciziilor. ncheiem cu un mesaj ce nu mai are nevoie de explica ii suplimentare: "Aplica ia GIS-ului este limitat numai de imagina ia celor care o folosesc." ( Jack Dangermond)

25

7. ANEXA 1 Lista de figuriFigura 1 Componente GIS ................................................................................................................. 4 Figura 2 Ierarhia componentelor GIS ................................................................................................. 5 Figura 3 Imagine satelitara printata .................................................................................................. 11 Figura 4 Spectrul obtinut in urma aplicarii transformatei Fourier...................................................... 12 Figura 5 Functia de filtrare aplicata pentru indepartarea texturii nedorite.......................................... 12 Figura 6 Imaginea finala obtinuta in urma aplicarii Transformatei Fourier inverse ........................... 13 Figura 7 Vector vs. Raster ............................................................................................................... 13 Figura 8 Vector vs. Raster ............................................................................................................... 14 Figura 9 Map Overlay ..................................................................................................................... 16 Figura 10 Arhitectura 3-tier ............................................................................................................. 19 Figura 11 Importuri/Exporturi de date n RadioGraph&District ........................................................ 23 Figura 12 Analiza clien ilor n RadioGraph ...................................................................................... 23 Figura 13 Controlul vnzrilor n RadioGraph ................................................................................. 24

26

8. BIBLIOGRAFIE

Aitken, S., Valentine, G. (2006), Approaches to Human Geography, Editura SAGE Schuurman, N. (2004), GIS: A Short Introduction, Editura Blackwell Publishing Imbroane, Al., More, D.(1999), Ini iere n GIS i teledetec ie , Presa Universitar Clujean Dimitriu, G (2007), Sisteme informatice geografice GIS , Editura Albastr Gfk Geomarketing, RadioGraph 8 i District 8-Edi ie premium Leon Florin, Biblioteca virtuala de inteligenta artificiala http://eureka.cs.tuiasi.ro GIS, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Geographic_information_system Evolu ia Sistemelor Informa ionale Geografice (GIS), http://earth.unibuc.ro/articole/evoluia-sistemelor-informaionale-geografice-gis Solu ii oferite de ESRI, http://www.esri.com/ GIS in Every Walk of Life, http://www.gis.com/whatisgis/everywalk.html A platform for Internet GIS, http://www.gisdevelopment.net/technology/gis/mi03037.htm Digital Image Data Recovery from Printed Image, http://www.gisdevelopment.net/aars/acrs/1995/ps4/ps4002.asp

27

28