Påbyggnadskurs. i GIS. för kommuner och länsstyrelser

Transkript

1 Påbyggnadskurs i GIS för kommuner och länsstyrelser 2001

2 StrateGIS etapp 3 Påbyggnadskurs i GIS Kurskompendium för modul 1 och 2 Utbildningsmål: Modul 1 och Inläsningsanvisningar... 3 Modul 1: Grundläggande begrepp och funktioner i GIS... 4 Översikt av GIS i samhället... 4 Tekniköversikt och komponenter i GIS, datorer med kringutrustning, programvara, personal och data... 7 Allmänt om datalagring och datatyper i GIS Raster- och vektormodeller Krav på rumslig information och attributinformation Utgångspunkter för GIS i den traditionella kartografin Projektioner och referenssystem Generalisering och visualisering Detaljupplösning och applikationer Svenska kartserier och kartdatabaser Datafångst och överföring av analoga data till digitala databaser Modul 2: Data och analys Analysmetoder Databaser och SQL-teknik Metadatabaser Standardisering STANLI PilotGIS Dataförsörjning, förvaltning och ajourhållning Dataöverföring GIS i relation till övrig IT-verksamhet, framförallt www-applikationer Hur data får användas, rättsfrågor

3 Utbildningsmål: Modul 1 och 2 Målsättningen med modul 1 är att bygga ut de kunskaper som inhämtats under introduktionskursen. Modulen inriktar sig på tekniska aspekter kring GIS och GIT och på grundläggande kartografiska aspekter. Målsättningen är att kursdeltagarna efter genomgången utbildning skall ha fördjupade kunskaper om: GIS-teknikens möjligheter och begränsningar idag och i framtiden. GIS-teknik i förhållande till övrig IT- verksamhet. Tekniska aspekter vad gäller hård- och mjukvara. Grundläggande kartografiska begrepp, t.ex. projektioner, referenssystem generalisering, mätprecision och visualisering. Data för GIS-applikationer. Raster- och vektordatamodellerna. Databaser och databasteknik med med fokus på SQL-teknik. Datafångst för GIS-tillämpningar, dataförsörjning och ajourhållning. Det är inte möjligt att på djupet penetrera dessa områden men deltagarna skall vara orienterade och informerade för att kunna bedriva självstudier eller beställa specialutbildning, om detta bedöms nödvändigt. Inläsningsanvisningar Målsättningen med kurskompendiet är att strukturera det betydligt mera omfattande kunskapsstoff som finns i kursboken. Att läsa kurskompendiet skall ge såpass mycket grundläggande information att det skall vara möjligt för den enskilde att läsa in också refererade delar av kursboken. Varje moment i kompendiet inleds därför med sidreferenser till kursboken. Dessa får ses som en rekommendation och kan modifieras efter behov. Generellt kan sägas att kapitlen 3, 4, 5 och 8 är de viktigaste för att nå den målsättning som finns för StrateGIS påbyggnadskurs. Dock utgör delar av kapitlen definitivt överkurs i detta sammanhang. Parallellt med kursboken kan delar av StrateGIS s utbildningsprogram för etapp 2 användas. Detta material består av 16 moduler som var och en behandlar ett visst tema. Dessa moduler tar upp aspekter som inte finns i kursboken och ger ibland en något annan bild jämfört med boken. Modulerna kan tjäna som inspiration och är lämpliga att använda som extra litteratur till vissa avsnitt i detta kompendium. 3

4 Modul 1: Grundläggande begrepp och funktioner i GIS Modulen ger en översikt över GIS-verktyget, krav på teknik och information för anpassning till GISmiljö. Översikt av GIS i samhället Att läsa i boken Avsnitt I dag har GIS blivit en naturlig del av datahanteringen för en lång rad tillämpningar, inom de mest varierande sektorer. Vissa kan vara ganska självklara, som t.ex. stadsplanering, byggnation, anläggning, mm, medan andra ligger längre ifrån den statlig/kommunala verksamheten, t.ex. GPS- och GIS-stöd för taxitrafik. På kommunal nivå är det idag regel snarare än undantag att fastighetsregistret ligger lagrat som digitala databaser. I förlängningen innebär detta att detaljplanearbetet mer och mer utförs med digitala data som underlag. Applikationer utarbetas som minskar hanteringstid av olika ärenden eftersom man inte fysiskt behöver samla ihop nödvändiga bakgrundsdokument utan istället digitalt söker och extraherar den information som behövs för handläggandet av ett visst ärende i de databaser som finns tillgängliga inom organisationen. T.ex vid byggnadsärenden kan det innebära tidsvinster på flera minuter per ärende att ha fastighetsregister och kartbild hopkopplade digitalt eftersom det innebär att man slipper gå och leta efter information i arkivet. I stället kan all nödvändig information nås med den egna datorn och ärendet kan hanteras helt digitalt. Beaktat antalet ärenden som behandlas årligen, blir tidsvinsterna synnerligen betydelsefulla. Lantmäteriverket/METRIA tillhandahåller kartdatabaser snarare än papperskartor vilket gör att deras kunder måste anpassa sig till digital hantering av dessa. Samma utveckling finns hos andra kartproducerande statliga verk, som t.ex. SGU. 4

5 Lokalt och regionalt finns myndigheter som har kommit långt med införandet av GIS teknologi och det finns även en rad halvstatliga och privata användare och dataproducenter. Trots att utvecklingen tydligt pekar mot att GIS kommer att användas mer och mer och för fler och fler ändamål finns det en lång rad svårigheter som måste överbryggas. För många användare är det framför allt inledningsvis som problemen är påtagliga. Att börja använda GIS i en organisation kräver en strategi, kunskap om möjligheter och begränsningar, ett tekniskt kunnande, en villighet att investera i ny teknik, samt att data som finns tillgänglig digitalt är relevanta och lättillgängliga. Gammal karta över Kristianstadsområdet som inte har kända projektionsparametrar och därför är svår att överlagra med moderna kartor. Många äldre kartor, t.ex. sk Skifteskartor, måste rektifieras genom att använda samma teknik som använtds när t.ex. satellitbilder eller flygbilder skall kopplas till en kartprojektion. Figur 2.17 i kursboken är ett exempel på hur sådan teknik använts för registrering av den gamla kartan till moderna kartdatabaser. 5

6 Övning 1: Diskutera vilka GIS-applikationer som finns inom din egen organisation. Gör en lista på dessa. Vem har önskat dessa applikationer har de kommit från verksamheten själv eller har de införts genom yttre påverkan. Övning 2: Diskutera vilka andra verksamhetsgrenar och datahantering som också skulle passa i GIS-sammanhang. Övning 3: Finns det någon strategi för införandet av GIS i din organisation. Diskutera denna eller generellt vikten av att ha en strategi. Vad bör en strategi omfatta?. 6

7 Tekniköversikt och komponenter i GIS, datorer med kringutrustning, programvara, personal och data Detta avsnitt tar upp de komponenter som tillsammans bildar ett komplett informationssystem, nämnligen datorsystem, programvara, personal och data Interpolated rainfall from three stations Geology and soils Roads and drainage Landuse and vegetation Att läsa i boken Avsnitt Introduktion Ett digitalt informationsssystem i modern bemärkelse består av fyra komponenter: datorer med kringutrustning, programvara, personal och data. I viss mån styrs också verksamheten av ett regelverk, vilket i så fall kan ses som en femte komponent i ett GIS. Nivån för behoven och kraven på respektive komponent styrs av storleken på de databaser som skall hanteras, omfattningen på den digitala verksamheten, samt vilka tillämpningar databaserna skall förse med information. Datorsystem Sedan datorer infördes i det dagliga arbetslivet har de genomgått ett antal förändringar, framför allt en fantastiskt snabb utveckling mot mindre storlek och samtidigt bättre prestanda. I begynnelsen var datorn en stor central enhet, till vilken ett antal användarterminaler var kopplade. Terminalerna hade inget minne eller egen lagringskapacitet eller egen programvara utan var beroende av centralenheten i systemet (server). Vid terminalen kunde instruktioner eller information skrivas in och skickas till servern, där sedan instruktionerna utfördes, data bearbetades och lagrades. Därefter kom persondatorerna väldigt starkt under 1980-talet, med eget minne, egen lagringskapacitet och egna programvaror. PC-utvecklingen skapade oberoende datorer, där var och en arbetade med sina data. Ett problem som snart uppstod var kommunikation mellan enskilda PC. Lösningen blev att koppla ihop enskilda datorer i nätverk, inom den egna organisationen, den egna avdelningen, våningsplanet, etc. Nätverksutvecklingen fortsatte 7

8 mot större och mer komplexa nät, som idag gör det möjligt för en datoranvändare att kommunicera med i princip alla andra datoranvändare i hela världen via Internet. Även de inomorganisatoriska nätverken, Intranet, har utvecklats vad gäller kapacitet och flexibilitet. Gemensamt för bägge nätverken är att de förutom den enskilda PC:n kräver en speciell dator, servern, som likt den gamla tidens servrar sitter som spindeln i nätet och administrerar kommunikation och dataflöden. Servrar brukar också användas för att lagra specialprogramvara och databaser som skall vara tillgänglig för många. Ett GIS med tillhörande databaser i en organisation bör byggas kring en server. Eftersom vinsterna i systemet blir större desto fler användare som är uppkopplade och har tillgång till databaserna bör man dimensionera systemet för att serva hela organisationen och även ha möjligheter för tillfälliga externa användare att tillgå data. Vilken prestanda för systemets komponenter som behövs bestäms till stor del av vilka tillämpningar som förväntas hanteras av det. För GIS applikationer kan ofta distributören av GIS-programvara assistera för att systemet skall få ett korrekt utseende. Programvara Ett GIS-program skall hantera information av två typer. Dels geometrisk information, som talar om var objektet i fråga finns, dels attribut-information som talar om vad för slags objekt det är, en offentlig byggnad, ett bostadshus, en väg, ett vattendrag, en åker, ett skogsområde, osv. I den följande texten kommer ett antal programvaror och tillverkare att namnges. Detta betyder dock inte att det inte finns andra program som är lika lämpliga. De programvaror som tas upp i texten har namngivits dels för att de är väl spridda i landet, dels för att de är bra illustrationsexempel. En mycket viktig aspekt vid val av programvara som ofta glöms bort är möjligheten till utbyte av information med andra program. Här måste samråd ske både med de organisationer som producerar information och med användare. Även kommunikation med övrig programvara som kan tänkas ingå i den egna produktionskedja måste beaktas, t.ex. ordbehandling, kalkyl och ritprogram. Enligt en undersökning gjord av Boverket använde de flesta länsstyrelser ESRI s produkter ARC/INFO eller ArcView, medan MapInfo och CAD eller karthanteringsprogram var vanligare bland kommuner. Utvecklingen de senaste fem åren har medfört vissa förändringar men i stort ser bilden likadan ut idag. Idag finns det GIS-program som opererar på alla typer av datorplattformar. Tidigare har stora programleverantörer (t.ex. ESRI:s ARC/INFO) haft enklare versioner av sina program för PC, medan de fullödiga programmen har använt arbetsstationer (UNIX) som plattform. Med införandet av Windows NT som operativsystem, tillsammans med den snabba expansionen av PC-systemens kapacitet, har emellertid utvecklingen tenderat att prioritera GIS-program för PC-plattformen, precis som för all annan programvara. 8

9 GIS-program som finns tillgängliga på marknaden kan delas in i tre kategorier, där dock övergången mellan dessa är något flytande. Kategorin med de mest komplexa programmen har delvis sina rötter i ritprogram och konstruktionsprogram av typen CADprogram. Programmen har stor flexibilitet och klarar att hantera stora datamängder. De innehåller komponenter för datafångst (digitalisering och scanning), administration och analys/presentation. Ett exempel är ESRI:s ARC/INFO. Gemensamt för alla program i kategorin är att de är relativt svåra att använda och kräver specialutbildade operatörer med lång praktik för att behärskas till fullo. Programmen kan ha grafiska gränssnitt av Windowstyp men många operationer utförs genom att operatören skriver egna instruktioner direkt till programmet, vilket gör att man måste behärska syntaxen. Möjlighetera att genom egen programmering styra bearbetning och analys är generellt stora. I många organisationer finns denna kompetens i form av GIS-tekniker som har som huvudsaklig uppgift att administrera data, skapa lösningar för andra användare och ge tekniskt stöd till dessa. Mellankategorin innehåller program som kan användas för i stort sett samma operationer som den föregående kategorin. De klarar bearbetning, analys och resultatutskrift men jämfört med den tidigare kategorin är de mindre flexibla. Detta gör att vissa bearbetningar/analyser blir svåra att göra, samt att resultatutskrift i kartform inte alltid håller riktigt professionel kvalitet. Mellankategorins program används därför oftare för något enklare bearbetningar och mera sällan för t.ex. databasuppbyggnad och kartproduktion. De har samtliga ett grafiskt gränssnitt mellan program och användare, som gör det lättare att intiutivt lära sig programmet. Exempel på denna kategori är ArcView, MapInfo, Autodesk World och Intergraf/Geomedia. I många fall kan programmen i denna kategori förenklas av en kunnig användare, som genom att plocka bort flertalet av programmets funktioner skapar ett enkelt gränssnitt som passar även en icke GIS-utbildad användare. I den enklaste kategorin programvaror återfinns rena tittskåpsapplikationer, ett exempel är ESRI s freeware ArcExplorer, ett annat är länsstyrelsernas egna OGIS, en webbapplikation, där man i stort sett endast kan titta på data, göra vissa enkla bearbetningar (ofta utan att påverka orginaldatabaserna) och utskrifter. Dessa är avsedda för användare som hanterar geografisk information i sitt dagliga arbete men som inte har något behov av att förändra informationen. Exempel kan vara handläggare som vill informera sig om förhållandena i en stadsdel för att fatta ett beslut, men som inte behöver eller skall ändra på den information som finns lagrad i databasen. Mera om nätbaserade applikationer följer i avsnittet GIS i relation till övrig IT-verksamhet längre fram i kompendiet. Vid införandet av GIS i en komplex organisation är det troligt att det finns behov av alla tre programkategorierna (beroende på användarnas behov) och en strategi som tar hänsyn till detta måste utarbetas. Olika lösningar för hur programmen körs finns också, i de flesta fall går det att välja mellan att köra programmet gemensamt från en server och att varje användare har sin egen programvara i den egna datorn. Programdistributörerna kan hjälpa till med att skräddarsy lösningar. Oftast är den långsiktigt bästa strategin att satsa på ett kommersiellt tillgängligt program som är välkänt och spritt bland de organisationer man 9

10 förväntas samarbeta med. En lösning som är specialgjord för den egna organisationen är oftast inte hållbar eftersom det begränsar möjligheterna till informationsutbyte med omvärlden. Om organisationen har behov av specialprogram är det viktigt att försäkra sig om att detta kan utbyta data med de standardprogram som finns på marknaden. Personal Den viktigaste komponenten vid utveckling av GIS-verksamhet är personalen och dess kompetens. Liksom det finns program i olika kategorier så finns det bland personalen olika användarkategorier. Majoriteten av organisationen har förmodligen ett generellt behov av att vara informerad om GIS-tekniken och vad den kan användas till, utan att de för den skull behöver kunna utföra egna arbetsuppgifter med GIS. Men de måste vara så väl insatta att de kan beställa analyser samt ställa krav på de mera avancerade användarna/operatörerna. Till majoriteten räknas sekreterare, kartassistenter, kanske vissa mättekniker, eventuellt handläggare och beslutsfattare, som behöver hantera data i olika tittskåpsapplikationer. Kategori två bland personalen är de som i sitt dagliga arbete använder GIS ofta och som följaktligen behöver en större insikt i organisationens system samt bättre kunskaper om hur problem kan lösas med organisationens programvaror. Dessa användare har liksom den föregående kategorin inte GIS som sin huvudspecialitet utan är planerare, handläggare eller beslutsfattare som arbetar mycket med lägesbunden information. De behöver behärska de grundläggande delarna av det GIS-program organisationen arbetar med, t.ex ArcView eller MapInfo. Till skillnad från andra användare behöver denna personalkategori extra goda kunskaper om analysmöjligheter och metoder, eftersom de ofta behöver göra mer eller mindre kvalificerade analyser i sitt arbete. Insikt och förståelse för raster-gis kan vara viktigt för dem eftersom rastermodellens (se avsnittet Raste- och vectormodeller, s. 15) analysverktyg ger möjligheter som saknas hos vektormodellen. Denna är dock den mest spridda inom offentlig förvaltning men i många skulle det kanske vara lämpligare att använda rasteranalys istället. Den tredje personalkategorin är GIS-teknikerna, som bör ha en fullödig utbildning på programvaror som används inom organisationen. Kunskaper i allmänna IT-frågor är också värdefulla. Dessa kvalificerade operatörer måste behärska program och hårdvarusystem för att kunna underhålla och uppgradera dem när det är nödvändigt. De måste kunna utarbeta förenklade tekniska lösningar för att tillgängliggöra information till andra delar av organisationen, vara insatta i kvalitetssäkring, formathantering, kartprojektioner, etc, för att kunna bistå andra användare. På senare tid har spridning av geografisk information via Internet eller Intranet blivit allt vanligare vilket medför att denna personalkategori med fördel även har utbildning i och är insatt i, de verktyg som finns för nätpublicering av data. 10

11 Data Kvalitet, tillförlitlighet och ålder är kritiska aspekter på den data som hanteras av ett GIS. Att använda icke kvalitetssäkrad information är inte lämpligt, lika olämpligt är det att använda föråldrad information. De data som används kommer i de flesta fall från externa dataproducenter, t.ex fastighetsinformationsregistret (FIR) från LMV eller kommuninvånarregistret (KIR) från SCB. Organisationer som använder dessa prenumererar ofta på dem och får uppdaterade kopior med jämna intervall, t.ex. en gång i veckan. Data i dessa kopior är kvalitetssäkrade av den dataproducerade myndigheten och gäller som officiell information. Information som kommer från andra icke certifierade källor måste den egna organisationen granska och godkänna innan den används. Informationen kan också komma från egenproducerade databaser, kommunens egna mätningar eller undersökningar. Självfallet måste dessa vara utförda på ett sådant sätt att organisationen kan stå för de data som produceras. Två noggranhetsaspekter måste beaktas. Dels den geografiska eller geometriska noggranheten, dvs med hur stor noggranhet är objektets position bestämd, dels attributets noggrannhet, dvs med hur stor noggrannhet t ex folkmängden är bestämd, trafiktätheten uppmätt eller inkomstuppgifterna kontrollerade. Syftet med databasen och dess tillämpningsområden styr i många fall kraven på kvalitet, tillförlitlighet och ålder. T.ex behövs det för ett bygglovsärende en helt annan precision för de geografiska koordinaterna än vad som krävs för analyser av inkomstförhållande och segregation mellan olika bostadsområden i en skolas upptagningsområde. Liksom information kan ha otillräcklig noggrannhet för ett särskilt användningsområde, så kan detaljrikedomen vara för stor för något annat. Stor detaljrikedom kan leda till svårigheter vid analys eller presentation av resultaten eftersom utskrifterna lätt blir svårlästa. Databaser som används inom en komplex organisation, som t.ex. en kommun, är ofta gemensamma för flera olika verksamheter. Stora ekonomiska vinster kan göras genom att flera förvaltningar delar på samma databaser, där man kanske har viss gemensam information tillsammans med data som specifikt berör den egna verksamheten. Detta ställer höga krav på administrationen av data, eftersom antalet användare ökar. Viss personal måste ha nyckelfunktioner och vara de enda som uppdaterar eller gör ändringar i databaserna. Utan en strikt ansvarsfördelning blir det omöjligt att kvalitetssäkra informationen. Övning 4: Vilka tekniska lösningar för GIS finns hos din organisation. Använder alla samma programvara eller finns det olika program för olika användare, olika program inom olika förvaltningar. Hur pass integrerade är GIS-programmen med de övriga programvaror som organisationen använder (ordbehandling, kalkyl, databashanterare, etc.) 11

12 Övning 5: Om man tänker sig att ett GIS består av de fyra komponenter som listas i avsnittet hur ser din organisation ut, vilken av de fyra är den svagaste länken i systemet. Vilka behov till förbättringar finns det inom organisationen. Övning 6: Finns det en strategi för hur utbildningsbehoven skall tillgodoses inom er organisation. Medför införandet av t.ex. ny mjukvara i form av GIS program, att ett stort behov av personalutveckling uppstår eller är detta något som var och en löser genom självstudier. Finns det behov av ett faddersystem inom organisationen så att de som kan lite mer handleder/stödjer de som inte har kommit lika långt. Finns det olika exempel på lösningar för att stödja personalen inom gruppen? 12

13 Allmänt om datalagring och datatyper i GIS Att känna till hur data lagras och kan bearbetas är väsentligt för att kunna avgöra vilket GIS som passar verksamheten bäst. Lagringstrukturen styr hur stor plats data kommer att ta och har betydelse för databasens flexibilitet Starting point Node Pixel(s) inside area Pixel(s) outside area NW NE X X X X X X X X S X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X SW SE Att läsa i boken Avsnitt NW NE SW SE Hearchical structure of the quadrants All digital teknik bygger på att informationen lagras i en binär kod, ofta liknade vid ett antal strömbrytare som kan vara antingen på (1) eller av (0). En sådan strömbrytare brukar kallas en bit. Eftersom det är nödvändigt att kunna lagra mer komplex information än 0 och 1 kombineras flera bitar till vad man kallar byte. En eller flera byte kan kombineras till ett ord. Ett ord bestod länge av 8 bitar, vilket ger 256 olika kombinationsmöjligheter, eller om man så vill, möjlighet att återge 256 olika tecken. Numera använder man sig av både 16 och 32 bitars ord, vilket ger möjligheter till att lagra data med betydligt större precision (fler decimaler) än tidigare. Symboler, bokstäver, siffror, etc lagras i filer. En fil är alltså en samling data, ofta strukturerad på ett visst sätt. Det kan vara en textfil som lagrar text som skrivits, en datafil innehållande positioner, osv. Filer i sin tur samlas i kataloger, mappar eller bibliotek. Dessa kan vara gjorda av datoranvändaren eller ha skapats automatiskt av ett program. Varje GIS-program har sitt eget sätt att strukturera den data som lagras beroende på vilken lagringsprincip som programmet byggts upp kring. Väldigt vanligt förekommande är den s.k. hybridmodellen som lagrar de geografiska koordinaterna och attributdata i separata databaser, där varje databas består av en eller flera filer. Att ha en grundläggande kunskap om det egna programmets lagringsstruktur är i högsta grad meningsfullt eftersom det underlättar föreståelsen för hur data hanteras och underlättar felsökning. 13

14 För geografiska databaser skiljer man på rumslig information som anger var ett objekt är beläget samt oftast också vilken typ av geometriskt grundelement det är och attribut information som anger vad för sorts objekt det är frågan om. Den rumsliga informationen var består av koordinater i ett känt koordinatsystem, de geometriska grundelement som används för att beskriva olika objekttyper kan vara en av de tre följande typerna: Punkt: brunn, mätstation, lyktstolpe Linje: väg, vattendrag, kraftledning Yta: vegetation, bebyggelse, insjö Förutom de tre grundelementen skall också kontinuerliga ytor, t.ex. topografi, nederbörd, temperatur, kunna representeras. Vilken typ av objekt som används för att representera en företeelse beror till viss del på generaliseringen, t ex representeras Stockholm av en punkt när vi tittar på en Europakarta, om vi däremot tittar på röda kartan blir staden en yta eller egentligen flera ytor. Attributinformationen är kopplad till den rumsliga informationen på olika sätt beroende på strukturen för lagring i det GIS-program som används. Vanligast är att alla rumsliga objekt är försedda med unika ID-nummer och att samma ID-nummer finns i lagrade för attributen och ID-nummren kan således användas för att länka ihop dem. På så vis struktureras informationen så att varje geometriskt grundelement förutom rumslig självkännedom också har kännedom om vilken typ av element och vad för slags objekt det är. I ett GIS tillförs grundelementen dessutom topologi, dvs de får även kännedom om hur de relaterar till andra element, vilka grannar ett element har, vilka linjer som hänger ihop, om elementet befinner sig inuti ett annat, etc. Övning 7: Diskutera vilka typer av objekt ni vanligen hanterar och vilka grundelement som används för att representera dem. 14

15 Informationen i GIS lagras antingen som vektorer eller som ett raster. Skillnaden i lagring medför att respektive lagringssätt kan vara mer eller mindre lämpligt att använda, beroende på vilken typ av information som skall hanteras. A B B A A A B A D D B A B A D D D A B A A D D A A B A A C C A B B A A C C A B B C A C C B B B B A A = Grassland B = Water C = Forest D = Cultivated A Data stored in raster format D A B A C B C Data stored in vector format Raster- och vektormodeller GIS arbetar med två olika modeller för lagring av data, Rastermodellen och vektormodellen. Dessa är två helt skilda lagringskoncept, vart och ett med sina förrespektive nackdelar. Rastermodellens geografiska data är uppbyggd av ett rutnät. Rutnätet består av likstora celler till vilken den objektrelaterade informationen är kopplad. Eftersom alla rutor har samma dimensioner är det enkelt att identifiera den cell som täcker samma område i två databaser. Rastermodellen är utvecklad från de bildbehandlingsprogram som utvecklades under 1970-talet för att hantera digitala bilder från satellitregistreringar. Satellitdata lagras i rasterformat och behov att överlagra med annan information fick till följd att program som hanterade mer än bara bilddata konstruerades. Dessa program används mycket inom forskning och utveckling knutet till geografiskt spridda företeelser. Tyngdpunkten har hela tiden varit analysbehovet, och rastermodellen lämpar sig speciellt väl för olika typer av analyser som innefattar överlagring (se avsnittet analysmetoder nedan) av data. Att det är så är inte så svårt att inse. Varje cell har en koordinat i rastret som kan anges med kolumnnummer och radnummer. Vid överlagring behandlas alla datalagrens celler med samma koordinater samtidigt. Eftersom rastermodellen består av rasterpunkter med samma storlek lämpar den sig bra för hantering av kontinuerliga ytor, där förändringar sker gradvis. Nackdelar med rastermodellen är att man binder sig vid en fixerad storlek för hela datalagret. Objekt mindre än en cell kan i princip inte avbildas i rätt storlek. Om den geometriska upplösningen skall ökas, ökar samtidigt datamängden med kvadraten på upplösningsökningen, dvs en fördubbling av upplösningen fyrdubblar datamängden, en fyrdubbling av upplösningen ökar datamängden 16 gånger, osv. Vidare ger rastret ett fyrkantigt utseende på linjära objekt som vägar, floder, etc och kantlinjer (gränser, etc), vilket gör att rasterkartor upplevs som mindre attraktiva vid utskrift. Vektormodellen har delvis utvecklats ur industrins CAD-teknologi, alltså från konstruktions- och ritprogram. Traditionellt har operatörerna varit ingenjörer med 15

16 mätning och databasuppbyggnad som huvudinriktning. Vektormodellen är betydligt mindre utrymmeskrävande än rastermodellen samtidigt som gränsen för den geometriska precisionen endast styrs av orginalmätningarnas precision och datorn/programvarans förmåga att lagra decimaler. Linjeobjekt och ytors begränsningslinjer kan återges med mycket hög precision. Vektormodellen ger följdaktligen betydligt snyggare utskrifter jämfört med rastermodellen. Det finns inget riktigt bra sätt att lagra kontinuerliga ytor i vektorformat. En lösning är s.k. Triangulated Irregular Network (TIN), men metoden är inte lika bra som rasterformat för denna typ av information. Överlagring av dataskikt är en mer beräkningsintensiv operation i vektormodellen. Varje ställe där en vektor i det ena dataskiktet korsar en vektor i det andra dataskiktet måste identifieras vilket kräver algoritmer som är betydligt mer komplexa än rastermodellens jämförelse ruta för ruta. De flesta moderna GIS-program har moduler för hantering av både raster- och vektordata för att ta till vara på fördelarna med respektive lagringsformat och undvika nackdelarna. Modulerna kommunicerar med varandra och vanligtvis sker digitalisering av information och databasuppbyggnad i vektormodellen, sedan görs analyser i rastermodellen. Slutligen sker produktion av resultatutskrifter i vektorformat. Övning 8: Diskutera utifrån de verksamheter som finns representerade i gruppen, vilka för- och nackdelar som raster respektive vektorlagring innebär. Diskutera ifall ni hellre skulle ha data lagrat på ett annat sätt än vad som är fallet idag. Övning 9: Vektordata har generellt högre geometrisk precision än rasterdata. Men i bland finns det inte så höga krav på koordinatprecision och rasterdata har en större flexibilitet vad gäller analysmöjligheter. Försök att ge ett antal exempel när den geometriska noggrannheten inte är så viktig. 16

17 Krav på rumslig information och attributinformation Användare av digitala databaser måste ha samma möjligheter att ställa krav på data som en användare av vilken typ av information som helst. Går det inte att helt fastställa databasens kvalitet bör detta anges i samband med spridning. På motsvarande sätt bör den information som produceras inom den egna organisationen förses med kvalitetsstämplar genom att ange hur data är producerade. Detta är givetvis en självklarhet för kommersiella databaser. En kommersiell dataproducent som inte specificerar ursprung och kvalitet på den information som de distribuerar bör definitivt undvikas. Kraven på kvalitet gäller både för den rumsliga informationen och för attributinformation. Lägg märke till att kvalitetskraven kan skifta beroende på tillämpning eller slutanvänding av informationen. Viktiga begrepp i samband med kvalitetssäkring och kvalitetskontroll av data är: Precision Rumslig information Krav på precision varierar med syfte och presentationsskala. En digital databas har ingen skala som en karta, utan skala får den först när den skrivs ut på papper. Givetvis finns det en ideal skala för presentation, som beror dels på syfte dels på orginalinformationens skala (om papperskarta, t.ex. RK,GK,etc). Attributinformation Är informationen baserad på exakta mätingar eller prognoser och uppskattningar? Aktualitet Rumslig information Beror på hur snabbt förhållandena ändrar sig, t.ex. behöver inte Afrikas kustlinje uppdateras speciellt ofta, men nationsgränserna behöver det. Vedertagen Attributinformation Rumslig information och Attributinformation Beror på hur snabbt förhållandena ändrar sig, t.ex. behöver inte Afrikas geologi uppdateras speciellt ofta men folkmängden behöver det. Informationen skall vara av känt ursprung från en erkänd och officiell källa. Detta missas av många, speciellt i tredje världen där internationella organisationer producerar data som inte är sanktionerade av de lokala myndigheterna. Definition Rumslig information Begrepp, mätstorheter och mätmetoder 17

18 Anpassning Tillgänglig och Attributinformation Rumslig information och Attributinformation Rumslig information och Attributinformation definierade enligt standard eller norm. Till normer, standard, harmoniserade till andra, garanterar jämförbarhet. Tillgänglighet kan begränsas av sekretess, pris, databasens organisation, lagringsformat, etc. Digital Rumslig information och Attributinformation Icke digitala data kräver investeringar för att digitaliseras. A) Multi source data in raw format Mangrove and Shrimpfarm have been harmonised Mangrove and Land use have not been harmonised Empty (white) areas indicate incomplete data covrage Insert above of polygons is in scale 1: Shrimpfarms Mangrove Land use Foreshore Note the difference in coastline appearance between data sources Kilometers Ett exempel på problem som kan uppstå när data från olika källor skall användas tillsammans. Den geometriska informationen är inte lika i alla databserna och stämmer därför inte överens, vilket tydligt framgår vid överlagring. Detta kan bero på att datainsamling skett vid olika tillfällen, av olika organisationer eller med olika detaljrikedom. 18

19 Övning 10: Vilka är de huvudsakliga producenterna av den information som hanteras i er verksamhet. Hur stor del av informationen är producerad inom verksamheten och hur stor del kommer från externa databaser. Finns det viktiga dataproducenter inom er egen organisation (t.ex. kommunen) eller kommer allt från centrala myndigheter (SCB, Lantmäteriverket, etc). Skulle ni kunna producera mer data än vad ni gör idag om ni hade det tekniska stödet för att göra det. Övning 11: Diskutera den data som hanteras av er verksamhet utifrån den lista med krav som man bör ställa på data som presenterades ovan. Vilka svagheter och brister finns i den information ni hanterar. Övning 12: Diskutera den data som produceras av den egna organisationen utifrån punkterna med krav på data som finns i listan ovan. Har er organisation försäkrat sig om att alla de kraven uppfylls. 19

20 Utgångspunkter för GIS i den traditionella kartografin Digitala databaser underkastas samma regler som papperskartor när det gäller kartografiska grundbegrepp. Projektioner, koordinatsystem, generalisering, etc, måste GIS användaren vara någorlunda insatt i för att kunna hantera data på ett korrekt sätt. Att läsa i boken Avsnitt (ej formlerna s. 68) 3.4 (ej formlerna s. 70) 3.5 Kartografi är den klassiska vetenskap som behandlar kartor och kartframställning i alla dess aspekter. All verksamhet baserad på kartor, så även GIS, måste underkasta sig de grundläggande kartografiska begreppen och reglerna. Kartan har länge varit ett sätt att beskriva omgivningen, och sätta olika platser i relation till varandra. Kartan användes för att beskriva resor (vilket gjorde det möjligt för andra att följa samma resrutt), definiera ett läge och dra gränser mot andra (nationer, grannar, etc), mm. Kartografin i äldre dagar var ett konsthantverk med kartor som ofta var väldigt utsmyckade. Bilden av verkligheten var inte alltid så geometriskt eller attributmässigt exakt som dagens produkter (se t.ex. kartan på s. 5). Användning av historiskt kartmaterial måste därför göras med stor försiktighet. Men även dagens kartor har begränsningar som följer av nödvändigheten att förenkla och generalisera verkligheten. Detta illustreras tydligt vid en jämförelse mellan kartor i olika skala som täcker samma område. Tillkomsten av en karta sker efter strikta regler som kontrollerar alla komponenter som bygger upp kartan. Kartan måste ha en känd projektion, ett känt koordinatsystem, en skala med vilken det också följer detaljåtergivning eller generaliseringsgrad samt ett utskriftsformat som passar till området som skall täckas av kartan i den skala som önskas. Informationen som visas på kartan följer regler och standard så att alla kartor i en kartserie får samma utseende, viss grundinformation ser likadan ut på alla kartor, etc. 20

21 Projektioner och referenssystem Jorden generaliseras i kartsammanhang oftast till en ellipsoid, eftersom jorden roterar kring sin axel och inte har samma diameter över polerna som över ekvatorn, där den buktar ut lite. Emellertid varierar tyngdkraften från plats till plats på jordytan så att ellipsoidytan inte är slät utan snarare bucklig. Att matematiskt beskriva denna yta är således väldigt komplicerat. Mätningar av ellipsoidens storlek har genomförts med mer eller mindre lyckade resultat de senaste 150 åren, de mest exakta är GRS 80 och WGS 84 (båda uppmätta med modern satellitteknik). För den allmänna kartläggningen i Sverige används för närvarande Bessels ellipsoid från All modern kartläggning använder sig av approximerade matematiska beskrivningar av ellipsoiden. När man konstruerar en karta krävs det att man kan överföra koordinater från ellipsoiden till en plan yta. Detta kallas att projicera, därav ordet projektion. Projektioner utgörs av matematiska transformationer som grundas på några geometriska former - plan, kon och cylinder. Olika projektioner ger olika geometriska egenskaper hos kartan och valet av projektion styrs i stor omfattning av vad kartan skall användas till. Tre egenskaper hänger samman med valet av projektion, nämligen ytriktighet, längdriktighet och vinkelriktighet. Kartor kan inte ha alla dessa egenskaper på samma gång, emellertid har de för det mesta en av dem. Det gäller att använda en karta med korrekt projektion för den tillämpning man ska utföra. Som exempel blir ytberäkningar felaktiga om de utförs på en karta med vinkelriktig projektion (som de svenska standardkartorna). Om skalan är stor blir felet emellertid litet. Om skalan är liten (kartor över hela länder eller kontinenter) kan felet bli mycket stort. Om man ska beräkna ytors storlekar i sådana kartor bör man först projicera om dem till en ytriktig projektion. Ytriktiga projektioner har också nackdelar, nämligen att utseendet på länder och kontinenter kan bli lite onaturligt. För världskartor finns projektioner som kombinerar yt- och vinkelriktighet och ger en avbildning som ser ganska riktig ut samtidigt som de relativa storlekarna mellan olika länder är ungefär riktiga. Helt rätt går det emellertid inte att få det. Tyvärr finns dock fortfarande många världskartor i Mercators (vinkelriktiga) projektion där länder nära polerna (t ex Sverige) blir onaturligt stora i jämförelse med länder nära ekvatorn. Nationella kartor är alltid försedda med ett rätvinkligt koordinatsystem som är uppbyggt kring ett antal punkter som är noggrant inmätta på jordytan ett referenssystem. I Sverige heter det nationella referenssystemet RT 90. Förutom RT 90 finns lokala och regionala referenssystem som passar bra i någon särskild del av landet. Dett är viktigt att vara införstådd med att all geografisk information som lagras i en databas ovillkorligen måste tillhöra samma referenssystem, annars kommer skikten inte att passa till varandra. Den geometriska informationen är då inte harmoniserad. Ett vanligt problem kan t ex vara att kombinera kommunens detaljkarta med Lantmäteriets ekonomiska karta (Gula kartan). Detta går bara göra om det ena referenssystemet transformerats till det andra. Detta är i allmänhet så krångligt att det bör överlåtas till specialister. Många av de vanliga GIS-programmen innehåller funktioner för att transformera mellan olika kartprojektioner. I många fall är det emellertid inte möjligt att göra annat än en approximativ transformation med dessa generella program. Ett råd här är att inte göra denna transformation själv, såvida man inte är specialist på området 21

22 alltför många geografiska databaser har byggts med felaktiga koordinatsystem av entusiaster som inte har haft kontroll på hur transformationerna ska göras. Databaser i felaktigt definierade referenssystem är i allmänhet svåra eller omöjliga att reparera i efterhand. En annan fälla i sammanhanget är angivelser i latitud longitud. Detta är, vilket många tror, inget entydigt system utan också knutet till något referenssystem. Man måste således veta t ex om ens latitudangivelser är i det svenska RT 90 eller i det internationella WGS 84. Det är också viktigt att ha full dokumentation på vilket referenssystem ens dataskikt tillhör. Här är metadata en absolut nödvändighet. Generalisering och visualisering Att läsa i boken Avsnitt I stort sett all kartbunden information är en generalisering av verkligheten av den enkla anledningen att om alla objekt på markytan avbildas samtidigt blir kartbilden svår eller omöjlig att tolka. Generalisering tillämpas på såväl den rumsliga informationen som på attribut informationen. Generalisering innebär att kartproducenten måste göra ett urval för att bestämma vilken information som skall finnas med på kartan. Urvalet styrs av kartskala och kartans syfte. En kartas skala anger normalt sett hur storleksförhållandena är. Angivelsen 1: anger att en cm i kartan motsvarar cm i verkligheten. För den digitala kartdatabasen är förhållandet lite annorlunda eftersom en digital databas i princip kan kan skrivas ut på papper i vilken storlek som helst. Databasens skalangivelse anger således en rekommendation och en specifikation av vilken detaljnivå kartan har. Det är databasens tänkta användningsområde som i huvudsak påverkar generaliseringen och därmed skalan. En nationell databas som i första hand skall användas i syfte att beskriva förhållanden i olika delar av landet innehåller inte lika mycket detaljer som ett underlagsmaterial för planering på kommunal nivå. Ju fler detaljer desto större blir också databasen och desto större krav ställs på lagringsmedia och hårdvara för att erhålla rimliga åtkomsttider. Generalisering kan gå till på flera olika sätt: symbolisering, dvs objekt avbildas inte så som de ser ut i verkligheten utan ersätts av symboler, t.ex. ett karttecken för kyrka klassificering, dvs data indelas i grupper, kan vara jämna intervall eller klassificerade efter speciella önskemål, t.ex. befolkningen klassad i åldersgrupper 22

23 interpolering, dvs utvidgning av data till att gälla områden där information saknas genom att använda ett antal kända punkter och sedan göra antaganden om hur förhållendena ser ut mellan dessa, t.ex. interpolering av temperatur mellan klimatstationer förenkling av geometrin, dvs komplexa geometriska objekt förenklas till mer stiliserade sådana, t.ex. en kurvig väg som rätas ut, en grupp hus som slås samman till ett objekt som kallas bebyggelse Generaliseringen görs med tanke på produktens användningsområde och även för digitala databaser finns det en ideal presentationsskala. Om man zoomar in från denna skala kommer geometrin att verka grov, det uppstår hål i informationen, zoomar man ut, kommer det att vara svårt att särskilja olika objekt eftersom de flyter ihop. I en ideal databas skulle det vara möjligt att byta generaliseringsgrad efterhand som zoomningsfaktorn ökar. T.ex. skulle översiktskartans geometri och attribut (1: ) användas inledningsvis, efter zoomning byts den mot Gröna kartan 1:50 000, därefter Gula kartan 1: och därefter detaljkartor 1:5 000 eller större skala. På samma gång som skalan ändras, ändras också informationens utseende och innehållet i databasen. På översiktskartan är det omöjligt att ge information om enskilda byggnader, dessa framträder däremot på 1: kartan som symboler, på 1: återges åtminstone större byggnader med sin verkliga form och utbredning, på detaljkartan (t.ex. FIR) finns detaljerad information om varje byggnad och deras lägen är angivna med hög precision. Inom offentlig förvaltning och planering behövs databaser med olika generaliseringsgrad för olika tillämpningsområden. Det är viktigt att låta verksamheten definiera sina behov då man planerar uppbyggnaden av olika databaser och att samordning mellan olika verksamheter sker för att undvika dubbelarbete. Det är också viktigt att användaren känner till vilka generaliseringar som gjorts i de databaser som används, för att kunna utvärdera resultaten och riktigheten i de slutsatser och beslut som fattas med dem som underlag. Observera att begreppet generalisering också kan omfatta generalisering av attribut, så att klassificering av befolkning i olika åldersgrupper, med angivna födelsetal, mm. till enbart total folkmängd för ett objekt, också innebär en generalisering. Vid visualisering av geografisk information är det viktigt att olika objekt återges på ett tydligt och pedagogiskt sätt, dvs att symboler, färgsättning, etc gör den färdiga bilden så lättläst som möjligt. Återigen påverkar kartans tänkta användningsområde hur informationen presenteras. T.ex. kan en turistkarta över Stockholm mycket väl innehålla teckningar av kända byggnader (Slottet, Riksdagshuset, etc) för att göra det lätt för en turist att hitta dem i kartbilden, medan gatunätet i staden återges med sin korrekta utbredning i planbilden. Egentligen styrs visualiseringen i hög grad av normer och standarder. För enskilda produkter har producenten ganska fria händer men i många fall bör man följa gällande överenskommelser för att underlätta för den som skall läsa kartan eller arbeta med databasen. 23

24 Detaljupplösning och applikationer Varje applikation ställer specifika krav på den information som skall användas. Vad gäller den geografiska och geometriska noggranheten är det ibland så att den precision som finns för existerande databaser är högre än nödvändigt. Visserligen kan det vara både svårt och tidskrävande att generalisera existerande data till en relevant nivå men om databasen skall användas ofta och av många kan detta löna sig eftersom det innebär minskade åtkomsttider och bearbetningstider och därmed en rationaliseringsvinst att minska storleken på den databas som skall hanteras. I samband med att ett projekt planeras bör man diskutera hur slutresultatet skall presenteras och vilka eventuella framtida användningsområden som kan finnas. Grundtanken skall vara att inte använda mer högupplösande data än nödvändigt. Om till exempel den databas som finns innehåller ytor som är mindre än 100x100 m (dvs ett hektar) blir det onödigt svårarbetat att använda den för att analysera förekomsten av ytor översiktligt i en presentationsskala på 1: I resultatutskriften blir en 100x100 m stor yta endast 0.2x0.2 mm, vilket knappast går att återge i tryck. Skall man genomföra analysen endast en gång kan det vara enklare att generalisera slutresultatet, men om det är en ofta återkommande arbetsuppgift är det mer rationellt att generalisera ursprungsdatabasen. Val av generaliseringsprocess styrs av typen av data. Ett bra sätt att ta reda på vilken detaljrikedom som är lämplig för en viss tillämpning är att vända sig till LMV, som har standarder för åtminstone de i Sverige vanligaste förekommande kartskalorna. Svenska kartserier och kartdatabaser Se avsnitt Lantmäteriverket är den svenska myndighet som ansvarar för all produktion av kartor i landet. Detta innebär inte att de själva producerar alla kartor utan att de har det övergripande ansvaret för produktionen. Lantmäteriverkets produktion omfattar i första hand grundkartor i olika skalor. Man införde fr.o.m. 1/ nya namn på sina grundkartor, men de gamla kommer att finnas kvar parallellt en lång tid framöver. De nya kartnamnen/kartserierna är: Fastighetskartan som ersätter både Gula kartan och Ekonomiska kartan. Terrängkartan som ersätter Gröna Kartan. Fjällkartan behåller sitt namn. Vägkartan som ersätter Blå kartan. Översiktskartan som ersätter Röda kartan Både de nya och de gamla kartseriernas skalor, omfattning och huvudsakliga informationsinnehåll redovisas i tabellen nedan. 24

25 Karta/kartserie Skala Antal kartblad Specialinriktning Ekonomiska kartan 1: : Detaljerad redovisning av fastigheter, gränser, fornlämningar och åker. Gula kartan 1: Som ovan Fastighetskartan 1: : Ersätter Ekonomiska och Gula kartan Gröna kartan Terrängkartan Blå kartan Vägkartan 1: Fullständig markslagsredovisning. Småvägar, stigar och vägbommar. 1: Detaljerad vägkarta med stor yttäckning Fjällkartan 1: Aktuell och tillförlitlig fjällinformation; leder, broar, stugor, hjälptelefoner m m. Röda kartan Översiktskartan 1: Översiktskarta för län och regioner. Landskapsredovisning. Karta med data från den röda kartan (vägar i rött) och data från den gröna kartan (vägar i grönt) som visar hur generaliserade de röda vägarna är. Här har ett urval gjorts för att bara ta med de största och viktigaste vägarna. Vid noggrannare betraktning framgår det att även komplexiteten i linjerna har generaliserats. 25

26 Övning 13: Försök att diskutera situationen vad gäller referenssystem, koordinatsystem, projektioner inom det geografiska område som er verksamhet omfattar. Finns det en enhetlig standard mellan olika delar av organisationen eller styrs man av dataleverantörer eller andra externa faktorer. Finns det kompetens inom organisationen att hantera data som inte är geografiskt harmoniserad eller måste sådana jobb lejas bort till externa konsulter. Övning 14: Återkoppla och diskutera vidare i ett generaliseringsperspektiv kring de data som behandlades i övning 8. Dvs finns det möjligheter att generalisera den informationen som normalt används för vissa av de operationer som er verksamhet sysslar med. Övning 15: Finns det exempel även på attributgeneraliseringar som med fördel kan göras vid vissa av de tillämpningar er verksamhet sysslar med. Diskutera om det är så att ni arbetar med för stora databaser, med alldeles för detaljerad information eller motsatsen, dvs att er verksamhet skulle tjäna på att ha tillgång till mer detaljerad information. Hur påverkar detaljupplösningen datorsystemens svarstider och hur är dessa i dagsläget för er arbetssituation. 26

27 Datafångst och överföring av analoga data till digitala databaser Data måste anpassas för att fungera i ett GIS. Datafångst sker ofta med olika fjärranalysmetoder, främst flygbilder, digitalisering och skanning av kartmaterial Att läsa i boken Avsnitt En flaskhals i uppbyggnaden av digitala databaser är överföringen från analog till digital form. Denna process innehåller ett flertal moment och många av dem innebär manuell bearbetning av den information som skall omvandlas. Även ny information som skapas inom den egna organisationen måste bearbetas och anpassas till databasen. Den information som används för ett GIS kan ha sitt ursprung i direkta mätningar gjorda på plats ute i landskapet, tolkning eller analys av fjärranalysdata (flygbilden är den hittills vanligaste informationsbärare men det kan även vara satellitbilder), redan existerande tabelldata som är knuten till en viss position (t.ex. fastighet) och kartor. Oberoende av vilken källa materialet kommer ifrån innebär datafångst alltid att ett visst mått av bearbetning måste göras innan informationen kan användas i ett GIS. Förutom hänsyn som mätnoggranhet vad gäller rumslig information och attribut information, användning av standardiserade mätstorheter, mm, som gäller för all sorts informationsinsamling måste speciella hänsyn tas vid införlivande av information i ett GIS. Projektion och referenssystem som använts vid uppmätning av position måste harmoniseras med redan existerande databaser, fel i informationen och förvrängningar av orginalet som uppkommer i samband med överföring till digitalt format måste hittas och rättas till och noggrannhet eller upplösning vid överföringen måste vara i paritet med orginaldatas precision. Mätningar gjorda ute på plats av rumslig karaktär, t.ex. utsättningar etc, genomförs normalt med precisionsinstrument (t.ex. IR-teodolit) som kan lagra information digitalt och denna överförs sedan till databasen via speciella överföringsprogram utan att den 27