5. Γεωαναφορά

Περίγραμμα Εισαγωγή Τοπωνύμια Ταχυδρομικές διευθύνσεις και ταχυδρομικοί κώδικες Γραμμικά συστήματα αναφοράς Κτηματολόγια Γεωγραφικό πλάτος και μήκος Προβολές και συστήματα συντεταγμένων Το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης GPS Μετατροπές μεταξύ γεωαναφορών

Γεωαναφορά Ουσιώδης στα GIS, καθώς οποιαδήποτε πληροφορία πρέπει να συνδεθεί με την επιφάνεια της Γης Η μέθοδος γεωαναφοράς πρέπει να είναι: Μοναδική – να συνδέει μια πληροφορία με μια μοναδική θέση Διαμοιραζόμενη – διαφορετικοί χρήστες να μπορούν να καταλάβουν το νόημα μιας γεωαναφοράς Διαχρονική – οι γεωαναφορές που γίνονται σήμερα να διατηρούν το νόημά τους και αύριο

Μοναδικότητα Μια γεωαναφορά χρειάζεται να είναι μοναδική μέσα σε ένα καθορισμένο πεδίο, όχι αναγκαστικά παντού Υπάρχουν πολλές ‘Springfield’ στις ΗΠΑ αλλά μόνο μία μέσα σε μια πολιτεία Το νόημα της αναφοράς στο ‘Λονδίνο’ μπορεί να εξαρτάται από τα συμφραζόμενα, αφού υπάρχουν πολλά μικρότερα ‘Λονδίνα’ σε διάφορα μέρη του κόσμου

Οι γεωαναφορές ως μετρήσεις Κάποιες γεωαναφορές είναι μετρικές Ορίζουν μια θέση με βάση ένα μέτρο απόστασης από καθορισμένα σημεία Π.χ. απόσταση από τον Ισημερινό ή τον μεσημβρινό του Greenwich Άλλες βασίζονται στη διάταξη Π.χ. οι διευθύνσεις οδών στα περισσότερα μέρη του κόσμου διατάσσουν τα σπίτια κατά μήκος των δρόμων Άλλες είναι απλά ονομαστικές Τα τοπωνύμια δεν περιέχουν καμία διάταξη ή μέτρηση

Ο Εθνικός Κάναβος (National Grid) αποτελεί ένα σύστημα μετρικής γεωαναφοράς που χρησιμοποιείται στη Μ. Βρετανία, κάτω από τη διαχείριση της Υπηρεσίας Επιτελικής Χαρτογράφησης (Ordnance Survey) της Μ. Βρετανίας, και παρέχει μοναδική γεωαναφορά για κάθε σημείο της Αγγλίας, Σκωτίας και Ουαλίας. Το πρώτο γράμμα ορίζει ένα τετράγωνο πλευράς 500 χλμ. και το δεύτερο γράμμα ορίζει ένα τετράγωνο πλευράς 100 χλμ. Μέσα σε κάθε τετράγωνο, δύο μετρήσεις Ανατολικά (easting) και Βόρεια (northing) ορίζουν τη θέση βάσει της κάτω αριστερής γωνίας του τετραγώνου. Το πλήθος των ψηφίων ορίζει την ακρίβεια – με 6 ψηφία (3 για easting και 3 για northing) ορίζεται μια ακρίβεια 100 μ.

Τοπωνύμια Η παλαιότερη μορφή γεωαναφοράς Και η πιο συνηθισμένη για τις καθημερινές μας δραστηριότητες Πολλά ονόματα έχουν παγκόσμια αναγνώριση Άλλα είναι γνωστά μόνο σε τοπικό επίπεδο Τα ονόματα λειτουργούν σε πολλές διαφορετικές κλίμακες Από ηπείρους έως μικρά χωριά και γειτονιές Τα ονόματα μπορεί να ξεθωριάσουν με το πέρασμα του χρόνου Πού ήταν το Camelot? Απάντηση: Camelot, which was the legendary castle of King Arthur, Queen Guinevere, and the Knights of the Round Table, has been claimed to have been located near Winchester or Exeter, England. (http://geography.about.com/library/faq/blqzcamelot.htm)

Ταχυδρομικές διευθύνσεις και κώδικες Κάθε κατοικία και γραφείο αποτελεί πιθανό προορισμό για το ταχυδρομείο Οι κατοικίες και τα γραφεία είναι διατεταγμένα κατά μήκος των δρόμων και παίρνουν την ανάλογη αρίθμηση Οι δρόμοι έχουν ονόματα μοναδικά μέσα σε περιοχές τοπικής εμβέλειας Οι περιοχές τοπικής εμβέλειας έχουν ονόματα μοναδικά μέσα σε μεγαλύτερες περιοχές Αν ισχύουν οι παραπάνω παραδοχές, τότε μια ταχυδρομική διεύθυνση αποτελεί μια χρήσιμη γεωαναφορά

Πού αποτυγχάνουν οι ταχυδρομικές διευθύνσεις ως γεωαναφορές? Σε αγροτικές περιοχές Αν και πρόσφατα έχει επεκταθεί η αστικού τύπου διευθυνσιοδότηση και σε κάποιες αγροτικές περιοχές Σε φυσικά στοιχεία Οι λίμνες, τα βουνά και τα ποτάμια δεν μπορούν να χωροθετηθούν με ταχυδρομικές διευθύνσεις Όταν η αρίθμηση στους δρόμους δεν είναι σειριακή Αυτό ισχύει π.χ. στην Ιαπωνία

Οι ταχυδρομικοί κώδικες ως γεωαναφορές Οι ΤΚ ορίζονται σε πολλές χώρες Π.χ. ZIP codes στις ΗΠΑ Έχουν ιεραρχική δομή Οι πρώτοι χαρακτήρες ορίζουν μεγάλες περιοχές Οι επόμενοι χαρακτήρες προσδιορίζουν μικρότερες περιοχές Η χωρική ανάλυση που πετυχαίνουν είναι λιγότερο λεπτομερής από των ταχυδρομικών διευθύνσεων Είναι χρήσιμοι στη χαρτογράφηση

Περιοχές προώθησης διαλογής (Forward Sortation Areas - FSAs) του κεντρικού τμήματος της μητροπολιτικής περιοχής του Τορόντο. Στον Καναδά, οι 3 πρώτοι χαρακτήρες του Τ.Κ. (6 χαρακτήρων) δηλώνουν την περιοχή FSA.

Τα όρια των ZIP codes στις ΗΠΑ είναι ένας βολικός τρόπος για τη σύνοψη των δεδομένων. Οι κουκίδες που εμφανίζονται αριστερά (Α) συνοψίζονται με την πυκνότητα ανά τετρ. μίλι δεξιά (Β)

Γραμμική αναφορά Ένα σύστημα γεωαναφοράς για δίκτυα δρόμων, λεωφόρων, σιδηρογραμμών ή ποταμών Συνδυάζει το όνομα της ακμής του δικτύου με μια απόσταση μετατόπισης (κατά μήκος της ακμής) από ένα σταθερό σημείο - κόμβο, συχνά μια διασταύρωση

Οι χρήστες της γραμμικής αναφοράς Υπηρεσίες μεταφορών και δικτύων Για την καταγραφή της κατάστασης του οδοστρώματος και των πινακίδων, για τις συνθήκες κίνησης στους δρόμους κλπ. Αστυνομία Για την καταγραφή των θέσεων των ατυχημάτων

Προβληματικές περιπτώσεις Στις αγροτικές περιοχές μια θέση μπορεί να είναι πολύ μακριά από μια διασταύρωση ή κάποιο άλλο σημείο κατάλληλο για το ρόλο του σημείου-μηδέν. Δύο δρόμοι μπορεί να τέμνονται περισσότερες από μία φορές Η μέτρηση της απόστασης μετατόπισης κατά μήκος των δρόμων μπορεί να είναι ανακριβής λόγω της συσκευής μέτρησης, όπως π.χ. το οδόμετρο ενός αυτοκινήτου

Κτηματολόγια Χάρτες κατοχής γης, που δείχνουν τα όρια των ιδιοκτησιών Το Δημόσιο Τοπογραφικό Σύστημα (Public Land Survey System - PLSS) των ΗΠΑ, όπως και άλλα συστήματα κτηματολογίου, αποτελεί μια μέθοδο γεωαναφοράς συνδεδεμένη με το κτηματολόγιο Στις Δυτικές ΗΠΑ το σύστημα PLSS χρησιμοποιείται συχνά για τον προσδιορισμό θέσεων φυσικών πόρων, όπως π.χ. οι πετρελαιοπηγές

Απόσπασμα του συστήματος Δήμων και Ζωνών (του PLSS) που χρησιμοποιείται ευρέως στις Δυτικές ΗΠΑ ως βάση της ιδιοκτησίας γης. Οι ζώνες σχεδιάζονται ως τετράγωνα πλευράς 6 μιλίων εκατέρωθεν ενός επακριβώς προσδιορισμένου πρωτεύοντος μεσημβρινού. Η μετατόπιση που παρατηρείται μεταξύ των ζωνών 16N και 17N είναι απαραίτητη για να ληφθεί υπόψη η καμπυλότητα της Γης (που δείχνεται τονισμένη). Τα τμήματα εμβαδού 1 τετρ. μιλίου μέσα σε κάθε ζώνη αριθμούνται όπως φαίνεται αριστερά στο (A) εάν βρίσκονται ανατολικά του πρωτεύοντος μεσημβρινού, και με τον αντίστροφο τρόπο εάν βρίσκονται δυτικά του πρωτεύοντος μεσημβρινού.

Γεωγραφικό πλάτος και μήκος Το πιο περιεκτικό και ισχυρό σύστημα γεωαναφοράς Μετρικό, πρότυπο, σταθερό, μοναδικό Χρησιμοποιεί ένα καλά ορισμένο και σταθερό πλαίσιο αναφοράς ... που βασίζεται στην περιστροφή και το κέντρο μάζας της Γης, και στον μεσημβρινό του Greenwich

Ορισμός του γεωγραφικού μήκους Ορισμός του γεωγραφικού μήκους. Η Γη εδώ όπως θα τη βλέπαμε πάνω από το Β. Πόλο, κοιτάζοντας κατά μήκος του άξονα, με τον Ισημερινό να σχηματίζει τον εξωτερικό κύκλο. Η θέση του Greenwich ορίζει τον Πρώτο Μεσημβρινό. Καθορίζουμε το γεωγραφικό μήκος του σημείου στο κέντρο του σταυρού σχεδιάζοντας ένα επίπεδο που περιλαμβάνει αυτό και τον άξονα, και μετρώντας τη γωνία μεταξύ αυτού του επιπέδου και του Πρώτου Μεσημβρινού.

Ορισμός του γεωγραφικού πλάτους Προϋποθέτει ένα μοντέλο για το σχήμα της Γης Το σχήμα της Γης είναι κατά κάποιο τρόπο ελλειπτικό Η διάμετρος Βορρά-Νότου είναι περίπου κατά 1/300 μικρότερη από τη διάμετρο Δύσης-Ανατολής Μοντελοποιείται καλύτερα σαν ελλειψοειδές παρά σαν σφαίρα Ένα ελλειψοειδές σχηματίζεται με περιστροφή μιας έλλειψης γύρω από τον μικρό της άξονα (τον άξονα της Γης στην περίπτωσή μας)

Η ιστορία των ελλειψοειδών Επειδή το σχήμα της Γης δεν είναι ακριβώς ελλειψοειδές, αρχικά κάθε χώρα υιοθετούσε τη δική της προσέγγιση ως την πιο ακριβή για το συγκεκριμένο κομμάτι της Γης Σήμερα έχει υιοθετηθεί ένα κοινώς αποδεκτό πρότυπο, γνωστό ως WGS 84 Η υλοποίησή του για τις ΗΠΑ είναι το North American Datum του 1983 (NAD 83) Πολλοί χάρτες και σύνολα δεδομένων στις ΗΠΑ ακόμη χρησιμοποιούν το North American Datum του 1927 (NAD 27) Οι διαφορές που προκύπτουν μπορεί να είναι μέχρι και 200 μ.

Γεωγραφικό πλάτος και το ελλειψοειδές Το γεωγραφικό πλάτος του σημείου στο κέντρο του σταυρού είναι η γωνία που σχηματίζεται από μια κάθετο προς την επιφάνεια και το επίπεδο του Ισημεριονού WGS 84 Η ακτίνα της Γης στον ισημερινό είναι 6.378,137 χλμ. Πλάτυνση 1 προς 298,257

Προβολές και συνεταγμένες Υπάρχουν πολλοί λόγοι που προτιμούμε να προβάλουμε την επιφάνεια της Γης σε επίπεδο, αντί να δουλεύουμε σε καμπυλωμένη επιφάνεια Το χαρτί που χρησιμοποιούμε για να φτιάχνουμε χάρτες GIS είναι επίπεδο Οι επίπεδοι χάρτες μπορούν να σαρωθούν και να ψηφιοποιηθούν για να δημιουργήσουν βάσεις δεδομένων GIS Τα δεδομένα τύπου raster είναι επίπεδα – είναι αδύνατο να δημιουργηθεί raster σε καμπυλωμένη επιφάνεια Η Γη πρέπει να προβληθεί σε επίπεδο για να μπορεί να είναι ολόκληρη ορατή Είναι πολύ πιο εύκολο να μετρηθεί απόσταση πάνω σε επίπεδη επιφάνεια

Παραμορφώσεις Οποιαδήποτε προβολή παραμορφώνει με κάποιο τρόπο τη Γη Στα GIS είναι σημαντικό η όποια προβολή να τηρεί δύο ιδιότητες: Σύμμορφη ιδιότητα: τα σχήματα μικρών στοιχείων πρέπει να διατηρούνται – οπουδήποτε πάνω στην προβολή η παραμόρφωση πρέπει να είναι η ίδια προς κάθε διεύθυνση Ιδιότητα ίσου εμβαδού: τα σχήματα παραμορφώνονται αλλά διατηρούν τις αναλογίες στα εμβαδά τους Και οι δύο τύποι προβολών (που θα παρουσιαστούν στη συνέχεια) γενικά παραμορφώνουν τις αποστάσεις

Κυλινδρικές προβολές Αντιστοιχούν στο τύλιγμα ενός χάρτινου κυλίνδρου γύρω από τη Γη Η Μερκατορική προβολή είναι η πιο γνωστή κυλινδρική προβολή Ο κύλινδρος τυλίγεται γύρω από τον Ισημερινό Η προβολή είναι σύμμορφη αλλά όχι ίσου εμβαδού Σε οποιοδήποτε σημείο της Γης η κλίμακα διατηρείται ίδια προς τις δύο διευθύνσεις Το σχήμα των μικρών στοιχείων διατηρείται Τα στοιχεία που βρίσκονται σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη υφίστανται μεγέθυνση

Κωνικές προβολές Αντιστοιχούν στο τύλιγμα ενός χάρτινου κώνου γύρω από τη Γη Οι Παράλληλοι εμφανίζονται εκεί που ο κώνος τέμνει τη Γη Η Σύμμορφη Κωνική προβολή Lambert είναι η πιο συνήθης για τη χαρτογράφηση της Β. Αμερικής Σε αυτή την προβολή, οι γραμμές του γεωγραφικού πλάτους εμφανίζονται σαν τόξα κύκλων ενώ οι γραμμές του γεωγραφικού πλάτους είναι ευθείες γραμμές που ξεκινούν ακτινωτά από το Β. Πόλο

Η “μη προβάλλουσα” προβολή Αναθέτει το γεωγραφικό πλάτος στον άξονα των y- και το γεωγραφικό μήκος στο άξονα των x- Ένας τύπος κυλινδρικής προβολής Ούτε σύμμορφη ούτε ίσου εμβαδού Καθώς αυξάνει το γεωγραφικό πλάτος, οι γραμμές του γεωγραφικού μήκους έρχονται πιο κοντά στη Γη, αλλά στην προβολή διατηρούν πάντα ίση απόσταση μεταξύ τους Είναι γνωστή ως Plate Carrée ή Κυλινδρική Ισαπέχουσα προβολή

Η Παγκόσμια Εγκάρσια Μερκατορική προβολή Universal Transverse Mercator (UTM) Ένας τύπος κυλινδρικής προβολής Διεθνές πρότυπο σύστημα συντεταγμένων Αρχικά ήταν στρατιωτικό πρότυπο Χρησιμοποιεί ένα σύστημα από 60 ζώνες Η μέγιστη παραμόρφωση είναι 0,04% Εγκάρσια Μερκατορική επειδή ο κύλινδρος τυλίγεται γύρω από τους Πόλους και όχι τον Ισημερινό

Κάθε ζώνη έχει πλάτος 6 μοίρες γεωγραφικού μήκους, με αρίθμηση όπως φαίνεται στην κορυφή της εικόνας, από δυτικά προς ανατολικά

Συνέπειες του συστήματος ζωνών Κάθε ζώνη ορίζει μια διαφορετική προβολή Δύο χάρτες που αφορούν σε διαδοχικές ζώνες δεν θα ταιριάξουν κατά μήκου του κοινού τους ορίου Αρμοδιότητες που απλώνονται σε δύο ζώνες πρέπει να τύχουν ειδικής διευθέτησης Να χρησιμοποιηθεί η μία από τις δύο προβολές, και για την άλλη ζώνη να γίνει αποδεκτή μια μεγαλύτερη από την κανονική παραμόρφωση Να χρησιμοποιηθεί μια τρίτη προβολή που να καλύπτει τις δύο ζώνες Π.χ. η Ιταλία απλώνεται στις UTM ζώνες 32 και 33

UTM Συντεταγμένες Στο Βόρειο ημισφαίριο ο Ισημερινός ορίζεται ως 0 μ Βόρεια Για τον κεντρικός μεσημβρινό της ζώνης δίνεται εσφαλμένα απόσταση 500.000 μ Ανατολικά Οι αποστάσεις προς ανατολικά (eastings) και βόρεια (northings) δίνονται σε μέτρα επιτρέποντας έτσι εύκολο υπολογισμό των αποστάσεων πάνω στην προβολή Μια γεωαναφορά UTM αποτελείται από τον αριθμό ζώνης, το ημισφαίριο, μια 6-ψήφια απόσταση ανατολικά και μια 7-ψήφια απόσταση βόρεια Π.χ., 14, N, 468324E, 5362789N

Πολιτειακές επίπεδες συντεταγμένες Ορίζονται από κάθε πολιτεία των ΗΠΑ Κάποιες πολιτείες χρησιμοποιούν πολλαπλές ζώνες Συνολικά χρησιμοποιούνται πολλοί διαφορετικοί τύποι προβολών Προκύπτει μικρότερη παραμόρφωση από το UTM Προτιμούνται σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια, όπως π.χ. η τοπογραφία

Μετατροπές μεταξύ γεωαναφορών Οι εφαρμογές GIS συχνά απαιτούν μετατροπές μεταξύ προβολών και ελλειψοειδών Αποτελούν τυπικές λειτουργίες στα δημοφιλή πακέτα GIS Οι διευθύνσεις δρόμων χρειάζεται να μετατραπούν σε συντεταγμένες για τις ανάγκες της χαρτογράφησης και της ανάλυσης Με χρήση συναρτήσεων γεωκωδικοποίησης Τα τοπωνύμια μπορούν να μετατραπούν σε συντεταγμένες με χρήση γεωγραφικών καταλόγων (gazetteers)

Το Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης Global Positioning System (GPS) Επιτρέπει την άμεση και με ακρίβεια μέτρηση γεωγραφικού πλάτους και μήκους Επιτυγχάνεται ακρίβεια 10 μ. με χρήση μιας απλής, φθηνής συσκευής Το διαφορικό (differential) GPS επιτυγχάνει ακρίβεια κάτω του 1 μ. Εάν ληφθούν πολλές παρατηρήσεις σε μακρό χρονικό διάστημα και υπολογιστεί ο μ.ο., επιτυγχάνεται ακρίβεια κάτω του 1 εκ.