Bortoş Andreea Modelarea GIS a Drumului National 68 Haţeg – Caransebeş [303111]

3. STUDIU DE CAZ

3.1.Date introductive

Având în vedere:

• dispozițiile OG nr. 4/2010 [anonimizat]

• dispozițiile HG nr. 579/2015 [anonimizat] a structurilor tehnice pentru realizarea temeleor de date spațiale aprobarea măsurilor necesare pentru punerea în comun a acestora

• dispozițiile HG nr. 38/2016 [anonimizat]-se cerințele de conformitate cu prevederile regulamentelor Uniunii Europene.

Scopul modelării datelor spațiale este punerea la dispoziția utilizatorilor a [anonimizat]. 4/2010:

– [anonimizat] a [anonimizat], navigarea, mărirea, micșorarea, [anonimizat] a [anonimizat] a [anonimizat], precum și accesarea directă a acestora atunci când e posibil

– [anonimizat]

– Alte asemenea servicii

Rețeaua de drumuri a României în format layer vectorial este la scară 1:5000 în format cache system de proiecție Stereo 70 și conține: [anonimizat], localități, râuri, lacuri, [anonimizat], păduri, cote, clădiri, [anonimizat].

Rețeaua de drumuri este simbolizată în funcție de tipul de drum: național, județean, comunal.

Prelucrarea a fost efectuată cu ArcGIS Desktop și ArcGIS Standard v10.1+.

3.2 Noțiuni teoretice despre ArcGIS

ArcGIS este un produs al companiei ESRI (Environmental Systems Research Institute), [anonimizat]. Compania a fost fondată în 1969, [anonimizat], UȘA. [anonimizat], în special de reconstrucție a [anonimizat], dezvoltându-[anonimizat], pentru a crea un sistem informațional geografic (GIS sau SIG). [anonimizat] 2700 de angajați și utilizatori în peste 150 [anonimizat].

Principala diferența dintre o [anonimizat] e că prima are calitatea de a fi dinamică. [anonimizat], însă nu se pot face analize complexe și nu se poate realiza legătură cu o [anonimizat].

Este prezentat ca trei produse software separate pentru a satisface nevoile mai multor tipuri de utilizatori

.

Fig. s 3.1 Tipuri de licență ale programului ArcGIS

ArcView oferă instrumente complete de cartografiere și analiză împreună cu editare simplă și geoprocesare.

ArcEditor include capabilități avansate de editare pentru shapefiles și geodatabase, pe lângă funcționalitatea completă a ArcView.

ArcInfo este produsul pilot ArcGIS Desktop. Se bazează pe funcționalitatea ArcEditor cu geoprocesare avansată. De asemenea, include aplicațiile vechi pentru stația de lucru ArcInfo.

Deoarece ArcView, ArcEditor și ArcInfo au o arhitectură comună, utilizatorii care lucrează cu oricare dintre aceste desktop-uri GIS își pot împărtăși munca cu alți utilizatori. Hărți, date, simbolologie, straturi de hărți, instrumente personalizate și interfețe, rapoarte, metadate și așa mai departe, pot fi accesate interschimbabil în toate cele trei produse. Aceasta înseamnă că se beneficiaza de utilizarea unei singure arhitecturi, minimizând necesitatea de a învăța și de a implementa mai multe arhitecturi diferite.

Noile atribute pot fi adăugate tuturor locurilor prin intermediul unei serii de extensii ArcGIS Desktop de la ESRI și alte organizații. Utilizatorii pot, de asemenea, să își dezvolte propriile extensii personalizate pe ArcGIS Desktop lucrand cu ArcObjects, biblioteca de componente software ArcGIS. Utilizatorii dezvoltă extensii și instrumente personalizate utilizând interfețe standard de programare Windows, cum ar fi .COM și .NET.

3.2.1. ArcMAP

In vederea modelarii hartii, a fost utilizata aplicatia ArcpMAP. ArcMAP este aplicația centrală în ArcGIS Desktop.

Este aplicația GIS utilizată pentru toate sarcinile bazate pe hărți, inclusiv cartografia, analiza hărții și editarea. În această aplicație, se lucreaza cu hărți. Hărțile au un aspect de pagină care conține o fereastră geografică sau un cadru de date, cu o serie de straturi, legende, bare de scalare, săgeți de nord și alte elemente. ArcMap oferă moduri diferite de vizualizare a datelor geografice ale unei hărți și a vizualizărilor de aspect în care se pot efectua o gamă largă de sarcini GIS avansate.

ArcMap este aplicația primară utilizată în ArcGIS și este utilizată pentru a efectua o gamă largă de sarcini comune GIS, precum și sarcini specifice, specifice utilizatorului, precum:

Lucrul cu hărți – se pot deschide și utiliza documentele ArcMap pentru a explora informații, pentru a naviga în jurul documentelor de hartă, pentru a activa și a dezactiva straturile, pentru a accesa datele atributelor aflate în spatele hărții și pentru a vizualiza informațiile geografice.

Compilarea si editarea seturilor de date GIS – ArcMap oferă una dintre principalele căi prin care utilizatorii automatizează seturile de date geodatabase. ArcMap suportă editarea completă a funcțiilor scalabile.

Geoprocesarea pentru a automatiza munca și a efectua analiza – GIS este atât vizual, cât și analitic. ArcMap are capacitatea de a executa orice model sau script de geoprocesare, precum și de a vizualiza și de a lucra cu rezultatele prin vizualizarea hărții.

Organizarea și administrarea geodatabase-lor și a documentelor ArcGIS – ArcMap include fereastra Catalog ă permite organizarea tuturor seturile de date GIS și geodatabase, documentele de hartă și alte fișiere ArcGIS, instrumentele de geoprocesare și multe alte seturi de informații GIS.

Publicarea documentelor de hartă pe măsură ce serviciile de hărți care utilizează ArcGIS pentru conținutul Server-ArcGIS sunt aduse la viață pe web prin publicarea informațiilor geografice ca o serie de servicii de hărți – ArcMap oferă o experiență simplă pentru utilizator pentru publicarea documentelor de hartă ca servicii de hărți.

Împărțirea hărților, straturi, modele de geoprocesare și baze geografice cu alți utilizatori – ArcMap include instrumente care facilitează pachetul de date GIS cu alți utilizatori. Aceasta include posibilitatea de a partaja hărțile și datele GIS utilizând ArcGIS Online.

3.2.2 ArcCatalog

Prin interemediul ArcCatalog, s-a creat un geodatabase local, denumit DN 68_prelucrat.

Aplicația ArcCatalog este specializată pentru căutare, management și documentare. Reprezintă o fereastră în cadrul bazei de date GIS. Prin ArcCatalog se pot accesa date stocate în calculator, în alte rețele, inclusiv cele de pe Internet. Pentru a accesa datele se poate crea o conexiune cu locația acestora. Colectiv, conexiunile create de utilizator se numesc Catalog.

ArcCatalog se accesează făcând click pe iconul din bara standard, interfața acestuia constă dintr-un panel cu structură de arbore în partea stângă și un panel de preview în partea dreapta. În acesta din urmă se afișează conținutul fișierelor din stânga, respectiv locația și atributul stocate în seturi de date individuale. Tot aici se accesează și metadata, o componentă importantă a datelor geografice.

Aplicația ArcCatalog ajută la organizarea și gestionarea tuturor informațiile GIS (hărți, seturi de date, modele, metadate, servicii etc.). Acesta include instrumente pentru:

Căutați și găsiți informații geografice.

Înregistrați, vizualizați și gestionați metadatele.

Definiți schemele și modelele geodatabase.

Administrați un ArcGIS Server.

Căutați și descoperiți date GIS pe rețelele locale și pe Web.

ArcCatalog permite organizaea, găsiea și utilizaea datelor GIS, precum si deținerea datelor utilizând metadatele bazate pe standarde.

3.3 Crearea unui geodatabase

Instrumentul de creare a fișierelor Geodatabase permite stocarea de fișiere care să corespundă unei versiuni mai vechi a ArcGIS. Acest lucru permite impartirea de date cu persoane care au versiuni mai vechi ale ArcGIS, care ar putea să nu poată deschide noi versiuni ale bazei geografice.

În formatul de date Geodatabase se pot stoca straturi sau colecții de straturi (feature datasets). Atât clasele de elemente, cât și atributele sunt stocate în tabele ale RDBMS-ului. Spre deosebire de toate celelalte tipuri de date, în geodatabase este stocat și comportamentul datelor.

Un geodatabase contine o colecție de seturi de date. Există trei tipuri:

File geodatabases – Stocate ca dosare într-un sistem de fișiere. Fiecare set de date este păstrat ca un fișier care poate scala până la 1 TB în dimensiune. Fișierul geodatabase este recomandat în baza geodatabazelor personale.

Geodatabases personale – toate seturile de date sunt stocate într-un fișier de date Microsoft Access, care are o dimensiune limitată de 2 GB.

Geodatabases pentru intreprinderi – De asemenea, cunoscute sub denumirea de geodatabase multiuser, ele pot fi nelimitate în ceea ce privește dimensiunea și numărul de utilizatori. Stocată într-o bază de date relațională utilizând Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2, IBM Informix sau PostgreSQL.

Fig. 3.2 Crearea unui geodatabase local

3.3 Vectorizarea DN 68 pe ortofotoplan

In vederea crearii bazei de date, s-au utilizat ortofotoplanurile existente pe care s-a vectorizat lungimea DN 68 prin polilinie.

Datele vectoriale sunt compuse din linii sau arce, definite de punctele de început și de sfârșit, care se întâlnesc la noduri. Locațiile acestor noduri și structura topologică sunt de obicei stocate în mod explicit. Caracteristicile sunt definite doar de limitele lor, iar liniile curbe sunt reprezentate ca o serie de arce de legătură. Stocarea vectorilor implică stocarea unei topologii explicite, însă stochează doar acele puncte care definesc o caracteristică și tot spațiul în afara acestor caracteristici este "inexistent".

Un GIS bazat pe vectori este definit prin reprezentarea vectorială a datelor sale geografice. În funcție de caracteristicile acestui model de date, obiectele geografice sunt reprezentate explicit și, în cadrul caracteristicilor spațiale, sunt asociate aspectele tematice.

Ortofotoplanul în format digital este un produs aerofotogrammetric la scară, reprezentand o porțiune a suprafeței terestre. Fiind realizat dintr-o serie de ortofotoimagini suprapuse longitudinal și transversal, de fapt ortofotoplanul este o hartă foto ce oferă informații vizuale de acuratete asupra unei suprafețe de teren.

Datele vector pot fi de doua tipuri: topologice și netopologice. În cazul unui model topologic al datelor, se utilizează relații spațiale pentru a defini proprietatea spațială. Acest model se caracterizează prin:

toate liniile au un punct de început și un punct de sfârșit (nod sau joncțiune);

liniile care au în comun un nod sau joncțiune se conectează (intersectează);

liniile se pot conecta pentru a forma poligoane;

liniile pot avea poligoane în stânga sau în dreapta lor.

Exista mai multe formate de date vector care pot fi utilizate pentru a stoca informațiile spațiale: shapefile, coverage, geodatabase, fișiere CAD, tabele de evenimente.

Formatul de date shapefile

Prin acest format se poate reprezenta un singur strat. Acest format nu are un mecanism de colecție a straturilor. Atributele sunt stocate în fișiere dBASE. Tabelul asociat conține un câmp numit "Shape" în care sunt stocați identificatorii prin intermediul cărora se face legătura cu datele spațiale.

Fig. 3.3 Vectorizarea liniei DN 68 pe ortofotoplan

De asemenea, cu ajutorul funcției Editare in ArcMap, se poate prelungi polilinia existentă a DN ului, asa cum se vede in captura de mai jos:

Fig. 3.4 Editare DN 68 prin vectorizare

Dupa vectorizarea drumului, pot exista neconcordanțe in detaliu intre polilinia trasată si linia terenului. Prin urmare, cu ajutorul funcției Editare, se aliniază in mod automat polilinia cu DN 68, in acest fel asigurandu-se o precizie maximă de vectorizare indiferent de gradul de mărire a hartii.

Fig. 3.5 Alinierea poliliniei cu linia tereneului aferenta DN 68 – detaliu

3.4 Georeferențierea datelor

Un sistem geografic de coordonate utilizează o suprafață sferică tri-dimensională pentru a defini poziții de pe suprafața pământului. Un sistem geografic de coordonate include o unitate unghiulară de măsură, un prim meridian și un datum. Un punct este definit prin valorile longitudine și latitudine. Longitudinea și latitudinea sunt unghiuri măsurate din centrul pământului la un punct de pe suprafața pământului. Unghiurile sunt adesea măsurate în grade.

Un sistem proiectat de coordonate este definit pe o suprafață plană, bidimensionala. Spre deosebire de sistemul sferic de coordonate, un sistem proiectat de coordonate are lungimi, unghiuri și arii constante de-a lungul celor două dimensiuni. Un sistem proiectat de coordonate se bazează întotdeauna pe un sistem geografic de coordonate, care la rândul său se bazează pe o sferă sau un sferoid.

Într-un sistem proiectat de coordonate, pozițiile sunt identificate prin coordonatele x și y ale unui grid cu originea în centrul gridului. Fiecare poziție are două valori care o referențiază în raport cu poziția centrală. Una specifică poziția sa orizontală, iar cealaltă poziția sa verticală.

Indiferent daca se lucrează cu sfera sau cu sferoid, suprafața tri-dimensională trebuie transformată într-o foaie plană de hartă. Această transformare matematică se numește proiecție a hărții. Reprezentarea suprafeței pământului în două dimensiuni conduce la distorsiuni în formă, arie, distanță sau direcție a datelor. O proiecție a hărții utilizează formule matematice pentru a lega coordonatele sferice ale globului de coordonatele plane. Proiecții diferite determină tipuri diferite de distorsiuni. Unele proiecții sunt concepute astfel încât să minimizeze una sau doua din caracteristicile datelor.

Cele mai importante tipuri de proiecții utilizate sunt: conice, cilindrice și plane.

Datele stocate într-un GIS ar trebui să referențieze poziția corectă de pe suprafața Pământului. În acest scop pot fi realizate următoarele operații: proiectarea datelor, transformarea coordanatelor și ajustarea datelor (rubersheeting).

In acest sens, s-a procedat la transformarea coordonatelor din Sistemul Stereo 1970 in Sistemul deReferința WGS 84.

Fig. 3.6 Transformarea coordontatelor din Stereo70 in WGS84

3.5 Topologie

Topologia este un concept matematic utilizat pentru a reprezenta explicit relațiile spațiale dintre obiecte (vecinătate, continuitate, interconexiune). Cu ajutorul topologiei se poate determina care sunt obiectele adiacente unui obiect, ce elemente se intersectează, cât de mare este un obiect sau care este drumul cel mai scurt de la un obiect la altul.

Datele vector pot fi de doua tipuri: topologice și netopologice. În cazul unui model topologic al datelor, se utilizează relații spațiale pentru a defini proprietatea spațială. Acest model se caracterizează prin:

toate liniile au un punct de început și un punct de sfârșit (nod sau joncțiune);

liniile care au în comun un nod sau joncțiune se conectează (intersectează);

liniile se pot conecta pentru a forma poligoane;

liniile pot avea poligoane în stânga sau în dreapta lor.

Fig. 3.7 Topologie

De asemenea, cu ajutorul Instrumentului Topologie, se pot crea diverse reguli, precum: sa nu se intersecteze anumite linii, sa nu existe pseudonoduri, sa nu existe suprapuneri de linii, etc.

Fig. 3.8 Reguli in topologie

In acest sens, este prezentata mai jos o captura care evidentiaza o eroare in topologie, si anume faptul ca doua linii nu se intersecteaza. Astfel, se poate corecta, urmand a se realiza o singura polilinie a DN-ului la final.

Fig. 3.9 Eroare in topologie

3.6 Crearea tabelului de atribute ale drumului

Ulterior corecțiilor aplicate utilizand Topologia, urmeaza realizarea unei singure polilinii. Pe cale de consecință, din modul Editare, se face o singură polilinie cu comanda Merge, creandu-se un tabel cu atributele drumului.

Layerul creat are asociat un tabel de atribute. Pentru fiecare element spațial, în tabel există o înregistrare care stochează atributele corespunzătoare elementului. Legătura dintre obiectele spațiale și atribute este realizată prin intermediul unor identificatori unici.

Fig. 3.9 Crearea unui tabel de atribute

Un tabel este o colecție de înregistrări (rândurile tabelului) și coloane (câmpuri). Datele care pot fi stocate într-o coloană trebuie să fie de același tip și ele pot fi numere, texte sau date. În cadrul aceluiași tabel, coloanele trebuie să aibă nume unice. Tipurile diferite de câmpuri stochează tipuri diferite de valori. Fiecare tip de date spațiale are asociat un format tabelar nativ.

Atributele datelor spațiale pot fi stocate în tabelele elementelor sau în tabele separate. În acest ultim caz, se pot asocia tabele care pentru o coloană au valori cheie comune. O cheie primară reprezintă o coloană a unui tabel, în care sunt stocate valori unice prin care se identifică în mod unic înregistrările. Un tabel nu poate avea decât o cheie primară. O cheie străină realizează o conectare la o cheie primară a unui alt tabel. Datele unei chei străine pot fi duplicate.

Relația dintre două tabele este caracterizată prin cardinalitate. Aceasta reprezintă câte obiecte "A" sunt legate de obiectul "B". Există trei tipuri de cardinalitate:

one-to-one

one-to-many sau many-to-one

many-to-many

Înainte de a conecta două tabele trebuie cunoscută cardinalitatea relației care se stabilește între ele.

Tabelele pot fi conectate prin operația numita "join". În acest caz conectarea este logică și se presupune că relația este de tip one-to-many; se poate realiza și dacă relația este de tip many-to-one. În general, numele câmpurilor de legătură nu trebuie să fie identice, dar tipul câmpurilor trebuie să fie același.

Asocierea a două tabele se poate realiza și prin intermediul unor clase de relații. În acest caz, tabelele sunt legate virtual, nu fizic. Caracteristicile importante ale claselor de relații sunt:

nu se creează noi straturi;

conectare este persistentă până când se îndepărtează;

asocierea dinte tabele este dinamică;

se pot edita, interoga sau simboliza date în oricare dintre tabele.

3.7 Modelarea hartii cu ajutorul atributelor

Ulterior pasilor premergatori finalizarii hartii modelate privind viabilitatea DN 68 descrisi mai sus, s-a procedat la incarcarea si simbolizarea pe harta a datelor completate si actualizate pentru fiecare borna aferenta DN 68.

Fig. 3.10 Incarcare date pentru pozitiile kilometrice ale bornelor – pasul 1

Fig. 3.11 Incarcare date pentru pozitiile kilometrice ale bornelor – pasul 2

Fig. 3.12 Simbolizarea bornelor aferente DN 68 pe harta

Fig. 3.13 Simbolizarea bornelor aferente DN 68 pe harta – Detaliu

s

Fig. 3.14 Incarcarea bazei de date privind pozitiile kilometrice ale bornelor

Pozitiile kilometrice de inceput si de sfarsit se identifica in conformitate cu Ordonanța nr. 43/1997 privind regimul drumurilor, urmand ca ulterior sa se seteze atributele pe capetele drumului.

Fig. 3.15 Limitele DN-urilor stabilite conform OG nr. 43/1997

3.8 ArcToolbox

ArcToolbox este iconul în bara standard , care deschide caseta cu toate uneltele existente în soft; se poate accesa atât din ArcMap, cât și din ArcCatalog.

Numărul de unelte oferite depinde licența folosită, ArcInfo oferind cele mai multe și complexe unelte pentru analiza datelor. Este de fapt o colecție de unelte pentru analiza GIS, management și conversie a datelor.

Fig. 3.16 Interfata ArcToolbox

Astfel, cu ajutorul ArcToolbox, se creeaza o noua ruta cu bornele kilometrice incarcate, permitand accesul virtual la DN 68 prin utilizarea distantelor kilometrice si nu in coordonate ale punctelor.

Fig. 3.17 Creare ruta DN 68

4.8.1 Calibrarea

Este posibilă ajustarea măsurilor de traseu pentru a corespunde locațiilor de măsurare cunoscute, utilizând o procedură numită calibrare. Calibrarea ajustează măsurătorile traseului prin citirea informațiilor măsurate stocate ca atribut într-o clasă de caracteristici punct. Fiecare punct se încadrează pe ruta specială pe care o calibrează sau într-o anumită toleranță a liniei de traseu. Multe puncte pot fi folosite pentru a calibra un singur traseu.

În timpul procesului de calibrare, se creează un nou punct în care fiecare punct de calibrare intersectează traseul. Valoarea măsurată pe aceste noduri noi corespunde valorii măsurate stocate ca atribut punct. Valorile măsurate pe alte noduri de traseu preexistente pot fi interpolate și / sau extrapolate.

Procesul de calibrare creează un nou punct pentru fiecare punct din toleranța specificată.

Fig. 3.18 Calibrare ruta DN 68

Instrumentul Find permite localizarea fiecarei borne kilometrice incarcate utilizând un nume-loc pentru a găsi funcții care se potrivesc cu anumite valori de atribute și pentru a găsi locații utilizând referințe liniare.

Fig. 3.19 Afisarea bornei de la km 10 a DN 6 utilizand instrumentul Find

3.9 Segmentarea dinamică a DN 68

Ulterior stabilirii bornelor kilometrice pe hartă, precum si accesarea corespunzătoare a acestora, urmeaza segmentarea DN 68 din 200 m in 200 m si apoi se completează cu atribute, precum: tipul de drum, pozitia kilometrică, starea tehnică a drumului, clasa de trafic, etc.

Fig. 3.20 Segmentarea DN 68

3.10 Afișarea rezultatelor

Rezultatele se pot reprezenta grafic pe hartă însoțite de o descriere sub forma unui raport, cuprinzând datele tabelare, inclusiv valorile calculate în cadrul analizei.

De asemenea, viabilitatea drumurilor pe harta va fi pusă la dipoziția publicului pe Internet, pentru a fi consultată de persoanele interesate. În afara unor hărți, pot fi puse la dispoziția utilizatorului rapoarte sau grafice care să puna în evidență diverse caracteristici ale temelor.

ArcMap cuprinde două modalități de vizualizare a datelor: data view (pentru explorare, editare, analiză și simbolizare a datelor), layout view (pentru aranjarea imaginii pentru printare sau publicare în format digital și aducerea unor elemente ale hărții, precum scară, titlu, legendă și orientare). În modul data view se pot vizualiza o singură imagine la un moment dat, pe când în layout view se pot vedea mai multe în același format pentru publicare sau printare.

Limita unui layer de a fi sau nu vizibil poate fi definită în caseta Properties a fiecărui Layer (click-dreapta, opțiunea Properties, General.

Pentru a afla o serie de informații despre elementele layerelor care alcătuiesc harta se poate utiliza instrumentul Identify. Se va deschide o fereastră care afișează informațiile conținute în baza de date a layerului avand in vedere elementul selectat, afland informații ca: ID-ul obiectului, faptul că este un element vectorial de tip polilinie, numele obiectului, suprafață etc, însă, pe lângă aceste informații, se mai pot introduce și altele, dacă se adauga acest lucru la baza de date (în Attribute Table

In vederea verificarii hartii modelate, se selectează un sector de drum utilizand functia Identify, urmand a se afisa cu o mare acuratete viabilitatea drumului pe portiunea selectată, in functie de atributele incărcate.

Fig. 3.21 Viabilitatea unui sector de drum aferent DN 68