3 na stran - Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in ...
3 na stran - Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in ...
3 na stran - Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
METODE PROSTORSKIH<br />
ANALIZ V GIS<br />
http://www.fgg.uni-lj.si/sdrobne/Pouk/MPAGIS/MPAGIS.htm<br />
Samo Drobne<br />
UL FGG, Jamova 2, Ljublja<strong>na</strong><br />
(01) 4768 649 (telefon)<br />
(01) 4250 704 (faks)<br />
samo.drobne@fgg.uni-lj.si<br />
http://www.fgg.uni-lj.si/sdrobne/<br />
Cilj predmeta<br />
• Študenti pridobijo<br />
• z<strong>na</strong>nje <strong>in</strong> pregled <strong>na</strong>d metodami prostorskih a<strong>na</strong>liz,<br />
• sez<strong>na</strong>nijo se s postopki njihove izvedbe v geografskih<br />
<strong>in</strong>formacijskih sistemih <strong>in</strong> njihove ustrezne uporabe.<br />
2<br />
Vsebi<strong>na</strong> predavanj<br />
1. Osnovni pojmi <strong>in</strong> koncepti<br />
2. Metodologija<br />
3. Operacije prostorskih a<strong>na</strong>liz<br />
4. Raziskovanje podatkov <strong>in</strong> prostorska statistika<br />
5. A<strong>na</strong>lize ploskev <strong>in</strong> polj<br />
6. Mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize<br />
3<br />
1
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Vsebi<strong>na</strong> vaj (1)<br />
• Uporaba GIS orodja ArcGIS (prikazi <strong>in</strong> kartografsko<br />
poizvedovanje, sestava karte, podatkovne strukture,<br />
rastrske <strong>in</strong> vektorske zbirke, SQL ukazi)<br />
• Kartografsko modeliranje (orodja <strong>za</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize,<br />
sce<strong>na</strong>riji, algebra karte)<br />
• Algebra karte (aritmetični operatorji, relacijski operatorji,<br />
Boolovi operatorji, kombi<strong>na</strong>torični operatorji, logični<br />
operatorji, lokalne funkcije, središčne funkcije, območne<br />
funkcije, conske funkcije, globalne funkcije)<br />
4<br />
Vsebi<strong>na</strong> vaj (2)<br />
• A<strong>na</strong>litične operacije (reklasifikacija podatkov, logično <strong>in</strong><br />
matematično prekrivanje podatkovnih slojev, operacije<br />
izraču<strong>na</strong> razdalj <strong>in</strong> pove<strong>za</strong>nosti, metode a<strong>na</strong>lize površja)<br />
• Metode prostorskih <strong>in</strong>terpolacij (lokalne <strong>in</strong> globalne,<br />
točkovne <strong>in</strong> arealne)<br />
• Metode ocenjevanja <strong>in</strong> upravljanja <strong>na</strong>pak (vgrajenih <strong>in</strong><br />
operativnih)<br />
• Metode statističnih prostorskih a<strong>na</strong>liz (raziskovalne <strong>in</strong><br />
potrjevalne)<br />
5<br />
Literatura<br />
• S. Drobne 2010: Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS,<br />
Prosojnice predavanj <strong>za</strong> 3. letnik VSŠ študija prve<br />
stopnje Tehnično upravljanje nepremičn<strong>in</strong>, UL FGG,<br />
Ljublja<strong>na</strong>.<br />
• S. Bob<strong>na</strong>r, S. Drobne <strong>in</strong> R. Šumrada, 2010: Vaje iz<br />
prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS orodju ArcGIS, UL, FGG,<br />
Ljublja<strong>na</strong>.<br />
6<br />
2
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Druga (priporoče<strong>na</strong> študijska) literatura<br />
• M. J. de Smith, M. F. Goodchild <strong>in</strong> P. A. Longley 2010:<br />
Geospatial A<strong>na</strong>lysis - Web Version (izbra<strong>na</strong> poglavja)<br />
http://www.spatiala<strong>na</strong>lysisonl<strong>in</strong>e.com/output/.<br />
... več o drugi priporočeni študijski literaturi <strong>na</strong>jdete <strong>na</strong><br />
spletni <strong>stran</strong>i predmeta:<br />
http://www.fgg.uni-lj.si/sdrobne/Pouk/MPAGIS/MPAGIS.htm<br />
7<br />
Predgovor<br />
To je delov<strong>na</strong> različica prosojnic iz metod prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, ki jo<br />
uporabljamo pri predavanjih pri istoimenskem predmetu v 3. letniku<br />
visokošolskega strokovnega študija prve stopnje Tehnično upravljanje<br />
nepremičn<strong>in</strong>.<br />
V prosojnicah so <strong>na</strong>vedeni pomembnejši pojmi, def<strong>in</strong>icije, formule, modeli <strong>in</strong><br />
postopki. Dodatno razlago študent sliši <strong>na</strong> predavanjih <strong>in</strong> vajah, oziroma<br />
<strong>na</strong>jde v priporočeni študijski literaturi.<br />
Prosojnice, ki so pred vami, služijo zgolj kot <strong>na</strong>potek, katere vseb<strong>in</strong>e<br />
študirate v priporočeni študijski literaturi.<br />
Napisati dovolj preprost <strong>in</strong> strokovno neoporečen študijski pripomoček je<br />
težko. Zato bom zelo hvaležen vsem, ki me bodo opozorili <strong>na</strong> tipkarske,<br />
računske <strong>in</strong> druge <strong>na</strong>pake. Prav tako bom hvaležen tudi <strong>za</strong> vse morebitne<br />
pripombe <strong>in</strong> komentarje.<br />
Veči<strong>na</strong> gradiva <strong>za</strong> prosojnice je bila pridoblje<strong>na</strong> <strong>na</strong> spletni <strong>stran</strong>i<br />
http://www.spatiala<strong>na</strong>lysisonl<strong>in</strong>e.com/output/ (Smith, Goodchild <strong>in</strong> Longley<br />
2010b).<br />
8<br />
Samo Drobne<br />
(samo.drobne@fgg.uni-lj.si)<br />
Ka<strong>za</strong>lo<br />
1. OSNOVNI POJMI IN KONCEPTI<br />
1.1 Uvod<br />
1.2 Osnovni gradniki<br />
1.2.1 Prostor<br />
1.2.2 Atribut<br />
1.2.3 Objekt<br />
1.2.4 Karta<br />
1.2.5 Mnogovrstne lastnosti prostora<br />
1.2.6 Polje<br />
1.2.7 Prostorske uteži<br />
1.2.8 Mreža<br />
1.2.9 Gostota<br />
1.2.10 Detajl, ločljivost, merilo<br />
1.2.11 Topološka lastnost<br />
1.3 Prostorski odnosi<br />
1.3.1 Kolokacija<br />
1.3.2 Razdalja, smer <strong>in</strong> matrika prostorskih uteži<br />
1.3.3 Večrazsežno uteževanje<br />
1.3.4 Prostorska sovisnost<br />
9<br />
3
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Ka<strong>za</strong>lo / 2<br />
1.3.6 Prostorska raznolikost<br />
1.3.7 Prostorska odvisnost<br />
1.3.8 Prostorsko vzorčenje<br />
1.3.9 Prostorska <strong>in</strong>terpolacija<br />
1.3.10 Glajenje <strong>in</strong> ostrenje<br />
1.3.11 Postopek prve- <strong>in</strong> druge stopnje<br />
1.4 Prostorska statistika<br />
1.4.1 Ocenjevanje <strong>na</strong>pak<br />
1.4.2 Statistične domneve<br />
1.5 Prostorska podatkov<strong>na</strong> <strong>in</strong>frastruktura<br />
1.5.1 Geoportali<br />
1.5.2 Metapodatki <strong>in</strong> <strong>in</strong>teroperabilnost<br />
2. METODOLOGIJA<br />
2.1 Prostorske a<strong>na</strong>lize kot postopek<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija<br />
2.2.1 PPPAZ<br />
2.2.1.1 Problem (PPPAZ)<br />
2.2.1.2 Plan (PPPAZ)<br />
2.2.1.3 Podatki (PPPAZ)<br />
2.2.1.4 A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> (PPPAZ)<br />
2.2.1.5 Zaključki (PPPAZ)<br />
10<br />
Ka<strong>za</strong>lo / 3<br />
3. OPERACIJE PROSTORSKIH ANALIZ<br />
3.1 Prostorski podatkovni modeli <strong>in</strong> metode<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije<br />
3.2.1 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> vektorskih podatkov<br />
3.2.2 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> rastrskih podatkov<br />
3.2.3 Površi<strong>na</strong> ploskve – TIN<br />
3.2.4 Površi<strong>na</strong> ploskve - raster<br />
3.2.4.1 Zemeljska (neprojecira<strong>na</strong>) površi<strong>na</strong><br />
3.2.5 Glajenje l<strong>in</strong>ij<br />
3.2.5.1 Izpuščanje lomnih točk<br />
3.2.5.2 Enostavno glajenje<br />
3.2.5.3 Glajenje z <strong>za</strong>gozditvijo<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong><br />
3.2.6.2 Centroid <strong>in</strong> središča skup<strong>in</strong>e točk<br />
3.2.6.3 Centroid <strong>in</strong> središča l<strong>in</strong>ij<br />
3.2.7 Točka (objekt) v poligonu<br />
3.2.8 Razstavljanje poligo<strong>na</strong><br />
3.2.9 Oblika<br />
3.2.10 Prekrivanje <strong>in</strong> operacije komb<strong>in</strong>iranja<br />
3.2.11 Območne <strong>in</strong>terpolacije<br />
3.2.12 Združevanje poligonov<br />
11<br />
Ka<strong>za</strong>lo / 4<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong><br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija<br />
3.2.13.2 Večvariat<strong>na</strong> klasifikacija<br />
3.2.13.3 Večpasov<strong>na</strong> klasifikacija rastrskih podob<br />
3.2.13.4 Negotovost <strong>in</strong> obdelava podob dalj<strong>in</strong>skega <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanja<br />
3.2.13.5 Klasifikacija hiperspektralnih podob<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje<br />
3.2.14.1 Konveksne lup<strong>in</strong>e<br />
3.2.14.2 Nekonveksne lup<strong>in</strong>e<br />
3.2.14.3 M<strong>in</strong>imalni očrtani pravokotniki<br />
3.2.14.4 Mehke meje<br />
3.2.14.5 Mejne l<strong>in</strong>ije <strong>in</strong> <strong>na</strong>ravne meje<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija<br />
3.2.15.1 Delau<strong>na</strong>yeva triangulacija<br />
3.2.15.2 Nepravil<strong>na</strong> trikotniška mreža<br />
3.2.15.3 Voronoievi/Thiessenovi poligoni<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote<br />
3.3.1 Prostorske izbire <strong>in</strong> prostorske poizvedbe<br />
3.3.2 Enostavni izračuni<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi, normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija<br />
3.3.4 Gostota<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov<br />
3.3.4.2 Metoda jedra<br />
12<br />
4
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Ka<strong>za</strong>lo / 5<br />
3.3.4.3 Gostota v mreži<br />
3.3.4.4 Gostota l<strong>in</strong>ij <strong>in</strong> presečišč<br />
3.3.4.5 Kartogrami<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika<br />
3.4.1.1 Terestič<strong>na</strong> razdalja<br />
3.4.1.2 Evklidska razdalja <strong>in</strong> metrič<strong>na</strong> razdalja L p<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov<br />
3.4.2.2 Transformacija razdalje<br />
3.4.3 Mrež<strong>na</strong> razdalja<br />
3.4.4 Izdelava baferjev<br />
3.4.5 Modeli upadanja z razdaljo<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih podatkov<br />
3.5.2 A<strong>na</strong>lize smeri točkovnih podatkov<br />
3.5.3 A<strong>na</strong>lize smeri površja<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte<br />
3.6.1 L<strong>in</strong>earno prostorsko filtriranje<br />
3.6.2 Nel<strong>in</strong>earno prostorsko filtriranje<br />
13<br />
Ka<strong>za</strong>lo / 5<br />
4. RAZISKOVANJE PODATKOV IN PROSTORSKA STATISTIKA<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki<br />
4.1.1 Opis<strong>na</strong> statistika<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje<br />
4.1.2.1 Vrste prostorskega vzorčenja<br />
4.1.2.2 Prostorska deklasteri<strong>za</strong>cija<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov<br />
4.3.1 Mere <strong>na</strong>vzkrižnih odnosov<br />
4.3.2 A<strong>na</strong>lize v kvadratih<br />
4.3.3 Mere strukture kraj<strong>in</strong><br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda<br />
4.4.2 Razdalje v parih<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč<br />
4.4.3.1 Hierarhično razvrščanje v gruče po metodi <strong>na</strong>jbližjega soseda<br />
4.4.3.2 Razvrščanje v gruče s K-povprečji<br />
4.4.3.3 Razvrščanje po metodi jedrne gostote<br />
4.4.3.4 Prostorsko-časovno razvrščanje v gruče<br />
14<br />
Ka<strong>za</strong>lo / 5<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija<br />
4.5.1 Avtokorelacija, časovne serije <strong>in</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C<br />
4.5.3 Lokalni <strong>in</strong>dikatorji prostorske zveze<br />
5. ANALIZE PLOSKEV IN POLJ<br />
5.1 Modeliranje površja<br />
5.1.1 Površja <strong>in</strong> polja<br />
5.1.2 Rastrski modeli<br />
5.1.3 Rastrski modeli<br />
5.1.4 Matematični modeli<br />
5.1.5 Statistični modeli <strong>in</strong> modeli delcev<br />
5.2 Geometrija površja<br />
5.2.2 Gradient, <strong>na</strong>klon <strong>in</strong> usmerjenost<br />
5.2.1.1 Naklon<br />
5.2.1.2 Usmerjenost<br />
5.2.1.3 Profil<br />
5.3 Vidnost<br />
5.4 Razvodje<br />
15<br />
5
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Ka<strong>za</strong>lo / 6<br />
6. MREŽNE IN LOKACIJSKE ANALIZE<br />
6.1 Uvod<br />
6.1.1 Pregled mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz<br />
6.1.2 Osnovni pojmi<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov<br />
6.1.3.1 Premer grafa (d)<br />
6.1.3.2 Število krogov (u)<br />
6.1.3.3 Stopnja vozlišča ali valenca točke (d(v))<br />
6.1.3.4 Indeks upora<br />
6.1.3.5 Gostota mreže (GM)<br />
6.1.3.6 Indeks (pi)<br />
6.1.3.7 Indeks (eta)<br />
6.1.3.8 Indeks (theta)<br />
6.1.3.9 Indeks (beta)<br />
6.1.3.10 Indeks (alfa)<br />
6.1.3.11 Indeks (gama)<br />
6.1.4 Podatkovni viri<br />
6.1.5 Kompleksnost izračunov<br />
16<br />
Ka<strong>za</strong>lo / 6<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize<br />
6.2.1 Ključni problemi mrežnih a<strong>na</strong>liz<br />
6.2.2 Parametri v mrežnih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h<br />
6.2.3 Programska oprema <strong>za</strong> mrežne a<strong>na</strong>lize<br />
6.2.4 Izgradnja mreže<br />
6.2.4.1 Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v<br />
6.2.4.2 Gabrielova mreža<br />
6.2.4.3 Ste<strong>in</strong>erjeva drevesa<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti<br />
6.2.5.1 Dantzigov algoritem<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem<br />
6.2.5.3 Algoritem A*<br />
6.2.5.4 Izvedba a<strong>na</strong>liz <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v v GIS<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize<br />
6.3.1 Ključni problemi lokacijskih a<strong>na</strong>liz<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p<br />
6.3.3 Središčni problemi p<br />
6.3.4 Storitve<strong>na</strong> območja<br />
6.4 Usmerjanje pove<strong>za</strong>v<br />
17<br />
Metode prostorskih<br />
a<strong>na</strong>liz v GIS<br />
1. poglavje<br />
OSNOVNI POJMI IN KONCEPTI<br />
18<br />
6
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.1 Uvod<br />
• Prostorske a<strong>na</strong>lize nudijo poseben pogled <strong>na</strong> svet s<br />
proučevanjem dogodkov, vzorcev <strong>in</strong> postopkov, ki se<br />
izvajajo v prostoru.<br />
• Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz so metode, s katerimi<br />
a<strong>na</strong>liziramo prostorske podatke <strong>in</strong> ustvarjamo nove<br />
<strong>in</strong>formacije (Bailey 1994).<br />
● Iščemo pove<strong>za</strong>ve ali poskušamo ugotoviti različne zveze med<br />
podatki <strong>za</strong> neko območje.<br />
• Tradicio<strong>na</strong>lno: Prostorske a<strong>na</strong>lize v GIS-u so skupek dveh<br />
dopolnjujočih se pristopov:<br />
• prepoz<strong>na</strong>vanje prostorskih vzorcev oz. struktur,<br />
• kvantitativ<strong>na</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> (ugotavljanje odnosov med prostorskimi vzorci).<br />
19<br />
1.1 Uvod / 2<br />
• Dome<strong>na</strong> prostorskih a<strong>na</strong>liz je zemeljsko površje<br />
(topografske a<strong>na</strong>lize), atmosfera <strong>in</strong> tudi notranjost zemlje<br />
(a<strong>na</strong>lize podtalnice, geološke a<strong>na</strong>lize itd.)<br />
• Področja uporabe prostorskih a<strong>na</strong>liz:<br />
• Seizmologi:<br />
• Ali se potresni sunki <strong>za</strong> obrav<strong>na</strong>vano območje pojavljajo po nekem vzorcu, ki ga lahko<br />
<strong>na</strong>povemo?<br />
• Epidemiologi:<br />
• Ali lokacije pojava bolezni predstavljajo nek prostorski vzorec?<br />
• Ali je obstaja pove<strong>za</strong>va med pojavom bolezni z morebitno ones<strong>na</strong>ženostjo okolja?<br />
• Ali se bolezen <strong>na</strong> nekem območju pre<strong>na</strong>ša iz enega človeka <strong>na</strong> drugega (ali je<br />
<strong>na</strong>lezljiva)?<br />
• Policija:<br />
• Ali število vlomov <strong>na</strong> nekem območju sovpada s socialno-ekonomskimi z<strong>na</strong>čilnostmi<br />
tega območja?<br />
• Okoljski strokovnjaki:<br />
• Ali lahko podatke dalj<strong>in</strong>skega <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanja, ki vsebujejo motnje, prečistimo<br />
(prefiltriramo), tako da postanejo uporabni?<br />
20<br />
1.1 Uvod / 3<br />
• Področja uporabe prostorskih a<strong>na</strong>liz - <strong>na</strong>daljevanje:<br />
• Geologi:<br />
• Kako s podatki o geološki sestavi (dobljenih iz vzorčnih vrt<strong>in</strong>) dobiti objektivno oceno<br />
stopnje m<strong>in</strong>eralnih usedl<strong>in</strong> <strong>za</strong> obrav<strong>na</strong>vano območje?<br />
• Hidrologi:<br />
• Ali lahko z vzorci podtalnice, dobljenih <strong>na</strong> različnih lokacijah (vodnjakov), izdelamo<br />
karto ones<strong>na</strong>ženosti podtalnice <strong>na</strong> obrav<strong>na</strong>vanem območju?<br />
• Podjetja:<br />
• Kako s družbeno-ekonomskimi podatki oceniti verjetno povpraševanje po izdelkih ter<br />
območja razvrstili oziroma klasificirali?<br />
• itd.<br />
21<br />
7
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.1 Uvod / 4<br />
• Ukvarjamo se z vprašanji “kaj” se je zgodilo/se dogaja<br />
“kje”.<br />
• Proučevanje objektov <strong>in</strong> pojavov v prostoru (atributi <strong>in</strong> lokacije).<br />
• Humano-raču<strong>na</strong>lniški vmesnik.<br />
• Prostorske a<strong>na</strong>lize so vmesnik med človekom <strong>in</strong> raču<strong>na</strong>lnikom, ko<br />
a<strong>na</strong>liziramo prostorske podatke <strong>in</strong> pridobivamo nove <strong>in</strong>formacije.<br />
22<br />
1.1 Uvod / 5<br />
• A<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov predstavljajo ožje področje<br />
kot prostorske a<strong>na</strong>lize (Bailey <strong>in</strong> Gatrell 1995):<br />
• Namen a<strong>na</strong>liz prostorskih podatkov je predvsem<br />
testiranje domnev o prostorskih vzorcih <strong>in</strong> <strong>na</strong>povedovanje<br />
vrednosti <strong>za</strong> območja, <strong>za</strong> katera nimamo podatkov.<br />
• Statistično opisovanje <strong>in</strong> modeliranje prostorskih podatkov:<br />
• a<strong>na</strong>liziramo podatke <strong>na</strong> podlagi položajev v prostoru,<br />
• opisujemo ali razlagamo vedenje posameznih prostorskih pojavov <strong>in</strong> možne zveze z<br />
drugimi prostorskimi pojavi.<br />
• Med prostorske a<strong>na</strong>lize pa štejemo a<strong>na</strong>lize prostorskih<br />
podatkov kot tudi različne metode matematičnih<br />
optimi<strong>za</strong>cij:<br />
• npr. metode mrežnih a<strong>na</strong>liz (iskanje optimalnih poti, m<strong>in</strong>imi<strong>za</strong>cija transportnih<br />
stroškov, optimal<strong>na</strong> <strong>na</strong>mestitev storitev v mreži, itd.)<br />
23<br />
1.2 Osnovni gradniki<br />
1. Prostor (ang. place)<br />
2. Atribut (ang. attribute)<br />
3. Objekt (ang. object)<br />
4. Karta (ang. map)<br />
5. Mnogovrstne lastnosti prostora (ang. multiple properties of place)<br />
6. Polje (ang. field)<br />
7. Prostorske uteži (ang. spatial weights)<br />
8. Mreža (ang. network)<br />
9. Gostota (ang. density)<br />
10. Detajl, ločljivost, merilo (ang. detail, resolution and scale)<br />
11. Topološka lastnost (ang. topology)<br />
24<br />
8
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 2<br />
1.2.1 Prostor<br />
• Merilo, oblika <strong>in</strong> velikost<br />
• Osrednji element proučevanja<br />
prostorskih a<strong>na</strong>liz je zemeljsko<br />
površje (ca. 500.000.000 km 2 ).<br />
• Prepoz<strong>na</strong>vamo <strong>in</strong> a<strong>na</strong>liziramo prostor različnih oblik <strong>in</strong> velikosti:<br />
• soba, hiša, parcela, soseska, <strong>na</strong>selje, obči<strong>na</strong>, regija, država …<br />
• Prostori se lahko prekrivajo, lahko pa so hierarhično urejeni.<br />
• Poimenovanje prostora<br />
• uradno <strong>in</strong> neuradno poimenovanje<br />
• Di<strong>na</strong>mika<br />
• Prostor se neprestano sprem<strong>in</strong>ja:<br />
• ljudje se selijo (dnevno, tedensko <strong>in</strong> <strong>za</strong> stalno), klima se sprem<strong>in</strong>ja, <strong>na</strong>selja se<br />
širijo, številni družbeni <strong>in</strong> fizični procesi nenehno vplivajo <strong>na</strong> vsak delček zemlje.<br />
• Čas v prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h:<br />
• (ne)upoštevanje časovne komponente – odvisno od <strong>na</strong>rave problema.<br />
25<br />
1.2 Osnovni gradniki / 3<br />
1.2.1 Prostor / 2<br />
• Potreba po koordi<strong>na</strong>tnem sistemu <strong>in</strong> datumu<br />
• Konvencija o meridianih (1884)<br />
• Svetovni geodetski sistem 1984 - WGS84 (<strong>in</strong> prilagoditve)<br />
• Relativne <strong>in</strong> absolutne koordi<strong>na</strong>te<br />
• GPS (ang. Global Position<strong>in</strong>g System)<br />
• 2D, 3D <strong>in</strong> 4D prostorske a<strong>na</strong>lize<br />
• Veči<strong>na</strong> metod razvitih <strong>za</strong> 2D a<strong>na</strong>lize.<br />
• A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> prostora <strong>na</strong>d- <strong>in</strong> pod zemeljskim površjem <strong>za</strong>htev 3D metode.<br />
• Četrta dimenzija v prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h je <strong>na</strong>jvečkrat čas.<br />
• Proučevanje di<strong>na</strong>mike sprememb objektov <strong>in</strong> pojavov v prostoru.<br />
26<br />
1.2 Osnovni gradniki / 4<br />
1.2.2 Atribut<br />
• Atribut je osnovni nosilec podatkov o objektu (pojavu):<br />
• jih merimo;<br />
• ali pa so rezultat klasifikacije.<br />
• Vrste atributov (spremenljivk) glede <strong>na</strong> tip merjenja:<br />
• nomi<strong>na</strong>lni (vrednosti lahko le razlikujemo med seboj, ne moremo<br />
pa jih urediti po logičnem <strong>za</strong>poredju; npr. vrsta rabe),<br />
• ordi<strong>na</strong>lni (vrednosti lahko uredimo od <strong>na</strong>jmanjših do <strong>na</strong>jvečjih;<br />
npr. <strong>na</strong>dmorska viši<strong>na</strong>),<br />
• <strong>in</strong>tervalni (lahko primerjamo razlike med vrednostma dvojic enot;<br />
npr. temperatura v prostoru).<br />
• razmernostni (lahko primerjamo razmerja med vrednostma dvojic<br />
enot; npr. starost zgradb).<br />
Od tistih z <strong>na</strong>jslabšimi merskimi lastnostmi (nomi<strong>na</strong>lne spremenljivke) do tistih z <strong>na</strong>jboljšimi<br />
(razmernostne spremenljivke), ki <strong>za</strong>doščajo lastnostim, ki jih imajo prve tri spremenljivke.<br />
27<br />
9
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Atributi v GIS-u<br />
1.2 Osnovni gradniki / 5<br />
1.2.2 Atribut / 2<br />
28<br />
1.2 Osnovni gradniki / 6<br />
1.2.2 Atribut / 3<br />
• Za potrebe prostorskih a<strong>na</strong>liz ločimo:<br />
• prostorsko ekstenzivne atribute – predstavljajo celoten<br />
a<strong>na</strong>liziran prostor:<br />
• skup<strong>na</strong> populacija,<br />
• površi<strong>na</strong> objekta,<br />
• obseg objekta,<br />
• itd.<br />
• prostorsko <strong>in</strong>tenzivne atribute - predstavljajo celoten a<strong>na</strong>liziran<br />
prostor samo v primeru, da je le-ta homogen:<br />
• gostota prebivalstva,<br />
• povprečni dohodek,<br />
• odstotek ne<strong>za</strong>poslenosti,<br />
• itd.<br />
29<br />
1.2 Osnovni gradniki / 7<br />
1.2.2 Atribut / 4<br />
Primer prostorsko <strong>in</strong>tenzivnega atributa<br />
30<br />
10
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 8<br />
1.2.3 Objekt<br />
• Točke (0D grafični objektni tipi podani s pari koordi<strong>na</strong>t).<br />
• L<strong>in</strong>ije (1D grafični objektni tipi podani z <strong>za</strong>poredjem točk<br />
pove<strong>za</strong>nih z daljicami).<br />
• Liki (areali: 2D grafični objektni tipi podani z <strong>za</strong>ključenim<br />
<strong>za</strong>poredjem točk pove<strong>za</strong>nih z daljicami).<br />
• Z<strong>na</strong>čilne točke (0D geometrični objektni tipi; npr.<br />
vozlišča, lomne točke ...).<br />
• Polil<strong>in</strong>ija (1D geometrični objektni tipi; npr. niz robov ali<br />
vektorjev, veriga).<br />
• Poligon (2D geometrični objektni tip opredeljen z enim<br />
ali več obodnih robov).<br />
31<br />
1.2 Osnovni gradniki / 9<br />
1.2.3 Objekt / 2<br />
Primer karte s točkovnimi, l<strong>in</strong>ijskimi <strong>in</strong><br />
arealnimi objekti<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
32<br />
1.2 Osnovni gradniki / 10<br />
1.2.4 Karta<br />
• Tradicio<strong>na</strong>lno prikazovanje prostorskih podatkov temelji<br />
<strong>na</strong> a<strong>na</strong>lognih kartah.<br />
• Karta je pomanjšan, posplošen, pogojno deformiran<br />
<strong>in</strong> pojasnjen prikaz površ<strong>in</strong>e Zemlje ter vesoljskih teles<br />
<strong>na</strong> ravn<strong>in</strong>i ter stanj <strong>in</strong> pojavov, ki so s temi površi<strong>na</strong>mi v<br />
zvezi.<br />
• Karta predstavlja posplošeno <strong>in</strong> statično upodobitev stvarnega<br />
prostora.<br />
• Digital<strong>na</strong> kartografija – uporaba raču<strong>na</strong>lniške<br />
tehnologije v kartografiji.<br />
• Alter<strong>na</strong>tivne upodobitve – 3D <strong>in</strong> di<strong>na</strong>mične upodobitve.<br />
33<br />
11
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3D upodobitev<br />
1.2 Osnovni gradniki / 11<br />
1.2.4 Karta / 2<br />
34<br />
(Vir: Google Earth 2010)<br />
1.2 Osnovni gradniki / 12<br />
1.2.5<br />
Mnogovrstne lastnosti prostora<br />
• Različne lastnosti prostora:<br />
• topografska ali tematska upodobitev.<br />
• Koncept podatkovnih slojev:<br />
• Podatkovni sloj je zbirka podatkov o<br />
objektih <strong>in</strong> pojavih iz stvarnega sveta (v<br />
primeru vektorskih podatkov: ene vseb<strong>in</strong>e<br />
<strong>in</strong> enega grafičnega objektnega tipa).<br />
• Prostorski a<strong>na</strong>litik se pri oblikovanju<br />
podatkovnih slojev ukvarja z<br />
različnimi razredi objektov.<br />
• Komb<strong>in</strong>iranje podatkovnih slojev<br />
• Prostorska a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> lahko temelji <strong>na</strong>:<br />
• enem podatkovnem sloju (npr. a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> vzorca),<br />
• dveh ali več podatkovnih slojih (npr. a<strong>na</strong>li<strong>za</strong><br />
korelacije obrav<strong>na</strong>vanih spremenljivk).<br />
Koncept podatkovnih slojev<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
35<br />
Koncept podatkovnih slojev<br />
1.2 Osnovni gradniki / 13<br />
1.2.5 Mnogovrstne lastnosti prostora / 2<br />
‣ Stvarni svet <strong>na</strong>vpično razslojimo <strong>na</strong><br />
vseb<strong>in</strong>ske plasti.<br />
‣ Posamezne vseb<strong>in</strong>ske plasti pa<br />
horizontalno v grafične objektne tipe.<br />
36<br />
12
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 14<br />
1.2.6 Polje<br />
• Dva pristopa modeliranja prostora:<br />
• V diskretnem pristopu obrav<strong>na</strong>ve<br />
prostora, le-tega modeliramo z objekti.<br />
• Pri zveznem pristopu pa se poslužujemo<br />
polj.<br />
• Polja so zvezno spremenljive<br />
lastnosti obrav<strong>na</strong>vanega objekta oz.<br />
pojava, ki jih modeliramo/merimo<br />
<strong>na</strong> celotnem obrav<strong>na</strong>vanem<br />
območju.<br />
• Matematično: Polja so rezultat<br />
modeliranja lastnosti nekega objekta oz.<br />
pojava <strong>na</strong> vsaki lokaciji obrav<strong>na</strong>vanega<br />
območja s pomočjo zvezne funkcije.<br />
Karta hrupa<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
37<br />
1.2 Osnovni gradniki / 15<br />
1.2.6 Polje / 2<br />
• Podatkovno modeliranje (stvarnega sveta) kot oblika<br />
predstavitve.<br />
• Razhajanje med zveznimi polji <strong>in</strong> diskretnimi objekti je zgolj<br />
konceptual<strong>na</strong>.<br />
• Pretvorba med različnimi modelnimi pogledi:<br />
• točke lahko predstavljajo lokacije izvora lastnosti (kjer so bile<br />
izvedene meritve; npr. merjenje temperature), ali pa<br />
predstavljajo izolirane primere lastnosti nekih objektov (npr.<br />
lokacija pojava bolezni);<br />
• polil<strong>in</strong>ije lahko predstavljajo lastnosti l<strong>in</strong>ijskega objekta (npr.<br />
transportne tokove), lahko pa predstavljajo zvezne lastnosti<br />
(npr. plastnice);<br />
• poligoni lahko predstavljajo posamezne objekte (npr. stavba),<br />
lahko pa predstavljajo zvezne pojave (npr. <strong>za</strong>polnje<strong>na</strong> polja med<br />
plastnicami – viš<strong>in</strong>ski pasovi).<br />
38<br />
Primeri (a<strong>na</strong>litičnih) polj<br />
1.2 Osnovni gradniki / 16<br />
1.2.6 Polje / 3<br />
Mreža<br />
Celič<strong>na</strong> mreža<br />
Točkasta mreža<br />
Skalarno polje<br />
A<strong>na</strong>litično skalarno polje<br />
Vektorsko polje<br />
Podatkovni <strong>in</strong> bitni raster<br />
39<br />
13
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 17<br />
1.2.7 Prostorske uteži<br />
• Prostorske uteži modeliramo<br />
predvsem v modelih sosešč<strong>in</strong>e.<br />
• Uporabljamo jih <strong>za</strong> uteževanje<br />
(prostorskih) lastnosti.<br />
• Sosedstvo (neposred<strong>na</strong> bliži<strong>na</strong>)<br />
temelji <strong>na</strong> razdaljah med objekti.<br />
• Razdalje lahko def<strong>in</strong>iramo zelo<br />
različno:<br />
• Evklidska ali zrač<strong>na</strong> razdalja,<br />
• razdalja po l<strong>in</strong>ijskem objektu,<br />
• stroškov<strong>na</strong> razdalja (npr. potovalni čas)<br />
• Matrike prostorskih uteži (W):<br />
• npr. topološka matrika sosedstva<br />
lahko prev<strong>za</strong>mejo vlogo koordi<strong>na</strong>t.<br />
Izračun prostorskih uteži<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
40<br />
1.2 Osnovni gradniki / 18<br />
1.2.8 Mreža<br />
• Mreže so enodimenzio<strong>na</strong>lne strukture, s katerimi<br />
modeliramo dvo- <strong>in</strong> tri dimenzio<strong>na</strong>lne objekte <strong>in</strong> pojave<br />
iz stvarnega sveta:<br />
• ulice, ceste, avtoceste, železnice;<br />
• potoki, reke, ka<strong>na</strong>li, ostali vodni tokovi;<br />
• prometni tokovi <strong>in</strong> selitveni tokovi;<br />
• itd.<br />
• Na mrežah se <strong>na</strong>hajajo diskretni točkovni objekti<br />
(vozlišča, lomne točke ...):<br />
• mejniki,<br />
• mostovi,<br />
• jaški,<br />
• itd.<br />
• Na (enodimenzio<strong>na</strong>lnih) mrežah pa lahko izvedemo<br />
tudi zvez<strong>na</strong> polja:<br />
• potoval<strong>na</strong> hitrost, gostota prometa,<br />
• hitrost toka<br />
• itd.<br />
41<br />
1.2 Osnovni gradniki / 19<br />
1.2.8 Mreža / 2<br />
• Matematično:<br />
Mreža oblikuje graf.<br />
• Številne tehnike razvite <strong>za</strong> grafe so<br />
aplicirane <strong>na</strong> mrežah:<br />
• iskanje optimalne poti (<strong>na</strong>jkrajše,<br />
<strong>na</strong>jhitrejše poti ...),<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> povezljivosti,<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> prepustnosti,<br />
• itd.<br />
Gráf <strong>na</strong> sedmih točkah<br />
z osmimi pove<strong>za</strong>vami.<br />
Gráf je v matematiki struktura <strong>in</strong> predstavlja abstraktno upodobitev množice objektov, v kateri so<br />
nekateri pari objektov pove<strong>za</strong>ni z vezmi. Medsebojno pove<strong>za</strong>ni objekti so upodobljeni z matematičnimi<br />
abstrakcijami, imenovanimi točke (ali tudi vozlišča), vezi, ki povezujejo nekatere pare točk, pa se<br />
imenujejo pove<strong>za</strong>ve. Običajno je graf prika<strong>za</strong>n v diagramski obliki kot množica pik <strong>za</strong> točke, ki jih<br />
povezujejo daljice ali krivulje <strong>za</strong> pove<strong>za</strong>ve.<br />
(vir: http://sl.wikipedia.org/)<br />
42<br />
14
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 20<br />
1.2.8 Mreža / 3<br />
• Geometrične sestav<strong>in</strong>e mrež modelov temeljijo <strong>na</strong><br />
vozliščih, pove<strong>za</strong>vah ter verigah:<br />
• Vozlišča def<strong>in</strong>irajo <strong>za</strong>četno <strong>in</strong> končno točko veje v grafu.<br />
• Lomne točke def<strong>in</strong>irajo obliko polil<strong>in</strong>ijske pove<strong>za</strong>ve med dvema<br />
vozliščema.<br />
• Pove<strong>za</strong>ve povezujejo dve točki.<br />
• Verige pa so nizi pove<strong>za</strong>v, ki spajajo vozlišča.<br />
43<br />
Primera mreže<br />
1.2 Osnovni gradniki / 21<br />
1.2.8 Mreža / 4<br />
(Vir: www.esri.com)<br />
(Vir: www.slo-zeleznice.si)<br />
44<br />
1.2 Osnovni gradniki / 22<br />
1.2.9 Gostota<br />
• Gostota je eden izmed <strong>na</strong>jbolj uporabnih konceptov<br />
modeliranja stvarnega sveta v prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h:<br />
• gostota kot pove<strong>za</strong>va med diskretnimi objekti <strong>in</strong> zveznimi polji.<br />
• Matematično: gostota (g) je število objektov (n) <strong>na</strong><br />
površ<strong>in</strong>o (p): g=n/p<br />
• Problem občutljivosti določitve gostote glede <strong>na</strong><br />
izbrane objekte (n) <strong>in</strong> površ<strong>in</strong>o (p) → različne tehnike<br />
ocene gostote.<br />
45<br />
15
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 23<br />
1.2.9 Gostota / 2<br />
Primer gostote<br />
46<br />
1.2.10<br />
Detajl, ločljivost, merilo<br />
• Resnič<strong>na</strong> kompleksnost stvarnega sveta:<br />
1.2 Osnovni gradniki / 24<br />
• Zemeljsko površje je “skoraj neskončno” kompleksno z ogromno<br />
detajli (več detajlov, bližje kot smo površju).<br />
• Bistve<strong>na</strong> je odločitev o količ<strong>in</strong>i detajlov vključenih v a<strong>na</strong>lizo.<br />
• Prostorska ločljivost je def<strong>in</strong>ira<strong>na</strong> s pragom<br />
m<strong>in</strong>imalne razdalje, pod katero objekti niso vključeni v<br />
prostorsko a<strong>na</strong>lizo.<br />
• V primeru izbora 250-metrske prostorske ločljivosti, lahko <strong>na</strong> kraškem svetu<br />
izgubimo detajle manjših kraških uval, vrtač ...<br />
• Karta ima merilo, ki je razmerje velikosti objekta <strong>na</strong><br />
karti <strong>in</strong> velikosti objekta v <strong>na</strong>ravi.<br />
47<br />
Na http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/<br />
lahko merilo resnično „občutite“.<br />
1.2 Osnovni gradniki / 25<br />
1.2.10 Detajl, ločljivost, merilo / 2<br />
• Detajl digitalnih podatkov opisujemo z ločljivostjo<br />
podatkov:<br />
• Digitalni podatki, ki so rezultat a<strong>na</strong>lize podatkov, nimajo merila<br />
temveč so pogojeni s prostorsko ločljivostjo.<br />
• Časov<strong>na</strong> ločljivost je def<strong>in</strong>ira<strong>na</strong> s pragom m<strong>in</strong>imalne<br />
časovne razdalje <strong>za</strong>jetih/a<strong>na</strong>liziranih objektov.<br />
• npr. <strong>na</strong> dan, teden, mesec ali leto <strong>na</strong>tančno <strong>za</strong>jeta časov<strong>na</strong> serija podatkov;<br />
• npr. a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> časovne serije 50-tih let povprečne letne temperature.<br />
48<br />
16
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 26<br />
1.2.10 Detajl, ločljivost, merilo / 3<br />
• Pomemb<strong>na</strong> je odločitev o detajlu ter o generali<strong>za</strong>ciji<br />
(posplošitvi) objektov prika<strong>za</strong> rezultatov a<strong>na</strong>lize.<br />
• Operatorji generali<strong>za</strong>cije (ESRI 1996):<br />
• izbor objektov (ki bodo vključeni v a<strong>na</strong>lizo),<br />
• od<strong>stran</strong>itev objektov (ki so pod pragom m<strong>in</strong>imalnih dimenzij),<br />
• poenostavitev oblike objektov (predvsem glajenje l<strong>in</strong>ij),<br />
• združitev objektov (v skup<strong>in</strong>e),<br />
• zrušitev objekta (prehod <strong>na</strong> objektne tipe),<br />
• tipi<strong>za</strong>cija objekta (<strong>za</strong>menjava velikega števila objektov z enim),<br />
• izpostavitev objektov (ki so pod pragom m<strong>in</strong>imalnih dimenzij,<br />
vendar pomembni <strong>za</strong> a<strong>na</strong>lizo),<br />
• oz<strong>na</strong>čitev objektov (uporaba kartografskih pogojnih z<strong>na</strong>kov),<br />
• premikanje objektov (ki se staknejo <strong>za</strong>radi ločljivosti prika<strong>za</strong>),<br />
• očiščenje oblike objektov (<strong>za</strong> boljši estetski uč<strong>in</strong>ek).<br />
49<br />
1.2 Osnovni gradniki / 27<br />
1.2.10 Detajl, ločljivost, merilo / 4<br />
Primeri generali<strong>za</strong>cije<br />
poenostavitev objektov<br />
združitev <strong>in</strong> oz<strong>na</strong>čitev<br />
objektov<br />
premikanje objektov<br />
50<br />
1.2 Osnovni gradniki / 28<br />
1.2.11 Topološka lastnost<br />
• Splošni koncept topologije:<br />
• Topologija je veda o odnosih med objekti.<br />
• Topološka lastnost je tista lastnost med objekti, ki se pri af<strong>in</strong>ih<br />
<strong>in</strong> izvedenih pretvorbah ohranja (premik, sprememba merila,<br />
<strong>za</strong>suk, razteg, popačenje).<br />
• Topološke lastnosti so:<br />
• topološka dimenzija,<br />
• sosedstvo,<br />
• vsebovanje,<br />
• pove<strong>za</strong>nost.<br />
51<br />
17
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 29<br />
1.2.11 Topološka lastnost / 2<br />
• Topološka dimenzija se ohranja:<br />
• točke ostajajo 0D, l<strong>in</strong>ije 1D <strong>in</strong> liki 2d objekti.<br />
Lega Slovenije <strong>in</strong> sosednjih držav<br />
Z dodajanjem ali odvzemanjem detajlnih mejnih<br />
točk, ki niso vozlišča, se topološke pove<strong>za</strong>ve med<br />
geografskimi enotami ne sprem<strong>in</strong>jajo.<br />
(vir: Kvamme <strong>in</strong> sod. 1997).<br />
52<br />
1.2 Osnovni gradniki / 30<br />
1.2.11 Topološka lastnost / 3<br />
• Sosedstvo<br />
• Dva poligo<strong>na</strong> sta sosednja poligo<strong>na</strong>, če imata skupno mejo.<br />
• Sosedske lastnosti poligonov določimo s pregledovanjem vseh<br />
mejnih l<strong>in</strong>ij med izbranimi poligoni <strong>in</strong> <strong>za</strong>pisovanjem obstoječih<br />
sosedskih pogojev <strong>na</strong> mejnih l<strong>in</strong>ijah v posebne tabele.<br />
L<strong>in</strong>ija Levo Desno<br />
1 Z A<br />
2 Z B<br />
3 Z C<br />
4 A B<br />
5 B C<br />
6 A C<br />
Z – zu<strong>na</strong>j<br />
53<br />
1.2 Osnovni gradniki / 31<br />
1.2.11 Topološka lastnost / 4<br />
• Vsebovanje<br />
• Lega točke v ali izven poligo<strong>na</strong>.<br />
Točka<br />
Leži<br />
v poligonu<br />
1 A<br />
2 A<br />
3 B<br />
4 C<br />
5 A<br />
6 Z<br />
1<br />
2<br />
3<br />
6<br />
Z – zu<strong>na</strong>j<br />
5<br />
4<br />
54<br />
18
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.2 Osnovni gradniki / 32<br />
1.2.11 Topološka lastnost / 5<br />
• Pove<strong>za</strong>nost<br />
• Dve l<strong>in</strong>iji, ki si delita vsaj eno točko z e<strong>na</strong>kima X <strong>in</strong> Y<br />
koordi<strong>na</strong>tama, sta pove<strong>za</strong>ni.<br />
• Pogoji pove<strong>za</strong>nosti se <strong>za</strong>pisujejo v posebne tabele (sez<strong>na</strong>m<br />
vozlišč, ki ležijo <strong>na</strong> koncu l<strong>in</strong>ij, ali sez<strong>na</strong>m l<strong>in</strong>ij, ki se končajo v<br />
vozliščih).<br />
L<strong>in</strong>ija Od Do<br />
1 a b<br />
2 b c<br />
3 c a<br />
4 d b<br />
5 d c<br />
6 a d<br />
55<br />
1.3 Prostorski odnosi<br />
1. Kolokacija (ang. co-location)<br />
2. Razdalja, smer <strong>in</strong> matrika prostorskih uteži<br />
(ang. distance, direction and spatial weights matrices)<br />
3. Večrazsežno uteževanje (angl. multidimensio<strong>na</strong>l scal<strong>in</strong>g)<br />
4. Prostorska sovisnost (ang. spatial context)<br />
5. Sosešči<strong>na</strong> (ang. neighborhood)<br />
6. Prostorska raznolikost (ang. spatial heterogeneity)<br />
7. Prostorska odvisnost (ang. spatial dependence)<br />
8. Prostorsko vzorčenje (ang. spatial sampl<strong>in</strong>g)<br />
9. Prostorska <strong>in</strong>terpolacija (ang. spatial <strong>in</strong>terpolation)<br />
10. Glajenje <strong>in</strong> ostrenje (ang. smooth<strong>in</strong>g and sharpen<strong>in</strong>g)<br />
11. Postopki prve- <strong>in</strong> druge stopnje<br />
(ang. first- and second-order process)<br />
56<br />
1.3 Prostorski odnosi / 2<br />
1.3 Prostorski odnosi - Uvod<br />
• Osnovni koncepti prostorskih a<strong>na</strong>liz temeljijo <strong>na</strong><br />
konceptu relativnega položaja.<br />
• Prava “moč” lokacije pride do izra<strong>za</strong> šele v odnosu do drugih<br />
lokacij:<br />
• V prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h je relativni položaj je pomembnejši<br />
kot absolutni.<br />
• Lokacija objekta ali pojava sama po sebi še ni <strong>za</strong>nimiva (primer:<br />
geografska dolži<strong>na</strong> še ni pogoj <strong>za</strong> <strong>na</strong>povedovanje povprečne letne<br />
temperature).<br />
• Nespremenljivost vzorcev <strong>in</strong> premiki:<br />
• Vzorci se ne spremenijo po premikih, <strong>za</strong>sukih ali zrcaljenju.<br />
• Primer: Vzorec krimi<strong>na</strong>lnih dejanj <strong>na</strong> Du<strong>na</strong>ju lahko premaknemo v<br />
okolico Radovljice, toda vzorec bo še vedno <strong>za</strong>nimiv (če ga<br />
a<strong>na</strong>liziramo <strong>na</strong> pravi ali pa <strong>na</strong> novi lokaciji).<br />
• Relativ<strong>na</strong> lokacija se pri premikih, <strong>za</strong>sukih <strong>in</strong><br />
zrcaljenju ohranja.<br />
57<br />
19
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.3 Prostorski odnosi / 3<br />
1.3.1 Kolokacija<br />
• Kolokacija je pojav <strong>na</strong>mestitve več objektov <strong>na</strong> isto<br />
lokacijo.<br />
• Metode:<br />
• Prekrivanje podatkovnih slojev (ang. overlay):<br />
• točke <strong>na</strong> točke, točke <strong>na</strong> l<strong>in</strong>ije, točke <strong>na</strong> poligone, l<strong>in</strong>ije <strong>na</strong> l<strong>in</strong>ije, l<strong>in</strong>ije <strong>na</strong><br />
poligone, poligone preko poligonov.<br />
• Presek <strong>in</strong> združevanje (ang. <strong>in</strong>tersection and union):<br />
• V prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h je pomemb<strong>na</strong> odločitev:<br />
• ali sta dva ali več objektov <strong>na</strong> isti lokaciji (a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> atributov več<br />
objektov različnih vseb<strong>in</strong>),<br />
• ali sta samo blizu (a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> atributov več objektov iste vseb<strong>in</strong>e).<br />
58<br />
1.3.2 Razdalja, smer <strong>in</strong><br />
matrika prostorskih uteži<br />
• S pomočjo podatkov o lokaciji lahko določimo razdaljo<br />
<strong>in</strong> smer obrav<strong>na</strong>vanega pojava.<br />
• Z<strong>na</strong>čilne točke:<br />
• razdaljo raču<strong>na</strong>mo iz koordi<strong>na</strong>t točk,<br />
1.3 Prostorski odnosi / 4<br />
• v primeru raču<strong>na</strong>nja razdalj med l<strong>in</strong>ijami ali liki pa uporabimo<br />
koordi<strong>na</strong>te z<strong>na</strong>čilnih točk.<br />
• Matrika prostorskih uteži:<br />
• Številne vrste prostorskih a<strong>na</strong>liz <strong>za</strong>htevajo izračun<br />
matrike prostorskih uteži.<br />
• Matrika prostorskih uteži (W) sestoji iz vrednosti, ki<br />
izražajo relativno sosedstvo parov položajev.<br />
59<br />
1.3 Prostorski odnosi / 5<br />
1.3.2 …matrika prostorskih uteži / 2<br />
• Vrednosti matrike prostorskih uteži (W) določimo <strong>na</strong> tri<br />
<strong>na</strong>č<strong>in</strong>e:<br />
1. 1, če si a<strong>na</strong>lizirani položaji delijo skupno mejo,<br />
sicer 0;<br />
2. dolži<strong>na</strong> skupne meje a<strong>na</strong>liziranih položajev, sicer 0;<br />
3. padajoča funkcija razdalj med a<strong>na</strong>liziranimi položaji,<br />
ali med njihovimi z<strong>na</strong>čilnimi točkami, ali med k<br />
<strong>na</strong>jbližjih sosedov.<br />
60<br />
20
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.3 Prostorski odnosi / 6<br />
1.3.2 …matrika prostorskih uteži / 3<br />
Primeri določitve matrike prostorskih uteži<br />
Poligon št. 1 ima tri sosede (19, 18, 2),<br />
poligon št. 3 pa 5 sosedov (25, 23, 18, 10 <strong>in</strong> 2),<br />
kar <strong>za</strong>pišemo v matriko prostorskih uteži:<br />
1 3<br />
19 18 2<br />
3 5<br />
25 23 18 10 2<br />
Prostorske uteži izraču<strong>na</strong>ne iz zračnih (evklidskih)<br />
razdalj, kjer upoštevamo „sosede“ do izbrane razdalje:<br />
1 19 0,3290<br />
1 2 0,3138<br />
1 18 0,2535<br />
3 18 0,4985<br />
3 2 0,4077<br />
3 23 0,1738<br />
3 25 0,4475<br />
3 40 0,5202<br />
61<br />
1.3 Prostorski odnosi / 7<br />
1.3.2 …matrika prostorskih uteži / 4<br />
• V primeru uporabe matrike prostorskih uteži, le-te<br />
prev<strong>za</strong>mejo „prostorske vidike“ a<strong>na</strong>liz (koordi<strong>na</strong>te<br />
postanejo brezpredmetne).<br />
• Pomembno v prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h:<br />
• Evklidske mere W se ne spremenijo ob premiku, <strong>za</strong>suku ali<br />
zrcaljenju a<strong>na</strong>liziranega vzorca.<br />
• Uč<strong>in</strong>ek robu lahko bistveno popači rezultat.<br />
• <strong>na</strong> primer, poligon št. 1 ima <strong>na</strong> severu še druge sosede, ki pa jih nismo<br />
vključili v a<strong>na</strong>lizo.<br />
62<br />
1.3 Prostorski odnosi / 8<br />
1.3.3 Večrazsežno uteževanje<br />
• Večrazsežno uteževanje je splošen pojem <strong>za</strong> niz<br />
statističnih tehnik odkrivanja podobnosti med podatki.<br />
• ... <strong>za</strong> določitev vrednosti <strong>na</strong> lokacijah <strong>na</strong> podlagi vrednosti iz<br />
sosešč<strong>in</strong>e.<br />
• Tobler <strong>in</strong> W<strong>in</strong>eberg (1971):<br />
• soočila nez<strong>na</strong>ne lokacije z vrednostmi <strong>na</strong> z<strong>na</strong>nih lokacijah pod<br />
predpostavko, da <strong>in</strong>terakcija med pari lokacij sistematično<br />
pada z razdaljo.<br />
• Tehnike uteževanja so izvedene v številnih pristopih<br />
modeliranja:<br />
• kart potovalnih časov,<br />
• kart podobnosti/variacij (živalskih, rastl<strong>in</strong>skih vrst ...),<br />
• <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanje sosešč<strong>in</strong>e med lokalnim prebivalstvom.<br />
63<br />
21
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.3 Prostorski odnosi / 9<br />
1.3.3 Večrazsežno uteževanje / 2<br />
Primer karte potovalnih časov<br />
64<br />
1.3 Prostorski odnosi / 10<br />
1.3.4 Prostorska sovisnost<br />
• Primerjava atributov objektov v bližnjem sosedstvu<br />
omogoča vpogled v prostorske odnose.<br />
• Primeri:<br />
• vedenje posameznika <strong>na</strong> s prometom zelo obremenjeni ulici je mogoče razložiti z<br />
bliž<strong>in</strong>o ostalih posameznikov;<br />
• <strong>na</strong> ceno stanovanjske hiše lahko vplivajo drage stanovanjske hiše v neposrednem<br />
sosedstvu;<br />
• zemljiščem pada vrednost <strong>za</strong>radi neposrednega vpliva ones<strong>na</strong>ževalca v bliž<strong>in</strong>i;<br />
• itd.<br />
65<br />
1.3 Prostorski odnosi / 11<br />
1.3.5 Sosešči<strong>na</strong><br />
• Sosešč<strong>in</strong>o <strong>na</strong>jpogosteje opredelimo s pomočjo<br />
prostorske sovisnosti.<br />
• Sosešči<strong>na</strong> je opredelje<strong>na</strong>:<br />
• prostorsko (npr. kot geografsko območje) <strong>in</strong><br />
• funkcio<strong>na</strong>lno (npr. kot mreža družbenih pove<strong>za</strong>v).<br />
• Pristopi opredelitve sosešč<strong>in</strong>e:<br />
A. enot<strong>na</strong> razdalja,<br />
B. območ<strong>na</strong> razdalja<br />
(npr. popisni okoliš),<br />
C. uteže<strong>na</strong> razdalja<br />
(npr. potovalni čas)<br />
• …<br />
66<br />
22
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.3 Prostorski odnosi / 12<br />
1.3.6 Prostorska raznolikost<br />
• Zemeljsko površje izkazuje skoraj neverjetno<br />
raznolikost objektov <strong>in</strong> pojavov.<br />
• ... primerjaj pokraj<strong>in</strong>o puščave v Avstraliji <strong>in</strong> urbano kompleksnost New Yorka!<br />
• Ni povprečnega prostora!<br />
• Rezultati prostorskih a<strong>na</strong>liz se - <strong>za</strong>radi prostorske<br />
raznolikosti – močno razlikujejo glede <strong>na</strong> lokacijo<br />
a<strong>na</strong>liziranega problema.<br />
• Številne tehnike prostorskih a<strong>na</strong>liz (npr. prostorsko<br />
uteže<strong>na</strong> regresija) upoštevajo prostorsko<br />
raznolikost kot dano:<br />
• Zato tovrstne tehnike včasih poimenujemo tudi „lokalne“ tehnike.<br />
67<br />
1.3 Prostorski odnosi / 13<br />
1.3.7 Prostorska odvisnost<br />
• Prvi Toblerjev <strong>za</strong>kon: Vse stvari so pove<strong>za</strong>ne: bližnje so bolj<br />
pove<strong>za</strong>ne kot tiste bolj oddaljene.<br />
• Moč pove<strong>za</strong>ve merimo s številnimi statistikami prostorske<br />
avtokorelacije (angl. spatial autocorrelation).<br />
• Razvoj z<strong>na</strong>nstvene discipl<strong>in</strong>e „geostatistike“ ali<br />
„prostorska statistika“.<br />
• Prostorska statistika je statistika, ki proučuje prostorsko variacijo s<br />
pomočjo funkcij (korelogramov; angl. „correlograms“).<br />
• Korelogrami prikazujejo padanje prostorske avtokorelacije z<br />
<strong>na</strong>raščanjem razdalje.<br />
• Korelogram doseže vrednost 0, oziroma prostorsko neodvisnost,<br />
<strong>na</strong> razdalji, ki jo imenujemo domet.<br />
68<br />
1.3 Prostorski odnosi / 14<br />
1.3.8 Prostorsko vzorčenje<br />
• Izvedba prvega Toblerjevega <strong>za</strong>ko<strong>na</strong> <strong>in</strong> prostorske<br />
odvisnosti: “Mogoče je izdelati relativno točen opis<br />
zemeljskega površja z nekaj dobro razmeščenimi<br />
vzorci podatkov.”<br />
• Meteorologi <strong>za</strong>jemajo vzorce vremenskih razmer z <strong>za</strong>jemom <strong>na</strong><br />
nekaj z<strong>na</strong>nih lokacijah, kjer so razmeščene vremenske postaje.<br />
• Geografi opisujejo sovisnost celotne regije z nekaj dobro<br />
postavljenimi trditvami.<br />
• Popisni podatki so predstavljeni v prostorsko <strong>za</strong>ključenih enotah<br />
(popisnih okoliših, krajevnih skupnosti, <strong>na</strong>seljih, obči<strong>na</strong>h, regijah<br />
…) tako, da je varianca podatkov znotraj predstavitvenih območij<br />
čim manjša.<br />
69<br />
23
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.3 Prostorski odnosi / 15<br />
1.3.8 Prostorsko vzorčenje / 2<br />
• Več vrst vzorčenja - <strong>na</strong>jboljše je tisto vzorčenje, ki<br />
<strong>na</strong>jbolje predstavi povprečne pogoje znotraj<br />
a<strong>na</strong>liziranega območja (varianca obrav<strong>na</strong>vanega<br />
atributa je <strong>na</strong>jmanjša).<br />
• Vrste točkovnega vzorčenja:<br />
• sistematično vzorčenje<br />
• <strong>na</strong>ključno vzorčenje<br />
• vzorčenje po plasteh<br />
• …<br />
70<br />
1.3 Prostorski odnosi / 16<br />
1.3.9 Prostorska <strong>in</strong>terpolacija<br />
• Z metodami prostorske <strong>in</strong>terpolacije<br />
ocenjujemo vrednosti med danimi<br />
(običajno točkovnimi) objekti.<br />
• „… je <strong>in</strong>teligentno ugibanje ob<br />
upoštevanju prvega Toblerjevega<br />
<strong>za</strong>ko<strong>na</strong>“.<br />
• Na sliki je primer ocenjevanja<br />
vrednosti <strong>na</strong> lokaciji (5,5): rezultat<br />
je vrednost 4,18 (npr. točka 4<br />
prispeva 44% skupne ocene,<br />
točka 3 pa samo 8%).<br />
71<br />
1.3 Prostorski odnosi / 17<br />
1.3.10 Glajenje <strong>in</strong> ostrenje<br />
• Zemeljsko površje je zelo di<strong>na</strong>mično – predvsem tisti<br />
del, ki se <strong>na</strong><strong>na</strong>ša <strong>na</strong> družbo:<br />
• ljudje se selimo,<br />
• zgradbe se gradijo (<strong>in</strong> podirajo),<br />
• območja se uničujejo (<strong>za</strong>radi poplav , vojn ...),<br />
• itd.<br />
• Rezultat prostorskih a<strong>na</strong>liz je lahko:<br />
• gladka ploskev (zvezno spremenljive vrednosti polj),<br />
• negladka ploskev (nezvezno spremenljive vrednosti polj).<br />
• Številni postopki prostorskih a<strong>na</strong>liz vključujejo razne<br />
oblike konvolucije (filtriranja) podatkov.<br />
72<br />
24
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.3.11<br />
Postopek prve- <strong>in</strong> druge stopnje<br />
• Postopek prve vrste (v a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h točkovnih vzorcev)<br />
je postopek merjenja variacije točkovne gostote glede<br />
<strong>na</strong> izbrano spremenljivko.<br />
• Gostota pojava malarije <strong>na</strong> obrav<strong>na</strong>vanem območju je pove<strong>za</strong><strong>na</strong> z gostoto obstoja<br />
komarjev (določene vrste), ki posredno <strong>na</strong>kazuje obstoj stoječih vod primernih <strong>za</strong><br />
odlaganje jajčec komarjev.<br />
• Ljudje <strong>in</strong> komarji se gibljemo v prostoru – toda po pričakovanjih je vzorec gostote<br />
pojava malarije bolj e<strong>na</strong>komeren vzorec kot vzorec gostote pojava komarjev<br />
(oziroma obstoja primernih stoječih voda).<br />
• Postopek druge vrste (v a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h točkovnih vzorcev)<br />
je postopek, v katerem a<strong>na</strong>liziramo <strong>in</strong>terakcije med<br />
lokacijami pojava iste vrste.<br />
• Vzorec širjenja bolezni (malarije) odkrijemo v postopku druge vrste, ko<br />
a<strong>na</strong>liziramo širjenje malarije od <strong>za</strong>četnega nosilca bolezni <strong>na</strong> druž<strong>in</strong>ske člane,<br />
sodelavce, partnerje …<br />
• Oba postopka a<strong>na</strong>lizirata skup<strong>in</strong>e <strong>in</strong> gladita variacijo<br />
gostote pojava, toda uporabljata različne mehanizme<br />
ter odnose do a<strong>na</strong>liziranih spremenljivk.<br />
73<br />
1.3 Prostorski odnosi / 18<br />
1.3 Prostorski odnosi / 19<br />
1.3.11 Postopek prve- <strong>in</strong> druge stopnje / 2<br />
• Vzorec (točkovnih objektov), ki ga a<strong>na</strong>liziramo v<br />
postopkih prve <strong>in</strong> druge vrste, je lahko:<br />
• <strong>na</strong>ključen (A),<br />
• v skup<strong>in</strong>i (B <strong>in</strong> D),<br />
• razpršen (C).<br />
74<br />
1.4 Prostorska statistika<br />
• Verjetnost v pove<strong>za</strong>vi s prostorom:<br />
• Nikoli ne bomo v celoti razumeli, kaj (<strong>in</strong> kako) se dogaja <strong>na</strong><br />
zemeljskem površju, <strong>za</strong>to je <strong>na</strong>jbolje, da dogodke modeliramo s<br />
pomočjo verjetnosti; npr.:<br />
• Prostorski a<strong>na</strong>litik <strong>na</strong>j modelira verjetnost pojava zemeljskega plazu (glede <strong>na</strong> vrsto tal,<br />
<strong>na</strong>klon, padav<strong>in</strong>e, pojavljanje potresov …) <strong>na</strong>mesto, da <strong>na</strong>poveduje “točno” lokacijo<br />
zemeljskega plazu.<br />
• Verjetnost<strong>na</strong> polja nekega dogodka v prostoru so polja<br />
spremenljivih verjetnosti (med 0 <strong>in</strong> 1).<br />
• Rob<strong>na</strong> vs združe<strong>na</strong> verjetnost:<br />
• Po pravilih raču<strong>na</strong>nja z verjetnostjo dogodkov <strong>za</strong> neodvisne dogodke<br />
ter z upoštevanjem prvega Toblerjevega <strong>za</strong>ko<strong>na</strong>, bi sklepali:<br />
• da je verjetnost dogodka, <strong>na</strong> katerega vplivata dva točkov<strong>na</strong> pojava, ki sta blizu<br />
skupaj, e<strong>na</strong>ka zgolj zmnožku verjetnosti teh dveh pojavov (npr. verjetnost dogodka, da<br />
se sproži plaz <strong>na</strong> lokaciji A je ½, verjetnost dogodka, da se sproži plaz <strong>na</strong> lokaciji B, ki<br />
je malo <strong>stran</strong>, pa je prav tako; torej sklepamo, da je verjetnost, da se bo sprožil plaz<br />
¼: ½* ½ = ¼; toda verjetnost takšnega dogodka je lahko celo več kot ½).<br />
• V takih primerih je bolj smisel<strong>na</strong> uporaba združene verjetnosti<br />
odvisnih dogodkov (kot mejne verjetnosti neodvisnih dogodkov).<br />
75<br />
25
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.4 Prostorska statistika / 2<br />
• Verjetnost <strong>in</strong> negotovost:<br />
• E<strong>na</strong> <strong>na</strong>jbolj uporabnih aplikacij verjetnosti pri proučevanju<br />
zemeljskega površja je negotovost lokacije:<br />
• Primer: z GPS merimo lokacijo stojišča; <strong>za</strong>radi negotovosti meritev lahko določimo<br />
<strong>na</strong>pako meritev v izbranih smereh (npr. sever-jug <strong>in</strong> vzhod-<strong>za</strong>hod); ploskev zvo<strong>na</strong>ste<br />
oblike (Gausove normalne porazdelitve) je gostota verjetnosti; verjetnost, da leži točka<br />
znotraj def<strong>in</strong>iranega območja, je e<strong>na</strong>ka volumnu telesa <strong>na</strong>d obrav<strong>na</strong>vanim območjem<br />
pod ploskvijo gostote verjetnosti.<br />
• Funkcija gostote verjetnosti (ang. probability density<br />
function) je v teoriji verjetnosti funkcija, ki daje relativno<br />
verjetnost, da bo zvez<strong>na</strong> slučaj<strong>na</strong> spremenljivka imela<br />
točno določeno vrednost iz množice možnih vrednosti.<br />
• Funkcija gostote verjetnosti služi <strong>za</strong> to, da lahko s pomočjo <strong>in</strong>tegrala<br />
določimo verjetnost, da bo zvez<strong>na</strong> slučaj<strong>na</strong> spremenljivka padla v<br />
določeno območje.<br />
• Gostota verjetnosti je izvede<strong>na</strong>, <strong>na</strong> primer, v a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h lokacijske<br />
negotovosti (negotovost lokacije točkovnih <strong>in</strong> l<strong>in</strong>ijskih objektov).<br />
76<br />
1.4 Prostorska statistika / 3<br />
1.4.1 Ocenjevanje <strong>na</strong>pak<br />
• Negotovost <strong>in</strong> širjenje <strong>na</strong>pak:<br />
• Vsaka zbirka podatkov o prostoru je zgolj negotova predstavitev<br />
stvarnosti.<br />
• Pri razlagi rezultatov prostorskih a<strong>na</strong>liz moramo<br />
upoštevati:<br />
• <strong>na</strong>tančnost <strong>in</strong> točnost metod prostorskih a<strong>na</strong>liz ter<br />
• <strong>na</strong>tančnost <strong>in</strong> točnost prostorskih podatkov, s pomočjo katerih smo<br />
izvedli a<strong>na</strong>lizo.<br />
• V splošnem ločimo:<br />
• metode ocenjevanja vgrajenih <strong>na</strong>pak,<br />
• metode ocenjevanja operativnih <strong>na</strong>pak.<br />
77<br />
1.4 Prostorska statistika / 4<br />
1.4.1 Ocenjevanje <strong>na</strong>pak / 2<br />
• Vgrajene (<strong>in</strong>herentne) <strong>na</strong>pake v GIS modelu<br />
stvarnega sveta so <strong>na</strong>pake, ki:<br />
• so že vsebovane v izvornih podatkih, s pomočjo katerih bomo<br />
izvedli a<strong>na</strong>lizo,<br />
• ali pa se zgodijo med samim <strong>za</strong>jemom podatkov v digitalno obliko.<br />
• Negotovost v bazi podatkov se <strong>na</strong><strong>na</strong>ša <strong>na</strong>:<br />
• negotovost lokacije,<br />
• negotovost atributov,<br />
• negotovost topoloških lastnosti.<br />
Primer: negotovost glede lokacije točk pomembno vpliva <strong>na</strong> izračun<br />
razdalje med točkama.<br />
78<br />
26
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.4 Prostorska statistika / 5<br />
1.4.1 Ocenjevanje <strong>na</strong>pak / 3<br />
• Operativne <strong>na</strong>pake (tudi tehnične <strong>na</strong>pake) so <strong>na</strong>pake v<br />
GIS modelu stvarnega sveta, ki so <strong>na</strong>stale med samim<br />
izvajanjem operacij prostorske a<strong>na</strong>lize.<br />
• Sploš<strong>na</strong> <strong>na</strong>čela ocene stopnje pre<strong>na</strong>šanja <strong>na</strong>pak:<br />
a) Stopnja <strong>za</strong>nesljivosti (točnost) rezultata, ki ga dosežemo s prekrivanjem<br />
podatkovnih slojev, ne more biti višja od <strong>na</strong>jnižje stopnje <strong>za</strong>nesljivosti<br />
(točnosti) posameznih vhodnih podatkov.<br />
b) Večje število podatkovnih slojev uporabimo v operaciji, večja je možnost<br />
pre<strong>na</strong>šanja <strong>na</strong>pak.<br />
c) Seštevanje ali odštevanje podatkovnih slojev je več<strong>in</strong>oma manj obremenjeno<br />
s pre<strong>na</strong>šanjem <strong>na</strong>pak, kot množenje, deljenje ali potenciranje.<br />
d) Točnost <strong>in</strong>terpretacije končnega rezultata je odvis<strong>na</strong> od poz<strong>na</strong>vanja<br />
prostorskega vzorca <strong>na</strong>pak (npr. razpršenosti, zbiranja v gruče ali<br />
pove<strong>za</strong>nosti).<br />
Zato je pri a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h v GIS-u je smiselno uporabiti <strong>na</strong> <strong>na</strong>pake čimbolj<br />
neobčutljive rezultate ter v <strong>na</strong>daljnjo obrav<strong>na</strong>vo vključiti le tiste detajle,<br />
ki so <strong>na</strong> ravni dosežene stopnje <strong>za</strong>nesljivosti.<br />
79<br />
1.4 Prostorska statistika / 6<br />
1.4.1 Ocenjevanje <strong>na</strong>pak / 4<br />
Primer ocene operativnih <strong>na</strong>pak<br />
Primer:<br />
Iskanje primernih območij <strong>za</strong><br />
odlagališča radioaktivnih odpadkov<br />
(metoda Monte Carlo):<br />
1. V vsakem podatkovnem sloju <strong>na</strong>ključno<br />
dodamo ali odv<strong>za</strong>memo meje območij (<strong>in</strong><br />
pri tem ohranimo topologijo).<br />
2. Štiri podatkovne sloje prekrijemo med<br />
seboj z operacijo preseka. S tem<br />
identificiramo površ<strong>in</strong>e, skupne vsem<br />
štirim krajevnim kriterijem.<br />
3. Končni rezultat so rastrirane mrežne<br />
celice.<br />
4. Prve tri korake po<strong>na</strong>vljamo 100-krat.<br />
5. Preštejemo število prekrivanj (frekvenco)<br />
rastrskih celic v primerih, ki so <strong>za</strong>doščali<br />
vsem štirim kriterijem.<br />
izvorni<br />
podatki:<br />
rezultati:<br />
80<br />
1.4 Prostorska statistika / 7<br />
1.4.1 Ocenjevanje <strong>na</strong>pak / 5<br />
Točnost <strong>in</strong> <strong>na</strong>tačnost<br />
Točnost je stopnja <strong>za</strong>nesljivosti,<br />
s katero GIS predstavlja stvarni<br />
svet.<br />
Natančnost je stopnja podrobnosti,<br />
s katero so bile izvedene meritve<br />
<strong>na</strong> objektih stvarnega sveta.<br />
Visoka <strong>na</strong>tančnost vodenja podatkov v GIS ne more<br />
<strong>na</strong>domestiti točnosti pri <strong>za</strong>jemu <strong>in</strong> hranjenju podatkov.<br />
81<br />
27
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.4 Prostorska statistika / 8<br />
1.4.2 Statistične domneve<br />
• Statistične domneve <strong>in</strong> statistič<strong>na</strong> z<strong>na</strong>čilnost:<br />
• Vsak rezultat dobljen iz poskusa (iz vzorčnih podatkov) je<br />
potrebno podvreči testu z<strong>na</strong>čilnosti, da ugotovimo, kakšne<br />
<strong>za</strong>ključke o populaciji lahko <strong>na</strong>redimo.<br />
• Slika predstavlja postopek<br />
statističnega sklepanja:<br />
1. izbor <strong>na</strong>ključnega vzorca<br />
iz populacije,<br />
2. a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> vzorca,<br />
3. preizkus domneve o populaciji<br />
(test z<strong>na</strong>čilnosti).<br />
vzorec<br />
<strong>za</strong>jem <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong><br />
podatkov vzorca<br />
populacija<br />
domnevanje o<br />
populaciji<br />
82<br />
1.4 Prostorska statistika / 9<br />
1.4.2 Statistične domneve / 2<br />
• Prostorski a<strong>na</strong>litik se mora <strong>za</strong>nesti <strong>na</strong> t.i. <strong>na</strong>ravni<br />
poskus, v katerem temelji varianca med vzorci <strong>na</strong><br />
okolišči<strong>na</strong>h, <strong>na</strong> katerem sam ne mora vplivati.<br />
• Ključ<strong>na</strong> vprašanja v postopkih statističnega preizkušanja<br />
domnev:<br />
a) Ali so bile enote vzorca izbrane iz populacije <strong>na</strong>ključno <strong>in</strong><br />
neodvisno (ali prvi Toblerjev <strong>za</strong>kon <strong>na</strong>videzno <strong>za</strong>gotavlja<br />
neodvisnost <strong>in</strong> ali prostorska raznolikost <strong>na</strong>videzno <strong>za</strong>gotavlja<br />
drugačen vzorec <strong>na</strong> drugem položaju)?<br />
b) Katero celoto predstavlja vzorec?<br />
c) Ali je mogoče <strong>na</strong> temelju a<strong>na</strong>lize vzorca sklepati <strong>na</strong> celoto?<br />
83<br />
1.5 Prostorska podatkov<strong>na</strong><br />
<strong>in</strong>frastruktura<br />
• Prostorska podatkov<strong>na</strong> <strong>in</strong>frastruktura <strong>za</strong>go<strong>za</strong>vlja podatke<br />
<strong>in</strong> dostop do njih <strong>za</strong> številne prostorske a<strong>na</strong>lize.<br />
• Prostorska podatkov<strong>na</strong> <strong>in</strong>frastruktura je skupek zbirk<br />
prostorskih podatkov <strong>in</strong> z njimi pove<strong>za</strong>nih storitev,<br />
metapodatkov <strong>za</strong> prostorske podatke, omrežnih storitev<br />
<strong>in</strong> tehnologije, dogovorov o souporabi, dostopu <strong>in</strong> uporabi<br />
podatkov, usklajevanje <strong>in</strong> spremljanje izvedbe.<br />
• Evropska prostorska podatkov<strong>na</strong> <strong>in</strong>frastruktura <strong>na</strong>j bi temeljila <strong>na</strong><br />
<strong>in</strong>frastrukturah <strong>za</strong> prostorske podatke, ki jih vzpostavijo države članice.<br />
• Infrastrukture v državah članicah morajo <strong>za</strong>gotavljati, da so prostorski<br />
podatki shranjeni, dostopni <strong>in</strong> vzdrževani <strong>na</strong> <strong>na</strong>jprimernejšem, po<strong>na</strong>vadi<br />
izvornem mestu, ter da je možno komb<strong>in</strong>irati prostorske podatkovne<br />
zbirke iz različnih virov v okviru Evropske unije ter jih souporabljati s<br />
<strong>stran</strong>i različnih uporabnikov <strong>in</strong> aplikacij.<br />
84<br />
28
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.5 Prostorska podatkov<strong>na</strong> <strong>in</strong>frastruktura / 2<br />
• V 80-tih je prevladovalo prepričanje, da so zbiranje <strong>in</strong> distribucijo<br />
prostorskih podatkov dolžne izvesti vladne agencije (<strong>na</strong>jvečkrat<br />
državne geodetske <strong>in</strong> kartografske službe).<br />
• V <strong>za</strong>čeku 90-tih pa se je <strong>za</strong>čel tovrstni pristop decentralizirati -<br />
dva vzroka:<br />
a) pretirano povečevanje stroškov <strong>za</strong>jema, vzrževanja <strong>in</strong> distribucije<br />
podatkov (povečevanje <strong>za</strong>htev v državnem proračunu);<br />
b) nove tehnologije <strong>za</strong>jema (npr. GPS) <strong>in</strong> obdelave podatkov (npr.<br />
<strong>za</strong>stonjska <strong>in</strong> odprtokod<strong>na</strong> GIS orodja) so omogočile <strong>za</strong>jem <strong>in</strong><br />
izdelavo prostorskih podatkov številnim uporabnikom z relativno<br />
nizkimi stroški.<br />
• V <strong>za</strong>četku tega tisočletja pa so Googlovi <strong>in</strong> Microsoftovi iskalniki<br />
omogočili „<strong>in</strong>ternetno kartografijo“ – <strong>in</strong> s tem posredno tudi<br />
razvoj prostorske podatkovne <strong>in</strong>frastrukture.<br />
85<br />
1.5 Prostorska podatkov<strong>na</strong> <strong>in</strong>frastruktura / 3<br />
1.5.1 Geoportali<br />
• Geoportali so spletne <strong>stran</strong>i oziroma vstopne točke do<br />
prostorskih podatkov.<br />
• Povezujejo lahko javno dostopne <strong>in</strong> brezplačne podatke kot tudi<br />
licenčne ter plačljive podatke.<br />
• Primeri:<br />
• http://www.islovenija.si/gisapp/<br />
• http://www.portal.di<strong>na</strong>ris.org/<br />
• http://www.<strong>in</strong>spire-geoportal.eu/<br />
• http://www.publicprofiler.org/<br />
• http://www.gigateway.org.uk/<br />
• http://www.fgdc.gov/nsdi/nsdi.html<br />
• http://www.geowebportal.org/web/guest/home<br />
• http://www.esri.com/software/arcgis/geoportal/<strong>in</strong>dex.html<br />
• ...<br />
86<br />
1.5 Prostorska podatkov<strong>na</strong> <strong>in</strong>frastruktura / 4<br />
1.5.1 Geoportali / 2<br />
Primer<br />
geoportala<br />
87<br />
29
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
1.5 Prostorska podatkov<strong>na</strong> <strong>in</strong>frastruktura / 5<br />
1.5.2 Metapodatki <strong>in</strong><br />
<strong>in</strong>teroperabilnost<br />
• Metapodatki so podatki o podatkih ter njhovih tehničnih <strong>in</strong><br />
poslovnih vidikih.<br />
• ... so osnova <strong>za</strong> delovanje geoportalov, kjer uporabniki iščemo<br />
podatke po njihovih metapodatkih.<br />
• Interoperabilnost temelji <strong>na</strong> pridobivanju podatkov iz<br />
različnih virov.<br />
• V preteklosti je bilo izvedenih ogromno različnih formatov<br />
prostorskih podatkov.<br />
• Nekateri formati so odprti, nekateri pa lastniški.<br />
• Interoperabilnost <strong>in</strong> GIS: http://www.opengeospatial.org/<br />
88<br />
Metode prostorskih<br />
a<strong>na</strong>liz v GIS<br />
2. poglavje<br />
METODOLOGIJA<br />
89<br />
2.1 Prostorske a<strong>na</strong>lize<br />
kot postopek<br />
• V mnogih primerih izvedemo prostorske a<strong>na</strong>lize kot<br />
<strong>za</strong>poredje (pogosto iterativnih) korakov:<br />
• 1. fa<strong>za</strong>:<br />
• Oblikovanje problema<br />
• Pridobivanje podatkov<br />
• 2. fa<strong>za</strong>:<br />
• Raziskovalne a<strong>na</strong>lize<br />
• 3. fa<strong>za</strong>:<br />
• Oblikovanje domnev(e)<br />
• Modeliranje <strong>in</strong> preizkus domnev(e)<br />
• 4. fa<strong>za</strong>:<br />
• Posvetovanje <strong>in</strong> revizija (postopka)<br />
• Poročanje <strong>in</strong> izvedba<br />
90<br />
30
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.1 Prostorske a<strong>na</strong>lize kot postopek / 2<br />
1. fa<strong>za</strong>:<br />
• Oblikovanje problema je običajno e<strong>na</strong> izmed težjih<br />
<strong>na</strong>log, kjer def<strong>in</strong>iramo tudi plan dela.<br />
• Pridobivanje podatkov izpostavi števil<strong>na</strong> vprašanja:<br />
• Pod kakšnimi predpostavkami bomo modelirali stvarni svet?<br />
• Ali so podatki popolni (prostorsko <strong>in</strong> časovno)?<br />
• Kakš<strong>na</strong> je <strong>na</strong>tančnost podatkov (prostorska, časov<strong>na</strong> <strong>in</strong> atribut<strong>na</strong>)?<br />
• Kakš<strong>na</strong> je skladnost podatkov, ki jih bomo uporabili (merilo,<br />
projekcija, <strong>na</strong>tančnost, modeliranje, usmerjenost, datum <strong>za</strong>jema <strong>in</strong><br />
opredelitev atributov)?<br />
• Ali lahko podatke komb<strong>in</strong>iramo <strong>in</strong> obdelujemo v planiranem<br />
postopku?<br />
91<br />
2.1 Prostorske a<strong>na</strong>lize kot postopek / 3<br />
2. fa<strong>za</strong>:<br />
• Raziskovalne a<strong>na</strong>lize vključujejo:<br />
• kartiranje točkovnih, l<strong>in</strong>ijskih <strong>in</strong> regijskih objektov, rastrov, ploskev;<br />
• izračune deležev, <strong>in</strong>deksov, gostot, <strong>na</strong>klonov, smeri itd.;<br />
• klasifikacije podatkov;<br />
• filtriranje;<br />
• itd.<br />
• V številnih primerih se a<strong>na</strong>litičen del prostorske a<strong>na</strong>li<strong>za</strong><br />
<strong>za</strong>ključi z 2. fazo:<br />
• <strong>za</strong>ključki,<br />
• karte,<br />
• opis<strong>na</strong> statistika,<br />
• ostali dokumenti (priloge).<br />
92<br />
2.1 Prostorske a<strong>na</strong>lize kot postopek / 4<br />
3. fa<strong>za</strong>:<br />
• ... je odvis<strong>na</strong> od cilja a<strong>na</strong>lize.<br />
• Vsebuje lahko:<br />
• oblikovanje domnev(e) ter<br />
• modeliranja (tudi optimi<strong>za</strong>cijske postopke) <strong>in</strong><br />
• preizkus domnev(e) o opazovanih vzorcih ter postopkih.<br />
4. fa<strong>za</strong>:<br />
• Posvetovanje <strong>in</strong> revizija ter poročanje <strong>in</strong> izvedba:<br />
• Rezultat 3. faze so lahko različni sce<strong>na</strong>riji, ki jih je<br />
potrebno pred končno predstavitvijo povzeti.<br />
• Te povzetke potem tehtamo v postopkih odločanja.<br />
• Postopek lahko iterativno <strong>na</strong>daljujemo dokler ne<br />
dosežemo soglaja z <strong>na</strong>ročnikom/odločevalcem oziroma<br />
dokler ne dosežemo stabilen tok v postopku a<strong>na</strong>lize:<br />
• ... od oblikovanja problema, preko pridobivanja podatkov ter raziskovalnih <strong>in</strong><br />
potrjevalnih a<strong>na</strong>liz ter postopkov modeliranja).<br />
93<br />
31
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija<br />
• Postopek <strong>na</strong>črtovanja <strong>in</strong> izvedbe prostorskih a<strong>na</strong>liz je<br />
običajno bolj <strong>za</strong>pleten <strong>in</strong> iterativen kot smo <strong>na</strong>ka<strong>za</strong>li v<br />
uvodu (poglavje 2.1):<br />
• Mitchell (2005) je predlagal <strong>za</strong>poredje<br />
<strong>na</strong>slednjih korakov:<br />
• oblikovanje problema,<br />
• razumevanje podatkov,<br />
• izbira metode,<br />
• izračun statistik,<br />
• razlaga statistik,<br />
• test z<strong>na</strong>čilnosti statistik,<br />
• vrednotenje rezultatov.<br />
• Poleg tega, da je postopek prostorskih<br />
a<strong>na</strong>liz iterativen postopek, pa po vsakem<br />
koraku vrednotimo tudi rezultate prejšnjih<br />
korakov.<br />
94<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 2<br />
Odločitev o metodologiji običajno temelji <strong>na</strong> odgovorih<br />
<strong>na</strong> <strong>na</strong>slednja vprašanja:<br />
• Kako dobro (<strong>na</strong>tančno <strong>in</strong> točno) je oblikovan problem?<br />
• Koliko časa, fi<strong>na</strong>nčnih <strong>in</strong> drugih virov imamo <strong>na</strong> razpolago, da rešimo<br />
problem?<br />
• Ali so že bile izvedene podobne raziskave ter kakšne so prednosti<br />
oziroma slabosti uporabljene metodologije?<br />
• Kdo bo uporabnik rezultatov <strong>in</strong> kakš<strong>na</strong> so njegova pričakovanja?<br />
• Ali pričakovanja <strong>na</strong>ročnika vplivajo <strong>na</strong> izbiro podatkov <strong>in</strong> metod?<br />
• Kako postopati v primeru neustrenih podatkov (manjkajoči,<br />
neprimerni podatki, <strong>za</strong>ostanki v pridobivanju podatkov)?<br />
• Kako postopati v primeru omejitev ali celo <strong>na</strong>pak v programski<br />
opremi, ki jo bomo uporabili?<br />
• Kakšne so lahko posledice <strong>na</strong>pačnih ali <strong>za</strong>vajajočih rezultatov?<br />
• Ali je mogoče preveriti pravilnost <strong>in</strong> verodostojnost rezultatov?<br />
95<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 3<br />
Zapleten <strong>in</strong> iterativen postopek prostorskih a<strong>na</strong>liz:<br />
• Draper <strong>in</strong> sod. (2005): Pove<strong>za</strong>nost raka pri otrocih z oddaljenostjo<br />
od visoko<strong>na</strong>petostnih elektrovodov v Angliji <strong>in</strong> Wellsu:<br />
• Več javnih <strong>na</strong>ročnikov, ca. 30.000 <strong>za</strong>pisov v registru raka, +30 let, politič<strong>na</strong><br />
občutljivost problema.<br />
• Nekaj vmesnih rezultatov je bilo objavljenih v javnih medijih, <strong>za</strong>to so avtorji<br />
raziskave sklenili, da jasno <strong>in</strong> podrobno predstavijo problem ter postopek<br />
a<strong>na</strong>lize v ustrezni strokovni reviji (British Medical Jour<strong>na</strong>l).<br />
• Vsak korak postopka je bil jasno def<strong>in</strong>iran z<br />
upoštevanjem predhodnih raziskav.<br />
• Jasno so bili <strong>na</strong>vedeni pogoji ter omejitve a<strong>na</strong>lize,<br />
ki so pogojevali rezultate.<br />
• Vprašanja, ki se porajajo ob a<strong>na</strong>lizi:<br />
• Kako <strong>na</strong>tančni so prostorski podatki o vodih<br />
ter kako <strong>na</strong>tančni so podatki iz registra raka?<br />
• Ali je stalno prebivališče ob času rojstva<br />
<strong>za</strong>dosten podatek <strong>za</strong> merjenje oddaljenosti?<br />
• Ali je horizontal<strong>na</strong> razdalja <strong>za</strong>dosten podatek<br />
(ali bi bilo potrebno upoštevati poševno<br />
razdaljo)?<br />
• Kaj pa razdalja do nosilcev kablov?<br />
• Ali je variabilnost <strong>na</strong>petosti vzdolž l<strong>in</strong>ijskih<br />
objektov pomemben parameter v a<strong>na</strong>lizi?<br />
• Ali odkrit vzorec <strong>na</strong>raščanja verjetnosti <strong>za</strong> določeno vrsto raka ustrezno<br />
modeliramo z nemonotono funkcijo oddaljenosti?<br />
• itd.<br />
96<br />
32
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 4<br />
2.2.1 PPPAZ<br />
• Mackay & Oldford (2002):<br />
• statistič<strong>na</strong> metoda,<br />
• izvedljiva v obeh smereh,<br />
• tudi v obratni smeri<br />
(po def<strong>in</strong>iranju problema<br />
raziščemo pričakovanja – brez<br />
v<strong>na</strong>prejšnjega vrednotenja<br />
pričakovanih rezultatov!)<br />
5. Zaključki<br />
1. Problem<br />
2. Plan<br />
c<br />
4. A<strong>na</strong>li<strong>za</strong><br />
3. Podatki<br />
97<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 5<br />
2.2.1 PPPAZ / 2<br />
• PPPAZ je statistič<strong>na</strong>, z<strong>na</strong>nstve<strong>na</strong> metoda.<br />
• Model PPPAZ je delno omejen <strong>za</strong> a<strong>na</strong>lizo <strong>in</strong> modeliranje<br />
postopkov iz stvarnega sveta.<br />
• Reševanje številnih praktičnih problemov v GIS-u.<br />
• Kljub temu je PPPAZ prilagodljiva <strong>in</strong> di<strong>na</strong>mič<strong>na</strong><br />
metodologija, <strong>za</strong>radi česar jo lahko apliciramo <strong>na</strong><br />
števil<strong>na</strong> področja.<br />
• PPPAZ je iterativen postopek.<br />
• (Prostorska) a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> je le del postopka.<br />
• Postopek je izvedljiv v obeh smereh.<br />
• Metoda PPPAZ je prvenstveno <strong>za</strong>snova<strong>na</strong> <strong>za</strong> reševanje<br />
„neprostorskih“ problemov.<br />
98<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 6<br />
2.2.1 PPPAZ / 3<br />
• Prostorski vidik razširitve metodologije PPPAZ:<br />
• Prostorska pove<strong>za</strong>nost <strong>in</strong> prostorska odvisnost:<br />
• V prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h prvenstveno a<strong>na</strong>liziramo probleme, ki so v izrecno v<br />
prostorski domeni (podatki <strong>na</strong> različnih lokacijah niso nujno neodvisni).<br />
• Prostorsko-časov<strong>na</strong> zve<strong>za</strong>:<br />
• Številne probleme obrav<strong>na</strong>vamo v prostorsko-časovni zvezi (npr.: ones<strong>na</strong>ženje v<br />
okolju, izgradnja <strong>in</strong>frastrukture ...).<br />
• Problem uporabe klasičnih statističnih kriterijev.<br />
• ... ki običajno ne upoštevajo prostorske komponente.<br />
• Zve<strong>za</strong> med prostorskim vzorcem <strong>in</strong> postopkom:<br />
• Pogosto je <strong>na</strong>men prostorske a<strong>na</strong>lize modeliranje postopka (<strong>in</strong> ne samo<br />
prepoz<strong>na</strong>vanje vzorca).<br />
• Vzorec lahko pogosto <strong>za</strong>dovoljivo pojasnimo z eno slučajno spremenljivko, medtem ko<br />
je potrebno <strong>za</strong> modeliranje postopka (ki pogojuje vzorec) a<strong>na</strong>lizirati številne slučajne<br />
spremenljivke.<br />
• Viri podatkov <strong>in</strong> njihova kvaliteta:<br />
• Metapodatki pogosto ne <strong>za</strong>gotavljajo <strong>za</strong>dostnih <strong>in</strong>formacij o kvaliteti, <strong>na</strong>tančnosti,<br />
popolnosti, primernosti podatkov <strong>za</strong> <strong>na</strong>še potrebe.<br />
• Podatke <strong>za</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize pogosto pridobimo iz drugih virov – ne poz<strong>na</strong>vanje<br />
oziroma <strong>na</strong>pačno razumevanje podatkov pogosto oteži/omeji/onemogoči postopke<br />
a<strong>na</strong>liz.<br />
99<br />
33
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 7<br />
2.2.1 PPPAZ / 4<br />
2.2.1.1 Problem (PPPAZ)<br />
• Pravil<strong>na</strong> def<strong>in</strong>icija problema, projekta ter <strong>na</strong>ročnikovih<br />
pričakovanj je lahko ključni element v celotnem<br />
a<strong>na</strong>litičnem postopku.<br />
• Poenostavitev problema ter prepoz<strong>na</strong>vanje<br />
<strong>na</strong>jpomembnejših elementov:<br />
• problema,<br />
• podatkov,<br />
• programskih orodij,<br />
• a<strong>na</strong>litičnih postopkov,<br />
• <strong>na</strong>ročnikovih pričakovanj.<br />
• Predštudija - <strong>na</strong>jbolj kvalitetno prispeva<br />
k opredelitev problema.<br />
100<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 8<br />
2.2.1 PPPAZ / 5<br />
2.2.1.1 Problem (PPPAZ) / 2<br />
Prepoz<strong>na</strong>vanje posebnosti prostorskih problemov:<br />
• Prostorsko merilo:<br />
• Odločitev o območju ter detajlu a<strong>na</strong>lize pomembno vpliva <strong>na</strong> rezultate.<br />
• Problem uporabe podatkov različnih meril.<br />
• Statistično merilo:<br />
• Odločitev o skupi<strong>na</strong>h/razredih podatkov.<br />
• Prostorska razporeditev:<br />
• Ali ima prostorska razporeditev a<strong>na</strong>liziranega podobmočja vpliv <strong>na</strong> samo a<strong>na</strong>lizo?<br />
• Zahteva po posebnih podatkih:<br />
• Ali opredeljen problem pogojuje posebne podatke v predpisanem merilu,<br />
predpisane <strong>na</strong>tančnosti <strong>in</strong> točnosti, pogojene s standardi?<br />
• Problem sklepanja kompromisov.<br />
• Problem ekološke <strong>na</strong>pake:<br />
• V kolikor skup<strong>in</strong>e/razredi podatkov v celoti predstavljajo<br />
posamezne enote opazovanja, ali tudi prostorsko<br />
homogeno pokrijejo a<strong>na</strong>lizirano območje.<br />
• Problem <strong>na</strong>pake razdrobljenosti:<br />
• Ali vzorec – iz katerega smo sklepali <strong>na</strong> celotno populacijo –<br />
v resnici predstavlja z<strong>na</strong>čilnosti populacije?<br />
101<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 9<br />
2.2.1 PPPAZ / 6<br />
2.2.1.2 Plan (PPPAZ)<br />
• Po opredelitvi problema sledi fa<strong>za</strong> oblikovanja pristopa,<br />
po katerem bomo <strong>na</strong>jverjetneje rešili problem.<br />
• Ključni elementi pri oblikovanju pristopa:<br />
• Narava projekta (<strong>in</strong> problema)<br />
• Stroškovne <strong>za</strong>hteve<br />
• Zahteva po podpori odločitvam<br />
• Problem sodelovanja javnosti<br />
• Operativne <strong>za</strong>hteve<br />
• Časov<strong>na</strong> uskladitev ter pomembni datumi<br />
• Fi<strong>na</strong>nciranje <strong>in</strong> viri<br />
• Izvedljivost <strong>in</strong> tveganje<br />
• Naročnikova pričakovanja<br />
• Specifikacije <strong>in</strong> standardi<br />
• Zahteve po podatkovnih komponentah<br />
• Viri podatkov<br />
• Vzorčenje, populacija <strong>in</strong> sklepanje<br />
• Prilagoditev številnih pristopov<br />
• Robustnost (čvrstost) pristopa<br />
• Testiranje/simulacija tokov postopka<br />
• Posebnosti (redki primeri)<br />
• Ponoven pregled opredelitve problema<br />
102<br />
34
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 10<br />
2.2.1 PPPAZ / 7<br />
2.2.1.2 Plan (PPPAZ) / 2<br />
• Narava projekta (<strong>in</strong> problema)<br />
• Razlikovanje med strokovnim <strong>in</strong> raziskovalnim projektom.<br />
• Razlikovanje med opisnim <strong>in</strong> postopkovnim modeliranje.<br />
• Stroškovne <strong>za</strong>hteve<br />
• Potreba po izvedbi a<strong>na</strong>lize stroškov <strong>in</strong> koristi?<br />
• Zahteva po podpori odločitvam<br />
• Potreba po posebnih orodjih <strong>za</strong> podporo odločitvam ter postopkom<br />
a<strong>na</strong>liz?<br />
• Problem sodelovanja javnosti<br />
• Do katere mere <strong>in</strong> <strong>na</strong> kakšen <strong>na</strong>č<strong>in</strong> se bo v projekt<br />
vključevala javnost?<br />
• Operativne <strong>za</strong>hteve<br />
• Potreba po posebnih operativnih postopkih <strong>in</strong><br />
pogojih?<br />
103<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 11<br />
2.2.1 PPPAZ / 8<br />
2.2.1.2 Plan (PPPAZ) / 3<br />
• Časov<strong>na</strong> uskladitev ter pomembni datumi<br />
• Kakšen je časovni okvir projekta ter katere časovne mejnike<br />
vključuje?<br />
• Fi<strong>na</strong>nciranje <strong>in</strong> viri<br />
• Kakšni fi<strong>na</strong>nčni viri so <strong>na</strong> voljo (<strong>na</strong>č<strong>in</strong> <strong>in</strong> oblika fi<strong>na</strong>nciranja)?<br />
• Izvedljivost <strong>in</strong> tveganje<br />
• Ali je projekt tehnično izvedljiv?<br />
• Ali obstaja tveganje <strong>za</strong> neuspeh?<br />
• Ali sta potencialni neuspeh projekta <strong>in</strong> kompleksnost problema<br />
pove<strong>za</strong><strong>na</strong>?<br />
• Naročnikova pričakovanja<br />
• Kakš<strong>na</strong> je <strong>na</strong>rava <strong>na</strong>ročnika (komercialni, javni<br />
ali akademski <strong>na</strong>ročnik)?<br />
• Kakš<strong>na</strong> so <strong>na</strong>ročnikova pričakovanja?<br />
104<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 12<br />
2.2.1 PPPAZ / 9<br />
2.2.1.2 Plan (PPPAZ) / 4<br />
• Specifikacije <strong>in</strong> standardi<br />
• Odločitev o uporabi specifikacije ali standarda.<br />
• Zahteve po podatkih<br />
• Odločitev o vrsti <strong>in</strong> kvaliteti podatkov.<br />
• Viri podatkov<br />
• Odločitev o virih podatkov.<br />
• Vzorčenje, populacija <strong>in</strong> sklepanje<br />
• Opredelitev populacije, opredelitev postopka <strong>za</strong><br />
pridobivanje podatkov ter metod sklepanja.<br />
• Prilagoditev številnih pristopov<br />
• Ali je možno/potrebno izvesti postopek po več<br />
pristopih?<br />
105<br />
35
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 13<br />
2.2.1 PPPAZ / 10<br />
2.2.1.2 Plan (PPPAZ) / 5<br />
• Robustnost (čvrstost) pristopa<br />
• Odločitev med robustnostjo ter a<strong>na</strong>litično močjo pristopa.<br />
• Testiranje/simulacija tokov postopka<br />
• Ali je potrebno izvesti simulacijo postopka a<strong>na</strong>lize?<br />
• Posebnosti (redki primeri)<br />
• A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> ekstremnih vrednosti/pogojev/skup<strong>in</strong>.<br />
• Ponoven pregled opredelitve problema<br />
• Ali je potrebno <strong>na</strong> novo opredeliti oziroma pregledati opredelitev<br />
problema?<br />
106<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 14<br />
2.2.1 PPPAZ / 11<br />
2.2.1.3 Podatki (PPPAZ)<br />
• Po oblikovanju pristopa sledi fa<strong>za</strong> pridobivanja<br />
podatkov.<br />
• V postopkih prostorskih a<strong>na</strong>liz <strong>na</strong>jvečkrat uporabljamo<br />
podatke iz drugih, različnih virov.<br />
• Le-ti se lahko razlikujejo v:<br />
• formatu <strong>in</strong> <strong>na</strong>č<strong>in</strong>u kodiranja,<br />
• času <strong>za</strong>jema ter časovni seriji,<br />
• prostorskem <strong>in</strong> vseb<strong>in</strong>skem obsegu,<br />
• kvaliteti <strong>in</strong> popolnosti.<br />
• Pridobivanje <strong>in</strong> upravljanje podatkov<br />
<strong>za</strong> potrebe prostorskih a<strong>na</strong>liz:<br />
• Problem kvalitete <strong>in</strong> virov podatkov.<br />
• Problem upravljanja kvalitete podatkov v<br />
GIS orodjih (Nobe<strong>na</strong> ba<strong>za</strong> podatkov ni popol<strong>na</strong>!).<br />
• Različne vseb<strong>in</strong>e.<br />
107<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 15<br />
2.2.1 PPPAZ / 12<br />
2.2.1.3 Problem (PPPAZ) / 2<br />
Problem kvalitete <strong>in</strong> virov podatkov:<br />
• Kvaliteta podatkov<br />
• Zavedanje o kvaliteti <strong>in</strong> viru podatkov je ključnega pome<strong>na</strong> <strong>za</strong><br />
pravilno uporabo podatkov ter razlago rezultatov a<strong>na</strong>liz.<br />
• Stroški<br />
• Stroški <strong>na</strong>kupa ali <strong>na</strong>jema podatkov se morajo ujemati s planiranimi<br />
stroški (sicer sledi popravek pla<strong>na</strong>).<br />
• Licenciranje<br />
• V številnih primerih je potrebno poleg stroškov<br />
<strong>na</strong>kupa podatkov upoštevati še stroške licenciranja<br />
le-teh (npr. letno licenciranje).<br />
• Razpoložljivost podatkov<br />
• (Ne)razpoložljivost določenih podatkov pogosto<br />
pogojuje kompromis glede uporabe podatkov.<br />
108<br />
36
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 16<br />
2.2.1 PPPAZ / 13<br />
2.2.1.3 Problem (PPPAZ) / 3<br />
Problem kvalitete <strong>in</strong> virov podatkov - <strong>na</strong>daljevanje:<br />
• Popolnost podatkov<br />
• Ali so podatki atributno <strong>in</strong> prostorsko popolni?<br />
• Časov<strong>na</strong> vrsta podatkov<br />
• Ali obstaja celot<strong>na</strong> časov<strong>na</strong> vrsta podatkov (z izbranim časovnim<br />
merilom)?<br />
• Ali je potrebno oceniti časovno vrsto podatkov?<br />
• Podrobost <strong>in</strong> ločljivost podatkov<br />
• Ali so <strong>na</strong> voljo podatki e<strong>na</strong>kega/različnega merila?<br />
• Problem komb<strong>in</strong>iranja podatkov različnega merila.<br />
• Kvalitativni podatki<br />
• Problem ocenitve kvalitativnih (nemerljivih)<br />
podatkov:<br />
• orodja <strong>za</strong> podporo odločitvam,<br />
• orodja <strong>za</strong> a<strong>na</strong>lizo stroškov <strong>in</strong> koristi.<br />
109<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 17<br />
2.2.1 PPPAZ / 14<br />
2.2.1.3 Problem (PPPAZ) / 4<br />
Problem upravljanja kvalitete podatkov v GIS orodjih:<br />
Nobe<strong>na</strong> ba<strong>za</strong> podatkov ni popol<strong>na</strong>!<br />
Vsaka vsebuje številne <strong>na</strong>pake, manjkajoče vrednosti, ima končno<br />
ločljivost podatkov, vsebuje popačene <strong>in</strong>formacije o stvarnem svetu<br />
(običajno v diskretnem modelu), vključuje operativne <strong>na</strong>pake <strong>in</strong><br />
negotovost <strong>za</strong>radi samega postopka <strong>za</strong>jema podatkov ...<br />
Števil<strong>na</strong> GIS orodja omogočajo:<br />
• Opredelitev meje a<strong>na</strong>lize ter izračun gostote pojava<br />
• Upravljanje z manjkajočimi podatki <strong>in</strong> maskiranje<br />
• Klasifikacijo podatkov<br />
• Pretvorbe podatkov<br />
• Kartiranje <strong>na</strong>pak<br />
• Simulacije<br />
110<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 18<br />
2.2.1 PPPAZ / 15<br />
2.2.1.3 Problem (PPPAZ) / 5<br />
Različne vseb<strong>in</strong>e:<br />
• Prostorske podatkovne <strong>in</strong>frastrukture<br />
• Iskalniki omogočajo „<strong>in</strong>ternetno kartografijo“, toda sami podatki<br />
so lahko zelo različni.<br />
• Geoportali<br />
• Geoportali sicer predstavljajo vstopne točke do prostorskih<br />
podatkov, ki pa so lahko različni.<br />
• Problem dostopa do podatkov preko različnih geoportalov.<br />
• Metapodatki<br />
• ... so osnova <strong>za</strong> delovanje geoportalov, kjer<br />
uporabniki iščemo podatke – problem različnih<br />
opisov podatkov.<br />
111<br />
37
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 19<br />
2.2.1 PPPAZ / 16<br />
2.2.1.3 Problem (PPPAZ) / 6<br />
Različne vseb<strong>in</strong>e - <strong>na</strong>daljevanje:<br />
• Orodja <strong>za</strong> <strong>za</strong>jem novih podatkov<br />
• Uporaba različnih orodij lahko pogojuje različne podatke.<br />
• Upodabljanje podatkov<br />
• Podatki so lahko različno upodobljeni (2D <strong>in</strong> 3D upodobitve, ...).<br />
• Interdiscipli<strong>na</strong>r<strong>na</strong> <strong>na</strong>rava prostorskih a<strong>na</strong>liz<br />
• Uporaba zelo različnih vseb<strong>in</strong> iz različnih področij.<br />
112<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 20<br />
2.2.1 PPPAZ / 17<br />
2.2.1.4 A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> (PPPAZ)<br />
• Enostavnost <strong>in</strong> preprostost<br />
• Uporaba enostavnih <strong>in</strong> preprostih orodij, modelov <strong>in</strong> oblik vizuali<strong>za</strong>cije<br />
bistveno pripomore k lažji razlagi <strong>in</strong> razumevanju rezultatov.<br />
• Raziskovalne a<strong>na</strong>lize <strong>in</strong> upodobitve<br />
• Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov (ang. exploratory spatial<br />
data a<strong>na</strong>lysis – ESDA) ter njihove upodobitve so običajno prvi korak v<br />
fazi a<strong>na</strong>lize.<br />
• Razlaga prostorskih vzorcev<br />
• Največkrat s pomočjo opredelitve <strong>na</strong>sprotnega:<br />
„ni vzorca“ oziroma „popolnoma <strong>na</strong>ključen<br />
vzorec“, ki ne daje nobene <strong>in</strong>formacije uporabniku.<br />
113<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 21<br />
2.2.1 PPPAZ / 18<br />
2.2.1.4 A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> (PPPAZ) / 2<br />
• Oblikovanje domnev<br />
• Na podlagi rezultatov raziskovalnih a<strong>na</strong>liz ter upodabljanja podatkov<br />
<strong>in</strong> rezultatov oblikujemo domnevo(e) o prostorskih vzorcih ali<br />
prostorskih postopkih.<br />
• Oblikovanje modelov<br />
• Domnevo preizkusimo z izvedbo modelov.<br />
• Modeliramo:<br />
• prostorske objekte,<br />
• prostorske pojave,<br />
• prostorske funkcije <strong>in</strong><br />
• prostorske postopke.<br />
• Predhodni <strong>za</strong>ključki <strong>in</strong> (ne)ujemanje<br />
s pričakovanji<br />
• Rezultati modeliranja ponujajo predhodne<br />
<strong>za</strong>ključke, ki jih soočimo s pričakovanji.<br />
114<br />
38
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 22<br />
2.2.1 PPPAZ / 19<br />
2.2.1.4 A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> (PPPAZ) / 3<br />
• Vrste modelov<br />
• pojasnjevalni modeli pojasnjujejo prostorske vzorce,<br />
• <strong>na</strong>povedovalni modeli pa <strong>na</strong>povedujejo prostorske postopke.<br />
• Matematični/Statistični modeli<br />
• Matematični (determ<strong>in</strong>istični) modeli temeljijo <strong>na</strong> prostorskih<br />
funkcijah.<br />
• Statistični (stohastični) modeli pa temeljijo <strong>na</strong> stohastičnih<br />
postopkih.<br />
• Kartografsko modeliranje<br />
• Kartografsko modeliranje je modeliranje tokov<br />
obdelave podatkov v a<strong>na</strong>litičnih postopkih.<br />
• Modeliranje v mikro merilih<br />
• Napovedovalni modeli s pomočjo orodij <strong>za</strong><br />
simulacijo.<br />
• npr. ABM (ang. agent-based models)<br />
115<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 23<br />
2.2.1 PPPAZ / 20<br />
2.2.1.4 A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> (PPPAZ) / 4<br />
Preprost kartografski model<br />
Kartografski model izraču<strong>na</strong> gostote<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
116<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 24<br />
2.2.1 PPPAZ / 21<br />
2.2.1.4 A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> (PPPAZ) / 5<br />
Preprost di<strong>na</strong>mičen kartografski model<br />
Modeliranje rasti <strong>na</strong>selij<br />
(Vir: Eastmann 2006a)<br />
117<br />
39
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 25<br />
2.2.1 PPPAZ / 22<br />
2.2.1.4 A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> (PPPAZ) / 6<br />
Rezultat modeliranja ocene tveganja<br />
Karta verjetnosti izbruha požara<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
118<br />
2.2 A<strong>na</strong>litič<strong>na</strong> metodologija / 26<br />
2.2.1 PPPAZ / 23<br />
2.2.1.5 Zaključki (PPPAZ)<br />
• Namen <strong>za</strong>ključne faze je poročanje o rezultatih a<strong>na</strong>litične študije<br />
iz vidika problema.<br />
• Pri tem je <strong>za</strong>želeno, da uporabimo kratke oziroma zgoščene<br />
povzetke <strong>in</strong> grafične predstavitve (preglednice, karte <strong>in</strong> druge<br />
upodobitve).<br />
• Zaključki <strong>na</strong>j bodo podani v preprostem (ne strokovnem)<br />
jeziku.<br />
• V <strong>za</strong>ključku lahko komentiramo prednosti <strong>in</strong> slabosti<br />
posameznih faz (Plan, Podatki <strong>in</strong> A<strong>na</strong>li<strong>za</strong>).<br />
• Potrebno je komentirati morebitne<br />
operativne <strong>na</strong>pake v rezultatih.<br />
• Po potrebi ugotovimo potencialno tveganje<br />
pri razlagi rezultatov <strong>na</strong> območjih a<strong>na</strong>lize <strong>in</strong><br />
pregledamo celoten PPPAZ postopek.<br />
119<br />
Metode prostorskih<br />
a<strong>na</strong>liz v GIS<br />
3. poglavje<br />
OPERACIJE<br />
PROSTORSKIH ANALIZ<br />
120<br />
40
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.1 Prostorski podatkovni<br />
modeli <strong>in</strong> metode<br />
• V postopkih (operativnega) modeliranja stvarnega sveta<br />
le-tega modeliramo s pomočjo:<br />
a) objektov (točka, l<strong>in</strong>ija, lik, telo) <strong>in</strong>/ali<br />
b) polj (vrednosti mrežnih celic).<br />
• Veči<strong>na</strong> strokovne literature imenuje:<br />
• pristop a) vektorski pristop,<br />
• pristop b) pa rastrski pristop modeliranja stvarnega sveta<br />
• V več<strong>in</strong>i primerov pretvorba podatkov med različnima<br />
pristopoma modeliranja stvarnega sveta pogojuje<br />
izgubo <strong>in</strong>formacij (npr. ločljivost, topološko<br />
strukturo), <strong>za</strong>to postopek ni povraten.<br />
121<br />
3.1 Prostorski podatkovni modeli <strong>in</strong> metode / 2<br />
Prostorski podatkovni modeli<br />
Podatkovni model<br />
CAD<br />
Grafičen (ne-topološki)<br />
Slika<br />
Rastrski<br />
Vektorski (topološki)<br />
Mrežni<br />
TIN<br />
Objektni<br />
Primer aplikacije<br />
Avtomatsko <strong>na</strong>črtovanje <strong>in</strong> risanje<br />
Enostavno kartiranje<br />
Obdelava slik <strong>in</strong> preproste rastrske a<strong>na</strong>lize<br />
Prostorske a<strong>na</strong>lize <strong>in</strong> modeliranje (predvsem<br />
okoljske <strong>in</strong> ekološke aplikacije)<br />
Številne operacije z vektorskimi geometričnimi<br />
objekti v kartografiji, v družbeno-ekonomskih<br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h ter a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h <strong>na</strong>ravnih virov ter v postopkih<br />
modeliranja<br />
Mrežne a<strong>na</strong>lize v transportnih <strong>in</strong> hidroloških študijah<br />
ter <strong>na</strong> področju komu<strong>na</strong>lnih dejanosti<br />
Upodobitev tere<strong>na</strong><br />
Številne operacije z vsemi vrstami objektov<br />
(rastrskih, vektorskih, TIN objektov itd.) ter v<br />
različnih vrstah aplikacij<br />
(Vir: Longley <strong>in</strong> sod. 2005)<br />
122<br />
3.1 Prostorski podatkovni modeli <strong>in</strong> metode / 3<br />
• V <strong>na</strong>daljevanju obrav<strong>na</strong>vamo operacije, ki so sestavni<br />
del postopkov a<strong>na</strong>liz ali postopkov modeliranja –<br />
manj pa postopkov pridobivanja, georeferenciranja <strong>in</strong><br />
upravljanja podatkov:<br />
• geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije,<br />
• poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote,<br />
• operacije izraču<strong>na</strong> razdalj,<br />
• operacije izraču<strong>na</strong> smeri,<br />
• rastrske operacije (algebra karte).<br />
123<br />
41
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične<br />
<strong>in</strong> sorodne operacije<br />
• Vektorski objekti kot tudi regije mrežnih celic vsebujejo<br />
številne prostorske (notranje) atribute; npr.:<br />
• dolži<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ijskega objekta,<br />
• dolži<strong>na</strong> meje poligo<strong>na</strong>,<br />
• površi<strong>na</strong> poligo<strong>na</strong>,<br />
• površi<strong>na</strong> regije rastrskih celic,<br />
• itd.<br />
• Prostorski atributi so lahko sestavni del atributnih<br />
podatkov, lahko pa se izvedejo <strong>na</strong> <strong>za</strong>htevo uporabnika.<br />
124<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 2<br />
• V postopkih geometričnih <strong>in</strong> sorodnih operacij:<br />
• raču<strong>na</strong>mo dolž<strong>in</strong>o <strong>in</strong> površ<strong>in</strong>o vektorskih podatkov,<br />
• raču<strong>na</strong>mo dolž<strong>in</strong>o <strong>in</strong> površ<strong>in</strong>o rastrskih podatkov,<br />
• raču<strong>na</strong>mo površ<strong>in</strong>o ploskev,<br />
• gladimo l<strong>in</strong>ije,<br />
• raču<strong>na</strong>mo centroide <strong>in</strong> središča,<br />
• a<strong>na</strong>liziramo položaj točke (objekta) v poligonu,<br />
• razstavljamo poligone,<br />
• raču<strong>na</strong>mo mere <strong>za</strong> obliko,<br />
• prekrivamo <strong>in</strong> komb<strong>in</strong>irami objekte,<br />
• izvajamo območne <strong>in</strong>terpolacije,<br />
• združujemo poligone (objekte),<br />
• klasifikaciramo <strong>in</strong> združujemo po atributih,<br />
• izbiramo meje <strong>in</strong> določamo območja,<br />
• izvajamo Tesselacijo <strong>in</strong> triangulacijo.<br />
125<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 3<br />
3.2.1 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong><br />
vektorskih podatkov<br />
• Plošč<strong>in</strong>o poligo<strong>na</strong> v ravn<strong>in</strong>i izraču<strong>na</strong>mo po Simpsonovem<br />
pravilu s sestavljanjem trapezoidov (običajno v smeri urnega<br />
ka<strong>za</strong>lca).<br />
• Na primer: površ<strong>in</strong>o (ang. area) A1 lika omejenega z x-osjo, dveh<br />
<strong>na</strong>vpičnih l<strong>in</strong>ij <strong>na</strong> x 1 <strong>in</strong> x 2 ter l<strong>in</strong>ijo med točkama A <strong>in</strong> B<br />
izraču<strong>na</strong>mo po e<strong>na</strong>čbi:<br />
1<br />
A1<br />
<br />
2<br />
x<br />
x y y <br />
2<br />
1<br />
1<br />
2<br />
126<br />
42
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 4<br />
3.2.1 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> vektorskih podatkov / 2<br />
• E<strong>na</strong>čba <strong>za</strong> izračun plošč<strong>in</strong>e poljubnega poligo<strong>na</strong> A v ravn<strong>in</strong>i z<br />
nizom lomnih točk {x i ,y i }, kjer je ( xn,<br />
yn)<br />
( x 1<br />
, y1)<br />
:<br />
A <br />
1<br />
n 2 i1<br />
1<br />
x<br />
x y y <br />
i1<br />
i<br />
i<br />
i1<br />
oz. 1<br />
1 n<br />
A ( xi<br />
1<br />
yi<br />
xi<br />
yi<br />
1)<br />
(1)<br />
2 i1<br />
• Primer: Površi<strong>na</strong> lika<br />
omejenega z oglišči<br />
A, B, C <strong>in</strong> D:<br />
1. izraču<strong>na</strong>mo plošč<strong>in</strong>o lika<br />
x 1,A,B,x 2;<br />
2. prištejemo plošč<strong>in</strong>o lika<br />
x 2,B,C,x 3;<br />
3. odštejemo plošč<strong>in</strong>o lika<br />
x 1,A,D,x 3.<br />
127<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 5<br />
3.2.1 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> vektorskih podatkov / 3<br />
• V primeru sestavljanja trapezoidov (v obratni smeri urnega<br />
ka<strong>za</strong>lca) dobimo e<strong>na</strong>ko plošč<strong>in</strong>o z negativnim predz<strong>na</strong>kom.<br />
• Pristop v obratni smeri urnega ka<strong>za</strong>lca uporabljamo <strong>za</strong><br />
od<strong>stran</strong>itev površ<strong>in</strong>e neželenih poligonov znotraj glavnih<br />
poligonov (npr. Vatikan v Italiji).<br />
• E<strong>na</strong>čba (1) ni primer<strong>na</strong> <strong>za</strong> izračun plošč<strong>in</strong>e poligo<strong>na</strong>:<br />
a) ki se križa sam s seboj,<br />
b) v primeru negativnih y koordi<strong>na</strong>t.<br />
• Rešitev:<br />
ad a) prepovemo vnos takšnih poligonov v GIS bazo;<br />
ad b) <strong>za</strong>časno se prišteje konstant<strong>na</strong> pozitiv<strong>na</strong> vrednost<br />
vsem y koordi<strong>na</strong>tam.<br />
128<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 6<br />
3.2.1 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> vektorskih podatkov / 4<br />
• Dolž<strong>in</strong>o <strong>in</strong> površ<strong>in</strong>o <strong>za</strong> regije do ca. 100 km x 100 km običajno<br />
raču<strong>na</strong>mo z uporabo kartezičnih koordi<strong>na</strong>t (x,y). Za večje<br />
regije (velike države, kont<strong>in</strong>ente) pa uporabimo sferične<br />
koordi<strong>na</strong>te (Ф,λ).<br />
• Dolži<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ije med točkama podanima s kartezičnimi<br />
koordi<strong>na</strong>tami:<br />
d <br />
ij<br />
x<br />
x y<br />
y 2<br />
i<br />
j<br />
2 i j<br />
(2)<br />
Razdaljo d ij imenujemo tudi zrač<strong>na</strong> ali Evklidska razdalja (d E ).<br />
129<br />
43
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 7<br />
3.2.1 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> vektorskih podatkov / 5<br />
• (Pravokot<strong>na</strong>) oddaljenost točke od l<strong>in</strong>ije izraču<strong>na</strong><strong>na</strong> iz<br />
kartezičnih koordi<strong>na</strong>t:<br />
d<br />
(<br />
p,<br />
l)<br />
ax<br />
p<br />
by<br />
p<br />
c<br />
<br />
2 2<br />
( a b )<br />
kjer x , y je ax by c 0 e<strong>na</strong>čba premice, ki gre skozi l<strong>in</strong>ijo,<br />
p p pa sta kartezični koordi<strong>na</strong>ti točke p.<br />
(3)<br />
130<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 8<br />
3.2.1 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> vektorskih podatkov / 6<br />
• Razdalja l<strong>in</strong>ije iz sferičnih koordi<strong>na</strong>t:<br />
<br />
) <br />
1<br />
ds<br />
dij<br />
Rcos s<strong>in</strong>1<br />
s<strong>in</strong>1<br />
cos1<br />
cos2<br />
cos( 1<br />
<br />
2<br />
kjer je R polmer Zemlje (npr. povprečni polmer WGS84<br />
eleipsoida), ( , ) pa sta sferični koordi<strong>na</strong>tni par<br />
( 180 180 <strong>in</strong> 90 90 ; običajno v stop<strong>in</strong>jah,<br />
sicer v radianih; 180 ° = Pi radianov oz. 1 radian = 57,30°).<br />
(4)<br />
• E<strong>na</strong>čba (4) je občutljiva <strong>na</strong> majhne razlike kotov, v tem<br />
primeru uporabimo „bolj varno“ e<strong>na</strong>čbo <strong>za</strong> izračun<br />
Harvesionove sferične dolž<strong>in</strong>e (d s ):<br />
d d 2Rs<strong>in</strong><br />
s<br />
ij<br />
1<br />
<br />
s<strong>in</strong><br />
A<br />
i<br />
<br />
j<br />
i<br />
<br />
j<br />
kjer A , B <br />
2 2<br />
2<br />
131<br />
s<strong>in</strong><br />
B<br />
2<br />
cos<br />
cos<br />
i<br />
j<br />
<br />
(5)<br />
3.2.2 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong><br />
rastrskih podatkov<br />
• Problem opredelitve l<strong>in</strong>ijskega <strong>in</strong> arealnega objekta v<br />
rastrskem podatkovnem modelu!<br />
• Enostaven izračun dolž<strong>in</strong>e <strong>in</strong> površ<strong>in</strong>e objektov v rastrskem<br />
<strong>za</strong>pisu - def<strong>in</strong>iran zgolj z dimenzijo mrežnih celic v <strong>na</strong>ravi<br />
(ločljivostjo):<br />
• l<strong>in</strong>ijski objekt – množenje števila mrežnih celic z ločljivostjo celice<br />
v smeri l<strong>in</strong>ijskega objekta;<br />
• arealni objekt – množenje števila celic, ki sestavljajo regijo, s<br />
površ<strong>in</strong>o celice, ki jo izraču<strong>na</strong>mo iz ločljivosti celice.<br />
• Problem izraču<strong>na</strong> obsega arealnega objekta:<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 9<br />
• dolži<strong>na</strong> zu<strong>na</strong>nje meje rastrskega podatkovnega modela je lahko<br />
do 50 % daljša od ekvivalentnega <strong>za</strong>pisa arealnega objekta v<br />
vektorskem podatkovnem modelu;<br />
• rešitev: določitev verjetnostnih polj.<br />
132<br />
44
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 10<br />
3.2.2 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> rastrskih podatkov / 2<br />
• Rastrski podatki so rezultat številnih popačenj <strong>in</strong> omejitev<br />
– popačenja vplivajo predvsem <strong>na</strong>:<br />
• usmerjenost,<br />
• merilo,<br />
• ločljivost.<br />
• Usmerjenost<br />
• V primeru pravokotnih mrežnih celic lahko usmerjenost močno<br />
vpliva <strong>na</strong> izmerjeno dolž<strong>in</strong>o (v izbrani smeri);<br />
• Rešitev: večpasovni <strong>za</strong>pis iste rastrske podobe odpravi problem<br />
usmerjenosti <strong>in</strong> ločljivosti.<br />
133<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 11<br />
3.2.2 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> rastrskih podatkov / 3<br />
• Merilo<br />
• Razdaljo izraču<strong>na</strong>mo z množenje števila mrežnih celic z<br />
ločljivostjo celice v smeri l<strong>in</strong>ijskega objekta.<br />
• Problem izbire sosednjih celic: (a) premik trdnjave (ang. rook‘s<br />
move), (b) tekačev premik (ang. bishop‘s move), (c) kraljič<strong>in</strong><br />
premik (ang. queen‘s move):<br />
• model Moorove sosešč<strong>in</strong>e (3x3 sosedi) <strong>za</strong>gotavlja izračun dolž<strong>in</strong> v 4- ali 8-ih<br />
smereh ( če je E dolži<strong>na</strong> robu celice, potem je E 2 diago<strong>na</strong>l<strong>na</strong> dolži<strong>na</strong>).<br />
• problem izraču<strong>na</strong> razdalj v globalnih smereh oz<strong>na</strong>čenih s sivimi celicami <strong>na</strong> skrajni<br />
desni sliki (vse sive celice so 2,24 enot od sred<strong>in</strong>ske celice, toda razdalja je lahko<br />
3 enote pri premiku trdnjave <strong>in</strong> 2,41 enot pri kraljič<strong>in</strong>em premiku).<br />
• model Moorovih 3x3 sosedov uporabljamo v številnih prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h (izračun<br />
stroškovnih razdalj, določitev poti, izračun gradienta <strong>in</strong> usmerjenosti tere<strong>na</strong> ter<br />
druge a<strong>na</strong>lize morfologije ploskve, itd.).<br />
134<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 12<br />
3.2.2 Dolži<strong>na</strong> <strong>in</strong> površi<strong>na</strong> rastrskih podatkov / 4<br />
• Ločljivost<br />
• Velikost <strong>in</strong> oblika mrežne celice pomembno vpliva <strong>na</strong> izračun<br />
razdalj <strong>in</strong> površ<strong>in</strong>.<br />
• Slabša ločljivost preveč povpreči atributne lastnosti objektov,<br />
toda pomembno vpliva k zmanjšanju količ<strong>in</strong>e podatkov ter <strong>za</strong>htev<br />
po raču<strong>na</strong>lniških virih.<br />
• Odločitev glede razmerja ločljivost : količi<strong>na</strong>_podatkov<br />
135<br />
45
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 13<br />
3.2.3 Površi<strong>na</strong> ploskve - TIN<br />
• Ploskev je lahko predstavlje<strong>na</strong> v TIN podatkovnem modelu.<br />
• Površ<strong>in</strong>o izraču<strong>na</strong>mo z enostavnim seštevanjem površ<strong>in</strong><br />
(sestavnih) trikotnikov.<br />
• Površi<strong>na</strong> ploskve v 3D prostoru je večja ali e<strong>na</strong>ka površ<strong>in</strong>i ploskve v<br />
ravn<strong>in</strong>i (planimetrični površ<strong>in</strong>i).<br />
• Razmerje med površ<strong>in</strong>o v ravn<strong>in</strong>i <strong>in</strong> površ<strong>in</strong>o ploskve v 3D prostoru<br />
imenujemo <strong>in</strong>deks poševnosti ploskve.<br />
• Naj bodo Tj<br />
{ xij,<br />
yij,<br />
zij}<br />
i 1,2,3<br />
koordi<strong>na</strong>te oglišč j-tega TIN<br />
elementa.<br />
• Planimetrič<strong>na</strong> površi<strong>na</strong> ploskve (z = konstanta)<br />
• Površi<strong>na</strong> ploskve (z = spremenljivka)<br />
136<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 14<br />
3.2.3 Površi<strong>na</strong> ploskve – TIN / 2<br />
• Planimetrič<strong>na</strong> površi<strong>na</strong>, A<br />
1 <br />
x2<br />
j<br />
y1<br />
j<br />
x3<br />
j<br />
y2<br />
j<br />
x1<br />
j<br />
y<br />
A <br />
j<br />
2<br />
<br />
x1<br />
j<br />
y2<br />
jx2<br />
j<br />
y3<br />
j<br />
x3<br />
j<br />
y1<br />
j<br />
oziroma<br />
3<br />
<br />
<br />
<br />
j<br />
(6)<br />
1<br />
Aj<br />
<br />
2<br />
3<br />
<br />
i1<br />
( x<br />
i1 yi<br />
xi<br />
yi<br />
1)<br />
A'<br />
A'=A/cos()<br />
Opomba: Zapis e<strong>na</strong>čbe (6) je<br />
ekvivalenten izračunu površ<strong>in</strong>e poligo<strong>na</strong><br />
z (n-1)=3 lomnimi točkami<br />
(glej e<strong>na</strong>čbo (1)).<br />
<br />
A<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
137<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 15<br />
3.2.3 Površi<strong>na</strong> ploskve – TIN / 3<br />
• Površi<strong>na</strong> ploskve, A‘<br />
1<br />
A'<br />
<br />
2<br />
x<br />
x<br />
x<br />
1<br />
2<br />
3<br />
y<br />
y<br />
y<br />
1<br />
2<br />
3<br />
1<br />
2<br />
y<br />
1<br />
1 y2<br />
1 y<br />
3<br />
z<br />
z<br />
z<br />
1<br />
2<br />
3<br />
1<br />
1<br />
1<br />
2<br />
z<br />
z<br />
1<br />
z<br />
2<br />
3<br />
x<br />
x<br />
x<br />
1<br />
2<br />
3<br />
1<br />
1<br />
1<br />
2<br />
(7)<br />
Opomba: V primeru, da je z=0 <strong>za</strong> vse točke,<br />
se e<strong>na</strong>čba (7) poenostavi v e<strong>na</strong>čbo (6).<br />
A'<br />
A'=A/cos()<br />
Primer: Če so koordi<strong>na</strong>te oglišč (0,0,0),<br />
(1,0,0) <strong>in</strong> (1,1,1) potem je površi<strong>na</strong> A‘<br />
<strong>za</strong> ca. 40 % večja od površ<strong>in</strong>e A.<br />
<br />
A<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
138<br />
46
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 16<br />
3.2.4 Površi<strong>na</strong> ploskve – raster<br />
• Iz rastra izraču<strong>na</strong>mo površ<strong>in</strong>o ploskve kot povprečje osmih<br />
trikotniških komponent:<br />
1. osem trikotnikov, ki povezujejo središčne točke mrežnih celic;<br />
2. izračun površ<strong>in</strong>e posameznega trikotnika po (7);<br />
3. seštetje površ<strong>in</strong> osmih trikotnikov ter povprečenje vsote.<br />
• ... lahko pa tudi kot uteženo povprečje (glede <strong>na</strong> površ<strong>in</strong>o<br />
mrežne celice pod trikotnikom).<br />
DMR dimenzije 3x3<br />
Ravn<strong>in</strong>ski pogled trikotniških komponent<br />
139<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 17<br />
3.2.4 Površi<strong>na</strong> ploskve – raster / 2<br />
Površ<strong>in</strong>ski model DMR-ja<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
Primer izraču<strong>na</strong> površ<strong>in</strong>e projecirane ploskve:<br />
Površ<strong>in</strong>o ploskve običajno izraču<strong>na</strong>mo glede <strong>na</strong> referenčno ravn<strong>in</strong>o (z=z m<strong>in</strong> ali z=0).<br />
V zgornjem primeru je teren razgiban od 10m-70m <strong>na</strong>dmorske viš<strong>in</strong>e. V primeru<br />
uporabe referenčne ravn<strong>in</strong>e z=30m, je površi<strong>na</strong> <strong>na</strong>d referenčno ravn<strong>in</strong>o ca. 1,3km 2 ,<br />
pod njo pa ca. 1,2km 2 . Skup<strong>na</strong> površi<strong>na</strong> projecirane ploskve je torej ca. 3,4km 2 ,<br />
planimetrič<strong>na</strong> površi<strong>na</strong> območja velikosti 5000m x 5000m pa z<strong>na</strong>ša 2,5km 2.<br />
140<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 18<br />
3.2.4 Površi<strong>na</strong> ploskve – raster / 3<br />
3.2.4.1 Zemeljska<br />
(neprojecira<strong>na</strong>) površi<strong>na</strong><br />
• V primeru izraču<strong>na</strong> površ<strong>in</strong>e ploskve večjih objektov<br />
(neprojeciranih vektorskih podatkov) se poslužimo metod<br />
sferne trigonometrije (upoštevanje ukrivljenosti zemeljskega<br />
površja).<br />
• Primer: površi<strong>na</strong> sferičnega pravokotnika je večja od površ<strong>in</strong>e pravokotnika<br />
omejenega z nespremenljivo geografsko šir<strong>in</strong>o <strong>in</strong> dolž<strong>in</strong>o (izračun v MATLab-u<br />
Mapp<strong>in</strong>g Toolbox, funkcija AREAQUAD).<br />
• Površ<strong>in</strong>o zemeljskega četverokotnika izraču<strong>na</strong>mo<br />
<br />
2<br />
A A1<br />
A2<br />
1<br />
2<br />
R<br />
180<br />
kjer je R polmer zemlje (ca. 6378,137km), A 1 <strong>in</strong> A 2 sta<br />
površ<strong>in</strong>i severno od izbranih geografskih šir<strong>in</strong> 1<br />
<strong>in</strong> 2<br />
2<br />
2<br />
( A1 2<br />
(1 s<strong>in</strong>1<br />
) R <strong>in</strong> A2<br />
2<br />
(1 s<strong>in</strong>2<br />
) R ), 1<br />
<strong>in</strong> 2 pa sta<br />
geografski dolž<strong>in</strong>i, ki omejujeta četverokotnik.<br />
(8)<br />
141<br />
47
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 19<br />
3.2.4 Površi<strong>na</strong> ploskve – raster / 4<br />
3.2.4.1 Zemeljska (neprojecira<strong>na</strong>) površi<strong>na</strong> / 2<br />
• Površ<strong>in</strong>o poljubnega sferičnega poligo<strong>na</strong> pa takole<br />
<br />
<br />
A i<br />
( n 2) R<br />
i<br />
<br />
kjer je R spet polmer zemlje (ca. 6378,137km), so notranji<br />
koti poligo<strong>na</strong> v radianih (vrh kota je v vsaki lomni točki<br />
poligo<strong>na</strong>).<br />
2<br />
i<br />
(9)<br />
142<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 20<br />
3.2.5 Glajenje l<strong>in</strong>ij<br />
• Polil<strong>in</strong>ije <strong>in</strong> poligoni, ki so def<strong>in</strong>irani z ogromnim številom<br />
lomnih točk, so podatkovno <strong>in</strong> grafično zelo kompleksni.<br />
• Neprimerni <strong>za</strong> prikazovanje <strong>in</strong> tiskanje - tudi v različnih merilih.<br />
• Zato se pogosto poslužujemo tehnik glajenja l<strong>in</strong>ij:<br />
A. A. Izpuščanje Po<strong>in</strong>t weed<strong>in</strong>g lomnih točk<br />
3 4<br />
2<br />
10<br />
5<br />
C. C. Spl<strong>in</strong>e Glajenje smooth<strong>in</strong>g z <strong>za</strong>gozditvijo<br />
1<br />
6<br />
9<br />
B. B. Enostavno Simple smooth<strong>in</strong>g glajenje<br />
7<br />
8<br />
143<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 21<br />
3.2.5 Glajenje l<strong>in</strong>ij / 2<br />
3.2.5.1 Izpuščanje lomnih točk<br />
• Izpuščanje lomnih točk (ang. po<strong>in</strong>t weed<strong>in</strong>g) je operacija<br />
glajenja l<strong>in</strong>ije (čr<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ija <strong>na</strong> primeru spodaj), kjer postopno<br />
izpuščamo lomne točke (1-10 <strong>na</strong> primeru spodaj), glede <strong>na</strong><br />
izbrano tolere<strong>na</strong>co generali<strong>za</strong>cije (modra l<strong>in</strong>ija <strong>na</strong> primeru<br />
spodaj), do končnega rezultata (zele<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ija <strong>na</strong> primeru<br />
spodaj).<br />
A. Izpuščanje A. Po<strong>in</strong>t weed<strong>in</strong>g lomnih točk<br />
3 4<br />
2<br />
10<br />
5<br />
C. Spl<strong>in</strong>e smooth<strong>in</strong>g<br />
1<br />
6<br />
9<br />
B. Simple smooth<strong>in</strong>g<br />
7<br />
8<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
144<br />
48
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 22<br />
3.2.5 Glajenje l<strong>in</strong>ij / 3<br />
3.2.5.2 Enostavno glajenje<br />
• Enostavno glajenje l<strong>in</strong>ije A. Po<strong>in</strong>t (ang. weed<strong>in</strong>gsimple smooth<strong>in</strong>g) je množica<br />
3 4<br />
operacij, s pomočjo katerih speljemo krivuljo <strong>in</strong>/ali (poli)l<strong>in</strong>ijo 10<br />
2<br />
skozi ali blizu obstoječih lomnih točk. Končen rezultat (zele<strong>na</strong><br />
5<br />
l<strong>in</strong>ija <strong>na</strong> primeru spodaj) je mogoče doseči <strong>na</strong> več <strong>na</strong>č<strong>in</strong>ov.<br />
C. Spl<strong>in</strong>e smooth<strong>in</strong>g<br />
1<br />
B. B. Enostavno Simple smooth<strong>in</strong>g<br />
glajenje<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
145<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 23<br />
3.2.5 Glajenje l<strong>in</strong>ij / 4<br />
A. Po<strong>in</strong>t weed<strong>in</strong>g<br />
2<br />
3.2.5.3 Glajenje z <strong>za</strong>gozditvijo<br />
• Glajenje l<strong>in</strong>ije z <strong>za</strong>gozditvijo (ang. spl<strong>in</strong>e smooth<strong>in</strong>g) je<br />
operacija, pri kateri izvorno polil<strong>in</strong>ijo <strong>na</strong>domestimo z regresijsko<br />
krivuljo, ki poteka skozi ali blizu obstoječih lomnih točk (zele<strong>na</strong><br />
3 4<br />
l<strong>in</strong>ija <strong>na</strong> primeru spodaj). 10<br />
5<br />
C. Glajenje C. Spl<strong>in</strong>e z <strong>za</strong>gozditvijo smooth<strong>in</strong>g<br />
1<br />
6<br />
9<br />
B. Simple smooth<strong>in</strong>g<br />
7<br />
8<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
146<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 24<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča<br />
• Središča <strong>in</strong> centroid imajo v strokovni literaturi različen<br />
pomen.<br />
• Na<strong>na</strong>šajo se <strong>na</strong> poligone, l<strong>in</strong>ije kot tudi skup<strong>in</strong>e točk.<br />
• Centroid je gravitacijsko središče objekta ali skup<strong>in</strong>e<br />
objektov („nomi<strong>na</strong>lno središče“).<br />
• Poleg centroida poz<strong>na</strong>mo še druge središčne mere v<br />
GIS podatkovnih modelih:<br />
• povprečno (uteženo) središče,<br />
• središče očrtanega pravokotnika,<br />
• središče včrtanega kroga,<br />
• središče očrtanega kroga,<br />
• median<strong>in</strong>o središče,<br />
• itd.<br />
147<br />
49
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 25<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 2<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong><br />
• Vloga središč poligo<strong>na</strong> je različ<strong>na</strong>:<br />
• točke, s katerimi upravljamo poligon (izbiramo, premikamo <strong>in</strong><br />
sučemo),<br />
• oz<strong>na</strong>čujejo položaj oz<strong>na</strong>k poligo<strong>na</strong>,<br />
• v a<strong>na</strong>litičnih postopkih predstavljajo poligon (npr. pripis vrednosti<br />
atributa središču),<br />
• itd.<br />
centroid<br />
središče<br />
obč<strong>in</strong>e<br />
148<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 26<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 3<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong> / 2<br />
• Povprečno središče (M1) oziroma<br />
povprečno uteženo središče (M1 * ) izraču<strong>na</strong>mo:<br />
xi yi<br />
<br />
M1 <br />
, x,<br />
y<br />
n n<br />
<br />
<br />
i i <br />
wi<br />
xi<br />
wi<br />
yi<br />
<br />
i<br />
i<br />
M 1 * , <br />
wi<br />
wi<br />
<br />
i<br />
i <br />
kjer so (x i ,y i ) koordi<strong>na</strong>tni pari lomnih točk poligo<strong>na</strong>, w i pa uteži.<br />
• Standard<strong>na</strong> razdalja (SDis) oziroma<br />
standard<strong>na</strong> uteže<strong>na</strong> razdalja (SDis * ) pa je:<br />
SD <br />
is<br />
<br />
i<br />
2<br />
( xi<br />
x)<br />
<br />
n<br />
<br />
i<br />
( yi<br />
y)<br />
n<br />
SD<br />
*<br />
is<br />
2<br />
<br />
149<br />
wi<br />
( xi<br />
i<br />
<br />
i<br />
2<br />
x)<br />
<br />
w<br />
i<br />
wi<br />
( yi<br />
i<br />
<br />
i<br />
y)<br />
w<br />
i<br />
2<br />
(10)<br />
(11)<br />
(12)<br />
(13)<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 27<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 4<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong> / 3<br />
• Centroid poligo<strong>na</strong> (M2) je gravitacijsko središče poligo<strong>na</strong>.<br />
• Izraču<strong>na</strong>mo ga s pomočjo površ<strong>in</strong>e poligo<strong>na</strong> A, po modelu (1),<br />
ob pogoju y 0 :<br />
n1<br />
1<br />
M 2x<br />
(<br />
xi<br />
1yi<br />
xi<br />
yi<br />
1)(<br />
xi<br />
xi<br />
1)<br />
6A<br />
i1<br />
n1<br />
1<br />
M 2<br />
y<br />
(<br />
xi<br />
1yi<br />
xi<br />
yi<br />
1)(<br />
yi<br />
yi<br />
1)<br />
6A<br />
i1<br />
(14)<br />
n 1<br />
1 A ( xi<br />
1yi<br />
xi<br />
yi<br />
1)<br />
2 i1<br />
150<br />
50
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 28<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 5<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong> / 4<br />
• V primeru, da je poligon trikotnik, kar je pogosto v prostorskih<br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h, leži gravitacijsko središče v povprečju koordi<strong>na</strong>tnih<br />
parov oglišč (lomnih točk poligo<strong>na</strong>), oziroma v preseku simetral.<br />
151<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 29<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 6<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong> / 5<br />
• Središče očrtanega pravokotnika (M3)<br />
max( x)<br />
m<strong>in</strong>( x)<br />
3 <br />
2<br />
M x<br />
max( y)<br />
m<strong>in</strong>( y)<br />
3 <br />
2<br />
M y<br />
(15)<br />
152<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 30<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 7<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong> / 6<br />
Primer:<br />
• Uporabimo poligon def<strong>in</strong>iran z<br />
lomnimi točkami A-F.<br />
• Po formulah (10), (14) <strong>in</strong> (15)<br />
izraču<strong>na</strong>mo M1, M2 <strong>in</strong> M3.<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
x yi<br />
<br />
M1 <br />
, x<br />
i n i n <br />
M<br />
M<br />
i ,<br />
y<br />
n1<br />
2x (<br />
xi<br />
1yi<br />
xi<br />
yi<br />
1)(<br />
xi<br />
xi<br />
1) / 6A<br />
i1<br />
n1<br />
2 y (<br />
xi<br />
1yi<br />
xi<br />
yi<br />
1)(<br />
yi<br />
yi<br />
1) / 6A<br />
i1<br />
max( x)<br />
m<strong>in</strong>( x)<br />
M 3 x <br />
2<br />
max( y)<br />
m<strong>in</strong>( y)<br />
M 3 y <br />
2<br />
Povprečno središče: M1=(7,33;6,50)<br />
Centroid: M2=(6,33;6,72)<br />
Središče očrtanega pravokotnika: M3=(7,00;6,50)<br />
153<br />
51
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 31<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 8<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong> / 7<br />
Popisni okoliši <strong>in</strong> centroidi<br />
Komb<strong>in</strong>iran centroid dveh izbranih poligonov.<br />
Ta centroid leži v jezeru, kateremu ne pripada<br />
noben popisni okoliš. Zato ga je potrebno brisati.<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
Ta dva centroida pripadata oz<strong>na</strong>čenima poligonoma;<br />
v obeh primerih ležita izven izvornega poligo<strong>na</strong>.<br />
154<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 32<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 9<br />
3.2.6.1 Centroid <strong>in</strong> središča poligo<strong>na</strong> / 8<br />
• Središče očrtanega kroga (M4)<br />
• Središče včrtanega kroga (M5)<br />
155<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
3.2.6.2<br />
Centroid <strong>in</strong> središča skup<strong>in</strong>e točk<br />
• V primeru skup<strong>in</strong>e točk, katerih koordi<strong>na</strong>tne pare <strong>za</strong>pišema (x i ,y i ),<br />
izraču<strong>na</strong>mo povprečno uteženo središče (M1) podobno kot pri<br />
poligonu - glej (10) <strong>in</strong> (11):<br />
<br />
<br />
<br />
wi<br />
xi<br />
wi<br />
yi<br />
<br />
i<br />
i<br />
M 1(<br />
x0,<br />
y0)<br />
, <br />
<br />
<br />
kjer so w i<br />
wi<br />
wi<br />
uteži; <strong>na</strong> primer:<br />
i<br />
i <br />
• število krimi<strong>na</strong>lnih dejanj <strong>na</strong> lokaciji,<br />
• število postelj v bolnišnici,<br />
• itd.<br />
• Standardno (uteženo) razdaljo izraču<strong>na</strong>mo po (12) oziroma (13).<br />
• V primeru, da so vse uteži 1 (w i =1), je povprečno (uteženo) središče<br />
e<strong>na</strong>ko centroidu skup<strong>in</strong>e točk (M1=M2).<br />
• V primeru M1=M2 (povprečno središče <strong>in</strong> gravitacijsko središče ležita v isti<br />
točki) je to središče, ki m<strong>in</strong>imizira vsoto (uteženih) kvadratov razdalj do vseh<br />
obrav<strong>na</strong>vanih točk v skup<strong>in</strong>i.<br />
• To pa nikakor ni središče, ki bi m<strong>in</strong>imiziralo vsoto (uteženih) razdalj do vseh<br />
obrav<strong>na</strong>vanih točk v skup<strong>in</strong>i (glej median<strong>in</strong>o središče v <strong>na</strong>daljevanju)!<br />
156<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 33<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 10<br />
52
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 34<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 11<br />
3.2.6.2 Centroid <strong>in</strong> središča skup<strong>in</strong>e točk / 2<br />
• Median<strong>in</strong>o središče (M6) je središče, ki m<strong>in</strong>imizira vsoto<br />
(uteženih) razdalj do vseh obrav<strong>na</strong>vanih točk v skup<strong>in</strong>i.<br />
• Razumemo ga tudi kot središče m<strong>in</strong>imalnega skupnega<br />
potovanja (ang. M<strong>in</strong>imum Aggregate Travel - MAT)<br />
M6<br />
MAT<br />
• Iterativ<strong>na</strong> formula <strong>za</strong> izračun M6 (MAT):<br />
n<br />
n<br />
M 6x<br />
k<br />
<br />
1<br />
wi<br />
xi<br />
/ di, k wi<br />
/ di,<br />
k<br />
i1<br />
i1<br />
n<br />
n<br />
(16)<br />
6y<br />
<br />
1<br />
wi<br />
yi<br />
/ di, k wi<br />
/ di,<br />
k<br />
M<br />
k<br />
i1<br />
i1<br />
kjer je d i,k razdalja med i-to točko <strong>in</strong> k-to ocenjeno optimalno<br />
lokacijo (pomemb<strong>na</strong> izbira razdalje, da se izognemo /0!).<br />
Običajno <strong>za</strong>čnemo z izračunom M1(x 0 ,y 0 ) <strong>in</strong> <strong>na</strong>daljujemo z<br />
k=0,1... 157<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 35<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 12<br />
3.2.6.2 Centroid <strong>in</strong> središča skup<strong>in</strong>e točk / 3<br />
Primer:<br />
• Uporabimo isto skup<strong>in</strong>o točk (A-F), ki<br />
def<strong>in</strong>irajo poligon v poglavju 3.2.5.1.<br />
• Po formulah (11), (15) <strong>in</strong> (16)<br />
izraču<strong>na</strong>mo M1=M2, M3 <strong>in</strong> M6.<br />
• V primeru, da uteži w i niso e<strong>na</strong>ke (utež<br />
v točki B je 3, drugje 1), se položaj M1<br />
<strong>in</strong> M6 spremeni, M3 pa ostane<br />
nespremenjen.<br />
• Sprememba točke B v B‘ ne vpliva <strong>na</strong><br />
M6.<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
<br />
<br />
wi<br />
xi<br />
wi<br />
y<br />
max( x)<br />
m<strong>in</strong>( x)<br />
i M 3<br />
i<br />
i<br />
M 1 * x <br />
, <br />
wi<br />
w<br />
2 i <br />
max( y)<br />
m<strong>in</strong>( y)<br />
Povprečno središče/Centroid: M1=M2=(7,33;6,50)<br />
i<br />
i M 3 y <br />
2<br />
Središče m<strong>in</strong>. skupnega potovanja: M6=(8,58;5,61)<br />
n<br />
n<br />
M 6 <br />
Središče očrtanega pravokotnika: M3=(7,00;6,50)<br />
x k 1<br />
wi<br />
xi<br />
/ di, k wi<br />
/ di,<br />
k<br />
i1<br />
i1<br />
n<br />
n<br />
6y<br />
1<br />
wi<br />
yi<br />
/ di, k wi<br />
/ di,<br />
k<br />
M<br />
k<br />
i1<br />
i1<br />
158<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 36<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 13<br />
3.2.6.2 Centroid <strong>in</strong> središča skup<strong>in</strong>e točk / 4<br />
• Vse uteži, ki so 0 oziroma manjkajo v GIS bazi podatkov, bodo<br />
vplivale <strong>na</strong> od<strong>stran</strong>itev točke iz a<strong>na</strong>lize.<br />
• To povzroči t.i. <strong>in</strong>herentne <strong>na</strong>pake <strong>za</strong>radi nepravih/nepopolnih<br />
podatkov.<br />
• Kolokacijo objektov lahko obrav<strong>na</strong>vamo kot uteževanje objekta s<br />
frekvenco (uteži so cele vrednosti).<br />
• Zajem podatkov o več objektih <strong>na</strong> isti (običajno nomi<strong>na</strong>lno podani)<br />
lokaciji je pogost primer v GIS aplikacijah (npr. registracija neke<br />
lastnosti <strong>na</strong> <strong>na</strong>slovu).<br />
• Pri obrav<strong>na</strong>vi razdalj v izračunih središč <strong>na</strong>jpogosteje uporabimo<br />
evklidsko razdaljo (d E ). Uporabimo pa lahko še druge razdalje,<br />
npr. Manhatten razdaljo d x x ) ( y ).<br />
M<br />
(<br />
i1<br />
1 i1<br />
y1<br />
159<br />
53
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 37<br />
3.2.6 Centroid <strong>in</strong> središča / 14<br />
3.2.6.3 Centroid <strong>in</strong> središča l<strong>in</strong>ij<br />
• Središče l<strong>in</strong>ije (segmenta, polil<strong>in</strong>ije ali krivulje) leži <strong>na</strong><br />
sred<strong>in</strong>i pove<strong>za</strong>ve med <strong>za</strong>četno <strong>in</strong> končno točko l<strong>in</strong>ije.<br />
• V tej točki je povprečno središče e<strong>na</strong>ko gravitacijskemu središču<br />
(M1=M2).<br />
• Za izračun središča <strong>za</strong> skup<strong>in</strong>o l<strong>in</strong>ij ni enolične rešitve.<br />
• Skupno točko skup<strong>in</strong>e l<strong>in</strong>ij lahko izberemo iz središč (povprečnega,<br />
median<strong>in</strong>ega, centroida, očrtanega pravokotnika ...).<br />
160<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 38<br />
3.2.7 Točka (objekt) v poligonu<br />
• Operacija opredelitve točke v poligonu (ang. po<strong>in</strong>t <strong>in</strong><br />
polygon – PIP) je e<strong>na</strong> temeljnih prostorskih operacij v<br />
GIS.<br />
• Sorodne operacije, ki jih izvajamo redkeje, so operacije opredelitve<br />
l<strong>in</strong>ij ali poligonov v poligonih.<br />
• Uporabniki <strong>na</strong>jprej opredelimo položaj točke glede <strong>na</strong><br />
<strong>na</strong>jmanjši očrtan pravokotnik.<br />
• Metodi opredelitve točke v poligonu:<br />
• algoritem pol-l<strong>in</strong>ije (ang. semi-l<strong>in</strong>e algorithm),<br />
• algoritem števila <strong>na</strong>vijanja (ang. w<strong>in</strong>d<strong>in</strong>g number algorithm).<br />
161<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 39<br />
3.2.7 Točka (objekt) v poligonu / 2<br />
• Algoritem pol-l<strong>in</strong>ije (ang. semi-l<strong>in</strong>e algorithm) je klasičen<br />
algoritem <strong>za</strong> določitev položaja točke glede <strong>na</strong> poligon;<br />
postopek:<br />
1. iz točke izrišemo l<strong>in</strong>ijo <strong>na</strong>vpično (ali vodoravno v eno smer; npr. v desno),<br />
2. štejemo kolikokrat l<strong>in</strong>ija preseka mejo poligo<strong>na</strong>,<br />
3. če je število presekov l<strong>in</strong>ije z mejo poligo<strong>na</strong> liho število,<br />
potem točka leži v poligonu.<br />
• Algoritem je uporaben tudi <strong>za</strong> konkavne poligone<br />
kot tudi <strong>za</strong> poligone z luknjo(ami).<br />
• Posebni primeri <strong>in</strong> rešitev:<br />
a) točka leži <strong>na</strong> meji poligo<strong>na</strong><br />
b) točka leži v lomni točki poligo<strong>na</strong><br />
• ad a) točko pripišemo poligonu, ki ga<br />
izberemo prvega <strong>na</strong>ključnega; ali pa<br />
dodelimo točki utež 0,5 <strong>za</strong> vsak poligon;<br />
• ad b) točki dodelimo utež 1/n, kjer je n število poligonov, ki se stikajo v<br />
lomni točki.<br />
162<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
54
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 40<br />
3.2.7 Točka (objekt) v poligonu / 3<br />
• Algoritem števila <strong>na</strong>vijanja (ang. w<strong>in</strong>d<strong>in</strong>g number method)<br />
je procesno bolj <strong>za</strong>htev<strong>na</strong> metoda od metode pol-l<strong>in</strong>ije<br />
(temelji <strong>na</strong> trigonometričnih operacijah); postopek:<br />
1. točko povežemo z vsako lomno točko poligo<strong>na</strong> v obratni smeri urnega<br />
ka<strong>za</strong>lca,<br />
2. če je vsota kotov med točko <strong>in</strong> lomnimi točkami poligo<strong>na</strong> e<strong>na</strong>ka 0, potem<br />
točka ne leži v poligonu (sicer leži v poligonu ali <strong>na</strong> meji poligo<strong>na</strong>).<br />
Matematično:<br />
• Predpostavimo n lomnih točk poligo<strong>na</strong> vi<br />
v1 , v2,<br />
v3,...<br />
vn<br />
v0<br />
ter enotske vektorje iz točke p do vsake lomne točke.<br />
• Kot v točki p med vektorjema v i <strong>in</strong> v i+1 oz<strong>na</strong>čimo z i .<br />
• Število <strong>na</strong>vijanja (ang. w<strong>in</strong>d<strong>in</strong>g number – wn) izraču<strong>na</strong>mo:<br />
n<br />
n<br />
oziroma 1<br />
<br />
1<br />
pv <br />
<br />
i<br />
pv<br />
i1<br />
1<br />
wn i<br />
wn cos<br />
(17)<br />
i0<br />
i0 pv<br />
i<br />
pv<br />
i1<br />
<br />
• Če je wn 0, potem točka leži izven poligo<strong>na</strong>.<br />
163<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 41<br />
3.2.8 Razstavljanje poligo<strong>na</strong><br />
• Poligone razstavljamo v manjše dele <strong>na</strong> več <strong>na</strong>č<strong>in</strong>ov ter <strong>za</strong><br />
razične <strong>na</strong>mene.<br />
• Poligone lahko preprosto režemo (z l<strong>in</strong>ijami ali drugimi<br />
poligoni) – (običajno) operacija CLIP v orodjih GIS.<br />
• Kompleksne poligone z <strong>za</strong>vitimi mejami lahko razstavimo v<br />
stikajoče se konveksne poligone.<br />
• Poligone razstavljamo tudi v trikotnike (triangulacija):<br />
• Po metodi diago<strong>na</strong>lne triangulacij razstavimo enostaven poligon z n lomnimi<br />
točkami v n-2 trikotnika.<br />
• Če dovolimo m notranjih vozlišč (Ste<strong>in</strong>erjeve točke), potem dobimo n+2m-2<br />
trikotnike.<br />
• Poligone razstavljamo tudi po pr<strong>in</strong>cipu skeleti<strong>za</strong>cije<br />
poligonov.<br />
164<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 42<br />
3.2.8 Razstavljanje poligo<strong>na</strong> / 2<br />
• Skeleti<strong>za</strong>cija poligo<strong>na</strong> po metodi transformacije srednjih osi<br />
(ang. medial axis transform):<br />
1. tvorimo pasove <strong>na</strong>raščajoče razdalje v konstantnem koraku od<br />
zu<strong>na</strong>njih meja poligo<strong>na</strong>,<br />
2. postopek tvorjenja pasov iz segmentov meje poligo<strong>na</strong> se <strong>za</strong>ključi v<br />
vmesni <strong>in</strong>/ali srednji točki,<br />
3. ko povežemo vse vmesne <strong>in</strong> srednjo točko<br />
z lomnimi točkami poligo<strong>na</strong>, dobimo<br />
skelet poligo<strong>na</strong> imenovan<br />
tudi srednje osi poligo<strong>na</strong>.<br />
• Srednjo točko poligo<strong>na</strong> uporabljamo <strong>za</strong><br />
oz<strong>na</strong>čevanje poligo<strong>na</strong>.<br />
• Posebej primerno <strong>za</strong> kompleksne konkavne poligone,<br />
ki lahko vsebujejo tudi luknje.<br />
165<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
Skelet poligo<strong>na</strong> je def<strong>in</strong>iran z eno<br />
vmesno <strong>in</strong> srednjo točko poligo<strong>na</strong><br />
55
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 43<br />
3.2.9 Oblika<br />
• Oblika poligo<strong>na</strong> vpliva <strong>na</strong>:<br />
• položaj središča,<br />
• velikost <strong>in</strong> položaj včrtanega <strong>in</strong> očrtanega kroga ter očrtanega<br />
pravokotnika,<br />
• razstavljanje poligo<strong>na</strong> <strong>na</strong> manjše dele (poligone ali trikotnike).<br />
• Mere <strong>za</strong> obliko so izvedene <strong>za</strong> poligone <strong>in</strong> regije<br />
rastrskih celic, <strong>za</strong> skup<strong>in</strong>e točk ter celo <strong>za</strong> l<strong>in</strong>ijske<br />
objekte.<br />
• Mere kompleksnosti oblike, ki jih <strong>na</strong>jpogosteje <strong>za</strong>sledimo<br />
v GIS orodjih, so izvedene iz relativnega pome<strong>na</strong> obsega<br />
<strong>na</strong> enoto površ<strong>in</strong>e.<br />
• V splošnem: večja kot je vrednost mere oblike, bolj je oblika<br />
kompleks<strong>na</strong>.<br />
166<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 44<br />
3.2.9 Oblika / 2<br />
• Primeri brezdimenzijskih (globalnih) mer <strong>za</strong> obliko so:<br />
• razmerje obseg/površi<strong>na</strong>,<br />
• razmerje obseg 2 /površi<strong>na</strong>,<br />
• <strong>in</strong>deks oblike ali razmerje kompaktnosti,<br />
• pove<strong>za</strong><strong>na</strong> očrta<strong>na</strong> podoba,<br />
• mere <strong>za</strong> točkovne <strong>in</strong> l<strong>in</strong>ijske/mrežne podatkovne nize.<br />
167<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 45<br />
3.2.9 Oblika / 3<br />
• Če oz<strong>na</strong>čimo z A i površ<strong>in</strong>o poligo<strong>na</strong> i, z L i obseg poligo<strong>na</strong> i,<br />
z B i pa površ<strong>in</strong>o kroga z obsegom L i , potem so <strong>na</strong>jpogosteje<br />
uporabljene mere <strong>za</strong> obliko:<br />
• Razmerje obseg/površi<strong>na</strong> (ang. Perimeter/Area Ratio –<br />
P1A)<br />
Li<br />
P1Ai<br />
<br />
Ai<br />
(18)<br />
Ni primer<strong>na</strong> mera <strong>za</strong> aplikacije, kjer se vrednosti sprem<strong>in</strong>jajo<br />
glede <strong>na</strong> velikost podobe (neupoštevajoč problem ločljivosti).<br />
Problem je rešljiv z <strong>in</strong>deksom:<br />
• Razmerje obseg 2 /površi<strong>na</strong> (ang. Perimeter 2 /Area Ratio –<br />
P2A)<br />
2<br />
Li<br />
P2Ai<br />
<br />
A<br />
(19)<br />
i<br />
168<br />
56
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 46<br />
3.2.9 Oblika / 4<br />
• Indeks oblike (ang. shape <strong>in</strong>dex) ali<br />
razmerje kompaktnosti (ang. compactness ratio – C)<br />
C <br />
i<br />
Ai<br />
B<br />
i<br />
(20)<br />
Ta <strong>in</strong>deks je brez dimenzij (velikost poligo<strong>na</strong> ne vpliva <strong>na</strong><br />
oblikovni <strong>in</strong>deks C). V primeru, da je a<strong>na</strong>lizira<strong>na</strong> regija krog,<br />
je C 1 , <strong>za</strong> vse ostale oblike pa je 0 C<br />
i<br />
i<br />
1 .<br />
• V nekaterih GIS orodjih je <strong>in</strong>deks oblike izveden kot 1 C i .<br />
• Primer uporabe <strong>in</strong>deksa oblike v GIS orodju:<br />
• Idrisi – ukaz CRATIO<br />
169<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 47<br />
3.2.9 Oblika / 5<br />
Indeks oblike (C) statističnih regij RS<br />
Ai<br />
Ci<br />
<br />
B<br />
i<br />
A je površi<strong>na</strong> poligo<strong>na</strong> obsega L<br />
B je površi<strong>na</strong> kroga obsega L<br />
Površi<strong>na</strong><br />
Šifra Regija Obseg (km)<br />
C Rank C<br />
(km^2)<br />
9999 krog 155,1760 1916,1933 1 1<br />
10 NOTRANJSKO-KRAŠKA 231,9365 1456,3364 0,583 2<br />
9 GORENJSKA 311,6794 2136,5959 0,526 3<br />
3 KOROŠKA 218,2455 1040,7993 0,524 4<br />
2 PODRAVSKA 335,7020 2169,6699 0,492 5<br />
5 ZASAVSKA 120,1975 263,7525 0,479 6<br />
11 GORIŠKA 376,4208 2324,7096 0,454 7<br />
8 OSREDNJESLOVENSKA 397,8463 2554,9610 0,450 8<br />
7 JUGOVZHODNA SLOVENIJA 421,4434 2675,0853 0,435 9<br />
1 POMURSKA 310,0863 1337,5296 0,418 10<br />
6 SPODNJEPOSAVSKA 266,9251 885,1419 0,395 11<br />
12 OBALNO-KRAŠKA 293,4654 1044,4456 0,390 12<br />
4 SAVINJSKA 456,1682 2383,9824 0,379 13<br />
170<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 48<br />
3.2.9 Oblika / 6<br />
• Pove<strong>za</strong><strong>na</strong> očrta<strong>na</strong> podoba (ang. related bound<strong>in</strong>g figure -<br />
RBF)<br />
Ai<br />
RBF<br />
(21)<br />
i<br />
1<br />
Fi<br />
kjer je F i površi<strong>na</strong> očrtane podobe.<br />
Primer konveksnega ovoja<br />
• Očrta<strong>na</strong> podoba je lahko:<br />
• krog,<br />
• pravokotnik ali<br />
• konveksen ovoj.<br />
Ai<br />
• V vsakem primeru je 0 1 .<br />
Fi<br />
• V primeru, da izraču<strong>na</strong>mo mero <strong>za</strong> obliko kot nov atribut<br />
v atributni vrednostni datoteki, lahko a<strong>na</strong>liziramo porazdelitev oblike s<br />
pomočjo običajnih univariatnih statistik (povprečje, media<strong>na</strong>, standardni<br />
odklon, variacijski razmik ...).<br />
171<br />
(Vir: Wikipedia 2010)<br />
57
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 49<br />
3.2.9 Oblika / 7<br />
• Mere <strong>za</strong> obliko pri skup<strong>in</strong>i točk:<br />
• mere sorodne RBF (pove<strong>za</strong>ni očrtani podobi), kjer generiramo<br />
okoli skup<strong>in</strong>e točk konveksen ovoj;<br />
• standard<strong>na</strong> elipsa odklonov (ang. standard deviatio<strong>na</strong>l elipse) –<br />
glej v <strong>na</strong>daljevanju.<br />
• Mere <strong>za</strong> obliko pri l<strong>in</strong>ijah oziroma skup<strong>in</strong>i l<strong>in</strong>ij:<br />
• razmerje dolž<strong>in</strong>e polil<strong>in</strong>ije proti evklidski razdalji med <strong>za</strong>četno <strong>in</strong><br />
končno točko polil<strong>in</strong>ije.<br />
• Te vrste mer <strong>za</strong> obliko l<strong>in</strong>ije so močno odvisne od:<br />
• merila,<br />
• predstavitve l<strong>in</strong>ijskega objekta,<br />
• generali<strong>za</strong>cije.<br />
172<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 50<br />
3.2.10<br />
Prekrivanje <strong>in</strong> operacije komb<strong>in</strong>iranja<br />
• Prekrivanje je operacija <strong>na</strong>mestitve skup<strong>in</strong>e objektov enega<br />
podatkovnega sloja (A) preko drugega podatkovnega sloja (B).<br />
Rezultat, nov podatkovni sloj (C) je kombi<strong>na</strong>cija podatkovnih<br />
slojev A <strong>in</strong> B.<br />
• Podatkovni sloj C je običajno nov podatkovni sloj, lahko pa je<br />
spremenjen podatkovni sloj B.<br />
• Podatkovni sloj A lahko vsebuje točke, l<strong>in</strong>ije <strong>in</strong>/ali poligone,<br />
medtem ko podatkovni sloj B običajno vsebuje poligone.<br />
• Upoštevamo <strong>na</strong>čelo prisilne sploščenosti.<br />
• V rastrskem pristopu sta oba podatkov<strong>na</strong> sloja A <strong>in</strong> B mrež<strong>na</strong><br />
podatkov<strong>na</strong> sloja, ki imata e<strong>na</strong>ko izhodišče <strong>in</strong> usmerjenost.<br />
173<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 51<br />
3.2.10 Prekrivanje <strong>in</strong> operacije komb<strong>in</strong>iranja / 2<br />
Vhodni podatkovni sloj A<br />
A presek B (operator=AND)<br />
A vsota B (operator=OR)<br />
Vhodni podatkovni sloj B<br />
A ne B (operator=NOT)<br />
A izključno ali B<br />
(operator=XOR)<br />
(Vir: http://grass.itc.it/screenshots/vector.php)<br />
174<br />
(A vsota B) m<strong>in</strong>us (A presek B)<br />
(A mora biti poligon)<br />
58
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 52<br />
3.2.10 Prekrivanje <strong>in</strong> operacije komb<strong>in</strong>iranja / 3<br />
• Različ<strong>na</strong> term<strong>in</strong>ologija v GIS orodjih; <strong>na</strong> primer:<br />
• ArcGIS – „prekrivanje” (ang. „overlay”),<br />
• Manifold – „topološko prekrivanje“ (ang. „topological overlay“),<br />
• <strong>za</strong> razliko od „prostorskega prekrivanja“ (ang. „spatila overlay“).<br />
• Pozor: Pravil<strong>na</strong> uporaba operatorjev oz. funkcij v<br />
različnih GIS orodjih!<br />
• Pogosti izrazi:<br />
• prostorsko spajanje (ang. spatial jo<strong>in</strong>)<br />
• drobci oz. rokovanje z drobci (ang. slivers/sliver handl<strong>in</strong>g)<br />
• obrezovanje (ang. clipp<strong>in</strong>g/cookie cutters)<br />
• ločevanje <strong>in</strong> združevanje (ang. dissolv<strong>in</strong>g and merg<strong>in</strong>g)<br />
• spajanje <strong>in</strong> združevanje (ang. concate<strong>na</strong>tion and conflation)<br />
• pretvorba (ang. transformation)<br />
175<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 53<br />
3.2.10 Prekrivanje <strong>in</strong> operacije komb<strong>in</strong>iranja / 4<br />
OGC OpenGIS Simple Features Specification:<br />
Spatial A<strong>na</strong>lysis<br />
Method<br />
Description<br />
Note: a and b are two geometries (one or more geometric objects or features — po<strong>in</strong>ts, l<strong>in</strong>e objects, polygons,<br />
surfaces <strong>in</strong>clud<strong>in</strong>g their boundaries); I(x) is the <strong>in</strong>terior of x; dim(x) is the dimension of x, or maximum dimension if x<br />
is the result of a relatio<strong>na</strong>l operation<br />
Spatial a<strong>na</strong>lysis<br />
Distance<br />
the shortest distance between any two po<strong>in</strong>ts <strong>in</strong> the two geometries as calculated <strong>in</strong> the spatial<br />
reference system of this geometry<br />
Buffer<br />
Convex Hull<br />
Intersection<br />
Union<br />
Difference<br />
Symmetric<br />
difference<br />
all po<strong>in</strong>ts whose distance from this geometry is less than or equal to a specified distance value<br />
the convex hull of this geometry<br />
the po<strong>in</strong>t set <strong>in</strong>tersection of the current geometry with another selected geometry<br />
the po<strong>in</strong>t set union of the current geometry with another selected geometry<br />
the po<strong>in</strong>t set difference of the current geometry with another selected geometry<br />
the po<strong>in</strong>t set symmetric difference of the current geometry with another selected geometry<br />
(logical XOR)<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
176<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 54<br />
3.2.10 Prekrivanje <strong>in</strong> operacije komb<strong>in</strong>iranja / 5<br />
OGC OpenGIS Simple Features Specification:<br />
Spatial Relations<br />
Method<br />
Description<br />
Note: a and b are two geometries (one or more geometric objects or features — po<strong>in</strong>ts, l<strong>in</strong>e objects, polygons,<br />
surfaces <strong>in</strong>clud<strong>in</strong>g their boundaries); I(x) is the <strong>in</strong>terior of x; dim(x) is the dimension of x, or maximum dimension if x<br />
is the result of a relatio<strong>na</strong>l operation<br />
Spatial relations<br />
Equals<br />
Disjo<strong>in</strong>t<br />
Intersects<br />
Touches<br />
spatially equal to: a=b<br />
spatial disjo<strong>in</strong>t: equivalent to ab=<br />
spatially <strong>in</strong>tersects: [ab] is equivalent to [not a disjo<strong>in</strong>t(b)]<br />
spatially touches: equivalent to [ab and I(a)I(b)= ]; does not apply if a and b are po<strong>in</strong>ts<br />
Crosses<br />
With<strong>in</strong><br />
Conta<strong>in</strong>s<br />
Overlaps<br />
Relate<br />
spatially crosses: equivalent to [dim(I(a)I(b))
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 55<br />
3.2.11 Območne <strong>in</strong>terpolacije<br />
• Pri prekrivanju poligonov se pogosto pojavi vprašanje, kako<br />
komb<strong>in</strong>irati atribute v novem podatkovnem sloju poligonov.<br />
• Z območnimi (arealnimi) metodami <strong>in</strong>terpolacije ocenjujemo<br />
nez<strong>na</strong>ne vrednosti med z<strong>na</strong>nimi območnimi pojavi.<br />
• Veči<strong>na</strong> metod predpostavlja e<strong>na</strong>komerno porazdelitev obrav<strong>na</strong>vanega<br />
pojava v poligonu (območju).<br />
• Najpogostejši metodi območne <strong>in</strong>terpolacije:<br />
• metoda centroidov območij<br />
• metoda prekrivanja območij<br />
178<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 56<br />
3.2.11 Območne <strong>in</strong>terpolacije / 2<br />
• Metoda centroidov območij:<br />
• Je e<strong>na</strong> izmed enostavnejših območnih metod <strong>in</strong>terpolacije.<br />
• Prednost te metode je predvsem v pretvorbi območnih vektorskih podatkov v<br />
rastrske podatke, kar omogoči neposredno primerjavo podatkov.<br />
• Algoritem dodeli obrav<strong>na</strong>vanim območjem centroide, <strong>na</strong>to pa<br />
vrednosti atributa rastrskim celicam po pr<strong>in</strong>cipu uteženih razdalj<br />
centroidov:<br />
N<br />
Pi<br />
wijPj<br />
(22)<br />
j1<br />
<br />
kjer je P i pričakova<strong>na</strong> vrednost atributa i-te rastrske celice, P j vrednost<br />
atributa centroida j, N skupno število centroidov v obrav<strong>na</strong>vanem območju<br />
(oknu). Uteži w ij izraču<strong>na</strong>mo:<br />
<br />
2<br />
d s <br />
ij<br />
w <br />
ij<br />
2<br />
d sij<br />
<br />
kjer je d povpreč<strong>na</strong> razdalja med centroidi v obrav<strong>na</strong>vanem območju (oknu),<br />
s ij je razdalja med celico i <strong>in</strong> centroidom j, α pa je potenca, ki jo določimo<br />
izkustveno.<br />
179<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 57<br />
3.2.11 Območne <strong>in</strong>terpolacije / 3<br />
Metoda centroidov območij – primer<br />
1. Podelitev uteži atributa centroidu območja.<br />
2. Določitev (krožnega) ok<strong>na</strong> okoli vsakega<br />
centroida glede <strong>na</strong> gostoto ostalih centroidov.<br />
3. Razporeditev vrednosti atributa območij v<br />
rastrske celice znotraj krožnega ok<strong>na</strong> po<br />
formuli (22).<br />
N<br />
2 d s ij<br />
Pi<br />
wijP<br />
<br />
j wij<br />
<br />
2<br />
j1<br />
d sij<br />
<br />
<br />
180<br />
60
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 58<br />
3.2.11 Območne <strong>in</strong>terpolacije / 4<br />
• Metoda prekrivanja območij:<br />
• Metoda predpostavlja e<strong>na</strong>komerno razporeditev vrednosti<br />
z<strong>na</strong>ka (atributa) znotraj izvornih območij (kar <strong>na</strong>jvečkrat ni<br />
realno).<br />
• Vrednost atributa v ciljnem območju je opredelje<strong>na</strong> s stopnjo<br />
prekrivanja izvornega(ih) <strong>in</strong> cilnjega(nih) območij:<br />
A<br />
Vj<br />
Vi<br />
<br />
A<br />
i_presek_j<br />
i<br />
kjer je V j vrednost atributa v ciljnem območju j, V i<br />
vrednost atributa v izvornem omočju i, A i_presek_j površi<strong>na</strong><br />
preseka izvornega <strong>in</strong> ciljnega območja, A i pa površi<strong>na</strong><br />
izvornega območja i.<br />
(23)<br />
181<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 59<br />
3.2.11 Območne <strong>in</strong>terpolacije / 5<br />
Metoda prekrivanja območij – primer 1<br />
• Interpoliramo vrednosti<br />
atributa iz izvornih območij<br />
A, B <strong>in</strong> C v cilj<strong>na</strong> območja<br />
D, E <strong>in</strong> F.<br />
• Vrednosti atributa v ciljnih<br />
območjih izraču<strong>na</strong>mo po<br />
(23):<br />
Ai_presek_j<br />
Vj<br />
Vi<br />
<br />
Ai<br />
izvor<strong>na</strong> območja<br />
Atribut Površi<strong>na</strong><br />
A 10 6<br />
B 20 4<br />
C 40 6<br />
cilj<strong>na</strong> območja<br />
površi<strong>na</strong> preseka<br />
A B C<br />
D 4 0 2<br />
E 2 4 0<br />
F 0 0 4<br />
Primer izraču<strong>na</strong> vrednosti atributa <strong>za</strong> območje D:<br />
4 2 <br />
V ( D)<br />
10<br />
40<br />
20,0<br />
6 6 <br />
182<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 60<br />
3.2.11 Območne <strong>in</strong>terpolacije / 6<br />
Metoda prekrivanja območij – primer 2<br />
• Po obrezovanju izvornih območij <strong>in</strong>terpolirati vrednosti izvornih v cilj<strong>na</strong><br />
območja – primer populacije v popisnih okoliših.<br />
• V zgornjem območju se vrednost populacije iz 173 zmanjša <strong>na</strong> 32<br />
(proporcio<strong>na</strong>lno glede <strong>na</strong> površ<strong>in</strong>o).<br />
183<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
61
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 61<br />
3.2.12 Združevanje poligonov<br />
• Opredeljevanje <strong>in</strong> združevanje poligonov je pogosta<br />
operacija v GIS okolju.<br />
• Združevanje majhnih poligonov (okolišev) je <strong>na</strong>jvečkrat<br />
pogojeno tako s prostorskimi kot tudi atributnimi<br />
omejitvami.<br />
• Prostorske omejitve:<br />
• stikanje (poligoni, ki jih združimo se morajo stikati),<br />
• kompaktnost (nova regija je pogoje<strong>na</strong> z obliko),<br />
• ...<br />
• Atributne omejitve/cilji:<br />
• kriterij <strong>na</strong>jvečjih dimenzij (npr. noben okoliš ne sme imeti manj kot<br />
100 prebivalcev),<br />
• čim bolj e<strong>na</strong>komer<strong>na</strong> razporeditev vrednosti atributa med poligoni<br />
(npr. novi okoliši/regije <strong>na</strong>j imajo približno e<strong>na</strong>ko število prebivalcev)<br />
• ...<br />
184<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 62<br />
3.2.12 Združevanje poligonov / 2<br />
• Pri združevanju okolišev je pomembno upoštevati:<br />
• statistični uč<strong>in</strong>ek (uč<strong>in</strong>ek številčnega sestava)<br />
• <strong>na</strong> katerega vplivajo vrednosti atributa v izvornih območjih<br />
• prostorski uč<strong>in</strong>ek (ureditveni uč<strong>in</strong>ek)<br />
• problem spremenljivih enot likov (ang. Modifable Areal Unit Problem –<br />
MAUP)<br />
• Na končen rezultat (vrednosti atributa(ov) oziroma<br />
porazdelitev vrednosti atributa(ov)) vplivata postopek<br />
združevanja kot tudi vzorec (prostorske) združitve.<br />
185<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 63<br />
3.2.12 Združevanje poligonov / 3<br />
Primer statističnega uč<strong>in</strong>ka združevanja okolišev<br />
Združitev območji A <strong>in</strong> B dá „nepričakovan“ rezultat.<br />
Zaposleni Ne<strong>za</strong>posleni Skupaj (Ne<strong>za</strong>posleni %)<br />
Območje A<br />
Slovenci 8100 900 9000 (10%)<br />
Tujci 900 100 1000 (10%)<br />
Skupaj 9000 1000 10.000 (10%)<br />
Območje B<br />
Slovenci 4000 1000 5000 (20%)<br />
Tujci 4000 1000 5000 (20%)<br />
Skupaj 8000 2000 10.000 (20%)<br />
A <strong>in</strong> B<br />
Slovenci 12.100 1900 14.000 (13,6%)<br />
Tujci 4900 1100 6000 (18,3%)<br />
Skupaj 17.000 3000 20.000 (15%)<br />
(Prirejeno po http://www.opengeospatial.org)<br />
186<br />
62
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 64<br />
3.2.12 Združevanje poligonov / 4<br />
Primer prostorskega uč<strong>in</strong>ka združevanja okolišev<br />
• Obrav<strong>na</strong>vajmo 9 idealnih<br />
(volilnih) okolišev, v katerih<br />
so volivci razporejeni kot<br />
prikazuje slika A (v petih<br />
volilnih okoliših bi zmagali<br />
rdeči, v štirih pa modri).<br />
• Volilne okoliše je mogoče<br />
preurediti poljubno - dobimo<br />
drugačne rezultate volitev<br />
(nekaj primerov je <strong>na</strong> slikah<br />
B, C, D, E <strong>in</strong> F).<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
187<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 65<br />
3.2.13<br />
Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong><br />
• Klasifikacija je temeljni postopek, v katerem vplivamo<br />
<strong>na</strong> pretok <strong>in</strong>formacij iz stvarnega sveta (Harvey 1969).<br />
• Skupi<strong>na</strong> (ang. cluster):<br />
• Skupi<strong>na</strong> je skupnost posameznikov v omejenem območju, katere druži isto<br />
<strong>za</strong>nimanje, prepričanje, motivacija, dejavnost,... (npr. glasbe<strong>na</strong> skupi<strong>na</strong>).<br />
• Skupi<strong>na</strong> v živalskem svetu, kot <strong>na</strong> primer čreda, trop, jata pa predstavlja bolj ali<br />
manj ločeno množico osebkov določene vrste, ki <strong>na</strong>seljuje skupno območje.<br />
• Opredeljevanje skup<strong>in</strong>:<br />
• Skup<strong>in</strong>e opredeljujemo po različnih pristopih.<br />
• Meje skup<strong>in</strong> opredeljujemo tako, da je povpreč<strong>na</strong> razpršenost<br />
podatkov po skupi<strong>na</strong>h <strong>na</strong>jmanjša.<br />
• Ločimo:<br />
• univariatno klasifikacijo (temelji <strong>na</strong> eni spremenljivki),<br />
• večvariatno klasifikacijo (temelji <strong>na</strong> več spremenljivkah),<br />
• večpasovno klasifikacijo rastrskih podob.<br />
• Klasifikacija pomeni razvrščanje v skup<strong>in</strong>e.<br />
188<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 66<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 2<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija<br />
• Univariatne klasifikacije v GIS postopkih se<br />
poslužujemo v primeru:<br />
• izdelave izol<strong>in</strong>ijskih <strong>in</strong> tematskih kart,<br />
• proučevanja nepreoblikovanih <strong>in</strong> preoblikovanih (transformiranih)<br />
podatkov,<br />
• a<strong>na</strong>lize (klasifikacije <strong>in</strong> reklasifikacije) rastrskih podob,<br />
• prikazovanju polj zveznih spremenljivk v obliki.<br />
• Delitev glede <strong>na</strong> rezultat:<br />
• enolič<strong>na</strong> klasifikacija (trda – ang. hard classification)<br />
• mehka klasifikacija (ang. soft oz. fuzzy classification)<br />
• Delitev glede <strong>na</strong> postopek:<br />
• <strong>na</strong>dzorova<strong>na</strong> klasifikacija (ang. supervised classification)<br />
• ne<strong>na</strong>dzorova<strong>na</strong> klasifikacija (ang. unsupervised classification)<br />
189<br />
63
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 67<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 3<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija / 2<br />
Izbrane metode univariatne klasifikacije (1):<br />
Metoda<br />
Enolične vrednosti<br />
(ang. unique values)<br />
Roč<strong>na</strong> klasifikacija<br />
(ang. manual<br />
classification)<br />
E<strong>na</strong>ko široki razredi,<br />
rez<strong>in</strong>e (ang. equal<br />
<strong>in</strong>terval, slice)<br />
Uporabniško<br />
opredeljeni razredi<br />
(ang. def<strong>in</strong>ed <strong>in</strong>terval)<br />
Eksponentni razredi<br />
(ang. exponential <strong>in</strong>terval)<br />
Kvantili<br />
(ang. equal count<br />
or quantile)<br />
Opis/izvedba<br />
Vsako vrednost obrav<strong>na</strong>vamo posebej ter jo kartiramo kot posamezno barvo.<br />
Def<strong>in</strong>iramo meje razredov kot sez<strong>na</strong>m, ali <strong>na</strong>jmanjšo vrednost ter <strong>in</strong>terval, ali <strong>na</strong>jmanjšo<br />
<strong>in</strong> <strong>na</strong>jvečjo vrednost ter število <strong>in</strong>tervalov.<br />
Atributne vrednosti razvrstimo v n e<strong>na</strong>ko širokih (širi<strong>na</strong>=variacijski_razmik/n) razredov. Pri<br />
rastrskih kartah takšne skup<strong>in</strong>e pogosto imenujemo rez<strong>in</strong>e (aritmetično določene meje<br />
razredov).<br />
Različica ročne klasifikacije ter klasifikacije e<strong>na</strong>kih <strong>in</strong>tervalov, kjer uporabnik def<strong>in</strong>ira<br />
posamezni razred.<br />
Meje razredov so opredeljene tako, da število opazovanj po posameznih razredih <strong>na</strong>rašča<br />
eksponentno.<br />
Meje razredov so opredeljene tako, da je v vsakem razredu (približno) e<strong>na</strong>ko število<br />
opazovanj. V primeru, da je v vsakem razredu (približno) 25% opazovanj, potem<br />
klasifikacijo imenujemo kvartil<strong>na</strong> klasifikacija.<br />
E<strong>na</strong>ki odstotki<br />
(ang. percentile)<br />
Klasifikacija e<strong>na</strong>kih odstotkov je različica klasifikacije s kvantili, kjer je v posameznem<br />
razredu (skup<strong>in</strong>i) približno e<strong>na</strong>k odstotek opazovanj. Primer: v programskem orodju GeoDa<br />
je metoda e<strong>na</strong>kih odstotkov izvede<strong>na</strong> v kartiranju 6 razredov: 1%, 1% do
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 70<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 6<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija / 5<br />
Primer klasifikacije e<strong>na</strong>kih <strong>in</strong>tervalov<br />
193<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 71<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 7<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija / 6<br />
Primer klasifikacije def<strong>in</strong>iranih <strong>in</strong>tervalov<br />
194<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 72<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 8<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija / 7<br />
Primer klasifikacije geometričnih <strong>in</strong>tervalov<br />
195<br />
65
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 73<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 9<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija / 8<br />
Primer klasifikacije s kvantili<br />
196<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 74<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 10<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija / 9<br />
Primer klasifikacije <strong>na</strong>ravnih meja<br />
197<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 75<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 11<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija / 10<br />
Primer klasifikacije „standardni odklon“<br />
198<br />
66
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 76<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 12<br />
3.2.13.1 Univariat<strong>na</strong> klasifikacija / 11<br />
Jenksova metoda <strong>na</strong>ravnih meja<br />
Algoritem opredelitve Jenks-ovih <strong>na</strong>ravnih meja<br />
Korak 1: Uporabnik izbere atribut x, katerega vrednosti bi rad klasificiral, ter število razredov k.<br />
Korak 2: Naključno se generira k-1 vrednost v <strong>in</strong>tervalu variacijskega razmika opazovanj<br />
[m<strong>in</strong>{x},maks{x}]. Te vrednosti so <strong>za</strong>četne vrednosti <strong>za</strong> k razredov.<br />
Korak 3: Za vsak razred se izraču<strong>na</strong> povprečje ter varianca razreda. Povpreč<strong>na</strong> varianca razredov<br />
(PVR) se izraču<strong>na</strong> po metodi uteženega povprečja.<br />
Korak 4: S sprem<strong>in</strong>janjem meja razredov se posamezne vrednosti v vsakem razredu <strong>na</strong>to<br />
sistematično dodelijo sosednjemu razredu. Na ta <strong>na</strong>č<strong>in</strong> se preveri, ali je mogoče PVR zmanjšati. To<br />
je iterativen postopek, ki se konča, ko je vrednost povprečne variance razredov manjša od izbrane<br />
(določene) vrednosti. Metoda ne omogoča izvedbo prave optimi<strong>za</strong>cije. Cel postopek se lahko<br />
opcijsko po<strong>na</strong>vlja od koraka 1 do primerjave PVR.<br />
199<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 77<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 13<br />
3.2.13.2 Večvariat<strong>na</strong> klasifikacija<br />
• Ključni koraki večvariatne klasifikacije so:<br />
• kvantitativ<strong>na</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> pove<strong>za</strong>nosti atributov ali objektov (npr.<br />
faktorska a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>),<br />
• transformacija ali zmanjšanje korelacije v geometrično strukturo z<br />
z<strong>na</strong>nimi lastnostmi (običajno Evklidskimi lastnostmi),<br />
• opredeljevanje ter identifikacija skup<strong>in</strong> oziroma klastrov objektov<br />
ali atributov <strong>na</strong> osnovi razdalj merjenih v transformiranem<br />
prostoru,<br />
• izboljšanje pravil <strong>za</strong> klasifikacijo obrav<strong>na</strong>vanega pojava v razrede.<br />
• Pomemb<strong>na</strong> je tudi a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> po večvariatni klasifikaciji, s<br />
katero ocenimo kvaliteto klasifikacije – a<strong>na</strong>li<strong>za</strong><br />
robustnosti:<br />
• Običajno izvedemo več mehkih klasifikacij ter primerjamo<br />
rezultate.<br />
200<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 78<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 14<br />
3.2.13.2 Večvariat<strong>na</strong> klasifikacija / 2<br />
• Vrste večvariatne klasifikacije:<br />
• nehierarhične metode – metode, ki temeljijo <strong>na</strong> <strong>za</strong>porednem<br />
združevanju (zlivanju) dveh ali več skup<strong>in</strong> v novo skup<strong>in</strong>o<br />
(<strong>na</strong>jpogostejše tiste, ki združijo po dve skup<strong>in</strong>i);<br />
• hierarhične metode – v <strong>na</strong>prej podamo število skup<strong>in</strong><br />
razvrstitev; veči<strong>na</strong> metod izboljšuje neko <strong>za</strong>četno razvrstitev; so<br />
le lokalno optimalne;<br />
• večkriterijsko razvrščanje – optimi<strong>za</strong>cija po več kriterijih; ker<br />
se optimalne razporeditve po posameznem kriteriju razlikujejo<br />
med seboj, je potrebno <strong>za</strong>dostiti več kriterijem.<br />
201<br />
<br />
Več o metodah večvariatnega<br />
opredeljevanja klastrov<br />
v (Ferligoj 1989).<br />
67
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 79<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 15<br />
3.2.13.2 Večvariat<strong>na</strong> klasifikacija / 3<br />
Izbrane ne<strong>na</strong>dzorovane metode večvariatnega opredeljevanja klastrov:<br />
Metoda<br />
Simple oneclass<br />
cluster<strong>in</strong>g<br />
K-means<br />
Fuzzy c-means<br />
(FCM)<br />
M<strong>in</strong>imum<br />
distribution<br />
angle<br />
ISODATA/<br />
ISOCluster<br />
(Iterative Self-<br />
Organis<strong>in</strong>g)<br />
Opis – Ne<strong>na</strong>dzorova<strong>na</strong> metoda<br />
A technique that generates up to M clusters by assign<strong>in</strong>g each <strong>in</strong>put cell to the nearest cluster if its<br />
Euclidean distance is less than a given threshold. If not the cell becomes a new cluster centre. It<br />
pr<strong>in</strong>cipal merit is speed, but its quality of assignment may not be acceptable<br />
Partition-based algorithm. K-means cluster<strong>in</strong>g attempts to partition a multivariate dataset <strong>in</strong>to K<br />
dist<strong>in</strong>ct (non-overlapp<strong>in</strong>g) clusters such that po<strong>in</strong>ts with<strong>in</strong> a cluster are as close as possible <strong>in</strong> multidimensio<strong>na</strong>l<br />
space, and as far away as possible from po<strong>in</strong>ts <strong>in</strong> other clusters.<br />
Similar to the K-means procedure but uses weighted distances rather than unweighted distances.<br />
Weights are computed from prior a<strong>na</strong>lysis of sample data for a specified number of classes. These<br />
cluster centres then def<strong>in</strong>e the classes and all cells are assigned a membership weight for each<br />
cluster. The process then proceeds as for K-means but with distances weighted by the prior assigned<br />
membership coefficients<br />
An iterative procedure similar to K-means but <strong>in</strong>stead of comput<strong>in</strong>g the distance from po<strong>in</strong>ts to<br />
selected centres this method treats cell centres and data po<strong>in</strong>ts as directed vectors from the orig<strong>in</strong>.<br />
The angle between the data po<strong>in</strong>t and the cluster centre vector provides a measure of similarity of<br />
attribute mix (ignor<strong>in</strong>g magnitude). This concept is similar to consider<strong>in</strong>g mixes of red and blue<br />
pa<strong>in</strong>t to produce purple. It is the proportions that matter rather than the amounts of pa<strong>in</strong>t used<br />
Aga<strong>in</strong>, similar to the K-means procedure but at each iteration the various clusters are exam<strong>in</strong>ed to<br />
see if they would benefit from be<strong>in</strong>g comb<strong>in</strong>ed or split, based on a number of criteria: (i)<br />
combi<strong>na</strong>tion — if two cluster centres are closer than a pre-def<strong>in</strong>ed tolerance they are comb<strong>in</strong>ed and<br />
a new mean of means calculated as the cluster centre; if the number of members <strong>in</strong> a cluster is<br />
below a given level the cluster is discarded and the members re-assigned to the closest cluster; and<br />
(ii) separation — if the number of members, or the standard deviation, or the average distance from<br />
the cluster centre exceed pre-def<strong>in</strong>ed values than the cluster may be split<br />
202<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 80<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 16<br />
3.2.13.2 Večvariat<strong>na</strong> klasifikacija / 4<br />
Izbrane <strong>na</strong>dzorovane metode večvariatnega opredeljevanja klastrov:<br />
Metoda<br />
M<strong>in</strong>imum distance to mean<br />
Maximum likelihood<br />
Stepwise l<strong>in</strong>ear/Fisher<br />
Classified tree a<strong>na</strong>lysis<br />
Opis – Nadzorova<strong>na</strong> metoda<br />
Essentially the same as Simple one-pass cluster<strong>in</strong>g but cluster centres are predeterm<strong>in</strong>ed<br />
by a<strong>na</strong>lysis of a tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g dataset. Fast but subject to similar problems as the<br />
Simple method<br />
A method that uses statistical a<strong>na</strong>lysis (variance and covariance) of a tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g dataset,<br />
whose contents are assumed to be Normally distributed. It seeks to determ<strong>in</strong>e the<br />
probability (or likelihood) that a cell should be assigned to a particular cluster, with<br />
assignment be<strong>in</strong>g based on the Maximum Likelihood value computed.<br />
This is essentially a Discrimi<strong>na</strong>nt A<strong>na</strong>lysis method, which attempts to compute l<strong>in</strong>ear<br />
functions of the dataset variables that best expla<strong>in</strong> or discrimi<strong>na</strong>te between values <strong>in</strong> a<br />
tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g dataset. New l<strong>in</strong>ear functions are added <strong>in</strong>crementally, orthogo<strong>na</strong>l to each<br />
other, and then these functions are used to assign all data po<strong>in</strong>ts to the classes. The<br />
criterion function m<strong>in</strong>imised <strong>in</strong> such methods is usually Mahalanobis distance, or the D 2<br />
function.<br />
A univariate hierarchical data splitt<strong>in</strong>g procedure, that progressively divides the<br />
tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g dataset pixels <strong>in</strong>to two classes based on a splitt<strong>in</strong>g rule, and then further<br />
subdivides these two classes<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
203<br />
3.2.13.3<br />
Večpasov<strong>na</strong> klasifikacija rastrskih podob<br />
Glej Dalj<strong>in</strong>sko <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanje (Oštir 2006).<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 81<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 17<br />
Izbrani primeri klasifikacije rastrskih podob (1):<br />
(S – supervised, U – Unsupervised, H - Hard, S – Soft)<br />
Classifier (Idrisi S/U H/S Description<br />
function shown <strong>in</strong><br />
CAPS)<br />
Simple one-pass<br />
cluster<strong>in</strong>g<br />
Parallelepiped<br />
(PIPED)<br />
U H A technique that generates up to P clusters by assign<strong>in</strong>g each <strong>in</strong>put cell to the<br />
nearest cluster if its Euclidean distance is less than a given threshold. If not<br />
the cell becomes a new cluster center. It pr<strong>in</strong>cipal merit is speed, but its<br />
quality of assignment may not be acceptable (see also, PIPED, below)<br />
S H Based on a set of lower and upper threshold values determ<strong>in</strong>ed for a<br />
sig<strong>na</strong>ture on each band. To be assigned to a particular class, a pixel must<br />
exhibit values with<strong>in</strong> this range (absolute limits or standard deviation, for<br />
tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g dataset) for every band considered. Non-unique assignment with no<br />
assignment (Class=0) if a pixel lies outside the threshold for all sig<strong>na</strong>tures.<br />
Very fast, but generally not recommended for use because the class ‘boxes’<br />
def<strong>in</strong>ed by the thresholds typically overlap, mean<strong>in</strong>g that pixel assignment to<br />
specific classes is arbitrary <strong>in</strong> these regions<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
204<br />
68
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 82<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 18<br />
Izbrani primeri klasifikacije rastrskih podob (2)<br />
(S – supervised, U – Unsupervised, H - Hard, S – Soft)<br />
Classifier (Idrisi<br />
function shown <strong>in</strong><br />
CAPS)<br />
S/U H/S Description<br />
M<strong>in</strong>imum distance<br />
to mean<br />
(MINDIST)<br />
Maximum<br />
likelihood<br />
(MAXLIKE)<br />
S H Essentially the same as simple one-pass cluster<strong>in</strong>g but cluster centers are predeterm<strong>in</strong>ed<br />
by a<strong>na</strong>lysis of a tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g dataset, us<strong>in</strong>g the mean values on each band for<br />
a sig<strong>na</strong>ture. Pixels are assigned to the class with the mean closest to the value of<br />
that pixel. Applied when the number of pixels used to def<strong>in</strong>e sig<strong>na</strong>tures is very small<br />
or when tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g sites are not well def<strong>in</strong>ed. No assignment (Class=0) is made if a<br />
pixel lies outside a maximum search distance set by the user for all sig<strong>na</strong>tures. Data<br />
may be raw values or pre-normalized. Use <strong>in</strong> preference to MAXLIKE if tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g sites<br />
are not well def<strong>in</strong>ed <strong>in</strong> terms of classes. Fast, often perform<strong>in</strong>g well, but does not<br />
account for the variability between classes s<strong>in</strong>ce it uses mean values only ―<br />
MAXLIKE (below) is generally a preferable approach (see also ISOCLUST)<br />
S H A method that uses statistical a<strong>na</strong>lysis (variance and covariance) of a tra<strong>in</strong><strong>in</strong>g<br />
dataset (class sig<strong>na</strong>tures) whose contents are assumed to be Normally distributed<br />
(prior transformation of the <strong>in</strong>put dataset may therefore be advisable). It seeks to<br />
determ<strong>in</strong>e the probability (or likelihood) that a cell should be assigned to a particular<br />
cluster, with assignment be<strong>in</strong>g based on the computed Maximum Likelihood value.<br />
MAXLIKE operates <strong>in</strong> a similar manner to MINDIST but takes account of correlation<br />
between bands. Pixels are assigned to the most likely class based on a comparison of<br />
the posterior probability that it belongs to, each of the sig<strong>na</strong>tures be<strong>in</strong>g considered<br />
(i.e. Bayesian). Prior probabilities may be set <strong>in</strong> various ways, <strong>in</strong>clud<strong>in</strong>g uniform (all<br />
classes equally likely) or us<strong>in</strong>g separate knowledge of some or all classes, e.g. 30%<br />
is expected to be woodland, 20% grassland, etc, where the labels woodland and<br />
grassland correspond to specific sig<strong>na</strong>tures. Unique assignment ― no assignment<br />
(Class=0) is made if a pixel lies outside a pre-specified probability level (e.g. 1%,<br />
5%, i.e. less than x% likelihood of belong<strong>in</strong>g to any of the sig<strong>na</strong>ture classes).<br />
Requires number of pixels >10 times number of bands. Limitations (Idrisi): number<br />
of bands
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 85<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 21<br />
Izbrani primeri klasifikacije rastrskih podob (5)<br />
(S – supervised, U – Unsupervised, H - Hard, S – Soft)<br />
Classifier (Idrisi S/U H/S Description<br />
function shown <strong>in</strong><br />
CAPS)<br />
K-means<br />
(KMEANS)<br />
Fuzzy c-means<br />
(FCM)<br />
M<strong>in</strong>imum<br />
distribution<br />
angle (MDA)<br />
U H The classical K-means algorithm has been described earlier. Limitations<br />
(Idrisi): n
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 88<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 24<br />
3.2.13.5 Negotovost <strong>in</strong> obdelava podob dalj<strong>in</strong>skega <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanja / 2<br />
• S pomočjo tehnik mehke klasifikacije podob dalj<strong>in</strong>skega<br />
<strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanja lahko modeliramo stopnjo negotovostji<br />
klasifikacije.<br />
• Negotovost podob lahko def<strong>in</strong>iramo s Shannovim <strong>in</strong>deksom<br />
entropije (mera izgube <strong>in</strong>formacij oziroma mera neurejenosti<br />
sistema).<br />
• Karta negotovosti prikazuje stopnjo, s katero se posamezni razred<br />
(od skupno P razredov) v posameznem pikslu razlikuje od ostalih<br />
razredov.<br />
• Primer izraču<strong>na</strong> negotovosti U v Idrisiju:<br />
m s P<br />
U 1<br />
11<br />
P<br />
(24)<br />
kjer je m <strong>na</strong>jvečja stopnja pripadnosti razredu P v posameznem<br />
pikslu <strong>in</strong> s 1 vsota stopnje pripadnosti <strong>za</strong> ta piksel.<br />
• V primeru, da P=10 razredov <strong>in</strong> m=0,30 <strong>in</strong> s=1, je U=1-0,22=0,78;<br />
• V primeru m=0,1, pa je U=1 (popol<strong>na</strong> negotovost);<br />
• V primeru m=1, pa je U=0 (popol<strong>na</strong> gotovost).<br />
211<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 89<br />
3.2.13 Klasifikacija <strong>in</strong> opredeljevanje skup<strong>in</strong> / 25<br />
3.2.13.5<br />
Klasifikacija hiperspektralnih podob<br />
• Hiperspektralne podobe so rastrske skup<strong>in</strong>e podob<br />
sestavljene iz ogromnega števila podob <strong>za</strong>jetih v visoko<br />
spektralni ločljivosti (pasovi od 10s do 100s).<br />
• Podobne so večpasovnim podobam z ogromnim številom <strong>za</strong>jetih<br />
pasov.<br />
• Uporabne so v geoloških a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h, a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h zemeljskega površja <strong>in</strong> v<br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h površja nebesnih teles.<br />
3D hiperkubič<strong>na</strong> vizuali<strong>za</strong>cija rudnika<br />
bakra iz Zahodne Nevade, ZDA<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
212<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 90<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje<br />
• Opredelitev <strong>in</strong> izbira meje je pogosto težaven <strong>in</strong><br />
<strong>za</strong>pleten postopek v prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h.<br />
• Pogosto iščemo mejo skup<strong>in</strong>e točkovnih objektov iz<br />
stvarnega sveta:<br />
• Zanima <strong>na</strong>s gostota točkovnega pojava (število točkovnih objektov <strong>na</strong><br />
enoto površ<strong>in</strong>e).<br />
• Za izračun gostote, potrebujemo podatek o površ<strong>in</strong>i območja A, kjer se<br />
<strong>na</strong>haja skupi<strong>na</strong> točk.<br />
• Površ<strong>in</strong>o območja A lahko izraču<strong>na</strong>mo šele po enolični opredelitvi meje<br />
območja.<br />
• Opredelitev meje je pomemb<strong>na</strong> tudi pri modeliranju<br />
stvarnega sveta s pomočjo l<strong>in</strong>earnih oblik (polil<strong>in</strong>ije <strong>in</strong><br />
poligoni).<br />
• Obstaja več pristopov modeliranja l<strong>in</strong>earnih oblik (matematični<br />
pristop, statistični pristop, pristop s fraktali, coniranje).<br />
213<br />
71
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 91<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 2<br />
3.2.14.1 Konveksne lup<strong>in</strong>e<br />
• Konveksno lup<strong>in</strong>o skup<strong>in</strong>e<br />
točk v ravn<strong>in</strong>i lahko določimo<br />
s pomočjo:<br />
• očrtanega pravokotnika ali<br />
• konveksnega poligo<strong>na</strong><br />
<strong>na</strong>jmanjše površ<strong>in</strong>e, ki še v celoti<br />
omejuje a<strong>na</strong>lizirano skup<strong>in</strong>o točk.<br />
• Takšen pristop lahko<br />
uporabimo tudi <strong>za</strong> skup<strong>in</strong>o<br />
l<strong>in</strong>ijskih ali arealnih<br />
objektov.<br />
očrtan pravokotnik<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
konveks<strong>na</strong> lupi<strong>na</strong> (poligon)<br />
214<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 92<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 3<br />
3.2.14.1 Konveksne lup<strong>in</strong>e / 2<br />
• Primeri aplikacije konveksnih lup<strong>in</strong>:<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> optimalne lokacije – središče gravitacije skup<strong>in</strong>e točk<br />
vedno leži v ali <strong>na</strong> meji območja konveksne lup<strong>in</strong>e teh točk.<br />
• mrežne a<strong>na</strong>lize – <strong>za</strong>poredje skup<strong>in</strong>e točk, ki sestavljajo<br />
konveksno lup<strong>in</strong>o, predstavlja rešitev problema določitve<br />
<strong>na</strong>jkrajše razdalje med temi točkami.<br />
• Pozor: Konveks<strong>na</strong> lupi<strong>na</strong> je pogoje<strong>na</strong> z ekstremnimi<br />
vrednostmi!<br />
• E<strong>na</strong> ali dve ekstremni vrednosti lahko bistveno spremenita rezultat.<br />
• Obrav<strong>na</strong>va točk <strong>na</strong> meji konveksne lup<strong>in</strong>e:<br />
• V aplikacijah, kjer se želimo izogniti obrav<strong>na</strong>vi točk, ki ležijo <strong>na</strong> meji,<br />
izdelamo notranji bufer ter tako obrav<strong>na</strong>vamo samo notranje točke.<br />
• V drugih primerih pa lahko izdelamo zu<strong>na</strong>nji bufer ali pa povečamo<br />
površ<strong>in</strong>o <strong>za</strong> določen odstotek.<br />
215<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 93<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 4<br />
3.2.14.2 Nekonveksne lup<strong>in</strong>e<br />
• Konveks<strong>na</strong> lupi<strong>na</strong>:<br />
• Izračun konveksne lup<strong>in</strong>e v ravn<strong>in</strong>i je mogoče izvesti relativno hitro.<br />
• Konveks<strong>na</strong> lupi<strong>na</strong> je e<strong>na</strong> sama <strong>in</strong> je pogoje<strong>na</strong> z ekstremnimi<br />
vrednostmi.<br />
• Nekonveksne lupi<strong>na</strong>:<br />
• Skup<strong>in</strong>i objektov lahko generiramo več različnih<br />
nekonveksnih lup<strong>in</strong>.<br />
• Zato je potrebno opredeliti kriterij(e); <strong>na</strong> primer (v ravn<strong>in</strong>i):<br />
• lupi<strong>na</strong> mora biti poligon,<br />
• lupi<strong>na</strong> (poligon) mora biti konveksen, kolikor je mogoče,<br />
• lupi<strong>na</strong> (poligon), ki omejuje skup<strong>in</strong>o točk, mora imeti <strong>na</strong>jmanjšo možno<br />
površ<strong>in</strong>o,<br />
• itd.<br />
216<br />
72
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 94<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 5<br />
3.2.14.2 Nekonveksne lup<strong>in</strong>e / 2<br />
• Trije osnovni pristopi generiranja nekonveksnih (lup<strong>in</strong>)<br />
poligonov:<br />
• metoda širjenja<br />
• metoda krčenja<br />
• metoda očrtave gostote<br />
Metoda širjenja (ang. expansion method)<br />
• Postopek:<br />
1. okoli vsake točke <strong>za</strong>rišemo regijo,<br />
2. regije širimo, dokler ne pokrijejo vseh točk,<br />
3. zu<strong>na</strong>nji obris regij tvori lup<strong>in</strong>o skup<strong>in</strong>e objektov.<br />
• Opredelitev regij:<br />
• s pomočjo Voronoiovih poligonov (glej poglavje 3.2.15.3 v <strong>na</strong>daljevanju),<br />
kjer zu<strong>na</strong>nji obris predstavlja lup<strong>in</strong>o;<br />
• z generiranjem buferjev povečjive šir<strong>in</strong>e okoli točk;<br />
• itd.<br />
217<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 95<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 6<br />
3.2.14.2 Nekonveksne lup<strong>in</strong>e / 3<br />
Metoda krčenja (ang. contraction method)<br />
• Postopek:<br />
1. skup<strong>in</strong>i objektov generiramo konveksno lup<strong>in</strong>o,<br />
2. konveksno lup<strong>in</strong>o krčimo do izbranega kriterija.<br />
• Krčenje konveksne lup<strong>in</strong>e po metodi kriterija m<strong>in</strong>imalne<br />
površ<strong>in</strong>e:<br />
1. izraču<strong>na</strong>mo površ<strong>in</strong>o konveksnega poligo<strong>na</strong>;<br />
2. od<strong>stran</strong>imo eno točko, ki leži <strong>na</strong> meji konveksnega poligo<strong>na</strong>;<br />
3. generiramo nov konveksni poligon;<br />
4. izraču<strong>na</strong>mo površ<strong>in</strong>o novega konveksnega poligo<strong>na</strong>;<br />
5. postopek po<strong>na</strong>vljamo <strong>za</strong> vse točke, ki ležijo <strong>na</strong> meji konveksnega<br />
poligo<strong>na</strong>;<br />
6. točko, katere od<strong>stran</strong>itev <strong>na</strong>jbolj zmanjša površ<strong>in</strong>o, od<strong>stran</strong>imo iz<br />
<strong>na</strong>daljnje a<strong>na</strong>lize;<br />
7. sledi iteracija postopka (1-6) dokler ne ostane izbran delež izvornih<br />
točk (npr. 90%).<br />
218<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 96<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 7<br />
3.2.14.2 Nekonveksne lup<strong>in</strong>e / 4<br />
Nekonveksne lup<strong>in</strong>e - alfa ovoji<br />
• konkavnost je dovolje<strong>na</strong><br />
>0<br />
>>0 (<strong>na</strong>rašča pozitivno)<br />
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 97<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 8<br />
3.2.14.2 Nekonveksne lup<strong>in</strong>e / 5<br />
Nekonveksne lup<strong>in</strong>e - alfa ovoji (2)<br />
• Obrav<strong>na</strong>vamo krog polmera 1 (ko je majh<strong>na</strong>, je<br />
polmer kroga velik).<br />
• Krog z dovolj velikim radijem prekrije skup<strong>in</strong>o objektov<br />
(točk) tako, da gre krožnica skozi <strong>na</strong>tanko dve točki. Ti<br />
dve točki povežemo z ravno l<strong>in</strong>ijo.<br />
• Generiranje vseh mogočih krogov, ki pokrivajo vse<br />
točke <strong>in</strong> povezujejo <strong>na</strong>tanko dve točki, omogoči izris<br />
zu<strong>na</strong>njega obrisa konveksne lup<strong>in</strong>e.<br />
• V primeru sprem<strong>in</strong>janja , generiramo različne lup<strong>in</strong>e.<br />
• lahko <strong>na</strong>rašča:<br />
• pozitivno (s krogi prekrivamo vse točke ter povezujemo po dve točki) ali pa<br />
• negativno (povezujemo po dve točki od zu<strong>na</strong>j, brez prekrivanja točk).<br />
220<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 98<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 6<br />
3.2.14.2 Nekonveksne lup<strong>in</strong>e / 3<br />
Metoda očrtave gostote (ang. density contour<strong>in</strong>g<br />
method)<br />
• Postopek:<br />
1. skup<strong>in</strong>o točk prekrijemo s f<strong>in</strong>o mrežo celic,<br />
2. izraču<strong>na</strong>mo oziroma ocenimo gostoto točkovnih objektov v posamezni<br />
celici.<br />
3. obris konveksne lup<strong>in</strong>e opredelimo s pomočjo praga gostote objektov.<br />
• Obstaja več metod ocene gostote – <strong>na</strong>jpogosteje izvede<strong>na</strong><br />
metoda v GIS orodjih je metoda gostote jedra (glej<br />
poglavje 3.3.4.1 v <strong>na</strong>daljevanju).<br />
221<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 99<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 7<br />
3.2.14.3 M<strong>in</strong>imalni očrtani pravokotniki<br />
• Problem (ne)konveksnih poligonov je v njihovi kompleksni<br />
obliki.<br />
• V številnih primerih je <strong>za</strong>to bolje delati z mejami pravilnih oblik (npr.<br />
krogi ali pravokotniki).<br />
• M<strong>in</strong>imalni očrtani pravokotnik (ang. M<strong>in</strong>imum<br />
Bound<strong>in</strong>g Rectangles – MBR) je pravokotnik, ki je<br />
porav<strong>na</strong>n s koordi<strong>na</strong>tnim sistemom ter čvrsto objema<br />
skup<strong>in</strong>o objektov.<br />
• A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> vsebovanja MBR-ja v a<strong>na</strong>lizirani regiji kot tudi izračun<br />
središča MBR-ja sta hitro izvedljiva postopka.<br />
• MBR opredeljuje območje:<br />
• <strong>in</strong>terpolacije vrednosti,<br />
• izdelave izol<strong>in</strong>ij,<br />
• izdelave nepravilne trikotniške mreže (TIN).<br />
222<br />
74
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 100<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 8<br />
3.2.14.3 M<strong>in</strong>imalni očrtani pravokotniki / 2<br />
Primer <strong>in</strong>terpolacije znotraj m<strong>in</strong>imalnega<br />
očrtanega pravokotnika<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
223<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 101<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 9<br />
3.2.14.4 Mehke meje<br />
• GIS orodja ponujajo možnost prepoz<strong>na</strong>vanja, izbire <strong>in</strong><br />
a<strong>na</strong>lize meja.<br />
• Problem določitve meje v primeru zvezno spremenljivih<br />
vrednosti (brez ostrih prelomov)!<br />
• Na primer: določitev mej <strong>na</strong> pedoloških kartah (kartah vrste tal).<br />
• Funkcije mehkih množic (ang. fuzzy membership<br />
functions) omogočajo opredelitev meje zvezno<br />
spremenljivim vrednostim.<br />
• Primeri uporabe funkcij mehkih množic v Idrisiju:<br />
• sigmodal<strong>na</strong> ali dvoj<strong>na</strong> s-funkcija,<br />
• J-funkcija<br />
• l<strong>in</strong>ear<strong>na</strong> funkcija,<br />
• uporabniško def<strong>in</strong>ira<strong>na</strong> funkcija.<br />
224<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 102<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 10<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 2<br />
Sigmodal<strong>na</strong> ali dvoj<strong>na</strong> s-funkcija (ang. sigmoidal<br />
or (double) s-shaped function)<br />
• Generiramo jo s pomočjo:<br />
• l<strong>in</strong>earne <strong>in</strong> cos 2 () funkcije (v Idrisiju),<br />
ali pa<br />
2<br />
• algebraičnega izra<strong>za</strong> m 1<br />
(1 a(<br />
z c)<br />
),<br />
kjer je a parameter, s katerim def<strong>in</strong>iramo šir<strong>in</strong>o<br />
funkcije, z je modelira<strong>na</strong> lastnost (npr. razmerje gl<strong>in</strong>e)<br />
<strong>in</strong> c je vrednost tega razmerja v sred<strong>in</strong>ski točki<br />
funkcije.<br />
225<br />
75
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 103<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 11<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 3<br />
Primer sigmodalne funkcije<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
226<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 104<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 12<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 4<br />
Primer opredelitve sigmodalne funkcije<br />
v Idrisiju<br />
(Vir: Eastman 2006b)<br />
227<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 105<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 13<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 5<br />
J-funkcija (ang. J-shaped function)<br />
• Je podob<strong>na</strong> dvojni sigmodalni funkciji, vendar ima<br />
<strong>na</strong>mesto <strong>za</strong>okroženega vrha raven del dolž<strong>in</strong>e x.<br />
• V primeru, da je x=0, se zrcalni podobi J-funkcije<br />
stikata v skupni točki (vrhu).<br />
2<br />
• Def<strong>in</strong>ira jo algebraični izraz m 1<br />
(1 (( z a)<br />
( a c)<br />
),<br />
kjer je a parameter, s katerim def<strong>in</strong>iramo šir<strong>in</strong>o<br />
funkcije, z je modelira<strong>na</strong> lastnost (npr. razmerje<br />
gl<strong>in</strong>e) <strong>in</strong> c je vrednost tega razmerja v sred<strong>in</strong>ski točki<br />
funkcije.<br />
228<br />
76
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 106<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 14<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 6<br />
Primer opredelitve J-funkcije v Idrisiju<br />
(Vir: Eastman 2006b)<br />
229<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 107<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 15<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 7<br />
L<strong>in</strong>ear<strong>na</strong> funkcija (ang. l<strong>in</strong>ear function)<br />
• Je podob<strong>na</strong> J-funkciji, vendar z l<strong>in</strong>earnimi <strong>stran</strong>mi<br />
(<strong>na</strong>mesto <strong>za</strong>okroženih).<br />
• Enostav<strong>na</strong> <strong>za</strong> izračun.<br />
• Ima dobro def<strong>in</strong>iran obseg.<br />
230<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 108<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 16<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 8<br />
Primer opredelitve l<strong>in</strong>earne funkcije v Idrisiju<br />
(Vir: Eastman 2006b)<br />
231<br />
77
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 109<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 17<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 9<br />
Uporabniško def<strong>in</strong>ira<strong>na</strong> funkcija<br />
(ang. user-def<strong>in</strong>ed function)<br />
• Uporabnik sam def<strong>in</strong>ira poljubne kontrolne točke<br />
funkcije.<br />
Primer opredelitve uporabniško<br />
def<strong>in</strong>irane funkcije v Idrisiju<br />
(Vir: Eastman 2006b)<br />
232<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 110<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 18<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 10<br />
Koraki mehke klasifikacije podatkov:<br />
1. S pomočjo uporabe ene izmed funkcij mehke množice<br />
def<strong>in</strong>iramo pripadnost k (mehki) množici (m ik =0,0-1,0)<br />
<strong>za</strong> vsako celico i ter <strong>za</strong> vsak razred k.<br />
2. Meje območij generiramo s pomočjo enega od treh<br />
možnih metod:<br />
• Wombliranje,<br />
• <strong>in</strong>deks zmešnjave,<br />
• klasifikacijska entropija.<br />
233<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 111<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 19<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 11<br />
Wombliranje (ang. wombl<strong>in</strong>g; (Womble 1951)):<br />
• Je postopek a<strong>na</strong>lize gradienta ploskve v neposredni<br />
sosešč<strong>in</strong>i vsake posamezne celice.<br />
• Običajno v smereh premika trdnjave (obrav<strong>na</strong>va štirih<br />
sosednjih celic).<br />
• Meja območja je določe<strong>na</strong> z razmerjem spremembe<br />
pripadnosti posameznemu razredu v obrav<strong>na</strong>vani celici<br />
proti <strong>na</strong>jvečji spremembi pripadnosti <strong>na</strong> a<strong>na</strong>liziranem<br />
območju.<br />
• Wombliranje je primeren postopek opredelitve mehkih<br />
mej tako <strong>za</strong> rastrske kot tudi vektorske podatke.<br />
• Funkcija „Wombl<strong>in</strong>g edge-detection“ v GIS orodjih.<br />
234<br />
78
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 112<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 20<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 12<br />
Indeks zmešnjave (ang. confusion <strong>in</strong>dex - CI):<br />
• Metoda CI temelji <strong>na</strong> razmerju med drugo (M i2 ) <strong>in</strong> prvo<br />
<strong>na</strong>jvečjo vrednostjo pripadnosti (M i1 ) celici i:<br />
mi<br />
2<br />
CI <br />
(25)<br />
m<br />
• CI leži <strong>na</strong> območju [0,1].<br />
i1<br />
• V primeru, da je razmerje CI v celici i blizu 1, potem je celica i <strong>na</strong><br />
meji dveh razredov.<br />
235<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 113<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 21<br />
3.2.14.4 Mehke meje / 13<br />
Klasifikacijska entropija (ang. classification<br />
entropy – CE):<br />
• Podob<strong>na</strong> mera kot CI (prav tako <strong>na</strong> območju [0,1]),<br />
vendar normalizira<strong>na</strong>:<br />
CE <br />
k<br />
<br />
i1<br />
m ln( m )<br />
ij<br />
ln( k)<br />
kjer seštevamo vrednosti po vseh k razredih, mero<br />
pripadnosti pa raču<strong>na</strong>mo s primerjanjem i-te celice z<br />
vsako j-to celico.<br />
ij<br />
(26)<br />
236<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 114<br />
3.2.14 Meje <strong>in</strong> coniranje / 22<br />
3.2.14.5 Mejne l<strong>in</strong>ije <strong>in</strong> <strong>na</strong>ravne meje<br />
• Naravne meje kot so obalne l<strong>in</strong>ije, reke, obrežja jezer,<br />
strma pobočja, grajene ovire, geološki vdori <strong>in</strong> prelomnice<br />
so pomembni parametri v razumevanju prostorskih<br />
procesov.<br />
• V postopkih prostorskih a<strong>na</strong>liz je <strong>za</strong>to pomembno<br />
smiselno upoštevanje omenjenih parametrov.<br />
• Ne zgolj <strong>za</strong>krivanje (maskiranje, ang. mask<strong>in</strong>g) rezultatov <strong>na</strong><br />
območjih jezer, vdorov itd.<br />
• V različnih GIS orodjih je uporaba konceptov prelomnih l<strong>in</strong>ij <strong>in</strong><br />
<strong>na</strong>ravnih mej različno izvede<strong>na</strong> - primer ArcGIS 3D A<strong>na</strong>lyst:<br />
• trde prelomne l<strong>in</strong>ije (ang. hard breaks) – dobro def<strong>in</strong>irane strukture<br />
površja, katerih oblika <strong>in</strong> dimenzija je fiks<strong>na</strong>;<br />
• mehke prelomne l<strong>in</strong>ije (ang. soft breakl<strong>in</strong>es) – def<strong>in</strong>irajo mehke, zvezne<br />
prehode;<br />
• <strong>na</strong>pake (ang. faults) – bolj kompleksne tvorbe, včasih tudi premaknjene.<br />
237<br />
79
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 115<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija<br />
• Teselacija je mo<strong>za</strong>ič<strong>na</strong> razporeditev geometrijskih likov po<br />
ravn<strong>in</strong>i (tudi po ploskvi) - redkeje razporeditev teles po<br />
prostoru - tako da se liki stikajo z robovi brez vrzeli, hkrati<br />
pa se liki tudi ne prekrivajo (podobno kot pri mo<strong>za</strong>iku).<br />
Teselacija je tudi pokritje ravn<strong>in</strong>e ali tlakovanje ravn<strong>in</strong>e<br />
(Wikipedija 2010).<br />
• V GIS postopkih pogosto delimo a<strong>na</strong>lizirano območje v<br />
manjše dele.<br />
• Najpogosteje delimo območja (regije) <strong>na</strong> pravokotnike <strong>in</strong><br />
trikotnike (redkeje v e<strong>na</strong>ko<strong>stran</strong>ične trikotnike <strong>in</strong><br />
šesterokotnike).<br />
• V GIS orodjih <strong>na</strong>jdemo <strong>na</strong>jveč pristopov delitve območij v<br />
nepravilne trikotnike – izdelava nepravilne trikotniške<br />
mreže.<br />
238<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 116<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 2<br />
Primeri teselacije<br />
Pravil<strong>na</strong> teselacija – skladni pravilni večkotniki<br />
Nepravil<strong>na</strong> teselacija – pravilni večkotniki različnih oblik <strong>in</strong> velikosti<br />
(rombi, pravokotniki ipd.)<br />
239<br />
(Vir: Wikipedija 2010)<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 117<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 3<br />
3.2.15.1 Delau<strong>na</strong>yeva triangulacija<br />
• Triangulacija je <strong>na</strong>č<strong>in</strong> določanja lege triangulacijske točke s<br />
pomočjo trikotniških pravil <strong>in</strong> dveh točk z z<strong>na</strong>nima koordi<strong>na</strong>tama.<br />
Eden od avtorjev je Carl Friderich Gauss.<br />
• Skup<strong>in</strong>o točk v ravn<strong>in</strong>i P povežemo z l<strong>in</strong>ijami, tako da nepravilni<br />
trikotniki pokrijejo celotno ravn<strong>in</strong>o brez prekrivanja <strong>in</strong> brez vrzeli<br />
ter da zu<strong>na</strong>nji ovoj celotne skup<strong>in</strong>e trikotnikov tvori konveksni<br />
ovoj.<br />
• Matematik Delau<strong>na</strong>y je predlagal<br />
delitev ravn<strong>in</strong>e v nepravilne trikotnike:<br />
“ Tri točke tvorijo Delau<strong>na</strong>yovo<br />
Triangulacijo če (<strong>in</strong> samo v tem<br />
primeru) <strong>na</strong> krožnici, ki poteka<br />
skozi te tri točke ne ležijo<br />
nobene druge točke.”<br />
240<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
80
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 118<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 4<br />
3.2.15.1 Delau<strong>na</strong>yeva triangulacija / 2<br />
• Z<strong>na</strong>čilnosti Delau<strong>na</strong>yeve triangulacije:<br />
a) Je enolič<strong>na</strong> triangulacija (<strong>za</strong> vsako skup<strong>in</strong>o točk<br />
obstaja samo e<strong>na</strong> Delau<strong>na</strong>yeva triangulacija);<br />
b) Vsebuje dosti manj dolgih trikotnikov z ostrimi koti<br />
kot ostale vrste triangulacije;<br />
c) Središče kroga lahko leži izven trikotnika, ki ga<br />
določajo tri točke <strong>na</strong> krožnici;<br />
d) Ni edi<strong>na</strong> <strong>in</strong> <strong>na</strong>jboljša metoda triangulacije (odvisno<br />
od <strong>na</strong>me<strong>na</strong> uporabe).<br />
241<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 119<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 5<br />
3.2.15.2 Nepravil<strong>na</strong> trikotniška mreža<br />
• Nepravil<strong>na</strong> trikotniška mreža (ang. triangulated irregular<br />
network – TIN) je bolj primeren <strong>na</strong>č<strong>in</strong> modeliranja površja od<br />
kakršnekoli pravilne mreže (npr. rastrske mreže kvadratov).<br />
• Delau<strong>na</strong>yeva triangulacija je samo e<strong>na</strong> izmed TIN.<br />
• Primer izvedbe TIN:<br />
1. delitev območja <strong>za</strong>čnemo v pravokotni regiji;<br />
2. pravokotno regijo lahko delimo z diago<strong>na</strong>lo SZ-JV, ali pa v smeri JZ-SV (<strong>za</strong><br />
vsak trikotnik lahko izraču<strong>na</strong>mo statistike digitalnega modela viš<strong>in</strong>; <strong>na</strong> primer<br />
srednjo vrednost <strong>in</strong> standardni odklon);<br />
3. upoštevamo tisto delitev <strong>na</strong> trikotnika, pri kateri je absoluten standardni<br />
odklon <strong>na</strong>jmanjši (metoda „m<strong>in</strong>imax“).<br />
4. <strong>na</strong>daljujemo postopek deljenja trikotnikov <strong>na</strong> manjše nepravilne trikotnike.<br />
Podrobneje o izvedbi TIN mreže modeliranja površja v poglavju ***.<br />
242<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 120<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 6<br />
3.2.15.2 Nepravil<strong>na</strong> trikotniška mreža / 2<br />
Primer nepravilne trikotniške mreže<br />
upodobitve tere<strong>na</strong> ter prelomne l<strong>in</strong>ije<br />
243<br />
81
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 121<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 7<br />
3.2.15.3 Voronoievi/Thiessenovi poligoni<br />
• Voronoievi/Thiessenovi poligoni, tudi Dirichletove celice.<br />
• Izračun Thiessenovih poligonov je operacija razmejevanja<br />
e<strong>na</strong>kovrednih točkovnih pojavov.<br />
• Za razmejevanje nee<strong>na</strong>kovrednih točkovnih pojavov uporabljamo tehnike<br />
uteženih poligonov.<br />
• Voronoievi/Thiessenovi poligoni so neprek<strong>in</strong>jeni<br />
mnogokotniki <strong>na</strong>jbližjega (neposrednega) sosedstva okrog danih<br />
pojavov.<br />
• Rezultat je odvisen od porazdelitve točk (<strong>na</strong> robovih obrav<strong>na</strong>vanih<br />
območij imajo lahko Thiessenovi poligoni zelo ostre vogale).<br />
• Dualen problem Delau<strong>na</strong>yevi triangulaciji.<br />
244<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 122<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 8<br />
3.2.15.3 Voronoievi/Thiessenovi poligoni / 2<br />
• Voronoi: „Da<strong>na</strong> je množica točk v ravn<strong>in</strong>i {S}, vsaka lokacija v<br />
Voronoiovem poligonu je bližje enemu članu množice {S} kot<br />
kateremukoli ostalemu članu“.<br />
• Postopek delitve regije<br />
s pomočjo Voronoievih<br />
poligonov je e<strong>na</strong> izmed<br />
možnih delitev regije<br />
v ravn<strong>in</strong>i (teselacija).<br />
245<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 123<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 9<br />
3.2.15.3 Voronoievi/Thiessenovi poligoni / 3<br />
• Postopek teselacije z Voronoievimi poligoni:<br />
1. Povežemo vsak par sosednjih točk.<br />
2. Razmejimo dvodimenzio<strong>na</strong>lni prostor s simetralo <strong>na</strong> pove<strong>za</strong>vo<br />
dveh sosednjih točk.<br />
3. S pomočjo simetral poiščemo območja e<strong>na</strong>kovrednih vplivov<br />
posameznih točkovnih pojavov.<br />
točke<br />
pove<strong>za</strong>ve med<br />
sosednjimi<br />
točkami<br />
Voronoievi/Thiessenovi<br />
poligoni<br />
246<br />
82
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 124<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 10<br />
3.2.15.3 Voronoievi/Thiessenovi poligoni / 4<br />
Primer določitve Voronoievih poligonov<br />
ArcGIS<br />
MATLab<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
247<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 125<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 11<br />
3.2.15.3 Voronoievi/Thiessenovi poligoni / 5<br />
Primer določitve Dirichletovih celic<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
248<br />
3.2 Geometrične <strong>in</strong> sorodne operacije / 126<br />
3.2.15 Teselacija <strong>in</strong> triangulacija / 12<br />
3.2.15.3 Voronoievi/Thiessenovi poligoni / 6<br />
Primer določitve Voronoievih regij <strong>na</strong> mreži<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
249<br />
83
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe,<br />
izračuni <strong>in</strong> gostote<br />
• „Poizvedbe“, „izračuni“ <strong>in</strong> „gostote“ lahko<br />
pomenijo v različnih GIS orodjih različno.<br />
• Njihove funkcije so lahko različno izvedene.<br />
250<br />
3.3.1 Prostorske izbire<br />
<strong>in</strong> prostorske poizvedbe<br />
251<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 2<br />
• Neprostorska poizvedba je poizvedba po atributnih<br />
podatkih.<br />
• Prostorska poizvedba <strong>na</strong>jvečkrat pomeni postopek izbire<br />
objektov <strong>in</strong> njihovih podatkov <strong>na</strong> podlagi prostorskih<br />
kriterijev/omejitev.<br />
• Na primer, izberi objekte <strong>na</strong> podlagi lokacije:<br />
• izberi (SELECT) vse objekte znotraj (WITHIN) nekega radija od dane točke;<br />
• izberi (SELECT) vse točke, ki ležijo znotraj (WITHIN) poligo<strong>na</strong>;<br />
• itd.<br />
• Rastrska GIS orodja praviloma <strong>na</strong> vsebujejo funkcije prostorske<br />
poizvedbe (vsebujejo pa funkcije atributne poizvedbe).<br />
• Med prostorske poizvedbe spadajo tudi operacije:<br />
• prostorske združitve (ang. spatial jo<strong>in</strong>) <strong>in</strong><br />
• prostorske pove<strong>za</strong>ve (ang. spatila l<strong>in</strong>k).<br />
(glej tudi OGC “Spatial Relations” v 3.2.10 oziroma <strong>na</strong> <strong>na</strong>slednji prosojnici).<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 2<br />
3.3.1 Prostorske izbire <strong>in</strong> prostorske poizvedbe/ 2<br />
OGC OpenGIS Simple Features Specification: Spatial Relations<br />
(iz poglavja 3.2.10 Prekrivanje <strong>in</strong> operacije komb<strong>in</strong>iranja)<br />
Method<br />
Description<br />
Note: a and b are two geometries (one or more geometric objects or features — po<strong>in</strong>ts, l<strong>in</strong>e objects, polygons,<br />
surfaces <strong>in</strong>clud<strong>in</strong>g their boundaries); I(x) is the <strong>in</strong>terior of x; dim(x) is the dimension of x, or maximum dimension if x<br />
is the result of a relatio<strong>na</strong>l operation<br />
Spatial relations<br />
Equals<br />
spatially equal to: a=b<br />
Disjo<strong>in</strong>t<br />
spatial disjo<strong>in</strong>t: equivalent to ab=<br />
Intersects spatially <strong>in</strong>tersects: [ab] is equivalent to [not a disjo<strong>in</strong>t(b)]<br />
Touches<br />
spatially touches: equivalent to [ab and I(a)I(b)= ]; does not apply if a and b are po<strong>in</strong>ts<br />
Crosses<br />
With<strong>in</strong><br />
Conta<strong>in</strong>s<br />
Overlaps<br />
Relate<br />
spatially crosses: equivalent to [dim(I(a)I(b))
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 3<br />
3.3.2 Enostavni izračuni<br />
• GIS orodja vsebujejo pripomočke <strong>za</strong> raču<strong>na</strong>nje.<br />
• Med enostavne izračune spadajo:<br />
• aritmetične operacije <strong>in</strong><br />
• standardne funkcije, s katerimi obdelujemo atributne podatke<br />
<strong>in</strong> podatkovne sloje.<br />
• Enostavne izračune izvedemo s pomočjo:<br />
• raču<strong>na</strong>l atributov v poljih preglednic;<br />
• SQL poizvedb (izdelave novih atributnih preglednic);<br />
• enostavnih operacij rastrskih podatkovnih slojev (enostavne<br />
operacije algebre karte).<br />
• Včasih je enostavneje izvesti izračune zu<strong>na</strong>j GIS orodij v<br />
elektronskih preglednicah ali sistemih <strong>za</strong> upravljanje baz<br />
podatkov.<br />
253<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 4<br />
3.3.2 Enostavni izračuni / 2<br />
• Algebra karte je izraz, s katerim oz<strong>na</strong>čujemo<br />
operacije komb<strong>in</strong>iranja dveh ali več rastrskih<br />
podatkovnih slojev s pomočjo (enostavnih)<br />
algebraičnih izrazov (Toml<strong>in</strong> 1990).<br />
• Primer: A+2*B+C/100, kjer so A, B <strong>in</strong> C ujemajoči se<br />
rastrski podatkovni sloji.<br />
• Algebro karte lahko izvajamo tudi z neujemajočimi se<br />
podatkovnimi sloji različne ločljivosti – rezultat je pogojen z<br />
<strong>na</strong>jslabšo ločljivostjo vhodnih podatkovnih slojev.<br />
254<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 5<br />
3.3.2 Enostavni izračuni / 3<br />
Lokalne operacije<br />
rastrskih podatkovnih slojev spadajo med enostavne izračune.<br />
Ujemanje a. Match<strong>in</strong>g mreže grids<br />
b. Prevzorčenje<br />
Grid resampl<strong>in</strong>g<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
C<br />
C'<br />
Nov New raster<br />
Nov New raster<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
255<br />
85
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 6<br />
3.3.2 Enostavni izračuni / 4<br />
• Enostavne operacije algebre karte so:<br />
• operacije enega podatkovnega sloja – delimo jih<br />
glede <strong>na</strong> to ali obdelujemo posamezne celice, skup<strong>in</strong>e<br />
mrežnih celic ali pa cel podatkovi sloj:<br />
• lokalne operacije (ang. cell-by-cell, local operations)<br />
• središčne operacije (ang. focal operations) ali<br />
operacije sosedstva (ang. neighborhood operations),<br />
• conske operacije (ang. zo<strong>na</strong>l operations),<br />
• globalne operacije (ang. global operations),<br />
• operacije z več podatkovnimi sloji:<br />
• npr. algebraični izrazi z več podatkovnimi sloji (C=(A-B)/(A+B)),<br />
• operacije rastrsko-vektorskega komb<strong>in</strong>iranja.<br />
256<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 7<br />
3.3.2 Enostavni izračuni / 5<br />
• Operacije algebre karte (širši vidik delitve):<br />
• ločljivost, orientacija <strong>in</strong> prevzorčenje;<br />
• klasifikacija;<br />
• algebraične <strong>in</strong> statistične operacije;<br />
• operacije sosedstva;<br />
• operacije a<strong>na</strong>lize površja <strong>in</strong> operacije hidroloških a<strong>na</strong>liz;<br />
• transformacije <strong>in</strong> <strong>in</strong>terpolacije;<br />
• filtriranje.<br />
257<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 10<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi,<br />
normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija<br />
• Če delimo prostorsko ekstenzivno spremenljivko s<br />
površ<strong>in</strong>o območja, ki ga predstavlja, dobimo prostorsko<br />
<strong>in</strong>tenzivno spremenljivko.<br />
• Prostorsko ekstenzivne spremenljivke predstavljajo celoten a<strong>na</strong>liziran<br />
prostor, prostorsko <strong>in</strong>tenzivne pa predstavljajo celoten a<strong>na</strong>liziran prostor<br />
samo v primeru, da je le-ta homogen.<br />
• Normali<strong>za</strong>cija podatkov je postopek, pri katerem delimo<br />
vrednosti spremenljivke (tudi število opazovanj) z izbrano<br />
enoto.<br />
• Primeri: število avtomobilov <strong>na</strong> gospod<strong>in</strong>jstvo, število verskih skup<strong>in</strong><br />
<strong>na</strong> 100.000 prebivalcev, število prebivalcev <strong>na</strong> hektar, število <strong>na</strong>selij<br />
v obč<strong>in</strong>i, itd.<br />
• V GIS postopkih prostorskih a<strong>na</strong>liz: če vrednosti atributa<br />
normaliziramo s površ<strong>in</strong>o območja, se izognemo problemu kartiranja<br />
atributov po območjih nee<strong>na</strong>kih površ<strong>in</strong>.<br />
258<br />
86
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 11<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi, normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija / 2<br />
Vrste normali<strong>za</strong>cije podatkov glede <strong>na</strong> rezultat:<br />
• povprečja – vrednosti ene spremeljivke delimo z vrednostmi<br />
druge spremenljivke:<br />
• primeri: povprečno število otrok <strong>na</strong> gospodijstvo, povprečno število<br />
trgov<strong>in</strong> v obč<strong>in</strong>i, povprečno število avtomobilskih nesreč v <strong>na</strong>selju;<br />
• odstotki – vrednosti spremenljivke po posameznih objektih<br />
ali pojavih delimo z (a) <strong>na</strong>jvečjo vrednostjo ali (b) vsoto vseh<br />
vrednosti obrav<strong>na</strong>vanih objektov <strong>na</strong> obrav<strong>na</strong>vanem območju<br />
(v primeru da štejemo objekte po območjih):<br />
• primera: odstotek doseženega uspeha <strong>na</strong> maturi; odstotek otrok po<br />
<strong>na</strong>seljih neke obč<strong>in</strong>e;<br />
• gostote – vrednosti spremenljivke delimo s površ<strong>in</strong>o<br />
območja:<br />
• primera: število prebivalcev <strong>na</strong> hektar, število stanovanj <strong>na</strong> kvadratni<br />
meter.<br />
259<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 12<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi, normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija / 3<br />
• S pomočjo standardi<strong>za</strong>cije <strong>za</strong>gotovimo možnost<br />
primerjave podatkov iz dveh ali več različnih virov.<br />
• Vrste standardi<strong>za</strong>cije:<br />
• neposred<strong>na</strong> standardi<strong>za</strong>cija – primerjava posameznih<br />
vrednosti z vsoto v a<strong>na</strong>lizirani regiji:<br />
• regio<strong>na</strong>l<strong>na</strong>/<strong>na</strong>cio<strong>na</strong>l<strong>na</strong> primerjava - primera: koeficient BDP-ja v regiji<br />
(glede <strong>na</strong> BDP v državi), koeficient ne<strong>za</strong>poslenosti v obč<strong>in</strong>i (glede <strong>na</strong><br />
ne<strong>za</strong>poslenost v državi/regiji)<br />
• posred<strong>na</strong> standardi<strong>za</strong>cija – izračun pričakovanih vrednosti<br />
a<strong>na</strong>liziranega atributa po posameznih okoliših glede <strong>na</strong><br />
vrednosti <strong>na</strong> regio<strong>na</strong>lni/<strong>na</strong>cio<strong>na</strong>lni ravni ter primerjava teh<br />
(pričakovanih vrednosti) z dejanskimi.<br />
• statistič<strong>na</strong> standardi<strong>za</strong>cija – vključuje z-transformacijo<br />
ter standardi<strong>za</strong>cijo <strong>na</strong> <strong>in</strong>tervalu.<br />
260<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 13<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi, normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija / 4<br />
Statistič<strong>na</strong> standardi<strong>za</strong>cija:<br />
• z-transformacija:<br />
xi<br />
x<br />
zi<br />
<br />
(27)<br />
<br />
x<br />
kjer je x i vrednost opazovane spremenljivke (atributa),<br />
x srednja vrednost spremeljivke, x pa standardni odklon<br />
spremeljivke;<br />
• standardi<strong>za</strong>cija <strong>na</strong> <strong>in</strong>tervalu:<br />
xi<br />
m<strong>in</strong>( xi<br />
)<br />
ri<br />
<br />
(28)<br />
max( xi<br />
) m<strong>in</strong>( xi<br />
)<br />
kjer je x i vrednost opazovane spremenljivke (atributa),<br />
m<strong>in</strong>( x i<br />
) <strong>na</strong>jmanjša vrednost spremeljivke, max( x i<br />
) pa<br />
<strong>na</strong>jvečja vrednost spremeljivke.<br />
261<br />
87
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 14<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi, normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija / 5<br />
Problemi pri izračunu razmerij:<br />
• deljenje z 0 – nekatere vrednosti atributov so lahko tudi 0;<br />
• manjkajoči podatki – deljenje z vrednostmi, ki jih ni (?!);<br />
• normali<strong>za</strong>cija že normaliziranih podatkov nima pome<strong>na</strong><br />
(<strong>na</strong> primer: normali<strong>za</strong>cija odstotkov);<br />
• neprimerljivost varianc – podatke z zelo različnimi<br />
variancami ne moremo primerjati:<br />
• Primer: v obdobju enega leta je v <strong>na</strong>selju A z 100.000 prebivalci umrlo <strong>za</strong><br />
rakom 10 prebivalcev (normalizira<strong>na</strong> stopnja je 0,1 <strong>na</strong> 1000 prebivalcev),<br />
v <strong>na</strong>selju B, ki ima samo 1000 prebivalcev, pa sta <strong>za</strong> rakom umrla 2<br />
prebivalca (normalizira<strong>na</strong> stopnja je 2 <strong>na</strong> 1000 prebivalcev);<br />
• izbira ustreznega delitelja – rezultat normali<strong>za</strong>cije mora<br />
biti smiseln.<br />
262<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 15<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi, normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija / 6<br />
Primer normali<strong>za</strong>cije v ArcGIS-u<br />
263<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 16<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi, normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija / 7<br />
Indeksi<br />
• V postopkih normali<strong>za</strong>cije (standardi<strong>za</strong>cije) raču<strong>na</strong>mo<br />
enostav<strong>na</strong> razmerja vrednosti.<br />
• Indeksi so lahko tudi <strong>za</strong>pletene kombi<strong>na</strong>cije vrednosti<br />
različnih atributov enega ali več nizov podatkov<br />
(objektov).<br />
• Takšni <strong>in</strong>deksi so lahko uč<strong>in</strong>kovito orodje pri prostorskem<br />
planiranju <strong>in</strong> <strong>na</strong>črtovanju:<br />
• Primeri: <strong>in</strong>deks izrabe tal, <strong>in</strong>deks razvojne ogroženosti regije, <strong>in</strong>deks<br />
gravitacije, <strong>in</strong>deks koncentracije, <strong>in</strong>deks potencialne dostopnosti ...<br />
264<br />
88
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 17<br />
3.3.3 Razmerja, <strong>in</strong>deksi, normali<strong>za</strong>cija <strong>in</strong> standardi<strong>za</strong>cija / 8<br />
Indeks potencialne multimodalne dostopnosti v<br />
državah EU <strong>na</strong> NUTS3 ravni leta 2006<br />
A<br />
j<br />
<br />
j<br />
Pi<br />
d(<br />
t)<br />
<br />
ij<br />
265<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 18<br />
3.3.4 Gostota<br />
• Vektorski podatki<br />
• Normali<strong>za</strong>cija frekvenčnih podatkov (štetih podatkov) s<br />
površ<strong>in</strong>o objekta, dá gostoto pojava v območju objekta.<br />
• Rastrski podatki<br />
• Rezultat pretvorbe vektorskih v rastrske podatke lahko<br />
rezultira v gostoti pojava - štetje objektov v eni rastrski celici<br />
dá gostoto pojava <strong>na</strong> enoto površ<strong>in</strong>e pogojene z ločljivostjo<br />
rastrske obrav<strong>na</strong>ve.<br />
• Vrste gostot:<br />
• gostote točkovnih objektov,<br />
• jedrne gostote mrež,<br />
• l<strong>in</strong>ijske gostote <strong>in</strong> gostote presečišč.<br />
266<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 19<br />
3.3.4 Gostota / 2<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov<br />
• Gostoto točkovnih objektov raču<strong>na</strong>mo kot razmerje<br />
števila objektov <strong>na</strong> površ<strong>in</strong>o (n/A).<br />
• Zasedenost površ<strong>in</strong>e lahko izrazimo kot razmerje<br />
površ<strong>in</strong>e proti številu objektov (A/n).<br />
• Gostota točkovnih objektov je močno pogoje<strong>na</strong> z:<br />
• izbiro mej okolišev (območij) oziroma z opredelitvijo površ<strong>in</strong>e,<br />
• izbiro mej obrav<strong>na</strong>vanega območja (območja a<strong>na</strong>lize).<br />
• Veči<strong>na</strong> metod izraču<strong>na</strong> gostote je razvitih iz univariatne<br />
statistike:<br />
• Čeprav obstajajo tudi bi- <strong>in</strong> multivariatne metode izraču<strong>na</strong> gostote.<br />
267<br />
89
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 20<br />
3.3.4 Gostota / 3<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 2<br />
3.3.4.2 Metoda jedra<br />
• Obrav<strong>na</strong>vajmo 5 dogodkov vzdolž l<strong>in</strong>ijskega objekta (dolž<strong>in</strong>e 20 enot)<br />
oz<strong>na</strong>čenih z „x“ <strong>na</strong> lokacijah 7, 8, 9, 12 <strong>in</strong> 14.<br />
• V primeru e<strong>na</strong>komerne porazdelitve izraču<strong>na</strong>mo gostoto dogodkov<br />
5/20=0,25 (sive celice).<br />
• V primeru, da razdelimo l<strong>in</strong>ijski objekt v dve polovici (10 enot modrih <strong>in</strong><br />
10 enot oranžnih celic), je gostota točk v prvi polovici (modre celice)<br />
3/10=0,3, v drugi polovici (oranžne celice) pa 2/10=0,2.<br />
• Ni enoz<strong>na</strong>čne metode izraču<strong>na</strong> gostote točkovnih pojavov <strong>na</strong> l<strong>in</strong>ijskem<br />
objektu – metoda je odvis<strong>na</strong> od aplikacije.<br />
e<strong>na</strong>komerno<br />
50:50<br />
268<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 21<br />
3.3.4 Gostota / 4<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 3<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (2)<br />
• Problemi <strong>na</strong> l<strong>in</strong>ijskih segmentih e<strong>na</strong>komerno izraču<strong>na</strong>ne<br />
gostote:<br />
• dolži<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ije pomembno vpliva <strong>na</strong> gostoto točk – iščemo metodo, ki<br />
bo vsaj delno premostila problem dolž<strong>in</strong>e l<strong>in</strong>ije;<br />
• v primeru delitve polil<strong>in</strong>ije <strong>na</strong> diskretne dele, so takšni tudi rezultati<br />
gostote: <strong>na</strong> mejah delitve polil<strong>in</strong>ije v sestavne l<strong>in</strong>ijske segmente<br />
prihaja do ne<strong>na</strong>dnih sprememb vrednosti – iščemo metodo, ki reši<br />
problem diskretnih vrednosti gostote;<br />
• <strong>za</strong>radi delitve polil<strong>in</strong>ije <strong>na</strong> manjše segmente, se lahko pojavijo<br />
segmenti, kjer je gostota točk e<strong>na</strong>ka 0 – iščemo metodo, ki reši<br />
problem segmentov z gostoto 0.<br />
269<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 22<br />
3.3.4 Gostota / 5<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 4<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (3)<br />
• Rešitev:<br />
Obrav<strong>na</strong>vajmo razpršenost izvornih točk po <strong>in</strong>tervalih izbrane šir<strong>in</strong>e d.<br />
V tem primeru je gostota posamezne točke v obrav<strong>na</strong>vanem <strong>in</strong>tervalu<br />
1/d. Če seštejemo vse (razpršene) gostote posameznih točk<br />
prekrivajočih se <strong>in</strong>tervalov, dobimo vsoto e<strong>na</strong>komerne razpršitve<br />
gostote točk. Le-ta def<strong>in</strong>ira porazdelitev gostote točkovnih objektov <strong>na</strong><br />
l<strong>in</strong>iji.<br />
• Problemi:<br />
• <strong>na</strong> robovih l<strong>in</strong>ijskih objektov še vedno nimamo vrednosti gostote pojava;<br />
• vrednosti gostote so še vedno nezvezno spremenljive vrednosti;<br />
• vrednosti so e<strong>na</strong>komerno razpršene okoli izvornih točk (smiselno bi jih bilo<br />
utežiti glede <strong>na</strong> središče <strong>in</strong>tervala).<br />
• Rešitev:<br />
Gladko funkcijo gostote točkovnih objektov <strong>na</strong> (celotni) polil<strong>in</strong>iji dobimo<br />
z uporabo funkcije jedra.<br />
270<br />
90
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 23<br />
3.3.4 Gostota / 6<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 5<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (4)<br />
Točkovni podatki<br />
Enostavno l<strong>in</strong>earno (e<strong>na</strong>komerno) glajenje jedra<br />
e<strong>na</strong>komerno<br />
50:50<br />
jedro<br />
vsota<br />
histogram<br />
vsote<br />
271<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 24<br />
3.3.4 Gostota / 7<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 6<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (4)<br />
• Funkcija jedra, s katero zvezno „razpršimo“ gostoto točk <strong>na</strong><br />
polil<strong>in</strong>iji, je lahko različ<strong>na</strong>:<br />
• funkcija normalne porazdelitve,<br />
• eksponent<strong>na</strong> funkcija,<br />
• kvadrat<strong>na</strong> funkcija,<br />
• l<strong>in</strong>ear<strong>na</strong> funkcija,<br />
• itd.<br />
odvisno od <strong>na</strong>rave problema oziroma izkušenj operaterja.<br />
• Rezultat imenujemo tudi „gostota verjetnosti“.<br />
• V <strong>na</strong>šem primeru „gostota verjetnosti pojava točkovnega objekta <strong>na</strong> l<strong>in</strong>iji“.<br />
• V primeru, da problem razširimo v 2D, pa rezultat<br />
poimenujemo „ploskev gostote verjetnosti“.<br />
272<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 25<br />
3.3.4 Gostota / 8<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 7<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (5)<br />
Primeri uporabe različnih funkcij jedra <strong>za</strong> razpršitev gostote točkovnih<br />
objektov <strong>na</strong> polil<strong>in</strong>iji:<br />
funkcija normalne porazdelitve<br />
primeri ostalih funkcij porazdelitve<br />
273<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
91
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 26<br />
3.3.4 Gostota / 9<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 8<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (6)<br />
• Funkcija jedra – pri odločitvi o izbiri funkcije jedra je<br />
pomemb<strong>na</strong> odločitev glede:<br />
• oblike funkcije:<br />
• konč<strong>na</strong><br />
• neskonč<strong>na</strong><br />
• širi<strong>na</strong> pasu (<strong>in</strong>tervala) – je ključen kriterij pri izvedbi jedrne<br />
funkcije:<br />
• stal<strong>na</strong> (fiks<strong>na</strong>) širi<strong>na</strong><br />
• prilagodljiva (spremenljiva) širi<strong>na</strong><br />
• ločljivosti rastra<br />
• ki pomembno vpliva <strong>na</strong> gostoto pojava<br />
• vrsta rezultata:<br />
• relativ<strong>na</strong> gostota – število točkovnih objektov <strong>na</strong> enoto površ<strong>in</strong>e<br />
(<strong>na</strong> primer: število dogodkov <strong>na</strong> hektar);<br />
• absolut<strong>na</strong> gostota – število dogodkov v rastrski celici (brez<br />
prilagoditve velikosti rastrske celice);<br />
• verjetnost – absolutno gostoto delimo s skupnim številom dogodkov.<br />
274<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 27<br />
3.3.4 Gostota / 10<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 9<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (7)<br />
• V primeru, da problem razširimo v 2D, rezultat poimenujemo<br />
ploskev gostote verjetnosti.<br />
• Ploskev gostote verjetnosti v 2D dobimo tako, da sučemo funkcijo<br />
jedra okoli vsake točke.<br />
primer 2D funkcije gostote jedra<br />
normalne porazdelitve okoli ene točke<br />
275<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 28<br />
3.3.4 Gostota / 11<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 10<br />
Primera 2D kartografskih prikazov gostote jedra –<br />
Primeri pljučnega raka<br />
algebraič<strong>na</strong> funkcija četrte stopnje<br />
funkcija normalne porazdelitve<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
276<br />
92
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 29<br />
3.3.4 Gostota / 12<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 11<br />
Primer 3D kartografskega prika<strong>za</strong> gostote jedra –<br />
Primeri pljučnega raka<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
277<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 30<br />
3.3.4 Gostota / 13<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 12<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (10)<br />
• Postopek 2D pristopa ocene jedrne gostote:<br />
1. izbira simetrične funkcije;<br />
2. opredelitev ločljivosti rastrskega rezultata (ali obsega ter števila<br />
stolpcev <strong>in</strong> vrstic);<br />
3. izbira končne (omejene; npr. kvadrat, krog) ali neomejene funkcije<br />
(npr. normalne);<br />
4. sučemo 1D funkcijo okoli vsake točke 2D funkcija; beležimo<br />
razpršenost gostote pojava;<br />
5. seštejemo podatek o razpršenosti gostote pojava; rezultat<br />
normaliziramo;<br />
6. kartiramo rezultat v rastrski podobi.<br />
278<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 31<br />
3.3.4 Gostota / 14<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 13<br />
Gostota točkovnih objektov - Metoda jedra (11)<br />
• Funkcije jedra izvedene v GIS:<br />
• normal<strong>na</strong> (ali Gaussova) funkcija,<br />
• sferič<strong>na</strong> funkcija (ali algebraič<strong>na</strong> funkcija četrte stopnje; ang.<br />
quartic),<br />
• negativ<strong>na</strong> eksponent<strong>na</strong> funkcija,<br />
• konič<strong>na</strong> funkcija (ali trikotniška funkcija),<br />
• e<strong>na</strong>komer<strong>na</strong> funkcija,<br />
• Epanechnikova funkcija (parabolič<strong>na</strong> oz. kvadrat<strong>na</strong> funkcija)<br />
• Primeri aplikacije v postopkih prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS:<br />
• izračun ploskev gostot/verjetnosti,<br />
• kontrolne a<strong>na</strong>lize,<br />
• prostorsko-časovne a<strong>na</strong>lize,<br />
• a<strong>na</strong>lize odkrivanja vročih točk (ang. hot-spot a<strong>na</strong>lysis),<br />
• mrežne a<strong>na</strong>lize.<br />
279<br />
93
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 32<br />
3.3.4 Gostota / 15<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 14<br />
Pogosto izvedene univariatne funkcije gostote jedra<br />
v GIS orodjih (1)<br />
Kernel Formula Comments.<br />
Note t=d ij/h, h is the bandwidth<br />
Normal (or Gaussian)<br />
Unbounded, hence def<strong>in</strong>ed for all t. The standard<br />
kernel <strong>in</strong> Crimestat; bandwidth h is the standard<br />
deviation (and may be fixed or adaptive)<br />
Quartic (spherical)<br />
Bounded. Approximates the Normal. k is a constant<br />
(Negative)<br />
Exponential<br />
Optio<strong>na</strong>lly bounded. A is a constant (e.g. A=3/2) and k<br />
is a parameter (e.g. k=3). Weights more heavily to the<br />
central po<strong>in</strong>t than other kernels<br />
Triangular (conic)<br />
Bounded. Very simple l<strong>in</strong>ear decay with distance.<br />
Uniform (flat)<br />
Epanechnikov<br />
(paraboloid/quadratic)<br />
Bounded. k=a constant. No central weight<strong>in</strong>g so<br />
function is like a uniform disk placed over each event<br />
po<strong>in</strong>t<br />
Bounded; optimal smooth<strong>in</strong>g function for some<br />
statistical applications; used as the smooth<strong>in</strong>g function<br />
<strong>in</strong> the Geographical A<strong>na</strong>lysis Mach<strong>in</strong>e (GAM/K) and <strong>in</strong><br />
ArcGIS<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
280<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 33<br />
3.3.4 Gostota / 16<br />
3.3.4.1 Gostota točkovnih objektov / 15<br />
Pogosto izvedene univariatne funkcije gostote jedra<br />
v GIS orodjih (2)<br />
algebraič<strong>na</strong> funkcija četrte stopnje<br />
e<strong>na</strong>komer<strong>na</strong> (ang. uniform)<br />
eksponent<strong>na</strong> (ang. exponential)<br />
(ang. quartic)<br />
normal<strong>na</strong> (ang. normal)<br />
kvadrat<strong>na</strong> (ang. quadratic)<br />
konič<strong>na</strong> ali l<strong>in</strong>ear<strong>na</strong><br />
(ang. conic, l<strong>in</strong>ear)<br />
281<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 34<br />
3.3.4 Gostota / 17<br />
3.3.4.3 Gostota v mreži<br />
• Algoritem izraču<strong>na</strong> gostoto točkovnih objektov vzdolž<br />
l<strong>in</strong>ijskih objektov <strong>na</strong> mreži (Okabe <strong>in</strong> sod. 2009).<br />
• Oce<strong>na</strong> gostote točkovnih objektov temelji <strong>na</strong>:<br />
• izračunu <strong>na</strong>jkrajše razdalje ter<br />
• izračunu gostote jedra – po prilagojeni funkciji jedra.<br />
• Funkcija jedra je prilagoje<strong>na</strong> konus<strong>na</strong> funkcija, aplicira<strong>na</strong><br />
<strong>na</strong> mrežo oziroma cestne odseke med vozlišči.<br />
• Avtorji predlagajo uporabo šir<strong>in</strong>e pasu med 100 <strong>in</strong> 300 m<br />
– odvisno od <strong>na</strong>rave problema.<br />
• Več <strong>na</strong>:<br />
http://sanet.csis.u-tokyo.ac.jp<br />
282<br />
(Vir: http://sanet.csis.u-tokyo.ac.jp)<br />
94
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 35<br />
3.3.4 Gostota / 18<br />
3.3.4.4 Gostota l<strong>in</strong>ij <strong>in</strong> presečišč<br />
• Metode izraču<strong>na</strong> gostote lahko apliciramo tudi <strong>za</strong> l<strong>in</strong>ijske<br />
objekte ter presečišča l<strong>in</strong>ijskih objektov.<br />
• Nekaj <strong>za</strong>nimivih statistik:<br />
<br />
• frekvenca l<strong>in</strong>ij, , (<strong>in</strong> ne gostota l<strong>in</strong>ij) je število l<strong>in</strong>ijskih segmentov<br />
<strong>na</strong> enoto površ<strong>in</strong>e;<br />
• število l<strong>in</strong>ijskih segmentov (ene vrste) <strong>na</strong> enoto površ<strong>in</strong>e<br />
izraču<strong>na</strong>mo po e<strong>na</strong>čbi<br />
L<br />
a<br />
0<br />
283<br />
L e<br />
(29)<br />
kjer je r radial<strong>na</strong> razdalja od številnih središč v mestu, L 0 je gostota<br />
cest v središču mesta (npr. <strong>za</strong> London L 0 = 19,5 km/km 2 ), b pa je<br />
parameter, ki ga prilagodimo vzorčnim podatkom;<br />
• recipročno vrednost L a , 1/L a , imenujemo konstanta vzdrževanih<br />
poti, ki je povpreč<strong>na</strong> površi<strong>na</strong> v zvezi z enoto dolž<strong>in</strong>e obrav<strong>na</strong>vanih<br />
poti;<br />
r<br />
b<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 36<br />
3.3.4 Gostota / 19<br />
3.3.4.3 Gostota l<strong>in</strong>ij <strong>in</strong> presečišč / 2<br />
• Nekaj <strong>za</strong>nimivih statistik (<strong>na</strong>daljevanje):<br />
• število presečišč l<strong>in</strong>ij <strong>na</strong> enoto površ<strong>in</strong>e;<br />
• število presečišč l<strong>in</strong>ij <strong>na</strong> enoto dolž<strong>in</strong>e l<strong>in</strong>ije imenujemo gostota<br />
presečišč <strong>in</strong> jo oz<strong>na</strong>čimo s k. Doka<strong>za</strong>ti je mogoče, da je <strong>za</strong> poljubno,<br />
<strong>na</strong>ključno mrežo ravnih l<strong>in</strong>ij gostota presečišč:<br />
2<br />
k <br />
(30)<br />
kjer je frekvenca l<strong>in</strong>ij <strong>na</strong> enoto površ<strong>in</strong>e.<br />
<br />
• S pomočjo gostote presečišč k je mogoče izraču<strong>na</strong>ti faktor križanja<br />
K po <strong>na</strong>slednji e<strong>na</strong>čbi:<br />
k<br />
K <br />
2<br />
(31)<br />
<br />
Za <strong>na</strong>ključen mrežni model velja, da K leži <strong>na</strong> <strong>in</strong>tervalu K [ 0,1 ] .<br />
284<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 37<br />
3.3.4 Gostota / 20<br />
3.3.4.3 Gostota l<strong>in</strong>ij <strong>in</strong> presečišč / 3<br />
• Uporaba mer gostote l<strong>in</strong>ij <strong>in</strong> presečišč <strong>na</strong>jdemo v številnih<br />
primerjavah med regijami <strong>na</strong> področju:<br />
• a<strong>na</strong>liz prometa <strong>in</strong> transporta,<br />
• hidrologije,<br />
• ekologije,<br />
• itd.<br />
285<br />
(Vir:<br />
http://www.mtholyoke.edu/courses/rsch<br />
wart/<strong>in</strong>d_rev/data/prog_report.html)<br />
95
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 38<br />
3.3.4 Gostota / 21<br />
3.3.4.5 Kartogrami<br />
• Kartogram je karta, <strong>na</strong> kateri primerjamo absolutne <strong>in</strong> relativne<br />
vrednosti atributov, njihove <strong>in</strong>dekse, koeficiente <strong>in</strong> gostote.<br />
• Geometrija prostora <strong>na</strong> kartogramu je lahko popače<strong>na</strong> –<br />
<strong>na</strong>jvečkrat <strong>za</strong>radi alter<strong>na</strong>tivnega predstavljanja <strong>in</strong>formacij.<br />
• Variacijo podatkov lahko predstavimo z variacijo ter premikanjem<br />
z<strong>na</strong>kov, ali celo variacijo površ<strong>in</strong>e regij.<br />
• Dougenik <strong>in</strong> sod. (1985) – pristop popačenja površ<strong>in</strong> poligonov<br />
(površ<strong>in</strong>o obrav<strong>na</strong>vanih območij popačimo glede <strong>na</strong> relativno velikost<br />
vrednosti obrav<strong>na</strong>vanega atributa).<br />
• Dorl<strong>in</strong>gov (1996) pristop gravitacijskega kartograma:<br />
1. Na centroid regije <strong>za</strong>rišemo krog, katerega polmer je opredeljen z velikostjo<br />
obrav<strong>na</strong>vane spremenljivke.<br />
2. V primeru prekrivanja krogov le-te prestavimo po pr<strong>in</strong>cipu gravitacijskega modela<br />
(vsak objekt <strong>na</strong> karti obrav<strong>na</strong>vamo kot objekt v gravitacijskem modelu: med vsemi<br />
objekti <strong>na</strong> karti se izraču<strong>na</strong> „hitrost“ ter „pospešek“ privlaka).<br />
3. Prekrivajoče kroge premikamo glede <strong>na</strong> izraču<strong>na</strong>ne parametre v gravitacijskem modelu.<br />
286<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 39<br />
3.3.4 Gostota / 22<br />
3.3.4.4 Kartogrami / 2<br />
Primer uporabe algoritma popačenja površ<strong>in</strong>:<br />
Kartograma populacije v 171-tih obči<strong>na</strong>h v kantonu Zürich, Švica<br />
Izvorni podatki: Število prebivalcev<br />
v obči<strong>na</strong>h kanto<strong>na</strong> Zürich, Švica<br />
– enostaven tematski prikaz<br />
Kartogram izdelan s pomočjo<br />
algoritma popačenja površ<strong>in</strong><br />
aplikacija<br />
Dougenikovega<br />
<strong>in</strong> sod. (1985)<br />
algoritma<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
287<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 40<br />
3.3.4 Gostota / 23<br />
3.3.4.4 Kartogrami / 3<br />
Primer uporabe Dorl<strong>in</strong>govega algoritma:<br />
Kartograma populacije v 171-tih obči<strong>na</strong>h v kantonu Zürich, Švica<br />
Izvorni podatki: Število prebivalcev<br />
v obči<strong>na</strong>h kanto<strong>na</strong> Zürich, Švica<br />
– kartirano s prekrivajočimi se krogi<br />
Kartogram izdelan s pomočjo<br />
Dorligovega algoritma<br />
aplikacija<br />
Dorligovega<br />
algoritma<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
288<br />
96
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 41<br />
3.3.4 Gostota / 24<br />
3.3.4.4 Kartogrami / 4<br />
Primer kartograma svetovne populacije leta 2006<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
289<br />
3.3 Poizvedbe, izračuni <strong>in</strong> gostote / 42<br />
3.3.4 Gostota / 25<br />
3.3.4.4 Kartogrami / 5<br />
Primeri alter<strong>na</strong>tivnih kartogramov prilagojene<br />
gostote prebivalcev<br />
izvorni podatki<br />
izvorni podatki<br />
Glastner-Newmanov razpršitven algoritem<br />
(ArcGIS 9 Cartogram Geoprocess<strong>in</strong>g tool)<br />
Dorl<strong>in</strong>gov kartogram (GeoDa)<br />
Nezvezno razbit kartogram (MapViewer)<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
290<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj<br />
• Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj so osnova vsem prostorskim<br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>m v GIS.<br />
• Razdaljo med dvema točkama i <strong>in</strong> j lahko raču<strong>na</strong>mo kot<br />
Evklidsko razdaljo (d E ) po (2):<br />
d d x<br />
x y<br />
y 2<br />
E<br />
ij<br />
i<br />
ali pa kot sferično razdaljo (d s ) po e<strong>na</strong>čbi (5):<br />
<br />
ds<br />
dij<br />
2Rs<strong>in</strong><br />
j<br />
1<br />
• Vendar sta ta dva pristopa izraču<strong>na</strong> razdalja neprimer<strong>na</strong> <strong>za</strong><br />
številne prostorske a<strong>na</strong>lize v GIS:<br />
• meritve daljših razdalj (a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> večih območij),<br />
• meritve razdalj v mreži,<br />
• meritve uč<strong>in</strong>ka spremenljivih stroškov/trenja.<br />
291<br />
2 i j<br />
i<br />
<br />
j<br />
i<br />
<br />
j<br />
kjer A , B <br />
2 2<br />
2<br />
2<br />
s<strong>in</strong> A<br />
s<strong>in</strong> Bcos<br />
cos<br />
i<br />
j<br />
<br />
97
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 2<br />
• Razdalja med točkama A <strong>in</strong> B:<br />
pošev<strong>na</strong> razdalja<br />
ukrivlje<strong>na</strong> pošev<strong>na</strong> razdalja<br />
povpreč<strong>na</strong> viši<strong>na</strong> tere<strong>na</strong><br />
rav<strong>na</strong> razdalja <strong>na</strong><br />
povprečni viš<strong>in</strong>i tere<strong>na</strong><br />
razdalja <strong>na</strong> geoidu<br />
površje zemlje<br />
razdalja <strong>na</strong> elipsoidu<br />
rav<strong>na</strong> razdalja <strong>na</strong> elipsoidu<br />
geoid<br />
elipsoid<br />
292<br />
Geoid je valovita fiktiv<strong>na</strong> gladi<strong>na</strong> morja, tudi pod kont<strong>in</strong>enti.<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 3<br />
• Razdalja med točkama A <strong>in</strong> B:<br />
• V primeru, da točki nista preveč oddaljeni (npr. do 10 km),<br />
lahko uporabimo visoko <strong>na</strong>tančen laser ter izmerimo<br />
poševno razdaljo med njima (po potrebi upoštevamo še<br />
refrakcijo <strong>in</strong> skupni datum).<br />
• Izmerimo oziroma izraču<strong>na</strong>mo lahko več razdalj:<br />
• ravno razdaljo <strong>na</strong> elipsoidu,<br />
• razdaljo <strong>na</strong> geoidu,<br />
• ravno razdaljo <strong>na</strong> povprečni viš<strong>in</strong>i tere<strong>na</strong>,<br />
• poševno razdaljo,<br />
• ukrivljeno poševno razdaljo,<br />
• ...<br />
293<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 4<br />
• Za a<strong>na</strong>lize v GIS-u v splošnem velja, da lahko raču<strong>na</strong>mo<br />
razdaljo polil<strong>in</strong>ije kot 2D Evklidsko razdaljo segmentov,<br />
• če je a<strong>na</strong>lizirano območje manjše od 20x20 km <strong>in</strong><br />
• če je teren dovolj gladek.<br />
• Veči<strong>na</strong> GIS orodij omogoča izračun treh različnih<br />
vrst razdalj:<br />
a) razdalj izraču<strong>na</strong>nih iz koordi<strong>na</strong>t v ravn<strong>in</strong>i ali <strong>na</strong> sferi (ki<br />
jo lahko razumemo kot prvi približek obliki Zemlje);<br />
b) razdalj v mreži, ki jih dobimo s seštetje razdalj segmentov<br />
polil<strong>in</strong>ije vzdolž določene poti (<strong>na</strong>jkrajše, <strong>na</strong>jhitrejše ...);<br />
c) razdalj polil<strong>in</strong>iji, ki predstavljajo objekte iz stvanega<br />
sveta (meje, reke ...).<br />
294<br />
98
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 5<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika<br />
• Razdalja je dolži<strong>na</strong> poti med dvema točkama<br />
(telesoma). Je numerični opis, kako daleč v prostoru<br />
(d ij ) so pari teles (i <strong>in</strong> j).<br />
• Razdalja je eden osnovnih pojmov v geometriji <strong>in</strong> se<br />
pogosto pojavlja v drugih z<strong>na</strong>nostih, vedah <strong>in</strong> področjih kot<br />
so: astronomija, geodezija, <strong>na</strong>vigacija idr.<br />
• Za dolž<strong>in</strong>o poti med dvema točkama, oziroma <strong>za</strong> razdaljo<br />
telesa od drugega referenčnega telesa, se pogosto uporablja<br />
tudi izraz oddaljenost, ki je v tem pomenu sopomenka<br />
razdalji.<br />
• Izra<strong>za</strong> »razdalja od točke A do točke B« <strong>in</strong> »razdalja med točko B<br />
<strong>in</strong> točko A (med točkama A <strong>in</strong> B)« sta več<strong>in</strong>oma izmenljiva med<br />
seboj.<br />
295<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 6<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 2<br />
• V matematiki razdaljo med točkama A <strong>in</strong> B<br />
oz<strong>na</strong>čimo |AB| ali d(A,B).<br />
• Če sta točki v prostoru podani s koordi<strong>na</strong>tami A(x 1 ,y 1 ,z 1 )<br />
B(x 2 ,y 2 ,z 2 ), lahko razdaljo med njima izraču<strong>na</strong>mo po formuli:<br />
AB <br />
• Za točke v ravn<strong>in</strong>i pa velja:<br />
AB <br />
• Za razdaljo veljajo <strong>na</strong>slednje osnovne lastnosti, ki jih<br />
imenujemo tudi aksiomi razdalje:<br />
• |AB| ≥ 0 (razdalja je vedno nenegativ<strong>na</strong>)<br />
• |AB| = 0, če <strong>in</strong> samo če je A = B<br />
• |AB| = |BA| (simetričnost)<br />
2<br />
2<br />
2<br />
x<br />
x y<br />
y ( z z<br />
2 1 2 1 2 1)<br />
2<br />
x<br />
x y<br />
2<br />
2 1 2<br />
y1<br />
• |AB| ≤ |AC| + |CB| (trikotniška nee<strong>na</strong>kost - dolži<strong>na</strong> ene <strong>stran</strong>ice v trikotniku je vedno<br />
manjša ali e<strong>na</strong>ka od vsote dolž<strong>in</strong> ostalih dveh <strong>stran</strong>ic)<br />
• Ti aksiomi so v matematiki osnova <strong>za</strong> def<strong>in</strong>icijo pojma<br />
metrika, ki pomeni posplošitev pojma razdalja.<br />
296<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 7<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 3<br />
• Metrika je v matematiki posplošitev pojma razdalje.<br />
• Metrika podaja oddaljenost med elementi dane množice.<br />
• Množici, v kateri obstaja metrika, v matematični topologiji<br />
rečemo metrični prostor.<br />
• Metrika je preslikava, ki poljubnemu paru elementov i <strong>in</strong> j<br />
iz dane množice priredi realno število d ij z <strong>na</strong>slednjimi<br />
lastnostmi:<br />
1. d ij >0 če i j (nenegativnost)<br />
2. d ij =0 če i=j (kolokacija)<br />
3. d ij =d ji (simetričnost)<br />
4. d ij +d jk ≥d ik (trikotniška nee<strong>na</strong>kost)<br />
297<br />
99
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 8<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 4<br />
• Običaj<strong>na</strong> razdalja v evklidski geometriji je metrika.<br />
• Evklidska geometrija (tudi Evklidova geometrija, <strong>za</strong>starelo<br />
evklidič<strong>na</strong> geometrija, včasih tudi parabolič<strong>na</strong> geometrija) je<br />
geometrija <strong>za</strong>snova<strong>na</strong> <strong>na</strong> delu Evklida iz Aleksandrije.<br />
• Vsa geometrija, ki jo uporabljamo v različnih <strong>na</strong>ravoslovnotehničnih<br />
vedah, je evklidska.<br />
• Evklidska geometrija je tako razširje<strong>na</strong>, da se pridevnik<br />
evklidska pogosto izpušča: kadar kdo uporabi besedo<br />
geometrija, praviloma misli <strong>na</strong> evklidsko geometrijo.<br />
• Razdaljo v Evklidski geometriji imenujemo Evklidska<br />
metrika oziroma Evklidska razdalja.<br />
298<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 9<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 5<br />
• Lastnosti realnega števila d ij v geo-prostorskih<br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h:<br />
• Objekti niso vedno točke!<br />
• kako meriti razdaljo med l<strong>in</strong>ijami, telesi ...?<br />
• Trikotniška nee<strong>na</strong>kost ne drži vedno!<br />
• „razdalja“ iz Du<strong>na</strong>ja v Pariz plus „razdalja“ iz Pari<strong>za</strong> v S<strong>in</strong>gapur je<br />
lahko „manjša“ (cenejša, hitrejša ...) kot „razdalja“ iz Du<strong>na</strong>ja v<br />
S<strong>in</strong>gapur;<br />
• Simetričnost ne drži vedno!<br />
• optimal<strong>na</strong> pot v eno smer ni nujno optimal<strong>na</strong> pot tudi v drugo<br />
smer (npr. enosmerne ulice);<br />
• avtobus<strong>na</strong> proga v eno smer ustavlja <strong>na</strong> postajah A, B <strong>in</strong> C, v<br />
drugo smer pa samo <strong>na</strong> postajah B <strong>in</strong> C;<br />
• kapaciteta prenosa podatkov v eno smer je lahko večja kot v<br />
drugo.<br />
299<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 10<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 6<br />
3.4.1.1 Terestič<strong>na</strong> razdalja<br />
• Veči<strong>na</strong> GIS orodij uporablja standardno Evklidsko formulo<br />
d 2 2<br />
E dij<br />
xi<br />
x j yi<br />
y (2) <strong>za</strong> izračun razdalj med koordi<strong>na</strong>tnimi<br />
j<br />
pari v ravn<strong>in</strong>i ter <strong>za</strong> izračun „lokalnih“ razdalj.<br />
• Za izračun „daljših“ razdalj pa se poslužujemo formule <strong>za</strong> izračun<br />
Harvesionove sferične razdalje (5).<br />
d s<br />
• Primer: razdalja Boston – Bristol:<br />
• 5105,6 km - z uporabo Harvesionove<br />
formule (5) ter polmera zemlje 6371 km;<br />
• 5110,4 km - elipsoid<strong>na</strong> razdalja;<br />
Bristol<br />
• 5119,7 km – V<strong>in</strong>centov algoritem<br />
izraču<strong>na</strong> elipsoidne razdalje.<br />
Boston<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
300<br />
100
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4.1.2 Evklidska razdalja <strong>in</strong><br />
metrič<strong>na</strong> razdalja L p<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 11<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 7<br />
• Evklidska razdalja je <strong>na</strong>jpogostejša razdalja, ki jo raču<strong>na</strong>mo v<br />
GIS.<br />
• V 3D prostoru raču<strong>na</strong>mo razdaljo med točkama a(x 1 ,y 1 ,z 1 ) <strong>in</strong><br />
b(x 2 ,y 2 ,z 2 ):<br />
2<br />
2<br />
2<br />
x<br />
x y<br />
y ( z <br />
d( a,<br />
b)<br />
<br />
z<br />
1 2 1 2 1 2)<br />
(32)<br />
• Sploš<strong>na</strong> oblika evklidske metrike v n-razsežnem prostoru<br />
je:<br />
n<br />
2<br />
d(<br />
a,<br />
b)<br />
(<br />
a i<br />
b i<br />
)<br />
(33)<br />
i1<br />
kjer je <strong>in</strong>deks pri oz<strong>na</strong>kah točk pomeni razsežnost; v primeru 2D imamo<br />
a=(a 1 ,a 2 ) <strong>in</strong> b=(b 1 ,b 2 ).<br />
• V primeru velikega števila točk ter razsežnosti je izračun po formuli (33)<br />
procesno zelo <strong>in</strong>tenziven postopek (predvsem <strong>za</strong>radi kvadratnega kore<strong>na</strong>).<br />
301<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 12<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 8<br />
3.4.1.2 Evklidska razdalja <strong>in</strong> metrič<strong>na</strong> razdalja L p / 2<br />
• Normalizira<strong>na</strong> Evklidska metrika je brez razsež<strong>na</strong><br />
oblika evklidske metrike v n-razsežnem prostoru:<br />
kjer je<br />
2<br />
i<br />
d(<br />
a,<br />
b)<br />
<br />
n<br />
<br />
i1<br />
( a i<br />
b i<br />
)<br />
varianca serije točkovnih komponent.<br />
(34)<br />
• V primeru, da je varianca serije točkovnih komponent<br />
(povpreč<strong>na</strong> varianca vrednosti ali atributov v vsaki<br />
razsežnosti) e<strong>na</strong>ka, potem je normalizira<strong>na</strong> Evklidska metrika<br />
e<strong>na</strong>ka Evklidski metriki.<br />
• Formula (34) se pogosto uporablja v a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h podob<br />
dalj<strong>in</strong>skega <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanja.<br />
<br />
2<br />
i<br />
2<br />
302<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 13<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 9<br />
3.4.1.2 Evklidska razdalja <strong>in</strong> metrič<strong>na</strong> razdalja L p / 3<br />
L p metrič<strong>na</strong> razdalja:<br />
• V aplikacijah, v katerih izvajamo meritve razdalj med<br />
lokacijami v mreži, uporaba Evklidske razdalje v splošnem<br />
ni primer<strong>na</strong>.<br />
• Izračun velikega števila (kratkih) razdalj (v mreži) je<br />
nepraktičen <strong>in</strong> neprimeren.<br />
• V tem primeru izboljšamo formulo <strong>za</strong> izračun standardne<br />
Evklidske razdalje <strong>na</strong> različne <strong>na</strong>č<strong>in</strong>e.<br />
• Najpogosteje <strong>za</strong>menjamo kvadrate ( 2 ) <strong>in</strong> kvadratne korene<br />
( 1/2 ) z drugimi vrednostmi – običajno s p <strong>in</strong> 1/p.<br />
• p ocenimo iz a<strong>na</strong>lizirane mreže.<br />
• L p metrika v ravn<strong>in</strong>i:<br />
p<br />
p<br />
p<br />
Lp<br />
d<br />
p( a,<br />
b)<br />
x1<br />
x2<br />
y1<br />
y2<br />
(36)<br />
303<br />
101
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 14<br />
3.4.1 Razdalja, mera, metrika / 10<br />
3.4.1.2 Evklidska razdalja <strong>in</strong> metrič<strong>na</strong> razdalja L p / 4<br />
p metričen krog <strong>in</strong> razlaga p vrednosti<br />
v metrični razdalji L p<br />
Metrika L p določa:<br />
• klasič<strong>na</strong> Evklidska metrika ( p 2 )<br />
• Manhattan ali blok razdaljo ( p 1)<br />
• m<strong>in</strong>imax ali Chebysevijeva metrika ( p )<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
0
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 17<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 3<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja<br />
<strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov<br />
• Metode akumuliranih stroškovnih ploskev (ang.<br />
accumulated cost surfaces – ACS) so v GIS orodjih<br />
izvedene predvsem <strong>za</strong> rastrske podatke.<br />
• Vhodni podatki so posplošeni stroški – polje<br />
absolutnih ali relativnih stroškovnih mer, kjer so<br />
stroški pozitiv<strong>na</strong> razmernost<strong>na</strong> spremenljivka.<br />
ni podatka<br />
307<br />
(Vir: http://www.esri.com)<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 18<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 4<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov / 2<br />
Primer - <strong>na</strong>daljevanje: Med točkama A(0,2) <strong>in</strong> B(4,2) želimo<br />
zgraditi cesto. Grafič<strong>na</strong> ločljivost je 0,5.<br />
• Predpostavimo, da stroški pridobitve zemljišča <strong>na</strong>raščajo od juga<br />
proti severu (od f(x,y)=0, ko y=0, do f(x,y)=2, ko y=2.<br />
• V primeru, da zgradimo cesto po tanki krivulji, akumuliramo<br />
stroške diago<strong>na</strong>lno od točke A(0,2) do točke C(2,0) ter <strong>na</strong>to<br />
diago<strong>na</strong>lno do točke B(4,2): 2+1,5+1+0,5+0,5+1+1,5+2=10<br />
enot. Ko pomnožimo 10 enot z velikostjo celice (0,5), dobimo<br />
stroškovno razdaljo 10*0,5=5 enot.<br />
• V primeru, da upoštevamo še popravek razdalje po diago<strong>na</strong>li<br />
( 2 ), dobimo končno stroškovno<br />
razdaljo 6,85.<br />
• To je „krajša“ stroškov<strong>na</strong> razdalja,<br />
kot če bi zgradili ravno cesto med<br />
A <strong>in</strong> B, katere strošek bi z<strong>na</strong>šal<br />
8*2*0,5=8.<br />
strošek<br />
308<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 19<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 5<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov / 3<br />
• Metoda akumuliranih stroškovnih ploskev –<br />
postopek enostavne različice:<br />
1. izberi startno točko;<br />
2. uporabi kraljič<strong>in</strong> (8-točkovni) premik po korakih;<br />
3. akumuliraj stroške ter množi akumulirane stroške z razdaljo<br />
(1 ali 1,414 enot); stroški se običajno delijo 50:50 med<br />
celicami mreže;<br />
4. premikaj se v celice z nižjimi akumuliranimi stroški ter beleži<br />
<strong>na</strong>slove celic <strong>za</strong> izdelavo poti <strong>na</strong>jmanjših stroškov.<br />
• Metoda akumuliranih stroškovnih ploskev –<br />
postopek splošne različice:<br />
1. razširi zgornji postopek <strong>za</strong> a<strong>na</strong>lizo v vseh smereh;<br />
2. v celice <strong>za</strong>pisuj <strong>na</strong>jmanjše akumulirane stroške vsake poti.<br />
309<br />
103
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 20<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 6<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov / 4<br />
• Natančnost izraču<strong>na</strong> stroškovne razdalje (tudi<br />
stroškovno <strong>na</strong>jmanjše razdalje) je pogoje<strong>na</strong> z:<br />
• ločljivostjo rastrske obrav<strong>na</strong>ve,<br />
• obrav<strong>na</strong>vo premikov po mreži ali po celicah<br />
• v primeru, da se premikamo po celicah (<strong>in</strong> ne po mreži), moramo<br />
deliti stroškovne vrednosti v razmerju 50:50 med celicama<br />
premika.<br />
• Bolj <strong>na</strong>tančne rezultate dosežemo z boljšo ločljivostjo<br />
vhodnih podatkov ter uporabo algoritmov, ki<br />
raču<strong>na</strong>jo premike po središčih celic.<br />
310<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 21<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 7<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov / 5<br />
• Primer - <strong>na</strong>daljevanje: Ločljivost rastrskih vhodnih podatkov<br />
povečamo <strong>za</strong> faktor 2 (prej 0,5 sedaj je 0,25 enot) ter<br />
upoštevamo premike po središčih celic.<br />
• Izhodišč<strong>na</strong> točka je sedaj A(0,125;1,875).<br />
• Pri premikih med celicami delimo stroškovne vrednosti v<br />
razmerju 50:50.<br />
• Tako z<strong>na</strong>ša povpreč<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja med A <strong>in</strong> A‘<br />
(2+1,75)/2=3,75/2 oziroma prirastek stroškovne razdalje v<br />
enem koraku 2 0,253,75/ 2 (kjer smo upoštevali diago<strong>na</strong>lni<br />
premik, ločljivost rastra ter povprečno stroškovno razdaljo<br />
premika).<br />
(a) stroškov<strong>na</strong> ploskev<br />
(b) koraki kraljič<strong>in</strong>ega premika<br />
strošek<br />
311<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 22<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 8<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov / 6<br />
• Vhodni stroškovni raster običajno vsebuje<br />
normalizirane vrednosti oziroma sestavljene vrednosti, ki<br />
jih dobimo z enostavnimi algebraičnimi operacijami.<br />
• Vsebuje lahko tudi relativne stroške premika po celicah –<br />
takšno rastrsko ploskev običajno imenujemo ploskev trenja<br />
(ang. friction surfes).<br />
• Primeri ploskev trenja:<br />
• <strong>na</strong>klon tere<strong>na</strong>,<br />
• ce<strong>na</strong> zemljišča,<br />
• čas potreben <strong>za</strong> prehod rastrske celice,<br />
• itd.<br />
312<br />
104
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 23<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 9<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov / 7<br />
Primer izbire poti po metodi akumulirane<br />
stroškovne ploskve<br />
Alter<strong>na</strong>tivne poti med krajema A <strong>in</strong> B<br />
so izraču<strong>na</strong>ne s pomočjo stroškovnih<br />
ploskev:<br />
• rabe tal,<br />
• turističnih z<strong>na</strong>menitosti,<br />
• <strong>na</strong>klonov <strong>na</strong> a<strong>na</strong>liziranem območju,<br />
• <strong>za</strong>ščitenih območij,<br />
• obstoječ<strong>in</strong> cest <strong>in</strong> železniških poti.<br />
Posamezne stroškovne poti so <strong>na</strong>to<br />
smiselno komb<strong>in</strong>irane <strong>za</strong> potrebe<br />
opredelitve:<br />
• turistično <strong>na</strong>jbolj <strong>za</strong>nimive poti (pot 1),<br />
• <strong>na</strong>jkrajše poti (pot 2),<br />
• poti z <strong>na</strong>jmanj <strong>na</strong>kloni (pot 3).<br />
Pot 3<br />
A<br />
B<br />
Pot 2<br />
Pot 1<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
313<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 24<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 10<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov / 8<br />
• Najbolj izpopolnjeni algoritmi <strong>za</strong> izračun ploskev<br />
oddaljenosti so vgrajeni v rastrske GIS-e.<br />
• Primera uporabe algoritmov izdelave stroškovne ploskve v Idrisiju<br />
(Eastmann 2006b):<br />
• „pushbroom“ algoritem oz. algoritem pometanja je primeren <strong>za</strong> manj<br />
kompleksne probleme; je hiter; deluje po pr<strong>in</strong>cipu pretvorbe razdalj<br />
(razloženo v <strong>na</strong>daljevanju v 3.4.2.2);<br />
• „costgrow“ algoritem deluje dosti bolj počasi, vendar upošteva tudi<br />
kompleksne situacije trenja v prostoru <strong>in</strong> ovire.<br />
• GIS orodja vsebujejo algoritme akumuliranih<br />
stroškovnih ploskev (ang. ACS) <strong>za</strong> določitev poti:<br />
• algoritem stopničastega spusta poti (ang. ACS steepest<br />
descent path) – kjer akumuliramo stroške od cilja <strong>na</strong><strong>za</strong>j (kot<br />
bi izdelovali dre<strong>na</strong>žo), aplikacije v hidrologiji;<br />
• algoritem poti <strong>na</strong>jmanjših stroškov (ang. ACS least cost<br />
path), kjer akumuliramo stroške iz izvora proti cilju.<br />
314<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 25<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 11<br />
3.4.2.1 Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> razdalja <strong>in</strong> pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov / 9<br />
Primer izbire poti stopničastega spusta ter<br />
poti <strong>na</strong>jmanjših stroškov<br />
Legenda:<br />
• sivi celici sta start<strong>na</strong> (<strong>na</strong> jugu) <strong>in</strong><br />
cilj<strong>na</strong> celica (<strong>na</strong> severu),<br />
• rumene celice oz<strong>na</strong>čujejo pot<br />
izraču<strong>na</strong>no po dveh različnih pristopih.<br />
Opomba:<br />
• algoritem stopničastega spusta<br />
akumulira stroške iz cilja <strong>na</strong><strong>za</strong>j<br />
(s premikanje po središčih celic<br />
ter z upoštevanjem premikov po<br />
diago<strong>na</strong>li); pot stopničastega spusta<br />
z<strong>na</strong>ša 13,726 (primer C) – kar pa ni<br />
e<strong>na</strong>ko stroškovno <strong>na</strong>jkrajši poti, ki je<br />
12,414 (primer D).<br />
A. Stroškov<strong>na</strong> ploskev B. Akumulira<strong>na</strong> stroškov<strong>na</strong> ploskev (ASP)<br />
C. ASP Pot stopničastega spusta D. ASP pot <strong>na</strong>jmanjših stroškov<br />
315<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
105
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 25<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 12<br />
3.4.2.2 Transformacija razdalje<br />
• Transformacija razdalje omogoča uporabo izboljšane<br />
Evklidske razdalje v rastrski mreži.<br />
• Standardni algoritem vključuje:<br />
• dvostopenjski pregled celic izbrane velikosti (npr. 3x3, 5x5)<br />
v dveh smereh (npr. SZJV <strong>in</strong> JZSV);<br />
• komb<strong>in</strong>iranje rezultatov pregleda v raster.<br />
• Algoritem je preprost <strong>in</strong> hiter.<br />
• Omogoča upoštevanje:<br />
• ovir,<br />
• gradienta (spremembe količ<strong>in</strong>e <strong>na</strong> enoto razdalje),<br />
• ukrivljenih omejitev,<br />
• absolutnega <strong>na</strong>raščanja <strong>in</strong> padanja poti<br />
• itd.<br />
316<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 26<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 13<br />
3.4.2.2 Transformacija razdalje / 2<br />
• Algoritem pometanja (ang. pushbroom algorith) v Idrisiju<br />
deluje po pr<strong>in</strong>cipu transformacije razdalje.<br />
1. Evklidsko razdaljo med izhodiščno točko <strong>in</strong> katerokoli točko rastrske mreže<br />
2 2<br />
izraču<strong>na</strong>mo po e<strong>na</strong>čbi d r c , kjer je r razlika števila vrstic, c pa razlika<br />
števila stolpcev med obema celicama);<br />
• Algoritem je zelo uč<strong>in</strong>kovit <strong>in</strong> precej hiter (razlike vrstic (r) <strong>in</strong> stolpcev (c) so<br />
celoštevilčne vrednosti);<br />
2. Med iskanjem geografskih objektov algoritem opravi štiri prehode vrednosti v<br />
bazi podatkov, vrstico <strong>za</strong> vrstico, vendar v različnih smereh:<br />
• <strong>na</strong>vzdol, levo-desno;<br />
• <strong>na</strong>vzdol, desno-levo;<br />
• <strong>na</strong>vzgor, levo-desno;<br />
• <strong>na</strong>vzgor, desno-levo;<br />
3. Pri vsakem prehodu algoritem »potiska« z<strong>na</strong>nje o celicah iz že obdelanega<br />
območja <strong>na</strong> „nez<strong>na</strong>no“ območje, <strong>za</strong>to ta postopek imenujemo „pometanje“<br />
(angl. push broom).<br />
• Ko algoritem <strong>na</strong>jde objekt, od katerega bo raču<strong>na</strong>l razdalje, dodeli vsem<br />
<strong>na</strong>daljnim celicam v vrstici kvadrate razdalj do objekta v ciljni celici;<br />
• <strong>za</strong> vsako <strong>na</strong>slednjo vrstico algoritem izraču<strong>na</strong> kvadrate razdalj tako, da<br />
vrednosti vrstice prišteje rezultat, dobljen v <strong>za</strong>dnji <strong>za</strong>deti vrstici trenutnega<br />
stolpca;<br />
• algoritem po<strong>na</strong>vlja postopek, dokler ne <strong>na</strong>jde <strong>na</strong>slednjega objekta, pri<br />
katerem <strong>za</strong>čne šteti znova.<br />
317<br />
Primer uporabe algoritma pometanja<br />
Izračun ploskve stroškovnih razdalj (f)<br />
z algoritmom pometanja:<br />
• kvadrirane razdalje so prika<strong>za</strong>ne <strong>za</strong><br />
raču<strong>na</strong>nje v smeri:<br />
a) <strong>na</strong>vzdol, levo-desno<br />
b) <strong>na</strong>vzdol, desno-levo<br />
c) <strong>na</strong>vzgor, levo-desno <strong>in</strong><br />
d) <strong>na</strong>vzgor, desno-levo;<br />
e) <strong>na</strong>jmanjša (stroškov<strong>na</strong>)<br />
razdalja med ploskvami<br />
(a)-(d);<br />
f) kvadratni koren slike (e)<br />
oziroma evklidska ploskev<br />
razdalj.<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 27<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 14<br />
3.4.2.2 Transformacija razdalje / 3<br />
a) b)<br />
c) d)<br />
e) f)<br />
318<br />
106
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 28<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 15<br />
3.4.2.2 Transformacija razdalje / 4<br />
Primeri uporabe algoritma transformacije<br />
razdalje<br />
• pregled celic 5x5<br />
• brez omejitev,<br />
• cilj (50,50)<br />
• pregled celic 5x5<br />
• enostav<strong>na</strong> ovira,<br />
• cilj (2,50)<br />
• pregled celic 5x5<br />
• kompleks<strong>na</strong> ovira,<br />
• cilj (50,90)<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
319<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 29<br />
3.4.2 Stroškov<strong>na</strong> razdalja / 16<br />
3.4.2.2 Transformacija razdalje / 5<br />
Primer uporabe algoritma transformacije<br />
razdalje v mreži<br />
Legenda:<br />
• Bela barva oz<strong>na</strong>čuje vsakoletno<br />
pot pustnega karnevala v mestu.<br />
• Naraščajoče barve oz<strong>na</strong>čujejo<br />
<strong>na</strong>raščajočo razdaljo od poti<br />
karnevala vzdolž mreže ulic.<br />
• Siva barva oz<strong>na</strong>čuje masko<br />
(zgradbe itd.), upoštevano pri<br />
transformaciji razdalj v GIS.<br />
320<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 30<br />
3.4.3 Mrež<strong>na</strong> razdalja<br />
• Izračun mrežne razdalje poteka v topološko urejeni<br />
mreži (cest, ulic ...).<br />
• Natančnost <strong>in</strong> točnost rezultatov je močno pogoje<strong>na</strong> s topološko<br />
(pravilno) ureditvijo mreže.<br />
• Običajno raču<strong>na</strong>mo <strong>na</strong>jkrajšo ali <strong>na</strong>jhitrejšo pot med<br />
objekti z uporabo vgrajenih (geometričnih) atributov<br />
(dolži<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ijskega segmenta polil<strong>in</strong>ije).<br />
• Poleg vgrajenih (geometričnih) lastnosti mreže pa lahko pri izračunu<br />
razdalj upoštevamo še eksplicitne atribute (vrsta pove<strong>za</strong>ve, uteži,<br />
dovoljenja <strong>za</strong> obračanje, ovire itd.).<br />
• Pogosto izraču<strong>na</strong>vamo mrežno razdaljo v prometnih modelih oz.<br />
podatkih.<br />
• Mrežno razdaljo lahko raču<strong>na</strong>mo v vektorskem ali<br />
rastrskem pristopu – toda vektorski pristop da boljše<br />
(bolj <strong>na</strong>tančne <strong>in</strong> tudi točne) rezultate .<br />
321<br />
107
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 31<br />
3.4.3 Mrež<strong>na</strong> razdalja / 2<br />
Najkrajša <strong>in</strong> <strong>na</strong>jhitrejša pot v mreži<br />
Potujemo iz kraja A preko kraja B<br />
v kraj C:<br />
• modra l<strong>in</strong>ija oz<strong>na</strong>čuje <strong>na</strong>jkrajšo pot,<br />
• zele<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ija pa <strong>na</strong>jhitrejšo pot.<br />
A<br />
B<br />
C<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
322<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 32<br />
3.4.4 Izdelava baferjev<br />
• Bafer (ang. buffer) je vmesno območje,<br />
pas, koridor, območje evklidske<br />
oddaljenosti stalne šir<strong>in</strong>e okoli<br />
geometričnega objekta (točke, l<strong>in</strong>ije<br />
ali poligo<strong>na</strong>).<br />
• A<strong>na</strong>litični baferji v GIS-u so umetne sestavljenke, ki jih v<br />
stvarnem svetu ne <strong>za</strong>sledimo pogosto.<br />
• Tako lahko iščemo površ<strong>in</strong>o ali območje nekega vpliva, npr.<br />
koridorja ob cesti, ki oblikuje razred ones<strong>na</strong>ženja s hrupom.<br />
• Primera stvarnega baferja:<br />
• koridor posekanega gozda ob gozdni cesti <strong>na</strong>menjen požarni varnosti <strong>in</strong><br />
• primer območja z vrtečim, vodnim pršilecem izpranih tal.<br />
323<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 33<br />
3.4.4 Izdelava baferjev / 2<br />
Lastnosti baferjev:<br />
• lahko so izvedeni glede <strong>na</strong> točkovne, l<strong>in</strong>ijske ali<br />
poligonske objekte iz stvarnega sveta, kot tudi <strong>za</strong> mrežne<br />
celice (samostojne celice, trakove celic ali regije celic);<br />
• lahko so simetrični (e<strong>na</strong>ke oddaljenosti v vse a<strong>na</strong>lizirane<br />
smeri);<br />
• lahko so asimetrični (primer izdelava baferja pri skeleti<strong>za</strong>ciji<br />
poligo<strong>na</strong>);<br />
• lahko so izvedeni različno glede <strong>na</strong> atribute a<strong>na</strong>liziranih<br />
objektov (npr. večji baferji <strong>za</strong> pomembnejše ceste);<br />
• lahko so izvedeni korakoma, progresivno <strong>na</strong>raščajoče ali<br />
padajoče.<br />
324<br />
108
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 34<br />
3.4.4 Izdelava baferjev / 3<br />
Pri oblikovanju baferja v vektorskem GIS-u<br />
algoritem:<br />
• <strong>na</strong>jprej določi l<strong>in</strong>ije, ki so vzporedne izbranemu objektu <strong>in</strong> so od<br />
njega oddaljene <strong>za</strong> izbrano razdaljo;<br />
• <strong>na</strong>to določi presečišča teh vzporednic ter oblikuje vektorsko sliko<br />
baferja;<br />
• <strong>na</strong> koncih prika<strong>za</strong> l<strong>in</strong>ijskega (ali okoli točkovnega) objekta algoritem<br />
izriše polkrožnico (ali krožnico); <strong>na</strong> ta <strong>na</strong>č<strong>in</strong> dobimo krožni <strong>za</strong>ključek<br />
baferja.<br />
• Izdelamo lahko:<br />
• notranji, zu<strong>na</strong>nji ali simetrični bafer,<br />
• posebne ali združene baferje.<br />
vektor<br />
raster<br />
325<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 35<br />
3.4.4 Izdelava baferjev / 4<br />
Primeri baferjev v vektorskem GIS-u<br />
notranji bafer<br />
zu<strong>na</strong>nji bafer<br />
posebni baferji<br />
združeni baferji<br />
326<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 36<br />
3.4.4 Izdelava baferjev / 5<br />
• Določitev baferja v rastrskem GIS-u je opredelje<strong>na</strong><br />
z razširitvijo območja okoli celice, traku ali regije<br />
celic <strong>za</strong> število celic, ki - glede <strong>na</strong> ločljivost -<br />
odgovarja šir<strong>in</strong>i baferja.<br />
• Širi<strong>na</strong> baferja je def<strong>in</strong>ira<strong>na</strong> z mrežno razdaljo, Evklidsko<br />
razdaljo ali stroškovno razdaljo.<br />
raster<br />
vektor<br />
327<br />
109
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 37<br />
3.4.4 Izdelava baferjev / 6<br />
Primer aplikacije baferja v raziskavi majhnih <strong>in</strong><br />
srednje velikih mest v Sloveniji<br />
328<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 38<br />
3.4.5 Modeli upadanja z razdaljo<br />
• V postopkih prostorskega modeliranja uporabljamo<br />
<strong>na</strong>jrazličnejše mere razdalj.<br />
• Razdalje, ki jih uporabljamo v prostorskih modelih so<br />
lahko:<br />
• različne metrike,<br />
• ali pa posplošene funkcije razdalje.<br />
• Običajno v posplošenih funkcijah razdalje uč<strong>in</strong>ek med<br />
lokacijami pada z razdaljo.<br />
• „Upadanje z razdaljo“ je geografski pojem, ki opisuje<br />
uč<strong>in</strong>ek razdalje <strong>na</strong> prostorsko <strong>in</strong>terakcijo:<br />
„<strong>in</strong>terakcija med dvema objektoma oziroma<br />
lokacijama pada z <strong>na</strong>raščanjem razdalje med njima“.<br />
329<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 39<br />
3.4.5 Modeli upadanja z razdaljo / 2<br />
• Vrste modelov upadanja z razdaljo:<br />
• enostavni <strong>in</strong>verzni potenčni modeli so<br />
<strong>na</strong>jpogostejši modeli:<br />
• <strong>in</strong>terpolacija z <strong>in</strong>verzno uteženo razdaljo,<br />
• modeliranje povpraševanja,<br />
• matrike prostorskih uteži,<br />
• itd.<br />
• modeli potovanj oziroma gravitacijski modeli<br />
obrav<strong>na</strong>vajo porazdelitev potovanj v mreži:<br />
• brez omejitev,<br />
• z omejitvami,<br />
• statistični modeli:<br />
• modeliranje gostote jedra,<br />
• geostatistično modeliranje,<br />
• transportno modeliranje.<br />
330<br />
110
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 40<br />
3.4.5 Modeli upadanja z razdaljo / 3<br />
• Enostavni <strong>in</strong>verzni potenčni model - vrednost<br />
obrav<strong>na</strong>vane spremenljivke z <strong>na</strong> lokaciji j, z j , izraču<strong>na</strong>mo:<br />
f ({ zi})<br />
z<br />
j<br />
, 0<br />
<br />
(37)<br />
d<br />
kjer je f() funkcija atributa z <strong>na</strong> lokaciji i, z i , uteže<strong>na</strong> z<br />
recipročno razdaljo med lokacijama i <strong>in</strong> j, d ij , zveča<strong>na</strong> <strong>za</strong><br />
potenco . Parameter ocenimo v postoku modeliranja.<br />
• Parameter vpliva <strong>na</strong> uč<strong>in</strong>ek zmanjšanja vpliva med<br />
obrav<strong>na</strong>vanima lokacija z večanjem razdalje med njima:<br />
• 0 razdalja nima vpliva,<br />
• 1 razdalja ima l<strong>in</strong>earni vpliv,<br />
• 1 razdalja ima močan vpliv.<br />
ij<br />
331<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 41<br />
3.4.5 Modeli upadanja z razdaljo / 4<br />
• Osnovni gravitacijski model – <strong>na</strong>gnjenost k potovanju<br />
med dvema lokacijama i <strong>in</strong> j, I ij , je opredelje<strong>na</strong> z razdaljo<br />
med njima ter izbrano mero velikosti v izvoru (M i ) <strong>in</strong><br />
ponoru (M j ):<br />
M<br />
iM<br />
j<br />
Iij<br />
<br />
<br />
d<br />
(38)<br />
ij<br />
Podobno kot v (37) tudi tukaj parametra <strong>in</strong> ocenimo<br />
v postopku modeliranja.<br />
332<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 42<br />
3.4.5 Modeli upadanja z razdaljo / 5<br />
• Sploš<strong>na</strong> oblika gravitacijskega modela (modela<br />
prostorskih <strong>in</strong>terakcij) je:<br />
T AB O D f d )<br />
ij<br />
i<br />
j<br />
i<br />
j<br />
( ij<br />
(39)<br />
kjer je T ij število potovanj med lokacijama/območjema i <strong>in</strong> j,<br />
O i je mera velikosti v lokaciji izvora (npr. skupno število dnevnih<br />
vo<strong>za</strong>čev iz območja i), D j je mera velikosti v lokaciji ponora<br />
(npr. skupno število dnevnih vo<strong>za</strong>čev v območje j), f(d ij ) je funkcija<br />
razdalje oziroma stopnja oddaljenosti med lokacijama i <strong>in</strong> j,<br />
A i <strong>in</strong> B j pa sta faktorja ravnotežja:<br />
1<br />
1<br />
Ai<br />
<br />
B<br />
j<br />
<br />
B<br />
(39b)<br />
jD<br />
j<br />
f ( dij)<br />
AO<br />
i i<br />
f ( dij)<br />
j<br />
i<br />
• Dvoj<strong>na</strong> omejitev modela <strong>za</strong>gotovi, da je skupno število potovanj iz<br />
območij izvorov e<strong>na</strong>ko skupnemu številu potovanj v območja ponora.<br />
• Z logaritmiranjem podatkov model pretvorimo v (uteženo) l<strong>in</strong>earno<br />
vsoto – kar je pogosta oblika gravitacijskega modela.<br />
333<br />
111
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 43<br />
3.4.5 Modeli upadanja z razdaljo / 6<br />
• Geografsko uteže<strong>na</strong> regresija<br />
(ang. geographically weighted regression – GWR):<br />
f ( d)<br />
e<br />
f ( d)<br />
e<br />
2d<br />
d<br />
2<br />
2h<br />
, ali<br />
, ali<br />
<br />
2<br />
d <br />
f ( d)<br />
1<br />
, , ( ) 0 drugje<br />
2<br />
d r f d<br />
h <br />
kjer je h širi<strong>na</strong> pasu.<br />
2<br />
h<br />
2<br />
• Majh<strong>na</strong> širi<strong>na</strong> pasu vpliva <strong>na</strong> zelo hitro upadanje vpliva z<br />
razdaljo, medtem ko večja vrednost šir<strong>in</strong>e pasu rezultira v<br />
bolj gladko uteženih spremembah.<br />
334<br />
3.4 Operacije izraču<strong>na</strong> razdalj / 44<br />
3.4.5 Modeli upadanja z razdaljo / 7<br />
Modela upadnja z razdaljo<br />
( 10, d=0,1; 0,2; ... )<br />
Inverzno upadanje z razdaljo, /d <br />
Eksponentno upadanje z razdaljo, e -d<br />
: :<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
335<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri<br />
• Premik objektov oziroma vpliv objektov v prostoru je<br />
lahko:<br />
• e<strong>na</strong>kosmeren (izotropičen),<br />
• nee<strong>na</strong>kosmeren (anizotropičen).<br />
• Operacije a<strong>na</strong>lize smeri so manj z<strong>na</strong>ne <strong>in</strong> uporabljene<br />
prostorske a<strong>na</strong>lize v GIS.<br />
• Uporabljamo jih <strong>za</strong> a<strong>na</strong>liziranje smeri<br />
premikov točkovnih, l<strong>in</strong>ijskih <strong>in</strong> arealnih<br />
objektov v času, kot tudi <strong>za</strong> a<strong>na</strong>lizo<br />
smeri <strong>na</strong> površju.<br />
• Primeri aplikacij:<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> smeri selitev živalskih vrst,<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> smeri vetra,<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> širjenja požara,<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> premikov geodetskih točk,<br />
Simulira<strong>na</strong> smer širjenja požara<br />
• … 336<br />
(Vir: http://www.esri.com)<br />
112
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih<br />
podatkov<br />
• L<strong>in</strong>ijski objekti v vektorskem GIS podatkovnem modelu so<br />
običajno usmerjeni (smer je pogoje<strong>na</strong> s smerjo <strong>za</strong>jema<br />
podatkov).<br />
• Podatki o usmerjenosti l<strong>in</strong>ijskih objektov (l<strong>in</strong>earni podatki)<br />
so podani enolično s kotom smeri <strong>na</strong> <strong>in</strong>tervalu [0°,360°]<br />
ali [0,2Pi] v radianih.<br />
• Opredelitev <strong>in</strong> obdelava l<strong>in</strong>ijskih podatkov v GIS je<br />
<strong>za</strong>plete<strong>na</strong>:<br />
• predstavitev l<strong>in</strong>ijskega objekta iz stvarnega sveta je pogoje<strong>na</strong> z<br />
njegovo kompleksnostjo ter s stopnjo posplošitve (generali<strong>za</strong>cije),<br />
• smer l<strong>in</strong>ijskega objekta je pogoje<strong>na</strong> s smerjo <strong>za</strong>jema podatkov,<br />
• <strong>na</strong>rava krožnih meritev je kompleks<strong>na</strong>.<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 2<br />
337<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 3<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih podatkov / 2<br />
Narava krožnih meritev:<br />
• Nujno je ločevati enosmerne od dvosmernih podatkov.<br />
• Primer: razlikovati med smerjo 90° <strong>in</strong> 270°,<br />
• Pravilno raču<strong>na</strong>nje razlik smeri!<br />
• Primer 1:<br />
razlika smeri 280° <strong>in</strong> 90° ni 280°-90°=190°,<br />
temveč je 360°-280°+90°=170°,<br />
• Primer 2:<br />
srednja smer treh l<strong>in</strong>ij s smerjo 280° (ali -80°), 90° <strong>in</strong> 90° ni<br />
(280°+90°+90°)/3=186,7° ali (-80°+90°+90°)/3=16,7°,<br />
• Primer 3:<br />
srednja smer dveh smeri 350° <strong>in</strong> 10° ni (350°+10°)/2=180°.<br />
• Rešitev: raču<strong>na</strong>nje smeri s pomočjo komponent vektorja<br />
(<strong>na</strong>jpogosteje s smerjo severa <strong>in</strong> vzhoda).<br />
338<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 4<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih podatkov / 3<br />
Raču<strong>na</strong>nje s komponentami vektorja:<br />
• V postopkih GIS a<strong>na</strong>liz obrav<strong>na</strong>vamo l<strong>in</strong>ijski objekt kot vektor<br />
(daljica, ki ima smer <strong>in</strong> dolž<strong>in</strong>o).<br />
• Predpostavimo, da imamo N=i+1 točk, ki opredeljuje<br />
polil<strong>in</strong>jo;<br />
<br />
• torej imamo niz i smeri od <strong>za</strong>četne do <strong>za</strong>dnje točke glede<br />
<strong>na</strong> izbrano smer (npr. od severa);<br />
• <strong>za</strong> vsako l<strong>in</strong>ijo izraču<strong>na</strong>mo dve komponenti vektorja (severno<br />
<strong>in</strong> vzhodno):<br />
Vs<br />
<br />
<br />
cos<br />
• smer vektorja rezultante je:<br />
Vs<br />
r tan 1<br />
Vv<br />
i<br />
i<br />
Vv<br />
<br />
<br />
s<strong>in</strong><br />
i<br />
(40)<br />
(41)<br />
339<br />
113
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 5<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih podatkov / 4<br />
Raču<strong>na</strong>nje s komponentami vektorja (2):<br />
• Pravilen izračun razlik smeri je torej:<br />
• Primer 2 - <strong>na</strong>daljevanje:<br />
srednja smer treh l<strong>in</strong>ij s smerjo 280° (ali -80°), 90° <strong>in</strong> 90° je po<br />
e<strong>na</strong>čbah (40) <strong>in</strong> (41) 80,3°,<br />
• Primer 3 - <strong>na</strong>daljevanje:<br />
srednja smer smeri 350° <strong>in</strong> 10° pa je 0° (smer severa).<br />
340<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 6<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih podatkov / 5<br />
Raču<strong>na</strong>nje s komponentami vektorja (3):<br />
• V primeru, da ima vseh N komponent vektorja rezultante<br />
dolž<strong>in</strong>o ene enote, izraču<strong>na</strong>mo dolž<strong>in</strong>o (tudi jakost) vektorja<br />
rezultante:<br />
2 2<br />
r V s<br />
V v<br />
(42)<br />
0<br />
• V primeru, da je i<br />
(vse smeri od severa so e<strong>na</strong>ke 0),<br />
potem so vse komponente Vs<br />
0 ter vse komponente V v<br />
1 ,<br />
<strong>za</strong>to r N, kjer r oz<strong>na</strong>čuje dolž<strong>in</strong>o (jakost) vektorja r.<br />
• Krož<strong>na</strong> varianca opazovanih vektorjev leži <strong>na</strong> <strong>in</strong>tervalu [0,1]<br />
<strong>in</strong> je :<br />
r<br />
var 1<br />
N<br />
(43)<br />
• Standardni odklon pa je :<br />
sd 2ln(<br />
r)<br />
341<br />
(44)<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 7<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih podatkov / 6<br />
Raču<strong>na</strong>nje s komponentami vektorja (4):<br />
• V primeru, da v a<strong>na</strong>lizi smeri upoštevamo tudi dolž<strong>in</strong>e<br />
vektorjev, v i , potem komponente vektorjev (40) utežimo<br />
z dolž<strong>in</strong>o:<br />
V <br />
<br />
s<br />
v i<br />
cos<br />
i<br />
V <br />
<br />
v<br />
v i<br />
s<strong>in</strong><br />
i<br />
(45)<br />
342<br />
114
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 8<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih podatkov / 7<br />
Primer a<strong>na</strong>lize smeri vodnih tokov<br />
Vektorski podatki vodnih<br />
tokov (ustrezno <strong>za</strong>jeti s<br />
podatki o smeri toka vode);<br />
Crow Butte regija Diagram smeri končnih točk Diagram smeri segmentov<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
343<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 9<br />
3.5.1 A<strong>na</strong>lize smeri l<strong>in</strong>earnih podatkov / 8<br />
Primer diagrama dveh spremenljivk<br />
• Smer <strong>in</strong> jakost vetra<br />
• Vektor rezultante<br />
hitrost v vozlih<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
344<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 10<br />
3.5.2 A<strong>na</strong>lize smeri točkovnih<br />
podatkov<br />
• Za točkovne podatke raču<strong>na</strong>mo porazdelitev<br />
opazovanj okoli povprečnega središča.<br />
• Povprečen odmik točk od središčne lokacije lahko <strong>za</strong>rišemo<br />
kot krog ali niz krogov standardne razdalje (podobno kot<br />
standardni odklon v univariatni a<strong>na</strong>lizi).<br />
• V primeru, da obrav<strong>na</strong>vamo standardne razdalje posebej v x<br />
<strong>in</strong> y smeri, lahko <strong>za</strong>rišemo elipso standardnih razdalj.<br />
• Osi elipse standardnih razdalj odražata smerne odklone<br />
opazovanih točk od povrečnega središča.<br />
345<br />
115
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 11<br />
3.5.2 A<strong>na</strong>lize smeri točkovnih podatkov / 2<br />
Izračun elipse standardnega odklo<strong>na</strong>:<br />
• Elipso standardnih odklonov lahko izraču<strong>na</strong>mo s pomočjo<br />
transformiranih koordi<strong>na</strong>t določenih z m<strong>in</strong>imiziranjem kvadratnih<br />
odklonov obrav<strong>na</strong>vanih lokacij od transformiranih (<strong>za</strong>sukanih) osi<br />
x <strong>in</strong> y.<br />
• Kot <strong>za</strong>suka y-osi v smeri urnega ka<strong>za</strong>lca, , izraču<strong>na</strong>mo<br />
<br />
1<br />
tan <br />
<br />
kjer<br />
C <br />
<br />
<br />
2<br />
2<br />
( x<br />
<br />
i<br />
x)<br />
( yi<br />
y)<br />
C<br />
<br />
2(<br />
x x)(<br />
y y)<br />
i i <br />
2<br />
2 2<br />
2<br />
<br />
( xi<br />
x)<br />
(<br />
yi<br />
y)<br />
4(<br />
xi<br />
x)(<br />
yi<br />
y)<br />
<br />
(46)<br />
346<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 12<br />
3.5.2 A<strong>na</strong>lize smeri točkovnih podatkov / 3<br />
Izračun elipse standardnega odklo<strong>na</strong> (2):<br />
• Standard<strong>na</strong> odklo<strong>na</strong> opazovanj x <strong>in</strong> y izraču<strong>na</strong>mo:<br />
SD <br />
x<br />
<br />
2<br />
(x x) cos<br />
(y<br />
y) s<strong>in</strong><br />
i<br />
n 2<br />
i<br />
2<br />
<br />
(47a)<br />
SD <br />
y<br />
<br />
2<br />
(x x) s<strong>in</strong><br />
(y<br />
y) cos<br />
• Površi<strong>na</strong> elipse standardnega odklo<strong>na</strong> je:<br />
i<br />
347<br />
n 2<br />
2<br />
<br />
(47b)<br />
A SD SD x y<br />
(48)<br />
• Koeficient ekscentričnosti je:<br />
SDx<br />
KE <br />
SDy<br />
(49)<br />
• Dolži<strong>na</strong> osi elipse pa je 2SD x <strong>in</strong> 2SD y . (50)<br />
i<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 12<br />
3.5.2 A<strong>na</strong>lize smeri točkovnih podatkov / 3<br />
Izračun elipse standardnega odklo<strong>na</strong> (3):<br />
• Primer: Slika prikazuje razporeditev cerkva v Romney Marshu <strong>na</strong><br />
severu Anglije. Izraču<strong>na</strong><strong>na</strong> <strong>in</strong> izrisa<strong>na</strong> je elipsa standardnih<br />
odklonov vključno z veliko <strong>in</strong> malo polosjo. Koeficient<br />
ekscentričnosti je KE=1,76, kot <strong>za</strong>suka y-osi v smeri urnega<br />
ka<strong>za</strong>lca pa je 53,2 .<br />
348<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
116
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 13<br />
3.5.3 A<strong>na</strong>lize smeri površja<br />
• V GIS okolju je izvedenih veliko različnih a<strong>na</strong>liz smeri<br />
površja:<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> <strong>in</strong> kartiranje usmerjenosti (ang. aspect) tere<strong>na</strong>;<br />
• usmerjenost tere<strong>na</strong> je def<strong>in</strong>ira<strong>na</strong> kot azimut <strong>na</strong>klo<strong>na</strong> tere<strong>na</strong>;<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> <strong>in</strong> modeliranje tokov (ang. flow) <strong>in</strong> trenja (ang.<br />
friction) <strong>na</strong> terenu;<br />
• v hidroloških <strong>in</strong> sorodnih študijah;<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> <strong>in</strong> modeliranje osvetlitve (ang. light<strong>in</strong>g) tere<strong>na</strong>;<br />
• kot del a<strong>na</strong>liz osončenosti tere<strong>na</strong>, senčenja tere<strong>na</strong> ter a<strong>na</strong>lize vidnosti.<br />
• Vse zgoraj <strong>na</strong>štete a<strong>na</strong>lize podrobneje obrav<strong>na</strong>vamo<br />
v poglavju 6, kjer so opisane a<strong>na</strong>lize površja oziroma<br />
geomorfološke a<strong>na</strong>lize.<br />
349<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 14<br />
3.5.3 A<strong>na</strong>lize smeri površja / 2<br />
Primer kartiranja <strong>na</strong>klonov tere<strong>na</strong> z<br />
vektorji; Gora Sv. Hele<strong>na</strong>, ZDA<br />
Senčeno površje<br />
Nakloni tere<strong>na</strong> kartirani z<br />
vektorji<br />
<strong>na</strong>klo<strong>na</strong> <strong>na</strong>rašča<br />
od belih do temno<br />
modrih <strong>in</strong> rdečih<br />
vektorjev<br />
350<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
3.5 Operacije a<strong>na</strong>lize smeri / 15<br />
3.5.3 A<strong>na</strong>lize smeri površja / 3<br />
Primer kartiranja smeri <strong>in</strong> jakosti vetra<br />
Izračun <strong>in</strong> modeliranje v programu W<strong>in</strong>dN<strong>in</strong>ja; prikaz <strong>na</strong> Google Zemlji (.KML)<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
351<br />
117
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.6 Rastrske operacije<br />
<strong>in</strong> algebra karte<br />
• Rastrski (tudi mrežni) podatki običajno vsebujejo en<br />
atribut <strong>za</strong> vsako rastrsko celico.<br />
• Rastrske podatke lahko predstavimo kot trojico vrednosti<br />
(x,y,z), kjer sta x <strong>in</strong> y koordi<strong>na</strong>ti rastrske celice, z pa<br />
vrednost atributa.<br />
• Vrednost atributa (z) je lahko:<br />
• šifra barve (<strong>na</strong> primer: pri slikovni podobi),<br />
• bi<strong>na</strong>r<strong>na</strong> vrednost (<strong>na</strong> primer: rastritran vektorski podatek brez<br />
dodatnega atributa),<br />
• klasifikacijska vrednost (<strong>na</strong> primer: vrsta vegetacije),<br />
• izmerje<strong>na</strong> ali izraču<strong>na</strong><strong>na</strong> vrednost (<strong>na</strong> primer: <strong>na</strong>dmorska viši<strong>na</strong><br />
tere<strong>na</strong>, ocenje<strong>na</strong> povpreč<strong>na</strong> vrednost hrupa, itd.).<br />
• Zaloga vrednosti v enem rastru je omeje<strong>na</strong> množica<br />
vrednosti.<br />
• Največ MxN vrednosti, če je M število vrstic <strong>in</strong> N število stolpcev.<br />
352<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte / 2<br />
• Vrednosti (z) v rastru lahko a<strong>na</strong>liziramo s pomočjo<br />
univariatne statistike; izraču<strong>na</strong>vamo:<br />
• lokalne (ang. local) statistike<br />
• izračun aritmetične sred<strong>in</strong>e, m<strong>in</strong>imuma, maksimuma, štejemo <strong>in</strong><br />
seštevamo vrednosti, izraču<strong>na</strong>mo variacijski razmik, poljuben <strong>in</strong>terval,<br />
varianco ali standardni odklon;<br />
• središčne (ang. focal oprations) statistike ali statistike<br />
sosedstva (ang. neighborhood)<br />
• izračun statistike <strong>za</strong> izbrano skup<strong>in</strong>o sosednjih celic (npr. 8 sosednjih<br />
celic);<br />
• conske (ang. zo<strong>na</strong>l) statistike<br />
• izračun statistike <strong>za</strong> izbrano območje (regijo) celic običajno nepravilne<br />
oblike;<br />
353<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte / 3<br />
• Algebra karte je izraz, s katerim oz<strong>na</strong>čujemo operacije komb<strong>in</strong>iranja<br />
dveh ali več rastrskih podatkovnih slojev s pomočjo (enostavnih)<br />
algebraičnih izrazov (Toml<strong>in</strong> 1990).<br />
• Koncept algebre karte je bil razširjen <strong>na</strong> več <strong>na</strong>č<strong>in</strong>ov:<br />
• večrazsež<strong>na</strong> algebra karte (ang. multidimensio<strong>na</strong>l map<br />
algebra – MMA)<br />
• tretja razsežnost je razširje<strong>na</strong> s časom,<br />
• kartografski račun (ang. map calculus)<br />
• <strong>na</strong>mesto izdelave visoko ločljivega rastra modeliramo oziroma<br />
<strong>in</strong>terpoliramo funkcijo F(), s katero opišemo raster,<br />
• s pomočjo funkcije F() modeliramo visoko ločljiv raster po potrebi.<br />
354<br />
118
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.6.1 L<strong>in</strong>earno prostorsko<br />
filtriranje<br />
• Postopki filtriranja spadajo k središčnim statistikam, kjer<br />
raču<strong>na</strong>mo statistiko <strong>za</strong> izbrano skup<strong>in</strong>o sosednjih celic<br />
(MxN celic).<br />
• Postopke l<strong>in</strong>earnega prostorskega filtriranja uporabljamo<br />
predvsem v postopkih obdelave podob dalj<strong>in</strong>skega<br />
<strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanja ter v postopkih prostorske statistike.<br />
• Ločimo:<br />
• nizko prepustne filtre<br />
• visoko prepustne filtre<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte / 4<br />
355<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte / 5<br />
3.6.1 L<strong>in</strong>earno prostorsko filtriranje / 2<br />
• V postopku filtriranja <strong>na</strong>jprej algoritem pomnoži sosednje<br />
celice obrav<strong>na</strong>vane razsežnosti (npr. 3x3) z vnešenimi<br />
vrednostmi (utežmi) jedra filtra, <strong>na</strong>to izraču<strong>na</strong> uteženo<br />
povprečje, katerega rezultat pripiše v sred<strong>in</strong>sko celico G.<br />
• Primera filtra razsežnosti 3x3:<br />
a<br />
<br />
a<br />
<br />
<br />
a<br />
a<br />
b<br />
a<br />
a<br />
a<br />
<br />
<br />
a<br />
<strong>in</strong><br />
c<br />
<br />
a<br />
<br />
<br />
c<br />
a<br />
b<br />
a<br />
c<br />
a<br />
<br />
<br />
c<br />
• v primeru, da je a=b=1, potem jedro filtra izvaja enostavno<br />
povprečenje oziroma glajenje;<br />
• primer bolj uteženega filtra je, če je a=1, b=4 (<strong>in</strong> c=2).<br />
356<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte / 6<br />
3.6.1 L<strong>in</strong>earno prostorsko filtriranje / 3<br />
• nizko prepustni filtri<br />
• zmanjšajo drobne detajle,<br />
• poudarijo večje homogene površ<strong>in</strong>e,<br />
• <strong>na</strong> primer:<br />
• visoko prepustni filtri<br />
• podobe izostrijo,<br />
• poudarijo podrobnosti,<br />
• <strong>na</strong> primer:<br />
• jedra - primer<br />
1<br />
1<br />
<br />
<br />
1 4<br />
<br />
1 1<br />
1<br />
1<br />
<br />
<br />
1<br />
98<br />
<br />
<br />
90<br />
<br />
124<br />
176 200<br />
187 188<br />
<br />
<br />
170 175 <br />
98<br />
<br />
<br />
90<br />
<br />
124<br />
a<br />
<br />
a<br />
<br />
<br />
a<br />
a a<br />
b a<br />
<br />
<br />
a a<br />
<br />
a a<br />
<br />
a<br />
<br />
b<br />
<br />
a a<br />
a<br />
a<br />
<br />
<br />
a<br />
176 200<br />
uteženo povprečje<br />
164 188<br />
<br />
kot cela vrednost<br />
<br />
170 175 <br />
164 (1<br />
981176<br />
1200<br />
190<br />
4187<br />
1188...<br />
1175)/12<br />
357<br />
119
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte / 7<br />
3.6.1 L<strong>in</strong>earno prostorsko filtriranje / 4<br />
• Gausov filter je primer nizko prepustnega filtra<br />
c<br />
<br />
a<br />
<br />
<br />
c<br />
a c<br />
b a<br />
<br />
<br />
a c<br />
kjer so a, b <strong>in</strong> c pozitivne vrednosti <strong>in</strong> b>a>c.<br />
• Je simetričen filter <strong>in</strong> sred<strong>in</strong>sko utežen.<br />
• Primer:<br />
1<br />
2 1<br />
<br />
2<br />
<br />
4 2<br />
<br />
<br />
<br />
1 2 1<br />
358<br />
L<strong>in</strong>earni prostorski filtri:<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte / 8<br />
3.6.1 L<strong>in</strong>earno prostorsko filtriranje / 5<br />
Vrsta filtra Filter Primer jedra 3x3 Opis<br />
Nizko prepustni<br />
(simetričen)<br />
Povprečenja<br />
a<br />
a a<br />
<br />
<br />
a b a<br />
<br />
<br />
a a a<br />
0<br />
a 0<br />
<br />
a b a<br />
<br />
<br />
<br />
0 a 0<br />
Filter glajenja, zmanjševanja<br />
šuma, <strong>za</strong>meglevanja (lokal<strong>na</strong> sredi<strong>na</strong>)<br />
Gausov<br />
Visoko prepustni Ostrenja<br />
(simetričen)<br />
Gradient<br />
Odkrivanja robov<br />
(asimetričen)<br />
Izbočenja<br />
Smerni<br />
c<br />
a c<br />
<br />
a b a<br />
<br />
b a c<br />
<br />
<br />
c a c<br />
<br />
a a a<br />
<br />
a b a<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
a a a<br />
a b a <br />
a 0 a<br />
<br />
<br />
<br />
0 0 0<br />
<br />
b 0 b<br />
<br />
<br />
<br />
a b a<br />
<br />
a 0 a<br />
0 a a<br />
<br />
a a a<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
a a 0 <br />
1<br />
1 1<br />
1 1 1 <br />
<br />
1<br />
2 1<br />
<br />
1 2 1<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1<br />
1 1<br />
<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1 2 1 <br />
<br />
0 0 0<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1<br />
2 1<br />
Filter glajenja, zmanjševanja<br />
šuma, <strong>za</strong>meglevanja (uteže<strong>na</strong> lokal<strong>na</strong><br />
sredi<strong>na</strong>)<br />
Filter ostrenja (središč<strong>na</strong> vsota).<br />
Omeje<strong>na</strong> uporaba <strong>za</strong> odkrivanje robov.<br />
Običajno je vsota uteži 1; lahko tudi več.<br />
Filter odkriva vodoravne <strong>in</strong> <strong>na</strong>vpične<br />
robove. Običajno a=1 <strong>in</strong> b=1 ali 2 <strong>in</strong><br />
vsota uteži je 0.<br />
Filter odkrivanja robov, ki ojača robove v<br />
izbrani smeri z izbočenjem. Na levi je<br />
primer jedra severo-vzhod.<br />
Enostaven izračun gradienta v eni izmed<br />
osmih smereh (proti sosednjim celicam).<br />
359<br />
(Prirejeno po http://www.opengeospatial.org)<br />
3.6.2 Nel<strong>in</strong>earno prostorsko<br />
filtriranje<br />
• V postopkih nel<strong>in</strong>earnega filtriranja upravljamo z<br />
nel<strong>in</strong>earnimi lokalnimi prilagoditvami vrednosti rastra:<br />
• izvajamo lokalne operacije, ki ne temelje <strong>na</strong> jedrih (uteženih<br />
povprečjih);<br />
• izraču<strong>na</strong>vamo m<strong>in</strong>imum, maksimum, varianco, kvartilni<br />
razmik;<br />
• izraču<strong>na</strong>vamo median<strong>in</strong> odklon;<br />
• itd.<br />
3.6 Rastrske operacije <strong>in</strong> algebra karte / 4<br />
360<br />
120
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Metode prostorskih<br />
a<strong>na</strong>liz v GIS<br />
4. poglavje<br />
RAZISKOVANJE PODATKOV IN<br />
PROSTORSKA STATISTIKA<br />
361<br />
4.1 Statistične metode<br />
<strong>in</strong> prostorski podatki<br />
• Statistične metode <strong>za</strong> a<strong>na</strong>lizo prostorskih podatkov lahko<br />
delimo <strong>na</strong>:<br />
• operacije raziskovalnih statističnih a<strong>na</strong>liz<br />
• metode raziskovalnih statističnih a<strong>na</strong>liz vključujejo predvsem postopke<br />
odkrivanja prostorskih vzorcev;<br />
• prostorske vzorce pogosto identificiramo z merami prostorske<br />
avtokorelacije;<br />
• operacije potrjevalnih statističnih a<strong>na</strong>liz<br />
• te statistične prostorske a<strong>na</strong>lize običajno sledijo raziskovalnim statističnim<br />
prostorskim a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>m;<br />
• služijo:<br />
a) testiranju domnev <strong>in</strong><br />
b) ocenjevanju statističnih modelov.<br />
362<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 2<br />
• Cressie (1993) je predlagal delitev metod prostorske<br />
statistike glede <strong>na</strong> vrsto a<strong>na</strong>liziranega podatkovnega<br />
modela:<br />
• a<strong>na</strong>lize vzorca točk – poudarek je <strong>na</strong> lokaciji podatkov,<br />
• a<strong>na</strong>lize regij – poudarek je <strong>na</strong> območnih modelih prostora (npr.<br />
adm<strong>in</strong>istrativ<strong>na</strong> območja),<br />
• geostatistično modeliranje – poudarek je <strong>na</strong> modeliranju polj s<br />
pomočjo raznih metod <strong>in</strong>terpolacij.<br />
• Cressiev pristop delitve metod prostorske statistike je<br />
<strong>na</strong>dgradil Ansel<strong>in</strong> (2002) v implikaciji podatkovnih<br />
modelov.<br />
363<br />
121
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 3<br />
Prostorske a<strong>na</strong>lize <strong>in</strong> podatkovni modeli (Ansel<strong>in</strong> 2002):<br />
Objekt<br />
Polje<br />
GIS vektor raster<br />
Prostorski podatki točke, l<strong>in</strong>ije, poligoni površi<strong>na</strong><br />
Lokacija diskret<strong>na</strong> zvez<strong>na</strong><br />
Opazovanje postopkov<strong>na</strong> izvedba vzorčenje<br />
Prostorska priredba prostorske uteži funkcije razdalje<br />
Statistične a<strong>na</strong>lize mreža geostatistika<br />
Napovedovanja ekstrapolacija <strong>in</strong>terpolacija<br />
Modeli odklonov <strong>in</strong> <strong>na</strong>pak <strong>na</strong>pak<br />
Asimptotika širjenje domene <strong>za</strong>polnjevanje<br />
(Prirejeno po http://www.opengeospatial.org)<br />
364<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 4<br />
4.1.1 Opis<strong>na</strong> statistika<br />
• Za več<strong>in</strong>o vektorskih GIS podatkov lahko:<br />
• izraču<strong>na</strong>mo enostavne univariatne statistične mere atributnih<br />
podatkov (m<strong>in</strong>imum, maksimum, povprečje, varianca, standardni<br />
odklon ...);<br />
• a<strong>na</strong>liziramo frekvenčne porazdelitve (netransformiranih ali<br />
transformiranih podatkov) s pomočjo histogramov frekvenc<br />
(<strong>na</strong>jvečkrat z orodji <strong>za</strong> klasifikacijo <strong>in</strong> oz<strong>na</strong>čevanje).<br />
• Podobno lahko tudi <strong>za</strong> rastrske GIS podatke:<br />
• izraču<strong>na</strong>mo univariatne statistične mere (atributnih) podatkov;<br />
• a<strong>na</strong>liziramo frekvenčne porazdelitve s pomočjo histogramov<br />
frekvenc;<br />
• v nekaterih GIS orodjih pa lahko tudi izraču<strong>na</strong>vamo multivariatne<br />
statistične mere (atributnih) podatkov;<br />
• <strong>in</strong> tudi modeliramo (npr. s pomočjo prostorske regresije).<br />
365<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 5<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje<br />
• Osnove <strong>in</strong> metode prostorskega vzorčenja smo že omenili<br />
v poglavju 1.3.8. V tem poglavju so podrobneje pojasnjeni<br />
postopki dvorazsežnega vzorčenja (katerega osnovni<br />
pr<strong>in</strong>cipi veljajo tudi <strong>za</strong> eno- <strong>in</strong> trirazsežno vzorčenje).<br />
• Vprašanja v postopku prostorskega vzorčenja:<br />
• ali je vzorec dovolj velik?<br />
• ali je vzorec dovolj reprezentativen?<br />
• ali je vzorec pri<strong>stran</strong>ski?<br />
• ali je pomembno vključiti časovne dejavnike?<br />
• kakšen je uč<strong>in</strong>ek robu <strong>na</strong> vzorec ter <strong>na</strong> rezultate a<strong>na</strong>liz?<br />
• ali je potrebno vzorčne podatke združevati?<br />
• kako so bile meritve/opazovanja izvede<strong>na</strong> (postopkovno ali avtomatsko)?<br />
• ali je vrstni red v vzorcu pomemben?<br />
• ali smo <strong>za</strong>jeli podatke v vzorec ali pa smo že <strong>za</strong>jeli podatke celotne<br />
populacije?<br />
366<br />
122
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 6<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje / 2<br />
4.1.2.1 Vrste prostorskega vzorčenja<br />
• Vrste vzorčenja:<br />
• enostavno <strong>na</strong>ključno vzorčenje,<br />
• stratificirano <strong>na</strong>ključno vzorčenje (po razredih):<br />
• proporcio<strong>na</strong>lno,<br />
• neproporcio<strong>na</strong>lno,<br />
• <strong>na</strong>ključno vzorčenje znotraj opredeljene mreže,<br />
• e<strong>na</strong>komerno,<br />
• e<strong>na</strong>komerno vzorčenje z <strong>na</strong>ključnim odmikom.<br />
• Pomembno pri prostorskem vzorčenju je tudi<br />
prepoz<strong>na</strong>vanje skup<strong>in</strong> (klastrov) <strong>in</strong> njihova<br />
deklasteri<strong>za</strong>cija (razbijanje skup<strong>in</strong>).<br />
367<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 7<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje / 3<br />
4.1.2.1 Vrste prostorskega vzorčenja / 2<br />
Vrste prostorskega vzorčenja – točkovno vzorčenje:<br />
A. Pravilni vzorec B. Naključni vzorec<br />
C. Naključni odmik od<br />
pravilnega vzorca<br />
D. Pravilni vzorec z<br />
<strong>na</strong>ključnim <strong>za</strong>četkom<br />
368<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 8<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje / 4<br />
4.1.2.1 Vrste prostorskega vzorčenja / 3<br />
Vrste prostorskega vzorčenja – vzorčenje v območjih:<br />
Generiranje pravokotne<br />
mreže; vzorčenje <strong>na</strong><br />
mreži znotraj mej polja<br />
Generiranje<br />
heksago<strong>na</strong>lne mreže;<br />
točkovno vzorčenje <strong>na</strong><br />
eni lokaciji <strong>na</strong>ključnega<br />
odmika od središča<br />
Točkovno vzorčenje <strong>na</strong><br />
n <strong>na</strong>ključnih lokacijah<br />
znotraj območja<br />
(spodaj n=5)<br />
369<br />
123
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 9<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje / 5<br />
4.1.2.1 Vrste prostorskega vzorčenja / 4<br />
Primera <strong>na</strong>ključnega točkovnega vzorčenja<br />
A. 10 % <strong>na</strong>ključni vzorec množice točk B. Naključ<strong>na</strong> izbira po razredih, 30 % v vsakem razredu<br />
800 lokacij monitor<strong>in</strong>ga radioaktivnega sevanja v Nemčiji.<br />
Naključni vzorec 80-tih lokacij (velike rdeče pike).<br />
200 lokacij monitor<strong>in</strong>ga radioaktivnega sevanja v Nemčiji.<br />
Naključni vzorec 30 lokacij, kjer sevanje=100 enot radiacije (zeleni križi).<br />
370<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 10<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje / 6<br />
4.1.2.1 Vrste prostorskega vzorčenja / 5<br />
Primer <strong>na</strong>ključnih točk (lokacij) <strong>na</strong> mreži<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
371<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 11<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje / 7<br />
4.1.2.2 Prostorska deklasteri<strong>za</strong>cija<br />
• Točkovni vzorci so lahko prostorsko razporejeni v gruče<br />
(klastre) <strong>za</strong>radi različnih vzrokov:<br />
• <strong>na</strong> primer: geološka, hidrološka <strong>in</strong> hidrografska opazovanja pogosto<br />
vsebujejo številne lokacijsko zelo zgoščene podatke (okoli z<strong>na</strong>čilnih<br />
geoloških oblik, vzdolž vodnih tokov, lokacije pogojene z dostopom<br />
itd.).<br />
• Takš<strong>na</strong> vzorč<strong>na</strong> opazovanja niso reprezentativ<strong>na</strong> <strong>za</strong><br />
opazovano populacijo.<br />
• Opazovanja v neposredni bliž<strong>in</strong>i lahko močno avtokorelirajo<br />
(vrednosti atributov v bliž<strong>in</strong>i so lahko podobne), kar pri<strong>stran</strong>sko<br />
vpliva <strong>na</strong> rezultate a<strong>na</strong>liz teh podatkov (izračune srednjih vrednosti,<br />
ocene regresijskih parametrov, opredelitve <strong>in</strong>tervalov <strong>za</strong>upanja<br />
itd.).<br />
372<br />
124
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.1 Statistične metode <strong>in</strong> prostorski podatki / 11<br />
4.1.2 Prostorsko vzorčenje / 7<br />
4.1.2.2 Prostorska deklasteri<strong>za</strong>cija / 2<br />
• Prostorska deklasteri<strong>za</strong>cija je postopek odprave ali<br />
zmanjšanja vplivov prostorskih gruč podobnih vrednosti z<br />
<strong>na</strong>menom:<br />
1. <strong>za</strong>gotoviti čim bolj reprezentativen vzorec, s katerim a<strong>na</strong>liziramo populacijo;<br />
2. omogočiti čim bolj primerno podatkovno osnovo <strong>za</strong> <strong>na</strong>daljnje modeliranje<br />
(ploskev, polj).<br />
• Postopek deklasteri<strong>za</strong>cije 1:<br />
1. prekritje opazovanih točk (lokacij) s pravilno mrežo smiselno izbrane<br />
dimenzije mrežnih celic;<br />
2. v vsaki mrežni celici <strong>na</strong>j bo v povprečju po e<strong>na</strong> opazova<strong>na</strong> točka;<br />
3. v celicah, v katerih je več vzorčnih točk (lokacij), izberemo opazovanje, ki je<br />
<strong>na</strong>jbližje srednji lokaciji, ali pa pripišemo mediano opazovanega atributa<br />
srednji lokaciji točk v takšni celici.<br />
• Postopek deklasteri<strong>za</strong>cije 2:<br />
1. prekritje opazovanih točk (lokacij) s pravilno mrežo smiselno izbrane<br />
dimenzije mrežnih celic;<br />
2. vsaka točka (lokacija) dobi ustrezno utež: štetje števila opazovanih lokacij<br />
po posameznih celicah, v primeru, da v celici ni opazovanj, je utež 0, v<br />
primeru, da je v celici n opazovanj dobi vsako točka (lokacija) utež 1/n.<br />
373<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize<br />
prostorskih podatkov<br />
• Raziskovalne a<strong>na</strong>lize podatkov (ang. Exploratory Data<br />
A<strong>na</strong>lysis – EDA)<br />
• EDA metode imenujemo tudi „rudarjene podatkov“ (ang. data<br />
m<strong>in</strong><strong>in</strong>g).<br />
• Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov (ang.<br />
Exploratory Spatial Data A<strong>na</strong>lysis – ESDA) so raziskovalne<br />
a<strong>na</strong>lize podatkov (EDA) razširjene s prostorsko domeno.<br />
• Namenjene so predvsem odkrivanju prostorskih vzorcev.<br />
• Pogosto metode raziskovalnih a<strong>na</strong>liz prostorskih podatkov<br />
<strong>na</strong>dgradimo s časovno domeno <strong>in</strong> dobimo raziskovalne a<strong>na</strong>lize<br />
prostorsko-časovnih podatkov (ang. Exploratory Spatial-<br />
Temporal Data A<strong>na</strong>lysis – ESTDA).<br />
374<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 2<br />
• Raziskovalne a<strong>na</strong>lize podatkov (EDA) služijo:<br />
• boljšemu vpogledu v podatke;<br />
• odkrivanju nepoz<strong>na</strong>nih struktur podatkov,<br />
• odkrivanju pomembnih spremenljivk,<br />
• odkrivanju osamelcev <strong>in</strong> odstopanj,<br />
• testiranju predpostavk,<br />
• razvoju enostavnih modelov,<br />
• opredelitvi optimalnih faktorskih <strong>na</strong>stavitev.<br />
375<br />
125
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 3<br />
• Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov (ESDA)<br />
služijo raziskovanju <strong>in</strong> opisovanju a<strong>na</strong>liziranih podatkov s<br />
pristopi:<br />
• očiščenja podatkov,<br />
• povezovanja podatkov,<br />
• kartiranja stolpcev histogramov,<br />
• kartiranja osamelcev,<br />
• izrisa grafikonov kvantilov (ang. box-and-whisker diagram),<br />
• pogojnega koropletskega kartiranja,<br />
• kartiranja razmerij.<br />
376<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 4<br />
ESDA: Očiščenje <strong>in</strong> povezovanje podatkov<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
377<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 5<br />
ESDA: Kartiranje stolpcev histograma<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
378<br />
126
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 6<br />
ESDA: Vzporedni izris koordi<strong>na</strong>t <strong>in</strong> zvezdasti grafikon<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
379<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 7<br />
ESDA: Kartiranje kvantilov <strong>in</strong> grafikon kvantilov<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
380<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 8<br />
ESDA: Pogojno koropletsko kartiranje<br />
381<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
127
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 9<br />
ESDA: Kartirane lokacije opazovanj (točkovni podatki)<br />
A.<br />
Velikost točke<br />
opredelje<strong>na</strong> z<br />
vrednostjo<br />
spremenljivke<br />
B.<br />
Barva točke<br />
opredelje<strong>na</strong> z<br />
vrednostjo<br />
spremenljivke<br />
C.<br />
Pari semivariograma<br />
D.<br />
Voronoiova a<strong>na</strong>li<strong>za</strong><br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
382<br />
4.2 Raziskovalne a<strong>na</strong>lize prostorskih podatkov / 10<br />
ESDA: A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> trenda (zvezni prostorski podatki)<br />
3D podatke lahko obrav<strong>na</strong>vamo tudi<br />
ločeno – posebej a<strong>na</strong>liziramo:<br />
- trend XZ podatkov<br />
- trend YZ podatkov<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
383<br />
4.3 Statistike rastrskih<br />
podatkov<br />
• Statistike rastrskih podatkov delimo <strong>na</strong>:<br />
• neprostorske statistike:<br />
• univariatne statistike atributov (m<strong>in</strong>imum, maksimum, razmiki,<br />
sred<strong>in</strong>e, odkloni ...),<br />
• bivariatne oz. kont<strong>in</strong>genčne (<strong>na</strong>vzkrižne) statistike – mere<br />
<strong>na</strong>vzkrižnih odnosov,<br />
• prostorske statistike – mere prostorskih vzorcev (vključno z<br />
merami pokraj<strong>in</strong>e)<br />
• mere prostorskih vzorcev,<br />
• prostorske mere kraj<strong>in</strong>,<br />
• mere a<strong>na</strong>liz v kvadratih,<br />
• mere multi-regresijskih a<strong>na</strong>liz.<br />
384<br />
128
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 2<br />
4.3.1 Mere <strong>na</strong>vzkrižnih odnosov<br />
• Tovrstne mere temeljijo <strong>na</strong> pr<strong>in</strong>cipih testa kont<strong>in</strong>gence<br />
2<br />
ali testa.<br />
• Preizkusimo domnevo (H 0 ), da slučajni spremenljivki nista pove<strong>za</strong>ni.<br />
• Podatke uredimo v <strong>na</strong>vzkrižno preglednico (neodvis<strong>na</strong> slučaj<strong>na</strong><br />
spremenljivka je po<strong>na</strong>vadi razvršče<strong>na</strong> v N razredov po vrsticah,<br />
odvis<strong>na</strong> pa v M razredov po stolpcih; lahko tudi drugače):<br />
B1 B2 B3 skupaj<br />
A1 x 11 x 12 x 13 x 1·<br />
A2 x 21 x 22 x 23 x 2·<br />
A3 x 31 x 32 x 33 x 3·<br />
skupaj x·1 x·2 x·3 x··=T<br />
kjer so xi<br />
vsote frekvenc po vrsticah, x j vsota frekvenc po stolpcih <strong>in</strong><br />
T skup<strong>na</strong> vsota vseh frekvenc T x <br />
x<br />
ij .<br />
385<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 3<br />
4.3.1 Mere <strong>na</strong>vzkrižnih odnosov / 2<br />
• test kont<strong>in</strong>gence (<strong>na</strong>daljevanje)<br />
• Prave oz. opazovane frekvence lahko oz<strong>na</strong>čimo z O (ang. observed),<br />
pričakovane (teoretične) frekvence pa z E (ang. expected).<br />
• Prave frekvence primerjamo s pričakovanimi tako, da statistiko H<br />
2<br />
primerjamo s teoretično vrednostjo :<br />
H <br />
<br />
2<br />
( O E)<br />
E<br />
ali<br />
H <br />
N M<br />
2<br />
xij<br />
xix<br />
j<br />
T <br />
2<br />
<br />
<strong>in</strong> 1<br />
<br />
x x<br />
i1 j1<br />
i<br />
<br />
,<br />
(<br />
N 1)(<br />
kjer je izbrano tveganje, pa število prostostnih stopenj (glej tudi<br />
ustrez<strong>na</strong> poglavja statističnih metod).<br />
2<br />
• V primeru, da je H> , lahko ničelno domnevo <strong>za</strong>vrnemo <strong>in</strong> sprejmemo<br />
alter<strong>na</strong>tivno, ki pravi, da sta sklučajni spremenljivki pove<strong>za</strong>ni.<br />
j<br />
T<br />
M<br />
1)<br />
• Veljata <strong>na</strong>slednji omejitvi glede pričakovanih opazovanj (teoretičnih<br />
frekvenc):<br />
• če je več kot 20 % teoretičnih frekvenc manjših od 5, je treba združevati sosednje<br />
razrede;<br />
• <strong>za</strong> kont<strong>in</strong>genčne preglednice dimenzij 2x2 (v=2, s=2) smemo izraču<strong>na</strong>ti statistiko H<br />
samo <strong>za</strong> vzorce, kjer je T>40; če je 20
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 5<br />
4.3.1 Mere <strong>na</strong>vzkrižnih odnosov / 4<br />
• Kapov <strong>in</strong>deks skladnosti (ang. Kappa Index of<br />
Agreement – KIA):<br />
O E<br />
<br />
1<br />
E<br />
(51)<br />
kjer je O opazova<strong>na</strong> točnost oziroma delež ujemajočih se<br />
vrednosti (vsota frekvenc <strong>na</strong> glavni diago<strong>na</strong>li delje<strong>na</strong> s T), E pa<br />
pričakovan (teoretični) delež ujemanja (seštevek pričakovanih<br />
deležev <strong>na</strong> glavni diago<strong>na</strong>li), ki ga izraču<strong>na</strong>mo podobno kot v<br />
2<br />
testu :<br />
• Posamezne pričakovane deleže ujemanja izraču<strong>na</strong>mo po<br />
formuli:<br />
eij<br />
pi<br />
p<br />
j<br />
(52)<br />
kjer pi<br />
xi<br />
T <strong>in</strong> p<br />
j<br />
x<br />
j<br />
T<br />
• Kapov <strong>in</strong>deks skladnosti leži <strong>na</strong> tervalu [0,1]; bližje ko je 1,<br />
bolj a<strong>na</strong>lizira<strong>na</strong> rastrska podatkov<strong>na</strong> sloja korelirata.<br />
388<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 5<br />
4.3.1 Mere <strong>na</strong>vzkrižnih odnosov / 4<br />
• Cohenov <strong>in</strong>deks ocene atributne <strong>na</strong>pake je poseben<br />
primer <strong>in</strong>deksa skladnosti, s katerim ocenjujemo skladnost<br />
klasifikacije v atributni bazi GIS s stanjem <strong>na</strong> terenu.<br />
• Izraža odstotek pravilno klasificiranih opazovanj:<br />
d q<br />
<br />
N q<br />
kjer je d skupno število vzorčnih točk <strong>na</strong> glavni diago<strong>na</strong>li,<br />
N število vseh vzorčnih točk <strong>in</strong> q pričakova<strong>na</strong> vrednost<br />
diago<strong>na</strong>lnih elementov matrike (q ij dobimo z množenjem<br />
odgovarjajočih vsot stolpcev <strong>in</strong> vrstic <strong>in</strong> deljenjem z N).<br />
(53)<br />
• Tudi Cohenov <strong>in</strong>deks ocene pravilne klasifikacije leži <strong>na</strong> <strong>in</strong>tervalu<br />
med [0,1]; bližje ko je 1, bolj so klasificirani atributi usklajeni s<br />
stvarnim stanjem <strong>na</strong> terenu.<br />
389<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 6<br />
4.3.1 Mere <strong>na</strong>vzkrižnih odnosov / 5<br />
Primer Cohenovega <strong>in</strong>deksa<br />
skladnosti atributne GIS baze<br />
podatkov s stanjem <strong>na</strong> terenu<br />
<br />
O<br />
O<br />
<br />
O<br />
O<br />
d<br />
390<br />
N<br />
<br />
<br />
q<br />
q<br />
<br />
O<br />
<br />
O<br />
O<br />
O<br />
Primer 1: kapa = 1.00<br />
A B C D vsota<br />
A 4 0 0 0 4<br />
B 0 6 0 0 6<br />
C 0 0 4 0 4<br />
D 0 0 0 3 3<br />
vsota 4 6 4 3 17<br />
q A B C D<br />
A 0.9412 1.4118 0.9412 0.7059<br />
B 1.4118 2.1176 1.4118 1.0588<br />
C 0.9412 1.4118 0.9412 0.7059<br />
D 0.7059 1.0588 0.7059 0.5294<br />
Primer 2: kapa = 0.68<br />
A B C D vsota<br />
A 4 1 1 0 6<br />
B 0 5 1 0 6<br />
C 0 0 2 1 3<br />
D 0 0 0 2 2<br />
vsota 4 6 4 3 17<br />
q A B C D<br />
A 1.4118 2.1176 1.4118 1.0588<br />
B 1.4118 2.1176 1.4118 1.0588<br />
C 0.7059 1.0588 0.7059 0.5294<br />
D 0.4706 0.7059 0.4706 0.3529<br />
Primer 3: kapa = 0.68<br />
A B C D vsota<br />
A 3 0 0 0 3<br />
B 0 5 0 0 5<br />
C 1 1 4 2 8<br />
D 0 0 0 1 1<br />
vsota 4 6 4 3 17<br />
q A B C D<br />
A 0.7059 1.0588 0.7059 0.5294<br />
B 1.1765 1.7647 1.1765 0.8824<br />
C 1.8824 2.8235 1.8824 1.4118<br />
D 0.2353 0.3529 0.2353 0.1765<br />
130
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 7<br />
4.3.1 Mere <strong>na</strong>vzkrižnih odnosov / 6<br />
• Cramerjeva statistika V (ang. Cramer‘s V statistics) je<br />
podob<strong>na</strong> mera korelacije kot Kapov <strong>in</strong>deks skladnosti.<br />
• Izraču<strong>na</strong>mo jo neposredno iz statistike H (dobljene v<br />
2<br />
postopku testa ):<br />
1 H<br />
V <br />
T m<strong>in</strong>{( M 1),(<br />
N 1)}<br />
(54)<br />
• Tudi Cramerjeva statistika V leži <strong>na</strong> tervalu [0,1]; bližje ko<br />
je 1, bolj a<strong>na</strong>lizira<strong>na</strong> rastrska podatkov<strong>na</strong> sloja korelirata.<br />
391<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 8<br />
4.3.2 A<strong>na</strong>lize v kvadratih<br />
• Razporeditev opazovanj točkovnih objektov lahko opazujemo s<br />
pr<strong>in</strong>cipi vzorčenja v kvadratih. V primeru rastrskih podatkov je<br />
lahko atribut število točk v celici.<br />
• Vzemimo primer razporeditve 100 točkovnih objektov v mreži celic<br />
razsežnosti 5x5. V preglednici <strong>na</strong> desni so frekvence opazovanj v<br />
rastrski celici:<br />
• povprečno število točkovnih objektov <strong>na</strong> celico je 4 <strong>in</strong> varianca je 4,59.<br />
392<br />
3 2 6 2 2<br />
2 4 3 7 3<br />
2 6 6 9 4<br />
5 6 3 5 5<br />
3 7 3 2 0<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 9<br />
4.3.2 A<strong>na</strong>lize v kvadratih / 2<br />
• Ob predpostavki, da so opazovanja porazdelje<strong>na</strong> <strong>na</strong>ključno, lahko<br />
vzorec modeliramo s pomočjo Poissonove porazdelitve.<br />
Pomembno: Modeliranje s pomočjo Poissonove porazdelitve lahko<br />
uporabimo, v primeru da:<br />
• so opazovanja neodvis<strong>na</strong>,<br />
• imamo veliko število opazovanj (običajno 100+),<br />
• je verjetnost dogodka pojava točkovnega objekta <strong>na</strong> določeni<br />
lokaciji majh<strong>na</strong> <strong>in</strong> e<strong>na</strong>komer<strong>na</strong>.<br />
• Poissonova porazdelitev ima obliko:<br />
X<br />
m m<br />
f ( x)<br />
e ; x 0,1,2,...<br />
x!<br />
(55)<br />
kjer je m srednja vrednost opazovanj <strong>in</strong> x število opazovanj.<br />
393<br />
131
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 10<br />
4.3.2 A<strong>na</strong>lize v kvadratih / 3<br />
• H0: vzorec je <strong>na</strong>ključen<br />
H1: vzorec ni <strong>na</strong>ključen<br />
• m=4; pričakovano (teoretično) frekvenčno porazdelitev E<br />
izraču<strong>na</strong>mo, ob predpostavki <strong>na</strong>ključnega vzorca, s pomočjo<br />
X<br />
m m<br />
modela (55) ( E : f ( x)<br />
e ; x 0,1,2,... ).<br />
x!<br />
Frekv. O E |O-E| |O-E| 2 /E<br />
• Izraču<strong>na</strong>mo statistiko H ter jo<br />
2<br />
primerjamo s pri k 2<br />
prostostnih stopnjah, kjer je<br />
k število razredov.<br />
(-2: -1, ker je z<strong>na</strong>no skupno število, <strong>in</strong> še<br />
enkrat -1, ker smo m že ocenili iz vzorca)<br />
2<br />
0,05;<br />
9<br />
<br />
16,9<br />
2<br />
• Ker je H , s stopnjo <strong>za</strong>upanja 0,95 ne moremo <strong>za</strong>vrniti ničelno<br />
domnevo, da je vzorec <strong>na</strong>ključen.<br />
394<br />
0 1 0,5 0,5 0,64<br />
1 0 1,8 1,8 1,83<br />
2 6 3,7 2,3 1,49<br />
3 6 4,9 1,1 0,25<br />
4 2 4,9 2,9 1,7<br />
5 3 3,9 0,9 0,21<br />
6 4 2,6 1,4 0,75<br />
7 2 1,5 0,5 0,18<br />
8 0 0,7 0,7 0,74<br />
9 1 0,3 0,7 1,35<br />
10 0 0,1 0,1 0,13<br />
Vsota 25 H=9,3<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 11<br />
4.3.2 A<strong>na</strong>lize v kvadratih / 4<br />
• Tudi z združitvijo opazovanj v večje razrede (vsaj 20%<br />
pričakovanih opazovanj <strong>na</strong>j bi bilo večje od 5), ne moremo<br />
<strong>za</strong>vrniti ničelne domneve o <strong>na</strong>ključnem vzorcu opazovanj:<br />
• Opazovanja združimo v štiri razrede; <strong>na</strong> primer:<br />
[0,1], [2,3], [4,5], [6+].<br />
2<br />
• H=4,6 <strong>in</strong> 0,05;<br />
2<br />
6 .<br />
• Opazovane <strong>in</strong> pričakovane vrednosti v kvadratih lahko<br />
primerjamo tudi s testom Kolmogorov-Smirnova<br />
(več o tem v strokovni literaturi s področja Statistike<br />
oziroma Prostorske statistike).<br />
395<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 12<br />
4.3.3 Mere strukture kraj<strong>in</strong><br />
• Strukturo (rastrske podobe) kraj<strong>in</strong>e merimo z različnimi<br />
merami kraj<strong>in</strong>e.<br />
• Merimo strukturo klasificiranih podob kraj<strong>in</strong>e.<br />
• Mere strukture kraj<strong>in</strong> so opredeljene kot razmerja (<strong>in</strong>deksi).<br />
• V splošnem delimo mere strukture kraj<strong>in</strong> <strong>na</strong>:<br />
• mere delov kraj<strong>in</strong> – oz<strong>na</strong>čujejo prostorske z<strong>na</strong>čilnosti <strong>in</strong><br />
vseb<strong>in</strong>o delov kraj<strong>in</strong>e;<br />
• mere razredov – oz<strong>na</strong>čujejo z<strong>na</strong>čilnosti vzorcev po<br />
posameznih razredih;<br />
• mere strukture kraj<strong>in</strong>e v celoti.<br />
396<br />
132
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 13<br />
4.3.3 Mere strukture kraj<strong>in</strong>e / 2<br />
• Glede <strong>na</strong> prostorski vidik pa opredelimo <strong>na</strong>slednje mere<br />
strukture kraj<strong>in</strong>e:<br />
• Neprostorske mere kraj<strong>in</strong>e - upoštevajo samo vrednosti<br />
atributa:<br />
• proporcio<strong>na</strong>lno izobilje (ang. proportio<strong>na</strong>l abundance) –<br />
relativno razmerje posameznega razreda glede <strong>na</strong> celotno<br />
rastrsko podobo kraj<strong>in</strong>e;<br />
• <strong>na</strong>sičenost (ang. richness) – število vseh različnih vrst delov<br />
kraj<strong>in</strong>;<br />
• e<strong>na</strong>kost (ang. evenness) – je relativno izobilje različnih vrst<br />
kraj<strong>in</strong>e (z različno oblikovanimi <strong>in</strong>deksi lahko poudarimo (a)<br />
relativno prevlado ali (b) pravičnost;<br />
• raznolikost (ang. diversity) – sestavlje<strong>na</strong> mera <strong>na</strong>sičenosti <strong>in</strong><br />
e<strong>na</strong>kosti; lahko jo raču<strong>na</strong>mo <strong>na</strong> številne <strong>na</strong>č<strong>in</strong>e.<br />
397<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 13<br />
4.3.3 Mere strukture kraj<strong>in</strong>e / 2<br />
• Prostorske mere kraj<strong>in</strong>e – upoštevajo tudi prostorsko<br />
lokacijo vrednosti atributa:<br />
• porazdelitev velikosti delov kraj<strong>in</strong>e <strong>in</strong> gostota (ang. patch<br />
size distribution and density) – mere lahko raču<strong>na</strong>mo <strong>za</strong><br />
posamezne sestavne dele strukture kraj<strong>in</strong>e kot tudi <strong>za</strong><br />
posamezne razrede; gostota je število delov kraj<strong>in</strong>e <strong>na</strong> enoto<br />
površ<strong>in</strong>e;<br />
• kompleksnost oblike delov kraj<strong>in</strong>e (ang. patch shape<br />
complexity) – mere, s katerimi primerjamo obseg dela kraj<strong>in</strong>e <strong>in</strong><br />
površ<strong>in</strong>o, ali pa obseg dela kraj<strong>in</strong>e <strong>in</strong> obseg kroga z e<strong>na</strong>ko<br />
površ<strong>in</strong>o;<br />
• površi<strong>na</strong> jedra (ang. core area) – opredeljuje površ<strong>in</strong>o do<br />
uporabniško def<strong>in</strong>irane razdalje iz središča delov kraj<strong>in</strong>e;<br />
• izolacija/sosedstvo (ang. isolation/proximity) – je mera, ki<br />
odraža (povprečno) razdaljo med deli kraj<strong>in</strong>e istega razreda;<br />
• kontrast (ang. contrast) – mere kontrasta oz<strong>na</strong>čujejo relativno<br />
razliko med deli kraj<strong>in</strong>e različnih razredov;<br />
398<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 14<br />
4.3.3 Mere strukture kraj<strong>in</strong>e / 3<br />
• Prostorske mere kraj<strong>in</strong>e (2):<br />
• razpršitev (ang. dispersion) – mere, s katerimi merimo<br />
(e<strong>na</strong>komerno, nee<strong>na</strong>komerno ...) razpršitev delov kraj<strong>in</strong>e;<br />
• agregacija <strong>in</strong> posipanje (ang. contagion and <strong>in</strong>terspersion) –<br />
mere tendence prostorske agregacije delov kraj<strong>in</strong>e <strong>in</strong><br />
prostorskega mešanja kraj<strong>in</strong>e;<br />
• poddelitev (ang. subdivision) – mere stopnje razdelitve<br />
posameznih vrst delov kraj<strong>in</strong>e <strong>na</strong> podvrste;<br />
• povezljivost (ang. connectivity) – te mere se <strong>na</strong><strong>na</strong>šajo<br />
predvsem <strong>na</strong> funkcio<strong>na</strong>lno povezljivost delov kraj<strong>in</strong>e; raču<strong>na</strong>mo<br />
jih lahko s pomočjo neposredne sosešč<strong>in</strong>e; uporabniško<br />
def<strong>in</strong>irane razdalje, padajoče funkcije razdalje, itd.<br />
399<br />
133
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.3 Statistike rastrskih podatkov / 15<br />
4.3.3 Mere strukture kraj<strong>in</strong>e / 4<br />
Primeri statistik a<strong>na</strong>lize<br />
strukture rastrske podobe<br />
v Idrisiju:<br />
• relativ<strong>na</strong> <strong>na</strong>sičenost (ang. relative richness):<br />
R=n/nmax*100, kjer je n število različnih<br />
razredov v jedru, nmax pa <strong>na</strong>jvečje število<br />
razredov <strong>na</strong> celotnem rastru;<br />
• raznolikost (ang. diversity): H =-S(p*ln(p)),<br />
kjer je S vsota vseh razredov v celotnem rastru,<br />
p pa razmerje posameznega razreda v jedru;<br />
• prevlada (ang. domi<strong>na</strong>nce): D=Hmax-H, kjer je H raznolikost, Hmax je<br />
maksimal<strong>na</strong> raznolikost (Hmax=ln(n)) <strong>in</strong> n je število različnih razredov v jedru;<br />
• razdrobljenost (ang. fragmentation): F=(n-1)/(c-1), kjer je n število različnih<br />
razredov v jedru, c pa število obrav<strong>na</strong>vanih celic (9, 25 or 49);<br />
• število različnih razredov (ang. number of different classes=NDC) v vsaki 3x3,<br />
5x5 ali 7x7 sosešč<strong>in</strong>i (1-9, 1-25, 1-49);<br />
• število od središčne celice različnih celic (ang. number of cells different from<br />
the center cell=CVN) v vsaki 3x3, 5x5 ali 7x7 sosešč<strong>in</strong>i (0-8, 0-24, 0-48);<br />
• število različnih parov (ang. number of different pairs=BCM) v vsaki 3x3, 5x5<br />
ali 7x7 sosešč<strong>in</strong>i.<br />
400<br />
4.4 Statistike točkovnih<br />
podatkov <strong>in</strong> razdalj<br />
• V primeru, da točkovni podatki predstavljajo dogodke (ang.<br />
events) v prostoru lahko s pomočjo podatkov o njihovih lokacijah<br />
ter atributov izvedemo nekaj statistik.<br />
• Statistike, ki jih obrav<strong>na</strong>vamo v <strong>na</strong>daljevanju, se izraču<strong>na</strong>vajo <strong>za</strong><br />
dogodke v prostoru – <strong>in</strong> ne <strong>za</strong> izraču<strong>na</strong>ne točke (središčne točke,<br />
centroide ...).<br />
• Statistike iz točkovnih podatkov lahko raču<strong>na</strong>mo:<br />
• z uteževanje ali<br />
• brez uteževanja dogodkov.<br />
• Najpogostejše statistike točkovnih podatkov so statistike<br />
razdalj med pari točk.<br />
• Razdalje so lahko (a) Evklidske, (b) sferične, (c) L p razdalje ali pa<br />
(d) mrežne razdalje.<br />
• V <strong>na</strong>daljevanju obrav<strong>na</strong>vamo statistike <strong>za</strong> evklidske razdalje.<br />
401<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 2<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda<br />
• V mnogih z<strong>na</strong>nstvenih discipli<strong>na</strong>h je razdalja med<br />
obrav<strong>na</strong>vanimi dogodki pomemben parameter v a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h<br />
modeliranja postopkov pove<strong>za</strong>nih z obrav<strong>na</strong>vanimi dogodki.<br />
• Na primer: razdalje med lokacijami pojava bolezni iste vrste,<br />
razdalje med drevesi iste vrste, razdalje med lokacijami gnezdenja<br />
ptic iste vrste ...<br />
• Pri obrav<strong>na</strong>vi posameznega dogodka <strong>na</strong>s posebej <strong>za</strong>nima<br />
razdalja do prvega takšnega podobnega dogodka.<br />
• Takšen <strong>na</strong>jbližji dogodek imenujemo <strong>na</strong>jbližji sosed (ang. nearest<br />
neighbor – NN) ali „prvi-v-vrsti <strong>na</strong>jbližji sosed“ (ang. first-order<br />
nearest neighbor).<br />
• Naslednji <strong>na</strong>jbližji sosed je torej „drugi-v-vrsti <strong>na</strong>jbližji sosed“ <strong>in</strong> tako<br />
<strong>na</strong>prej do k-tega <strong>na</strong>jbližjega soseda.<br />
402<br />
134
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 3<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda / 2<br />
• Osnovni model <strong>na</strong>jbližjega soseda<br />
(ang. nearest neighbor (NN) model):<br />
1. Obrav<strong>na</strong>vamo koordi<strong>na</strong>te vseh točk {x i ,y i }.<br />
2. Izraču<strong>na</strong>mo simetrično matriko razdalj (med pari točk) D.<br />
3. Za vsako točko i uredimo razdalje v ranžirno vrsto. Tako<br />
pridobimo podatke o razdalji do prvega, drugega ... k-tega<br />
<strong>na</strong>jbližjega soseda.<br />
4. Izraču<strong>na</strong>mo srednjo vrednost vseh razdalj do prvega,<br />
drugega ... k-tega <strong>na</strong>jbližjega soseda.<br />
5. Primerjamo povprečje iz točke 4 s pričakovano srednjo<br />
vrednostjo modelirano s pomočjo modela popolne<br />
prostorske <strong>na</strong>ključnosti (ang. Complete Spatial<br />
Randomness – CSR) ali modela Poissonove porazdelitve.<br />
403<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 4<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda / 3<br />
• Pričakovano srednjo vrednost (tudi varianco)<br />
izraču<strong>na</strong>mo pod predpostavko popolne prostorske<br />
<strong>na</strong>ključnosti s pomočjo modela Poissonove porazdelitve.<br />
• Pri tem obrav<strong>na</strong>vamo posamezno točko (dogodek) v središču kroga<br />
razdalje r.<br />
• Predpostavimo, da je gostota točk v a<strong>na</strong>liziranem območju (regiji)<br />
konstant<strong>na</strong>, m.<br />
• Pričakovano število točk (dogodkov) v krogu polmera r izraču<strong>na</strong>mo<br />
2<br />
mr .<br />
• S pomočjo modela popolne prostorske<br />
<strong>na</strong>ključnosti a<strong>na</strong>liziramo verjetnost, da<br />
v krogu polmera r ne leži nobe<strong>na</strong> točka<br />
p(r,0) ter da je v izjemno tankem<br />
kolobarju šir<strong>in</strong>e dr (rumen kolobar<br />
<strong>na</strong> sliki) <strong>na</strong>tanko e<strong>na</strong> točka.<br />
• Ko dr 0, izraču<strong>na</strong>mo porazdelitev<br />
razdalj <strong>na</strong>jbližjega soseda pod<br />
predpostavko CSR; izraču<strong>na</strong>mo<br />
tudi momente porazdelitve<br />
Width Širi<strong>na</strong> =<br />
dr<br />
(srednjo vrednost <strong>in</strong> varianco). Površi<strong>na</strong> Area = r 2<br />
Površi<strong>na</strong> Area =<br />
2rdr<br />
404<br />
r+dr<br />
r<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 5<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda / 4<br />
• Doka<strong>za</strong>ti je mogoče (glej, <strong>na</strong> primer, (Smith 2010b)), da<br />
sta prva dva momenta porazdelitve razdalj <strong>na</strong>jbližjega<br />
soseda, pod predpostavko popolne prostorske <strong>na</strong>ključnosti<br />
(CSR), funkcija gostote točk v a<strong>na</strong>liziranem območju, m:<br />
• srednja vrednost NN razdalj<br />
1<br />
(ang. mean NN distance): <br />
(56)<br />
2 m<br />
• varianca NN razdalj<br />
(4 <br />
)<br />
(ang. variance NN distances): <br />
(57)<br />
2<br />
<br />
4m<br />
405<br />
135
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 6<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda / 5<br />
• Ob predpostavki, da smo gostoto točk (dogodkov) v<br />
a<strong>na</strong>liziranem območju (regiji) (m) ocenili dovolj <strong>za</strong>nesljivo,<br />
lahko izraču<strong>na</strong>mo:<br />
• <strong>in</strong>deks globalne prostorske <strong>na</strong>ključnosti<br />
(ang. <strong>in</strong>dex of global spatial randomness):<br />
ro<br />
R <br />
r<br />
406<br />
(58)<br />
kjer je r opazovano povprečje razdalj do NN, r<br />
o<br />
e<br />
pa<br />
pričakova<strong>na</strong> sredi<strong>na</strong> razdalj do NN (pod predpostavko<br />
CSR; izraču<strong>na</strong><strong>na</strong> po (56)).<br />
• R1 pa pomeni e<strong>na</strong>komerno porazdelitev dogodkov v<br />
a<strong>na</strong>liziranem območju.<br />
e<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 7<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda / 6<br />
• Ob predpostavki, da smo gostoto točk (dogodkov) v<br />
a<strong>na</strong>liziranem območju (regiji) (m) ocenili dovolj <strong>za</strong>nesljivo,<br />
lahko izvedemo tudi z-transformacijo:<br />
( r o<br />
r<br />
z<br />
e<br />
)<br />
<br />
<br />
e<br />
(59)<br />
0,261358<br />
kjer <br />
e<br />
2<br />
<br />
(60)<br />
n mn<br />
• S pomočjo transformiranih vrednosti z lahko testiramo<br />
z<strong>na</strong>čilnost opazovanih točk (dogodkov).<br />
407<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 8<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda / 7<br />
• Problemi pove<strong>za</strong>ni s statistikami točkovnih<br />
podatkov:<br />
• problem diskretnih točk – opazovanja morajo biti diskretne<br />
točke (dogodki) v prostoru;<br />
• problem velikosti vzorca – še posebej v a<strong>na</strong>lizi k <strong>na</strong>jbližjih<br />
sosedov, k>1;<br />
• problem ustrezne ocene gostote točkovnih dogodkov v<br />
a<strong>na</strong>lizirani regiji, m;<br />
• problem meje (a<strong>na</strong>liziranega območja) močno vpliva <strong>na</strong> vse<br />
metode NN;<br />
• problem omejene uporabe frekvenčne porazdelitve;<br />
• problem ustreznosti uporabe modela Poissonove porazdelitve<br />
ali podobnih modelov.<br />
408<br />
136
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 9<br />
4.4.1 Metode <strong>na</strong>jbližjega soseda / 8<br />
Problem ocene gostote oziroma<br />
izbora meje a<strong>na</strong>liziranega območja<br />
Na izračun statistik točkovnih podatkov bistveno vpliva gostota dogodkov,<br />
m, oziroma izbor a<strong>na</strong>liziranega območja oziroma njegova površi<strong>na</strong>, A:<br />
• vzemimo primer razporeditve N=22 cerkva <strong>na</strong> sliki spodaj;<br />
• kot študijsko območje lahko obrav<strong>na</strong>vamo krog standardne razdalje (ang.<br />
standard distance circle - SDC), elipso standardnega odklo<strong>na</strong> (ang. ellipse of size<br />
2 standard deviations – 2SDE) ali pa m<strong>in</strong>imalni očrtan pravokotnik (ang.<br />
m<strong>in</strong>imum bound<strong>in</strong>g rectangle – MBR);<br />
• gostoto cerkva izraču<strong>na</strong>mo m=N/A, vendar je<br />
površi<strong>na</strong> A močno pogoje<strong>na</strong> z izbiro a<strong>na</strong>lizirane<br />
regije; spodaj so izračuni statistik <strong>na</strong>jbižjega soseda pri različno<br />
izbranih območjih obrav<strong>na</strong>ve:<br />
Regija SDC 2SDE MBR<br />
Indeks R 1,798 0,97 1,337<br />
z 7,163 0,267 3,026<br />
Površi<strong>na</strong> (km 2 ) 176 605 318<br />
• REŠITEV: Meja a<strong>na</strong>liziranega območja je lahko<br />
uporabniško opredeljen poligon (konveksni ovoj).<br />
409<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 10<br />
4.4.2 Razdalje v parih<br />
• Ripley-eva K (ali L) funkcija je podob<strong>na</strong> metoda kot so<br />
metode <strong>na</strong>jbližjega soseda – vendar neprimerno bolj<br />
vse<strong>stran</strong>ska.<br />
• Paroma upošteva vse razdalje (med vsemi obrav<strong>na</strong>vanimi<br />
dogodki).<br />
• Zato je primer<strong>na</strong> tudi <strong>za</strong> razvrščanje v skup<strong>in</strong>e (gruče).<br />
• S pomočjo Ripley-eve K (ali L) funkcije lahko izraču<strong>na</strong>mo<br />
številne prostorske statistike.<br />
410<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 11<br />
4.4.2 Razdalje v parih / 2<br />
• Ripley-eva K funkcija:<br />
1. Okoli vsake točke (dogodka) i<br />
izrišemo krog polmera d.<br />
2. Preštejemo ostale točke j, ki se<br />
<strong>na</strong>hajajo v krogu.<br />
3. Ponovimo prva dva koraka <strong>za</strong> vse<br />
točke i <strong>in</strong> seštejemo rezultate K(d):<br />
A l(<br />
dij)<br />
K(<br />
d)<br />
, i j<br />
N N<br />
i<br />
j<br />
kjer je l(d ij )=1, če d ij
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 12<br />
4.4.2 Razdalje v parih / 3<br />
• Ripley-evo funkcijo K(d) lahko normaliziramo -<br />
„normalizirano“ mero L(d) izraču<strong>na</strong>mo:<br />
L(<br />
d)<br />
<br />
K(<br />
d)<br />
d<br />
<br />
(62)<br />
• Vzorčno porazdelitev L(d) običajno aproksimiramo z rezultati<br />
Monte Carlo simulacije:<br />
• Funkciji m<strong>in</strong>imalnih <strong>in</strong> maksimalnih L(d) določimo s simulacijo velikega<br />
števila funkcij L(d).<br />
• Funkcijo K(d) lahko <strong>za</strong>rišemo <strong>na</strong> grafikon v odvisnosti<br />
od razdalje d.<br />
• Grafikon funkcije K(d), ali transformirane funkcije L(d), omogoča<br />
odkrivanje lokalnih gruč – kjer leži opazova<strong>na</strong> funkcija L(d)<br />
med funkcijami m<strong>in</strong>imalnih <strong>in</strong> maksimalnih L(d).<br />
412<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 13<br />
4.4.2 Razdalje v parih / 4<br />
Primer odkrivanja lokalnih gruč pljučnega<br />
raka s pomočjo Ripley-evih funkcij K <strong>in</strong> L<br />
Ripley-eva funkcija Ripley K(d) K -– Lung Razdalje Cancer med dataset lokacijami pljučnega raka<br />
350.00<br />
300.00<br />
250.00<br />
200.00<br />
150.00<br />
• 998 lokacij pojave pljučnega raka<br />
(Lancashire, VB (1974-83).<br />
• Funkciji m<strong>in</strong>imalnih <strong>in</strong> maksimalnih L(d)<br />
sta določeni s simulacijo 300 funkcij<br />
L(d).<br />
• Lokalne gruče se pokažejo <strong>na</strong> kratkem<br />
<strong>in</strong>tervalu razdalj med ca. 360 <strong>in</strong> 460 m;<br />
kjer L(d) m<strong>in</strong>
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 15<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč / 2<br />
• Vprašanja, <strong>na</strong> katera poskušamo odgovoriti z<br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>mi žarišč:<br />
• Kje so locirane <strong>na</strong>jbolj <strong>in</strong>tenzivne gruče točk (dogodkov)?<br />
• Ali so gruče ločene ali pa so nekatere/vse spojene?<br />
• Ali so gruče pogojene s kakšno spremenljivko (v o<strong>za</strong>dju)?<br />
• Ali so gruče podobnih velikosti, ali pa se razlikujejo v<br />
velikosti?<br />
• Ali se gruče <strong>na</strong> nižji stopnji združujejo v gruče <strong>na</strong> višji<br />
stopnji?<br />
• V primeru, da kartiramo podobne podatke v različnih<br />
časovnih presekih, ali ostajajo gruče nespremenjene, ali pa<br />
se sprem<strong>in</strong>jajo v času (se premikajo, ali celo izg<strong>in</strong>ejo<br />
oziroma se pojavijo nove gruče)?<br />
415<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 16<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč / 3<br />
• Metode odkrivanja žarišč:<br />
• Hierarhično razvrščanje v gruče po metodi<br />
<strong>na</strong>jbližjega soseda<br />
(ang. hierarchical nearest neighbor cluster<strong>in</strong>g)<br />
• Razvrščanje v gruče s K-povprečji<br />
(ang. K-means cluster<strong>in</strong>g)<br />
• Razvrščanje po metodi jedrne gostote<br />
(ang. kernel density cluster<strong>in</strong>g)<br />
• Prostorsko-časovno razvrščanje v gruče<br />
(ang. spatio-temporal cluster<strong>in</strong>g)<br />
416<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 17<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč / 4<br />
4.4.3.1 Hierarhično razvrščanje v<br />
gruče po metodi <strong>na</strong>jbližjega soseda<br />
• Hierarhično razvrščanje v gruče po metodi<br />
<strong>na</strong>jbližjega soseda<br />
(ang. hierarchical nearest neighbor cluster<strong>in</strong>g)<br />
• Dogodki so v gruči prve stopnje, če ležijo znotraj<br />
[pričakovane srednje razdalje (pod predpostavko popolne<br />
prostorske <strong>na</strong>ključnosti)] ± [<strong>in</strong>terval <strong>za</strong>upanja, opredeljen s<br />
pomočjo standardne <strong>na</strong>pake + uporabniško določe<strong>na</strong><br />
toleranca].<br />
• Možnost vključitve dodatnih pogojev, <strong>na</strong> primer, <strong>na</strong>jmanjše<br />
število dogodkov, ki še tvorijo gručo.<br />
• Za vsako gručo dogodkov se izraču<strong>na</strong> aritmetično središče<br />
ter elipsa standardnih odklonov.<br />
• Središča gruč <strong>na</strong> nižjih stopnjah obrav<strong>na</strong>vamo kot dogodke<br />
<strong>za</strong> prepoz<strong>na</strong>vanje gruč <strong>na</strong> višjih stopnjah.<br />
417<br />
139
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 18<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč / 5<br />
4.4.3.1 Hierarhično razvrščanje v gruče po metodi <strong>na</strong>jbližjega soseda / 2<br />
Hierarhično opredeljene gruče pljučnega<br />
raka po metodi <strong>na</strong>jbližjega soseda<br />
998 lokacij pojava pljučnega raka<br />
(Lancashire, VB (1974-83)<br />
gruče <strong>na</strong> prvi (rume<strong>na</strong> barva) <strong>in</strong><br />
drugi stopnji (modra barva)<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
418<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 19<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč / 6<br />
4.4.3.2 Razvrščanje v gruče s<br />
K-povprečji<br />
• Razvrščanje v gruče s K-povprečji<br />
(ang. K-means cluster<strong>in</strong>g)<br />
• glej 3.2.13.3 – Metode večpasovne klasifikacije rastrskih podob oziroma<br />
metode dalj<strong>in</strong>skega <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanja (Oštir 2006).<br />
419<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 20<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč / 7<br />
4.4.3.3 Razvrščanje po metodi<br />
jedrne gostote<br />
• Razvrščanje po metodi jedrne gostote<br />
(ang. kernel density cluster<strong>in</strong>g)<br />
• Oce<strong>na</strong> gostote po metodi jedra (ang. kernel density<br />
estimation – KDE) je lahko dobro raziskovalno orodje <strong>za</strong><br />
odkrivanje vročih mest.<br />
• Opredeljevanje gruč se izvede preko pripisa točk (dogodkov)<br />
celicam, ki imajo večjo gostote od izbrane.<br />
• Gruče so torej opredeljene z združevanje celic višjih gostot od<br />
izbrane.<br />
420<br />
140
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 21<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč / 8<br />
4.4.3.3 Razvrščanje po metodi jedrne gostote / 2<br />
Gruče pljučnega raka <strong>in</strong> raka <strong>na</strong> grlu po<br />
metodi jedrne gostote<br />
gruče pljučnega raka<br />
gruče raka <strong>na</strong> grlu<br />
gruče so primerjane z lokacijo sežigalne peči<br />
421<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
4.4.3.4 Prostorsko-časovno<br />
razvrščanje v gruče<br />
• Prostorsko-časovno razvrščanje v gruče<br />
(ang. spatio-temporal cluster<strong>in</strong>g)<br />
• Izraču<strong>na</strong>mo Evklidsko razdaljo vsakega dogodka i do drugega<br />
dogodka j. Razdalje <strong>za</strong>beležimo v matriko {x ij }.<br />
• Podobno izraču<strong>na</strong>mo časovni razmik med posameznimi<br />
dogodki i <strong>in</strong> j. Rezultate <strong>za</strong>beležimo v matriko {y ij }.<br />
• Izraču<strong>na</strong>mo testno statistiko Z:<br />
4.4 Statistike točkovnih podatkov <strong>in</strong> razdalj / 22<br />
4.4.3 A<strong>na</strong>lize žarišč <strong>in</strong> a<strong>na</strong>lize odkrivanja gruč / 9<br />
Z x y , i j<br />
i,<br />
j<br />
ij<br />
ij<br />
kjer štejemo bližnje pare <strong>za</strong> x ij
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija<br />
4.5.1 Avtokorelacija, časovne serije<br />
<strong>in</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize<br />
• Pojem avtokorelacija ima izvor v zgodnjih raziskavah<br />
časovnih vrst (ang. time series a<strong>na</strong>lysis).<br />
• Korelacija pomeni statistično pove<strong>za</strong>nost a<strong>na</strong>liziranih<br />
spremenljivk.<br />
• Koeficient korelacije predlaga vzrok pove<strong>za</strong>nosti <strong>in</strong> ga ne<br />
vsebuje!<br />
• Predpostavimo, da a<strong>na</strong>liziramo pove<strong>za</strong>nost med pari n opazovanj<br />
{x i ,y i }.<br />
• Koeficient korelacije izraču<strong>na</strong>mo kot razmerje med kovarianco <strong>in</strong><br />
zmnožkom standardnih odklonov posameznih spremenljivk:<br />
n<br />
xi<br />
x yi<br />
y<br />
i1<br />
r <br />
(65)<br />
n<br />
n<br />
2<br />
2<br />
xi<br />
x yi<br />
y<br />
i1<br />
i1<br />
424<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 2<br />
4.5.1 Avtokorelacija, časovne serije <strong>in</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize / 2<br />
• Predpostavimo, da imamo <strong>na</strong>mesto n parov opazovanj {x i ,y i },<br />
niz n vrednosti, {x t }, ki predstavljajo vrednosti <strong>za</strong>jete v različnih<br />
časovnih presekih, t=1,2,3,4,...n.<br />
• Na primer: dnevne količ<strong>in</strong>e padav<strong>in</strong> <strong>na</strong> izbrani lokaciji, dnevne vrednosti<br />
delnic ...<br />
• Grafikon spodaj prikazuje tipično nihanje dnevnih vrednosti delnic (modra<br />
črta); rdeča <strong>in</strong> čr<strong>na</strong> <strong>za</strong>okrože<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ija pa prikazujeta časovni seriji 7 <strong>in</strong> 14-<br />
dnevnih <strong>in</strong>tervalov ali „<strong>za</strong>mike“ (ang. „lags“): {x t, x t+7, x t+14, x t+21,...} <strong>in</strong><br />
{x t, x t+14, x t+28, x t+42,...}.<br />
425<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 3<br />
4.5.1 Avtokorelacija, časovne serije <strong>in</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize / 3<br />
• Predpostavimo, da opazovanja dnevnih padav<strong>in</strong> kažejo, da<br />
vsakemu dnevnu <strong>na</strong>dpovprečnih padav<strong>in</strong> v splošnem sledi<br />
še en dan <strong>na</strong>dpovprečnih padav<strong>in</strong>, <strong>in</strong> da vsakemu dnevu<br />
podpovprečnih padav<strong>in</strong> v splošnem sledi še en dan<br />
podpovprečnih padav<strong>in</strong>.<br />
• V takšnem primeru bo test korelacije ustreznih <strong>za</strong>porednih dni poka<strong>za</strong>l<br />
visoko pozitivno korelacijo.<br />
• Obrav<strong>na</strong>vajmo dva loče<strong>na</strong> ni<strong>za</strong> podatkov:<br />
„dan1“: {x t,1 } t=1,2,3,...n-1<br />
„dan2“: {x t,2 } t=2,3,4,...n<br />
• Vsak niz podatkov ima srednjo vrednost<br />
1<br />
n<br />
1<br />
x.1<br />
x t <strong>in</strong> x.2<br />
x t<br />
(66)<br />
n 1<br />
n 1<br />
1<br />
n t1<br />
oziroma pri velikem n, sta vrednosti 1/(n-1) <strong>in</strong> 1/n skoraj e<strong>na</strong>ki,<br />
<strong>za</strong>to:<br />
n<br />
1<br />
x x t<br />
(67)<br />
n t1<br />
426<br />
t2<br />
142
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 4<br />
4.5.1 Avtokorelacija, časovne serije <strong>in</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize / 4<br />
• Izraču<strong>na</strong>jmo koeficient korelacije <strong>za</strong> ni<strong>za</strong> {x t ,1} <strong>in</strong> {x t ,2}:<br />
n1<br />
xt<br />
x.1x<br />
t1<br />
x.2<br />
<br />
t1<br />
r.1<br />
<br />
n1<br />
n1<br />
2<br />
2<br />
xt<br />
x.1 xt1<br />
x.2<br />
<br />
t1<br />
t1<br />
n1<br />
<br />
oziroma pri velikem n xt<br />
x.1<br />
xt<br />
1<br />
x.2<br />
t1<br />
r.1<br />
<br />
n<br />
2<br />
(<br />
xt<br />
x.1<br />
)<br />
427<br />
(68)<br />
(69)<br />
Izraz (69) je poz<strong>na</strong>n kot koeficient serijske korelacije pri <strong>za</strong>miku<br />
ene časovne dobe.<br />
• Koeficient serijske korelacije pri k-tem <strong>za</strong>miku časovne<br />
dobe pa je:<br />
nk<br />
xt<br />
x.1<br />
x<br />
t<br />
x.2<br />
<br />
k<br />
r.<br />
<br />
(70)<br />
t1<br />
k<br />
n<br />
x x<br />
2<br />
t1<br />
<br />
t . k<br />
<br />
t1<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 5<br />
4.5.1 Avtokorelacija, časovne serije <strong>in</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize / 5<br />
• Izraz „koeficient avtokorelacije“<br />
(ang. autocorrelation coefficient) se uporablja<br />
v a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h časovnih vrst že od leta 1950.<br />
xt<br />
x.1<br />
x<br />
tk<br />
x.2<br />
<br />
t1<br />
r.<br />
k n<br />
2<br />
xt<br />
x.<br />
k<br />
<br />
• To je razlog, da tudi <strong>na</strong> področju prostorskih a<strong>na</strong>liz ne uporabljamo izraz<br />
„koeficient serijske korelacije“ temveč izraz „koeficient avtokorelacije“.<br />
• Števec koeficienta avtokorelacije lahko razumemo kot<br />
kovarianco pri k-tem <strong>za</strong>miku časovne dobe, imenovalec pa kot<br />
kovarianco brez <strong>za</strong>mika (pri 0-tem <strong>za</strong>miku).<br />
• Zato ju nekateri avtorji poimenujejo tudi avtokovarianca pri k-tem <strong>in</strong> 0-tem<br />
<strong>za</strong>miku.<br />
• Koeficient avtokorelacije se porazdeljuje normalno, N(0,1/n) <strong>in</strong><br />
leži <strong>na</strong> <strong>in</strong>tervalu [-1,1].<br />
• V a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h časovnih vrst je časovni <strong>in</strong>terval <strong>za</strong>jema podatkov (ali<br />
tudi „razdalja“) običajno e<strong>na</strong>k <strong>za</strong> celotno a<strong>na</strong>lizirano obdobje.<br />
• Korelogram je grafikon, ki prikazuje sprem<strong>in</strong>janje koeficientov<br />
avtokorelacije, {r .k } glede <strong>na</strong> <strong>za</strong>mike, k.<br />
• S pomočjo korelograma a<strong>na</strong>liziramo vedenje časovne serije podatkov pri<br />
različnih <strong>za</strong>mikih ali „razdaljah“.<br />
428<br />
nk<br />
t1<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 6<br />
4.5.1 Avtokorelacija, časovne serije <strong>in</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize / 6<br />
• V primeru <strong>na</strong>ključne serije vrednosti bo r .k blizu 0.<br />
• V primeru, da kaže celoten vzorec podatkov konstantno<br />
<strong>na</strong>raščanje v času – tendenca korelogramov ne bo pričakova<strong>na</strong><br />
(proti 0). Takš<strong>na</strong> serija podatkov je nestacio<strong>na</strong>r<strong>na</strong> serija<br />
podatkov.<br />
• Pred <strong>na</strong>daljnjo a<strong>na</strong>lizo moramo od<strong>stran</strong>iti vpliv trenda:<br />
• Izvornim podatkom odštejemo vrednosti krivulje trenda pri <strong>za</strong>mikih<br />
1,2,3...<br />
• Prav tako moramo pred <strong>na</strong>daljnjo a<strong>na</strong>lizo od<strong>stran</strong>iti morebitne<br />
osamelce/<strong>na</strong>pake.<br />
• Po prilagoditvi podatkov:<br />
• (ponovno) izraču<strong>na</strong>mo korelograme,<br />
• raziščemo rezultate,<br />
• pojasnimo opazovane vzorce.<br />
429<br />
143
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 7<br />
4.5.1 Avtokorelacija, časovne serije <strong>in</strong> prostorske a<strong>na</strong>lize / 7<br />
• Modeliranje opazovanih vzorcev lahko bistveno<br />
pripomore:<br />
• k razumevanju le-teh,<br />
• oceni manjkajočih vrednosti,<br />
• <strong>na</strong>povedovanju novih vrednosti izven opazovanega območja (prostorskega<br />
ali časovne serije).<br />
• Osnovne koncepte raču<strong>na</strong>nja avtokorelacije <strong>in</strong><br />
modeliranja korelogramov, ki smo jih spoz<strong>na</strong>li <strong>na</strong> primeru<br />
časovnih vrst ni mogoče enostavno prenesti v<br />
postopke a<strong>na</strong>liz prostorskih podatkov.<br />
• Prostorski podatki so običajno v vsaj dveh razsežnostih, kar oteži<br />
spremljanje koeficientov avtokorelacije v posameznih smereh.<br />
• Korelogram v prostorskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h imenujemo variogram.<br />
• V splošnem ločimo:<br />
• statistike globalne prostorske zveze (avtokorelacije),<br />
• lokalne <strong>in</strong>dikatorje prostorske zveze (avtokorelacije).<br />
430<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska<br />
avtokorelacija<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 8<br />
• Postopek a<strong>na</strong>lize prostorske avtokorelacije je odvisen od<br />
vrste a<strong>na</strong>liziranih podatkov.<br />
• Bistve<strong>na</strong> razlika med podatki:<br />
a) niz 100-tih vrednosti iz rastra 10x10 celic (ločljivosti 100x100m), ki pokriva območje<br />
1000x1000m;<br />
b) niz 100-tih vrednosti atributa (100-tih) poligonov, ki v celoti pokrivajo območje iz točke<br />
a);<br />
c) niz nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti (razredov) atributa 100-tih dogovorno oblikovanih poligonov,<br />
ki v celoti pokrivajo območje iz točke a);<br />
d) niz podatkovnih vrednosti pridobljen iz 100-tih dogovorno določenih lokacij iste<br />
a<strong>na</strong>lizirane regije kot iz točk a), b) <strong>in</strong> c).<br />
• Priporočilo:<br />
• enostavne, bi<strong>na</strong>rno kodirane rastrska podatke pravilne mreže a<strong>na</strong>liziramo<br />
z metodo sestavljenega štetja;<br />
• nepravilne mreže <strong>in</strong> območne (poligonske) podatke pretvorimo v podatke<br />
oblike x,y,z (metode lokalnih prostorskih zvez);<br />
• točkovne podatke prav tako a<strong>na</strong>liziramo v obliki x,y,z (metode lokalnih<br />
prostorskih zvez).<br />
431<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong><br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti<br />
prostorskih podatkov<br />
• Predpostavimo pravilno mrežo celic, ki pokriva območje<br />
obrav<strong>na</strong>ve.<br />
• Vsaki mrežni celici je pripisa<strong>na</strong> vrednost atributa, ki je<br />
lahko:<br />
• bi<strong>na</strong>r<strong>na</strong> vrednost (prisotnost/odsotnost);<br />
• kategorial<strong>na</strong> vrednost razreda (k razredov);<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 9<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 2<br />
• k razredov razvrščenih ponovno v dva (ali več) razredov.<br />
432<br />
144
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 10<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 3<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 2<br />
• Predpostavimo pravilno mrežo 6x6 celic, ki pokriva območje<br />
obrav<strong>na</strong>ve.<br />
• Slike spodaj prikazujejo:<br />
• (A) primer popolnoma ločenega vzorca (moč<strong>na</strong> pozitiv<strong>na</strong> avtokorelacija),<br />
• (B) primer e<strong>na</strong>komernega vzorca (moč<strong>na</strong> negativ<strong>na</strong> avtokorelacija) <strong>in</strong><br />
• (C) primer <strong>na</strong>ključnega vzorca.<br />
• V vseh primerih 50% celic kaže prisotnost obrav<strong>na</strong>vanega pojava.<br />
A. Popolnoma ločeni vzorec B. E<strong>na</strong>komerni vzorec C. Naključni vzorec<br />
433<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 11<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 4<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 3<br />
• Eden izmed <strong>na</strong>č<strong>in</strong>ov a<strong>na</strong>lize vzorcev je tudi izračun<br />
verjetnosti, da se določen vzorec pojavi <strong>na</strong>ključno.<br />
• V vsakem vzorcu (A, B <strong>in</strong> C) bomo opazovali prostorski<br />
ekvivalent pri enem koraku oziroma <strong>za</strong>miku; <strong>na</strong> primer v<br />
sosednjih celicah.<br />
• V primeru, da je premik med celicami opredeljen s<br />
premikom trdnjave, bomo šteli <strong>na</strong>slednja sestavlje<strong>na</strong><br />
števila (ang. jo<strong>in</strong> counts):<br />
• 1-1<br />
• 0-0<br />
• 1-0<br />
• 0-1<br />
• Rezultate štetja bomo primerjali z rezultati štetja v<br />
<strong>na</strong>ključnem vzorcu.<br />
434<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 12<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 5<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 4<br />
• V primeru majhnih regij uč<strong>in</strong>ek roba močno vpliva <strong>na</strong><br />
rezultat:<br />
• V vogalnih celicah imamo samo dve sosednji celici (<strong>na</strong><br />
katere se lahko premaknemo s premikom trdnjave), v primeru<br />
ostalih celic <strong>na</strong> robu regije pa samo po tri sosednje celice.<br />
• Slika spodaj prikazuje rezultate štetja sosednjih celic:<br />
števce možnih premikov iz posamezne celice.<br />
• V belih celicah so <strong>za</strong>pisane<br />
vsote možnih premikov<br />
(bližnjih celic) po vrsticah<br />
<strong>in</strong> stolpci:<br />
• <strong>za</strong>radi dvojnega štetja je<br />
vseh stikališč (sosednjih celic)<br />
120/2=60.<br />
435<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
145
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 13<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 6<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 5<br />
• Glede <strong>na</strong> to, da je vseh sosednjih celic (ob predpostavki<br />
premika trdnjave) 60, lahko v primeru <strong>na</strong>ših vzorcev (A, B <strong>in</strong><br />
C) ob 50% <strong>za</strong>sedenosti pričakujemo;<br />
• 15 premikov med sosedoma 1-1,<br />
• 15 premikov med sosedoma 0-0,<br />
• ostalih 30 pa bodo premiki med 0-1 <strong>in</strong> 1-0.<br />
• Štetje premikov v primeru vzorcev A, B <strong>in</strong> C dajo <strong>na</strong>slednje<br />
rezulate:<br />
• vzorec A: 27 premikov 1-1<br />
27 premikov 0-0<br />
6 premikov 0-1 ali 1-0<br />
• vzorec B: 60 premikov 0-1 ali 1-0<br />
• vzorec C: 13 premikov 1-1<br />
12 premikov 0-0<br />
35 premikov 0-1 ali 1-0<br />
436<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 14<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 7<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 6<br />
• Test z<strong>na</strong>čilnosti rezultatov štetja izvedemo s pomočjo<br />
z-transformacije podatkov:<br />
• posebej <strong>za</strong> premike 1-1<br />
• posebej <strong>za</strong> premike 0-0 <strong>in</strong><br />
• posebej <strong>za</strong> premike 0-1 ali 1-0<br />
O E<br />
z <br />
SD<br />
kjer je O število opazovanih premikov izbrane vrste, E je<br />
pričakovano število premikov ob predpostavki <strong>na</strong>ključnega<br />
modela <strong>in</strong> SD je pričakovan standardni odklon.<br />
• Pričakovano število premikov E <strong>in</strong> pričakovan<br />
standardni odklon SD izraču<strong>na</strong>mo po kompleksnih<br />
izračunih v <strong>na</strong>daljevanju.<br />
• Pri tem ločimo izračune <strong>za</strong> vzorce brez <strong>in</strong> s po<strong>na</strong>vljanjem.<br />
(71)<br />
437<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 15<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 8<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 7<br />
Sredi<strong>na</strong> Varianca Domneva o vzorčenju<br />
Premik med istima vrednostima/barvama (npr. 0-0, 1-1, čr<strong>na</strong>-čr<strong>na</strong>, bela-bela)<br />
F: Vzorčenje brez po<strong>na</strong>vljanja<br />
(ang. free sampl<strong>in</strong>g without<br />
replacement)<br />
R: Naključno vzorčenje s<br />
po<strong>na</strong>vljanjem (ang. randomi<strong>za</strong>tion<br />
or with replacement)<br />
(72)<br />
Premik med različnima vrednostima/barvama (npr. 0-1 ali 1-0, bela-čr<strong>na</strong>, čr<strong>na</strong>-bela)<br />
f: Vzorčenje brez po<strong>na</strong>vljanja<br />
(ang. free sampl<strong>in</strong>g without<br />
replacement)<br />
r: Naključno vzorčenje s<br />
po<strong>na</strong>vljanjem (ang. randomi<strong>za</strong>tion<br />
or with replacement)<br />
438<br />
Pojasnila so <strong>na</strong> <strong>na</strong>slednji <strong>stran</strong>i!<br />
146
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 16<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 9<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 8<br />
Legenda k izračunom (72):<br />
p b , p w = verjetnosti, da se obrav<strong>na</strong>va<strong>na</strong> kategorija/dogodek pojavi<br />
v določeni celici ali območju (npr. p b – verjetnost, da se pojavi čr<strong>na</strong><br />
(1), p w – verjetnost, da se pojavi bela (0); opomba: v primeru, da<br />
verjetnosti ocenimo iz območij, potem p b =n b /n <strong>in</strong> p w =n w /n;<br />
verjetnosti pa lahko ocenimo tudi iz sorodnih spremenljivk (npr.<br />
delež volivcev) ali iz širšega vzorca (regio<strong>na</strong>lni ali državni podatki);<br />
n b , n w = število (števec) obrav<strong>na</strong>vanih dogodkov v vseh celicah ali<br />
vseh območjih (npr. število celic črne barve (enk) v primeru<br />
bi<strong>na</strong>rnih podatkov);<br />
W={w ij } je matrika prostorskih uteži (izvorno tudi matrika bi<strong>na</strong>rnih<br />
uteži), kjer w ii =0 <strong>in</strong> w ij =1 če se območji i <strong>in</strong> j stikata, sicer w ij =0.<br />
Formule spodaj prikazujejo izračune s prostorskimi utežmi:<br />
,<br />
439<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 17<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 10<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 9<br />
Rezultati a<strong>na</strong>lize sestavljenega štetja<br />
A. Popolnoma ločen vzorec B. E<strong>na</strong>komerni vzorec C. Naključni vzorec<br />
Legenda: B - black(1) W - white(0) # - število<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
• Pričakovano število ni točno 30,15,15 kot smo <strong>za</strong>pisali pred tem; vrednost izraču<strong>na</strong>mo po modelu (72) ob predpostavki<br />
<strong>na</strong>ključnega vzorčenja (R ali r).<br />
• V primeru e<strong>na</strong>komernega vzorca (B) ima z-statistika visoko pozitivno vrednost <strong>za</strong> premike BW (0-1 ali 1-0) <strong>in</strong> visoki<br />
negativni vrednosti <strong>za</strong> premike BB (1-1) <strong>in</strong> WW (0-0).<br />
• Za 95% stopnjo <strong>za</strong>upanja bi bilo dovolj že ABS(z-statistike)>1,96.<br />
440<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 17<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 10<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 9<br />
Rezultati a<strong>na</strong>lize sestavljenega štetja<br />
bolj stvarnega vzorca<br />
D. Stvarni vzorec<br />
• A<strong>na</strong>lizira<strong>na</strong> regija je razdelje<strong>na</strong> <strong>na</strong> 16x16<br />
(256) celic.<br />
• z-statistika ima z<strong>na</strong>čilno visoko pozitivno<br />
vrednost <strong>za</strong> premike „BB“ oziroma „1-1“.<br />
To lahko trdimo s stopnjo <strong>za</strong>upanja 0,95.<br />
Legenda:<br />
B - black(1)<br />
W - white(0)<br />
# - število<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
441<br />
147
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 18<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 11<br />
4.5.2.1 Sestavljeno štetje <strong>in</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> nomi<strong>na</strong>lnih vrednosti prostorskih podatkov / 10<br />
• Vpliv števila celic (ločljivosti) <strong>na</strong> rezultate:<br />
• Predpostavimo, da rastrski podobi vzorca D iz prejšnje<br />
prosojnice zmanjšamo (združujemo 2x2 celici) <strong>in</strong> povečamo<br />
ločljivost (128x128 celic):<br />
• V rastru D1 (zmanjšane ločljivosti) je še samo e<strong>na</strong> celica, kjer ni<br />
prisotnosti opazovanega pojava.<br />
• V primeru rastra D2 (16.384 celic pa dobimo vse statistike z čez 160!<br />
D) Vzorec (16x16=256)<br />
D1) Zmanjša<strong>na</strong> ločljivost (8x8=16)<br />
D2) Poveča<strong>na</strong> ločljivost (128x128=16.384)<br />
442<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 19<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 12<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C<br />
• V primeru, da a<strong>na</strong>liziramo globalno prostorsko<br />
avtokorelacijo (realnih) vrednosti – <strong>in</strong> ne zgolj bi<strong>na</strong>rne<br />
podatke (prisotnost/odsotnost objektov) – se poslužimo<br />
drugačnih mer prostorske avtokorelacije.<br />
• V <strong>na</strong>daljevanju bomo obrav<strong>na</strong>vali:<br />
• globalni Moranov koeficient I ter<br />
• Gearyjevo razmerje C.<br />
443<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 18<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 14<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 3<br />
• Vzemimo primer desetih območij z atributom realnih<br />
vrednosti.<br />
• Poligone lahko predstavimo tudi s pomočjo desetih celic<br />
(nepravilne mreže), katerih topološki odnosi so e<strong>na</strong>ki<br />
topološkim odnosom območij v stvarnem svetu.<br />
• Predstavimo jih lahko tudi s pomočjo x,y,z koordi<strong>na</strong>t (kjer<br />
koordi<strong>na</strong>te štejemo z vrsticami <strong>in</strong> stolpci celic) – v tem<br />
primeru sicer izgubimo <strong>in</strong>formacijo o sosedstvu, kar pa lahko<br />
<strong>za</strong>jamemo v matriko sosedstva.<br />
Podatki v celicah<br />
+4.55 +5.54<br />
+2.24 -5.15 +9.02<br />
+3.10 -4.39 -2.09<br />
+0.46 -3.06<br />
444<br />
148
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 18<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 13<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 2<br />
• Nepravil<strong>na</strong> mreža – Koordi<strong>na</strong>te x,y,z <strong>in</strong> matrika sosedstva<br />
Podatki v celicah<br />
+4.55 +5.54<br />
+2.24 -5.15 +9.02<br />
+3.10 -4.39 -2.09<br />
+0.46 -3.06<br />
Oštevilčba celic<br />
3 7<br />
1 4 8<br />
2 5 9<br />
6 10<br />
Koordi<strong>na</strong>te celic (vrstica/stolpec)<br />
1,1 1,2 1,3<br />
2,1 2,2 2,3<br />
3,1 3,2 3,3<br />
4,1 4,2 4,3<br />
x,y,z koordi<strong>na</strong>te<br />
x y z<br />
1 2 4.55<br />
1 3 5.54<br />
2 1 2.24<br />
2 2 -5.15<br />
2 3 9.02<br />
3 1 3.1<br />
3 2 -4.39<br />
3 3 -2.09<br />
4 2 0.46<br />
4 3 -3.06<br />
+<br />
Matrika sosedstva, premik trdnjave<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0<br />
2 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0<br />
3 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0<br />
4 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0<br />
5 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0<br />
6 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1<br />
7 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0<br />
8 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0<br />
9 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1<br />
10 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0<br />
445<br />
Matriko sosedstva<br />
lahko razumemo kot<br />
posebno matriko<br />
prostorskih uteži<br />
W={w ij}, kjer je w ij=1<br />
v primeru, da sta<br />
dve celici sosednji<br />
(imata skupno mejo<br />
– v primeru premika<br />
trdnjave); sicer<br />
w ij=0.<br />
Skupno 26 prvih<br />
premikov.<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 20<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 16<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 5<br />
• Sedaj imamo niz vrednosti {z i } <strong>in</strong> niz uteži {w ij }.<br />
• Iščemo funkcijo f(), ki bo ustre<strong>za</strong>la <strong>na</strong>slednjim kriterijem:<br />
a) v primeru, da sta vrednosti (z i , z j ) paroma pozitivni ali<br />
paroma negativni, f(zi,z j )>0;<br />
b) v primeru, da sta vrednosti (z i , z j ) paroma pozitiv<strong>na</strong> <strong>in</strong><br />
negativ<strong>na</strong> oziroma negativ<strong>na</strong> <strong>in</strong> pozitiv<strong>na</strong>, f(zi,z j )
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 22<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 18<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 7<br />
• (Globalni) Moranov koeficient I (ang. Moran‘s I):<br />
1<br />
I <br />
p<br />
p <br />
<br />
<br />
i<br />
i<br />
j<br />
j<br />
w ( z z)(<br />
z z)<br />
ij<br />
<br />
i<br />
ij<br />
w / n<br />
i<br />
( z z)<br />
i<br />
2<br />
j<br />
, kjer<br />
• Moranov koeficienta I leži <strong>na</strong> <strong>in</strong>tervalu [-1,+1]:<br />
• če I 1 , obstaja moč<strong>na</strong> negativ<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija;<br />
• če I 1 , obstaja moč<strong>na</strong> pozitiv<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija.<br />
(74)<br />
• Moranov koeficient I je prostorski ekvivalent <strong>za</strong><br />
koeficient korelacije, r, oziroma je podoben<br />
koeficientu (časovne) serijske korelacije (70):<br />
448<br />
nk<br />
xt<br />
x.1<br />
x<br />
tk<br />
x.2<br />
<br />
t1<br />
r.<br />
k n<br />
2<br />
xt<br />
x.<br />
k<br />
<br />
t1<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 23<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 19<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 8<br />
• V primeru, da so opazovanja, z i , opazovanja prostorsko<br />
neodvisne normalno porazdeljene slučajne spremenljivke<br />
Z, je pričakova<strong>na</strong> vrednost Moranovega koeficienta I:<br />
1<br />
E(<br />
I)<br />
n 1<br />
(75)<br />
oziroma varianca:<br />
2<br />
2<br />
n ( n 1)<br />
S1<br />
n(<br />
n 1)<br />
S2<br />
2S0<br />
Var(<br />
I ) <br />
, kjer<br />
2<br />
( n 1)(<br />
n 1)<br />
S<br />
1<br />
S1<br />
<br />
2<br />
S <br />
2<br />
S <br />
0<br />
i<br />
i<br />
<br />
i<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
j<br />
j<br />
j<br />
( w w ) , i j<br />
w <br />
w , i j<br />
ij<br />
ij<br />
ij<br />
<br />
i<br />
ji<br />
<br />
w <br />
ji<br />
<strong>in</strong><br />
<br />
449<br />
2<br />
2<br />
0<br />
(76)<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 24<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 20<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 9<br />
• Izračun Moranovega koeficienta I:<br />
wij<br />
Moran I =10*16,19/(26*196,68)=0,0317 0<br />
Podatki<br />
+4.55 +5.54<br />
+2.24 -5.15 +9.02<br />
+3.10 -4.39 -2.09<br />
+0.46 -3.06<br />
A. Izračun količ<strong>in</strong> podobnih varianci/kovarianci, matrika C<br />
B. C*W: Prilagoditev: pomnoženo z matriko prostorskih uteži W<br />
450<br />
150
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 25<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 21<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 10<br />
• V primeru, da preuredimo atribute v 10-tih obrav<strong>na</strong>vanih<br />
celicah, tako da dobimo pozitivne vrednosti v drugem<br />
stolpcu ter negativne vrednosti v <strong>za</strong>dnjem stolpcu<br />
Preurejeni podatki<br />
+4.55 -5.15<br />
+2.24 +5.54 -4.39<br />
+3.10 +9.02 -2.09<br />
+0.46 -3.06<br />
je Moranov koeficient I=0,26.<br />
451<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 26<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 22<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 11<br />
<br />
wij(<br />
zi<br />
z)(<br />
z<br />
j<br />
z)<br />
i j<br />
• Moranov koeficient I 1<br />
<br />
, kjer p wij<br />
n<br />
p ( z z)<br />
/<br />
2<br />
• Prilagoditev I <strong>za</strong> točkovne podatke:<br />
• matriko prostorskih uteži <strong>na</strong>domestimo s pasovi razdalj šir<strong>in</strong>e<br />
h;<br />
• z vrednosti (pred)normaliziramo z odštevanjem srednjih<br />
vrednosti<br />
• preštejemo število ostalih točk v vsakem pasu, N(h)<br />
ziz<br />
j<br />
i j<br />
I(<br />
h)<br />
N(<br />
h)<br />
2<br />
(77)<br />
zi<br />
i<br />
kjer je N(h) število točk v pasu šir<strong>in</strong>e d <strong>in</strong> srednje razdalje do<br />
točk h, z i standardizira<strong>na</strong> vrednost v točki i, z j<br />
standardizira<strong>na</strong> vrednost v točki j, razdalje h od točke i.<br />
452<br />
<br />
i<br />
<br />
i<br />
i<br />
j<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 27<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 23<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 12<br />
Primer izraču<strong>na</strong> Moranovega koeficienta I<br />
<strong>za</strong> točkovne podatke<br />
Točke opazovanj Pasovi <strong>za</strong>ostanka razdalj, h Korrelogram<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
453<br />
151
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 28<br />
4.5.2 Global<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija / 24<br />
4.5.2.2 Moranov I <strong>in</strong> Gearyjev C / 13<br />
• Gearyjevo razmerje C:<br />
1<br />
C <br />
p<br />
p 2<br />
<br />
<br />
<br />
i<br />
i<br />
j<br />
i<br />
j<br />
n 1<br />
w ( z z)<br />
( z z)<br />
w<br />
ij<br />
ij<br />
i<br />
, kjer<br />
• Je težje razložljiva statistika, saj variira okoli 1:<br />
• če C 0 , obstaja moč<strong>na</strong> pozitiv<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija;<br />
• če C 1 , ni prostorske avtokorelacije;<br />
• če C 1 , obstaja negativ<strong>na</strong> prostorska avtokorelacija.<br />
i<br />
2<br />
2<br />
(78)<br />
• Gearyjevo razmerje C je pogosto uporablje<strong>na</strong> statistika <strong>za</strong><br />
a<strong>na</strong>lizo semivariance v geostatistiki (metodah geostatistične<br />
<strong>in</strong>terpolacije).<br />
454<br />
4.5.3 Lokalni <strong>in</strong>dikatorji<br />
prostorske zveze<br />
• Razdružitev Moranovega koeficienta I <strong>na</strong>m dá niz lokalnih<br />
<strong>in</strong>deksov (kolikor je različnih objektov).<br />
• Lokalne <strong>in</strong>dekse prostorske zveze (ang. local <strong>in</strong>dicators of<br />
spatial association - LISA) lahko (a) kartiramo ter (b) testiramo<br />
njihovo statistično z<strong>na</strong>čilnost.<br />
• Odkrivamo prostorske gruče v a<strong>na</strong>lizirani regiji (več v strokovni literaturi;<br />
npr. (Smith et al. 2010b)).<br />
Primer karte lokalnih <strong>in</strong>dikatorjev<br />
prostorske zveze (LISA), Moranov I<br />
4.5 Prostorska avtokorelacija / 29<br />
455<br />
Metode prostorskih<br />
a<strong>na</strong>liz v GIS<br />
5. poglavje<br />
ANALIZE PLOSKEV IN POLJ<br />
456<br />
152
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.1 Modeliranje površja<br />
5.1.1 Površja <strong>in</strong> polja<br />
• Površje <strong>in</strong> rastrska polja modeliramo s pomočjo:<br />
• rastrskih modelov,<br />
• vektorskih modelov,<br />
• matematičnih modelov <strong>in</strong><br />
• statističnih modelov.<br />
Primer upodobitve površja zemlje<br />
457<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
5.1 Modeliranje površja / 2<br />
5.1.1 Površja <strong>in</strong> polja / 2<br />
• Podatke o zemeljskem površju, rabi tal, geoloških<br />
z<strong>na</strong>čilnostih itd. <strong>za</strong>gotavljajo državne agencije iz<br />
različnih zemeljskih, zračnih <strong>in</strong> vesoljskih opazovanj.<br />
• Tradicio<strong>na</strong>lno so tovrstni podatki <strong>za</strong>jeti <strong>na</strong> papir<strong>na</strong>tih kartah, v<br />
sodobnem času pa takšne podatke o površju pridobivamo s<br />
pomočjo neposrednih opazovanj <strong>na</strong> terenu ter<br />
<strong>in</strong>terpolacije/<strong>na</strong>povedovanjem teh opazovanj.<br />
• Primer državne agencije, ki skrbi <strong>za</strong> podatke o zemeljskem<br />
površju, je Geodetska uprava RS (GURS), ki zbira, organizira <strong>in</strong><br />
distribuira podatke digitalnih modelov reliefa (DMR):<br />
• Digitalni model reliefa 5x5 m (DMR 5)<br />
• Digitalni model reliefa Slovenije (DMV 12,5, DMV 25 <strong>in</strong> DMV 100)<br />
• Digitalni model reliefa 25×25 m (DMR 25)<br />
458<br />
5.1 Modeliranje površja / 3<br />
5.1.1 Površja <strong>in</strong> polja / 3<br />
• Površje <strong>na</strong>jvečkrat modeliramo s skalarnimi polji:<br />
• Površje modeliramo s pomočjo zveznih vrednosti {z i } <strong>za</strong><br />
vsak koordi<strong>na</strong>tni par x,y obrav<strong>na</strong>vane regije.<br />
• Vrednosti so <strong>na</strong>jvečkrat realne (lahko pa tudi celoštevilčni<br />
<strong>za</strong>pisi; npr. podatki dalj<strong>in</strong>skega <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanja) <strong>in</strong> pozitivne<br />
vrednosti (lahko tudi negativne, npr. <strong>na</strong>dmorska viši<strong>na</strong> v<br />
depresiji).<br />
• Površje lahko modeliramo tudi s pomočjo vektorskih<br />
polj:<br />
• Vektorsko polje je def<strong>in</strong>irano z jakostjo <strong>in</strong> smerjo <strong>za</strong> vsak<br />
koordi<strong>na</strong>tni par x,y obrav<strong>na</strong>vane regije.<br />
• Površje lahko tudi modeliramo s pomočjo funkcij<br />
z=f(x,y).<br />
459<br />
153
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.1 Modeliranje površja / 4<br />
5.1.1 Površja <strong>in</strong> polja / 4<br />
Primer upodobitve zemeljskega površja<br />
Gora Svete Helene – ploskovni model<br />
Gora Svete Helene – žični model<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
460<br />
5.1 Modeliranje površja / 5<br />
5.1.1 Površja <strong>in</strong> polja / 5<br />
• Najpogostejši viri podatkov <strong>za</strong> modele<br />
površja so:<br />
• Fizič<strong>na</strong> površja – podatke <strong>za</strong>jemajo državne kartografske<br />
agencije z meritvami <strong>na</strong> terenu.<br />
• Rezultat so DMR, DMV, plastnice, TIN ali rastrski podatki vključno s<br />
pripadajočimi atributi.<br />
• Meritve <strong>na</strong> terenu – <strong>na</strong> izbranih točkah <strong>za</strong>jemamo<br />
podatke (vzorčimo), <strong>na</strong>to jih s pomočjo metod<br />
<strong>in</strong>terpolacije (<strong>na</strong>povedovanja) pretvorimo v rastre.<br />
• Dalj<strong>in</strong>sko <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanje – satelitsko, zračno.<br />
• Vektorski podatki – npr. smer <strong>in</strong> jakost vetra, podatki<br />
magnetne dekli<strong>na</strong>cije, ...<br />
• Programsko pridoblje<strong>na</strong> površja – teoretični modeli <strong>in</strong><br />
modeli <strong>na</strong>jboljšega prileganja.<br />
461<br />
5.1 Modeliranje površja / 6<br />
5.1.2 Rastrski modeli<br />
• Raster oziroma rastrsko podobo lahko razumemo tudi kot<br />
množico pravokotnih celic e<strong>na</strong>kih dimenzij, katerih<br />
vrednosti odražajo atribut opazovanega(ih) objekta(ov).<br />
• Razumemo ga lahko tudi kot niz vrednosti {x,y,z}.<br />
• V postopkih prostorskih a<strong>na</strong>liz lahko rastre organiziramo v<br />
mo<strong>za</strong>ik (sestavimo posamezne rastrske podatkovne sloje<br />
v enoten, večji rastrski podatkovni sloj).<br />
• Na ta <strong>na</strong>č<strong>in</strong> se lahko v postopkih prostorskih a<strong>na</strong>liz izognemo<br />
problemu robov.<br />
• Pri obrav<strong>na</strong>vi rastrskih podatkov ločimo:<br />
• geografsko obrav<strong>na</strong>vo – vrstice rastra štejemo od zgoraj dol; <strong>in</strong><br />
• matematično obrav<strong>na</strong>vo – vrstice rastra štejemo od spodaj <strong>na</strong>vzgor.<br />
462<br />
154
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.1 Modeliranje površja / 7<br />
5.1.2 Rastrski modeli / 2<br />
• Premike oziroma sosede v rastru lahko predstavimo <strong>na</strong><br />
več različnih <strong>na</strong>č<strong>in</strong>ov; <strong>na</strong> primer:<br />
a) kompasni <strong>na</strong>č<strong>in</strong><br />
b) številski ofset <strong>na</strong>č<strong>in</strong>.<br />
a) kompasni <strong>na</strong>č<strong>in</strong> b) številski ofset <strong>na</strong>č<strong>in</strong><br />
463<br />
5.1 Modeliranje površja / 8<br />
5.1.2 Rastrski modeli / 3<br />
• Mere sprememb vrednosti z * v smeri x <strong>in</strong> y (parcialni<br />
odvod prve stopnje):<br />
z<br />
zE<br />
zW<br />
z<br />
zN<br />
zS<br />
a) , ali (79)<br />
x<br />
2x<br />
y<br />
2y<br />
z<br />
z1,0<br />
z<br />
1,0 z<br />
z0,1<br />
z0,<br />
1<br />
b) , <br />
(80)<br />
x<br />
2x<br />
y<br />
2y<br />
kjer sta<br />
x,<br />
y<br />
določe<strong>na</strong> z ločljivostjo rastra.<br />
a) kompasni <strong>na</strong>č<strong>in</strong> b) številski ofset <strong>na</strong>č<strong>in</strong><br />
464<br />
5.1 Modeliranje površja / 9<br />
5.1.2 Rastrski modeli / 4<br />
• „Enostavnejša“ različica modela <strong>za</strong> izračun ukrivljenosti<br />
pa je:<br />
2<br />
z zE<br />
2z<br />
* zW<br />
<br />
,<br />
2<br />
2<br />
x<br />
x<br />
2<br />
z zN<br />
2z<br />
* zS<br />
<br />
,<br />
(81)<br />
2<br />
2<br />
y<br />
y<br />
2<br />
z z<br />
<br />
xy<br />
NE<br />
zNW<br />
z<br />
4xy<br />
SE<br />
z<br />
SW<br />
a) kompasni <strong>na</strong>č<strong>in</strong> b) številski ofset <strong>na</strong>č<strong>in</strong><br />
465<br />
155
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.1 Modeliranje površja / 10<br />
5.1.2 Rastrski modeli / 5<br />
• Izračuni <strong>na</strong>klonov <strong>in</strong> usmerjenosti tere<strong>na</strong> (glej tudi<br />
poglavje 5.2.1 v <strong>na</strong>daljevanju) temeljijo <strong>na</strong> izračunih<br />
končnih sprememb.<br />
• Parcialni odvodi druge stopnje (8 sosednjih celic) def<strong>in</strong>irajo<br />
ukrivljenost površja:<br />
z<br />
<br />
x<br />
z<br />
<br />
y<br />
z<br />
z z <br />
z<br />
2z<br />
z <br />
1,1<br />
2<br />
1,0 1, 1<br />
1,1<br />
1,0<br />
1,<br />
1<br />
8x<br />
z<br />
z z <br />
z<br />
2z<br />
z <br />
1,1<br />
2<br />
0,1 1,1<br />
1, 1<br />
0, 1<br />
1,<br />
1<br />
8y<br />
(82)<br />
b) številski ofset <strong>na</strong>č<strong>in</strong><br />
466<br />
5.1 Modeliranje površja / 11<br />
5.1.2 Rastrski modeli / 6<br />
• S pomočjo odvajanja vrednosti atributa po sosednjih<br />
celicah lahko izraču<strong>na</strong>mo <strong>na</strong>klon <strong>in</strong> usmerjenost tere<strong>na</strong> –<br />
modeli lokalnega površja (ang. local surface models):<br />
• sosedom opazovane celice prilagodimo kvadratni pol<strong>in</strong>om<br />
(6 parametrov):<br />
z=ax 2 +by 2 +cxy+dx+ey+f (83)<br />
• a<strong>na</strong>litično odvajamo<br />
• usmerjenost: U=tan -1 (e/d) (84)<br />
• <strong>na</strong>klon: N=tan -1 (e 2 +d 2 ) (85)<br />
• ukrivljenost: glej model (82)<br />
467<br />
5.1 Modeliranje površja / 12<br />
5.1.2 Rastrski modeli / 7<br />
• Kot model lokalnega površja lahko <strong>na</strong>mesto<br />
kvadratnega pol<strong>in</strong>oma prilagodimo pol<strong>in</strong>om<br />
četrte vrste (9 parametrov):<br />
z=ax 2 y 2 +bx 2 y+cxy 2 +dx 2 +ey 2 +fxy+gx+hy+i<br />
(86)<br />
468<br />
156
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.1 Modeliranje površja / 13<br />
5.1.2 Rastrski modeli / 8<br />
• Prednosti modeliranja površja z rastri:<br />
• prikladno raču<strong>na</strong>nje,<br />
• enostav<strong>na</strong> vizuali<strong>za</strong>cija (2D podobe <strong>in</strong> 3D modeli),<br />
• porav<strong>na</strong>va s številnimi podatki,<br />
• že <strong>na</strong> voljo <strong>za</strong> fizič<strong>na</strong> površja (DMR, DMV).<br />
• Pomanjkljivosti modeliranja površja z rastri:<br />
• velika potreba po raču<strong>na</strong>lniških virih,<br />
• raču<strong>na</strong>nje je lahko procesno zelo <strong>in</strong>tenzivno,<br />
• stal<strong>na</strong> velikost, oblika <strong>in</strong> usmerjenost,<br />
• predstavitev posameznih objektov (npr. z<strong>na</strong>čilnih l<strong>in</strong>ij)<br />
je slaba.<br />
469<br />
5.1 Modeliranje površja / 14<br />
5.1.3 Vektorski modeli<br />
• S pomočjo vektorskih modelov modeliramo površje v obliki<br />
mrež nepravilnih trikotnikov ali pa s pomočjo plastnic:<br />
• TIN – mreže nepravilnih trikotnikov<br />
• hiter izračun,<br />
• pomanjklivo predstavljanje detajlov, <strong>za</strong>htevnost obdelave.<br />
• Plastnice – rastrski digitalni model viš<strong>in</strong> običajno izraču<strong>na</strong>mo<br />
iz vektorskih plastnic<br />
• Pogosto se poslužujemo pretvorb iz TIN v DMV.<br />
470<br />
5.1 Modeliranje površja / 15<br />
5.1.3 Vektorski modeli / 2<br />
Primera vektorskih modelov površja<br />
A. Izvorni raster B. Plastnice - izraču<strong>na</strong>ne C. TIN - izraču<strong>na</strong>n<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
471<br />
157
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.1 Modeliranje površja / 16<br />
5.1.4 Matematični modeli<br />
Primeri matematičnih modelov površja<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
472<br />
5.1.5 Statistični modeli<br />
<strong>in</strong> modeli delcev<br />
5.1 Modeliranje površja / 17<br />
A. E<strong>na</strong>komeren <strong>na</strong>ključen B. Normalen <strong>na</strong>ključen C. Fraktalni gorski grebeni<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
Fraktál je v matematiki objekt, ki ima vsaj eno od <strong>na</strong>slednjih lastnosti (Wikipedija 2010):<br />
• vsebuje podrobnosti pri poljubni veliki ali majhni povečavi,<br />
• je preveč nepravilne oblike <strong>za</strong> opis z običajnimi geometrijskimi prijemi,<br />
• je <strong>na</strong>tančno ali statistično samopodoben,<br />
• njegova razsežnost je večja od njegove topološke razsežnosti ali pa<br />
• je določen rekurzivno.<br />
473<br />
5.2 Geometrija površja<br />
5.2.1 Gradient, <strong>na</strong>klon<br />
<strong>in</strong> usmerjenost<br />
• Gradient je <strong>na</strong>klonski kot normalnega vektorja (prvi<br />
odvod hipsometrične ploskve), ki kaže smer padnice.<br />
• Naklon tere<strong>na</strong> <strong>na</strong> posamezni točki tere<strong>na</strong> je določen s<br />
tangentno ravn<strong>in</strong>o <strong>na</strong> teren, ki jo def<strong>in</strong>irata gradient <strong>in</strong><br />
usmerjenost.<br />
• Usmerjenost ali azimut <strong>na</strong>klo<strong>na</strong> tere<strong>na</strong> (tudi<br />
hipsometrične ploskve) je normalni vektor tere<strong>na</strong><br />
(ki ga uporabimo pri izračunu <strong>na</strong>klo<strong>na</strong> tere<strong>na</strong>)<br />
projiciran <strong>na</strong> horizontalno ravn<strong>in</strong>o.<br />
474<br />
158
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.2 Geometrija površja / 2<br />
5.2.1 Gradient, <strong>na</strong>klon <strong>in</strong> usmerjenost / 2<br />
5.2.1.1 Naklon<br />
• Naklon (ang. slope) tere<strong>na</strong> <strong>na</strong> posamezni točki tere<strong>na</strong><br />
je določen s tangentno ravn<strong>in</strong>o <strong>na</strong> teren, ki jo def<strong>in</strong>irata<br />
gradient <strong>in</strong> usmerjenost.<br />
• Gradient je <strong>na</strong>klonski kot normalnega vektorja (prvi odvod hipsometrične<br />
ploskve), ki kaže smer padnice.<br />
• Usmerjenost ali azimut <strong>na</strong>klo<strong>na</strong> tere<strong>na</strong> (tudi hipsometrične ploskve) je<br />
normalni vektor tere<strong>na</strong> (ki ga uporabimo pri izračunu <strong>na</strong>klo<strong>na</strong> tere<strong>na</strong>) projiciran <strong>na</strong><br />
horizontalno ravn<strong>in</strong>o.<br />
• Izračun <strong>na</strong>klonov površja glede <strong>na</strong> pristopa modeliranja<br />
površja:<br />
• a<strong>na</strong>litično odvajanje iz modelov z=F(x,y),<br />
• odvajanje rastrskih podatkov.<br />
475<br />
5.2 Geometrija površja / 3<br />
5.2.1 Gradient, <strong>na</strong>klon <strong>in</strong> usmerjenost / 3<br />
5.2.1.1 Naklon / 2<br />
• A<strong>na</strong>litično odvajanje iz modelov z=F(x,y):<br />
N <br />
2<br />
F<br />
F<br />
<br />
<br />
x<br />
y<br />
<br />
2<br />
(87)<br />
• Odvajanje rastrskih podatkov:<br />
zE<br />
zW<br />
zN<br />
zS<br />
<br />
N <br />
2x<br />
2y<br />
<br />
2<br />
2<br />
(88)<br />
a) kompasni <strong>na</strong>č<strong>in</strong><br />
476<br />
5.2 Geometrija površja / 4<br />
5.2.1 Gradient, <strong>na</strong>klon <strong>in</strong> usmerjenost / 4<br />
5.2.1.1 Naklon / 3<br />
Primera <strong>na</strong>klonov tere<strong>na</strong><br />
A. DMR – izvorni podatki B. Nakloni (%) C. Nakloni (°)<br />
477<br />
159
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.2 Geometrija površja / 5<br />
5.2.1 Gradient, <strong>na</strong>klon <strong>in</strong> usmerjenost / 5<br />
5.2.1.2 Usmerjenost<br />
• Usmerjenost (ang. aspect) ali azimut <strong>na</strong>klo<strong>na</strong> tere<strong>na</strong><br />
(tudi hipsometrične ploskve) je normalni vektor tere<strong>na</strong><br />
projiciran <strong>na</strong> horizontalno ravn<strong>in</strong>o.<br />
• Izračun usmerjenosti:<br />
360 1<br />
z<br />
z<br />
<br />
U 270 tan , <br />
2<br />
x<br />
y<br />
<br />
(89)<br />
478<br />
5.2 Geometrija površja / 6<br />
5.2.1 Gradient, <strong>na</strong>klon <strong>in</strong> usmerjenost / 6<br />
5.2.1.2 Usmerjenost / 2<br />
Primer usmerjenosti tere<strong>na</strong><br />
A. DMR – izvorni podatki B. Usmerjenost<br />
479<br />
5.2 Geometrija površja / 7<br />
5.2.1 Gradient, <strong>na</strong>klon <strong>in</strong> usmerjenost / 7<br />
5.2.1.3 Profili<br />
• S pomočjo podatkov površja lahko modeliramo profil<br />
<strong>na</strong> površju:<br />
• l<strong>in</strong>earni prerez,<br />
• poligonski prerez.<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
480<br />
160
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.3 Vidnost<br />
• Izračun območja vidnosti (ang. visibility) je operacija<br />
daljnega sosedstva, ki omogoča določitev območij, ki so<br />
vid<strong>na</strong> iz izbrane točke <strong>na</strong> terenu.<br />
• Postopek izraču<strong>na</strong> območij vidnosti:<br />
1. Algoritem izraču<strong>na</strong> l<strong>in</strong>ije pogleda (vizure) iz stojišča <strong>na</strong> terenu ali<br />
<strong>na</strong>d njim (različni oddajniki, geodetske točke ...).<br />
2. Neprek<strong>in</strong>jene l<strong>in</strong>ije (l<strong>in</strong>ije, ki jih ne prek<strong>in</strong>e nobe<strong>na</strong> ovira)<br />
določajo točke, ki spadajo v območja pogojne vidnosti.<br />
3. Verodostojnost rezultata je pogoje<strong>na</strong> z (ne)upoštevanjem<br />
ukrivljenosti zemeljske površ<strong>in</strong>e ter ovir <strong>na</strong> terenu (<strong>za</strong>raščenost,<br />
grajeni objekti ...).<br />
481<br />
5.3 Vidnost / 2<br />
• Izračun območij vidnosti:<br />
• žarek potuje iz točke A v B 1 nemoteno;<br />
• žarek je oviran <strong>na</strong> poti med točkama A <strong>in</strong> B 2 .<br />
482<br />
5.3 Vidnost / 3<br />
• Parametri območij vidnosti:<br />
Točka izvora, stojišče<br />
<strong>na</strong>d terenom<br />
temno modra =<br />
vid<strong>na</strong> območja<br />
L<strong>in</strong>iji gledanja<br />
L<strong>in</strong>iji vidnosti:<br />
• rume<strong>na</strong> – vidno iz stojišča,<br />
• rdeče - nevidno<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
483<br />
161
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.3 Vidnost / 4<br />
• Senzitiv<strong>na</strong> a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> izraču<strong>na</strong> območij vidnosti (Fischer 1993) -<br />
<strong>na</strong> rezultat izraču<strong>na</strong>nih območij vidnosti vplivata predvsem:<br />
• struktura prostorskih podatkov <strong>in</strong><br />
• algoritem (metoda) vgrajen v GIS orodje.<br />
• Razhajanje med rezultati izraču<strong>na</strong> območij vidnosti v<br />
različnih GIS-orodjih:<br />
Število vidnih celic <strong>na</strong> e<strong>na</strong>kem območju<br />
GIS Testno območje 1 Testno območje 2<br />
Idrisi<br />
OSU Map-for-the-PS<br />
PC MAP<br />
MAP II<br />
GRASS<br />
Arc/Info visibility<br />
EPPL 7<br />
2433<br />
1780<br />
1780<br />
2157<br />
2390<br />
2304<br />
2610<br />
2270<br />
1465<br />
1465<br />
2161<br />
2156<br />
2174<br />
2263<br />
484<br />
5.3 Vidnost / 5<br />
Primer modeliranja vidnosti<br />
485<br />
5.3 Vidnost / 6<br />
Primer modeliranja radijskih valov<br />
(Vir: http://www.opengeospatial.org)<br />
486<br />
162
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
5.4 Razvodje<br />
• Razvodje (ang. watershed) je v geomorfologiji izraz <strong>za</strong><br />
mejno ozemlje med porečji, od koder vode (podzemne <strong>in</strong><br />
<strong>na</strong>dzemne) tečejo v različne smeri <strong>in</strong> včasih oddajajo vode v<br />
različ<strong>na</strong> morja.<br />
• Izračun razvodja je operacija<br />
določitve območja, iz katerega<br />
se voda zliva v ciljno točko.<br />
• Predpostavka:<br />
Voda teče <strong>na</strong>vzdol!<br />
(Vir: http://www.raritanbas<strong>in</strong>.org/education.html)<br />
487<br />
5.4 Razvodnja / 2<br />
• Postopek izraču<strong>na</strong> razvodja:<br />
1. Za vse celice v rastrski mreži DMR-ja se določi smer <strong>na</strong>jvečjega <strong>na</strong>klo<strong>na</strong><br />
(določitev štirih ali osmih atributov vsaki celici) (glej tudi sliko a-c).<br />
2. Izvede se simulacija pretakanja vode po terenu (predpostavka: voda iz<br />
poljubne celice teče v sosednjo celico z <strong>na</strong>jnižjo <strong>na</strong>dmorsko viš<strong>in</strong>o) (slika<br />
d).<br />
3. Postopek se ponovi <strong>za</strong> vsako rastrsko celico obrav<strong>na</strong>vanega območja<br />
(ustvari se teoretično vodno omrežje).<br />
4. Določijo se razvodja z določitvijo območij združevanja vode v določenem<br />
vodotoku (izbere se konč<strong>na</strong> točka vodotoka ter pregleda okolica, iz katere<br />
se voda steka).<br />
A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> razvodij:<br />
a) atributi <strong>za</strong> glavne smeri možnega odtoka vode b) del modela reliefa c) smeri <strong>na</strong>jvečjega padca d) akumulirani tokovi<br />
488<br />
Metode prostorskih<br />
a<strong>na</strong>liz v GIS<br />
6. poglavje<br />
MREŽNE IN LOKACIJSKE<br />
ANALIZE<br />
489<br />
163
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod<br />
6.1.1 Pregled mrežnih<br />
<strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz<br />
• Mrežne a<strong>na</strong>lize<br />
– s pomočjo mrežnih a<strong>na</strong>liz (a) določamo pot(i), ki<br />
ustre<strong>za</strong>(jo) izbranim kriterijem, (b) ali pa preverjamo<br />
lastnosti izbrane poti.<br />
• Iskano pot lahko opredelimo v mreži, ali pa med predhodno opredeljenimi<br />
lokacijami.<br />
• Poleg transportnih (cestnih, železniških, letalskih ...) pa lahko a<strong>na</strong>liziramo<br />
tudi druge vrste mrež (elektro omrežje, vodovodno omrežje,<br />
ka<strong>na</strong>li<strong>za</strong>cijsko omrežje, družbeno omrežje, itd.)<br />
• Lokacijske a<strong>na</strong>lize<br />
– v postopkih lokacijskih a<strong>na</strong>liz (a) iščemo lokacije, ki<br />
ustre<strong>za</strong>jo izbranim kriterijem, (b) ali pa preverjamo pogoje<br />
<strong>na</strong> izbranih lokacijah.<br />
490<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 2<br />
6.1.1 Pregled mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 2<br />
Primer mrežne a<strong>na</strong>lize:<br />
Optimal<strong>na</strong> pot<br />
trgovskega potnika<br />
491<br />
(Vir: http://rectorgis.blogspot.com/)<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 3<br />
6.1.1 Pregled mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 3<br />
Primer mrežne a<strong>na</strong>lize:<br />
A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> elektro-distribucijskega omrežja<br />
492<br />
164
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 4<br />
6.1.1 Pregled mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 4<br />
Primer mrežne a<strong>na</strong>lize:<br />
A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> družbene<br />
mreže<br />
(Vir: http://ebiquity.umbc.edu/blogger/2007/04/19/twitter-social-network-a<strong>na</strong>lysis/)<br />
493<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 5<br />
6.1.1 Pregled mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 5<br />
Primer lokacijske a<strong>na</strong>lize:<br />
A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> trga<br />
494<br />
(Vir: http://rectorgis.blogspot.com/)<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 6<br />
6.1.1 Pregled mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 6<br />
Primer lokacijske a<strong>na</strong>lize:<br />
A<strong>na</strong>li<strong>za</strong> lokacij parkirišč<br />
<strong>in</strong> parkirnih hiš<br />
495<br />
(Vir: http://www.givt.de/usa/referenzen.html)<br />
165
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 7<br />
6.1.1 Pregled mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 7<br />
• Mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize izvajamo v posebnih<br />
orodjih GIS; <strong>na</strong> primer:<br />
• ArcGIS Network A<strong>na</strong>lyst (ESRI)<br />
• ArcLogistics (ESRI)<br />
• Manifolds Bus<strong>in</strong>ess Tools,<br />
• TransCAD (Caliper),<br />
• Cube (Citilab),<br />
• itd.<br />
• ... več<strong>in</strong>o teh a<strong>na</strong>liz pa lahko izvedemo „abstraktno“,<br />
brez modeliranja stvarnega sveta v GIS, s pomočjo<br />
samostojnih modulov ter knjižnic <strong>za</strong> reševanje<br />
generičnih problemov; <strong>na</strong> primer:<br />
• v Mathematici ali Matlabu,<br />
• z raznimi orodji <strong>za</strong> reševanje problemov l<strong>in</strong>earnega<br />
programiranja.<br />
496<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 8<br />
6.1.1 Pregled mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 8<br />
• Primeri a<strong>na</strong>liz v TransCad-u:<br />
• mrežne a<strong>na</strong>lize (ang. network a<strong>na</strong>lysis)<br />
• iskanje <strong>na</strong>jkrajših poti (ang. shortest paths)<br />
• problem trgovskega potnika (ang. travell<strong>in</strong>g salesman problems)<br />
• deljenje mreže (ang. network partition<strong>in</strong>g)<br />
• a<strong>na</strong>lize prevozov (ang. transit a<strong>na</strong>lysis)<br />
• <strong>na</strong>črtovanje (javnih prevoznih) mrež<br />
• modeliranje uporabe (javnih prevoznih) mrež<br />
• planiranje <strong>in</strong> upravljanje transporta ter modeliranje potovalnih<br />
<strong>na</strong>vad (ang. transportation plann<strong>in</strong>g and travel demand<br />
modell<strong>in</strong>g)<br />
• modeliranje potovanj (ang. trip modell<strong>in</strong>g)<br />
• modeliranje <strong>na</strong>č<strong>in</strong>ov prevo<strong>za</strong> (ang. modal split modell<strong>in</strong>g)<br />
• ocenjevanje tokov prometa (ang. traffic assignment)<br />
• usmerjanje vozil <strong>in</strong> logistika (ang. vehicle rout<strong>in</strong>g and logistics)<br />
• problemi razvo<strong>za</strong> <strong>in</strong> zbiranja (ang. dispatch<strong>in</strong>g/collection problems)<br />
• problemi usmerjanja v storitvenih obočjih (ang. arc rout<strong>in</strong>g problems)<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> tokov (ang. flow a<strong>na</strong>lysis)<br />
• upravljanje območij (ang. territory ma<strong>na</strong>gement)<br />
• modeliranje lokacij <strong>in</strong> <strong>na</strong>mestitve (ang. site location modell<strong>in</strong>g)<br />
497<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 9<br />
6.1.2 Osnovni pojmi<br />
• Ključni pojmi, ki jih bomo uporabili v poglavju mrežne<br />
<strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize izhajajo iz posebne veje<br />
matematike teorije grafov oziroma kombi<strong>na</strong>torične<br />
geometrije.<br />
• Metode, ki jih bomo spoz<strong>na</strong>li, pa izhajajo pretežno iz<br />
operacijskih raziskav.<br />
498<br />
166
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Pojem<br />
Opis<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 10<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 2<br />
vozlišče<br />
(ang. vertex)<br />
rob<br />
(ang. edge)<br />
stopnja vozlišča<br />
(ang. degree of a<br />
vertex)<br />
graf (ang. graph)<br />
podgraf<br />
(ang. sub-graph)<br />
pot (ang. path)<br />
pove<strong>za</strong>n graf<br />
(ang. connected<br />
graph)<br />
Vozlišče je 0-razsežni objektni tip, ki je topološko stičišče pove<strong>za</strong>v v grafu.<br />
Vozlišča so posamezne točke <strong>na</strong> mreži: <strong>na</strong> presečišču ter <strong>na</strong> koncih<br />
(poli)l<strong>in</strong>ijskih objektov. Lomne točke vzdolž polil<strong>in</strong>ije niso vozlišča!<br />
Rob je 1-razsežni objektni tip, ki predstavlja usmerjeno ali neusmerjeno<br />
pove<strong>za</strong>vo med dvema vozliščema. Neusmerjen rob opredelimo z neurejenim<br />
nizom vozlišč: (3,8) je e<strong>na</strong>ko (8,3); usmerjen rob pa z urejenim nizom<br />
vozlišč: (3,8) pomeni, da pove<strong>za</strong>va poteka od vozlišča 3 do vozlišča 8.<br />
Neposred<strong>na</strong> pove<strong>za</strong>va (preko več vozlišč) ne predstavlja robu. Rob<br />
razumemo tudi kot pove<strong>za</strong>vo (ang. l<strong>in</strong>k) ali pa kot lok (ang. arc).<br />
V neusmerjenem grafu je stopnja vozlišča število robov, ki se stikajo v<br />
vozlišču. V usmerjenem grafu pa je stopnja vozlišča razlika med številom<br />
robov usmerjenih v vozlišče (vstop<strong>na</strong> stopnja vozlišča; ang. <strong>in</strong>degree) <strong>in</strong><br />
številom robov usmerjenih iz vozlišča (izstop<strong>na</strong> stopnja vozlišča; ang.<br />
outdegree).<br />
Zbirka vozlišč <strong>in</strong> robov. Oz<strong>na</strong>čimo ga z G=(V,E), kjer je G(V) množica točk <strong>in</strong><br />
G(E) množica pove<strong>za</strong>v grafa G. Usmerjen graf je graf, ki vsebuje enega ali<br />
več usmerjenih robov. Graf, v katerem so vsi robovi usmerjeni, se imenuje<br />
diagraf. Matematič<strong>na</strong> obrav<strong>na</strong>va lastnosti grafov ter poti <strong>na</strong> grafih se imenuje<br />
teorija grafov.<br />
Graf H je podgraf grafa G, če velja: V(H)⊆V(G) <strong>in</strong> E(H)⊆E(G). Torej množica<br />
točk grafa H je podmnožica množice točk grafa G. E<strong>na</strong>ko velja <strong>za</strong> pove<strong>za</strong>ve.<br />
(Mrež<strong>na</strong>) pot je sosledje pove<strong>za</strong>nih robov med vozlišči.<br />
Graf je pove<strong>za</strong>n, če obstaja vsaj e<strong>na</strong> pot med vsemi pari vozlišč. Popolnoma<br />
pove<strong>za</strong>n graf je graf, v katerem so vsi pari vozlišč neposredno pove<strong>za</strong>ni. V<br />
popolnoma pove<strong>za</strong>nem grafu je n vozlišč <strong>in</strong> n(n-1)/2 neusmerjenih robov.<br />
499<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 11<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 3<br />
Pojem<br />
pove<strong>za</strong>nost<br />
(ang. connectivity)<br />
ravn<strong>in</strong>ski graf<br />
(ang.<br />
pla<strong>na</strong>r graph)<br />
mreža<br />
(ang. network)<br />
premer<br />
(ang. diameter)<br />
krog ali cikel<br />
(ang. cycle)<br />
drevo<br />
(ang. tree)<br />
Opis<br />
Pove<strong>za</strong>nost mreže je m<strong>in</strong>imalno število vozlišč ali pove<strong>za</strong>v, ki jih je potrebno<br />
uk<strong>in</strong>iti, da mrežo (ali podmrežo) delimo v dva ali več nepove<strong>za</strong>nih mrež.<br />
Večja je pove<strong>za</strong>nost mreže bolj lahko mreža kljubuje uk<strong>in</strong>itvam vozlišč<br />
oziroma robov. Primer uk<strong>in</strong>itve vozlišča ali roba iz stvarnega sveta je <strong>za</strong>prtje<br />
cestne pove<strong>za</strong>ve ali križišča <strong>za</strong>radi vzdrževanja, prometne nesreče itd. V<br />
primeru uk<strong>in</strong>itve vozlišča ali pove<strong>za</strong>ve mreža še vedno funkcionira, toda z<br />
zmanjšano kapaciteto. Pove<strong>za</strong>nost mreže je mera „elastičnosti“ mreže, da<br />
kljubuje takšnim omejitvam (da poskrbi <strong>za</strong> prometne tokove, kljub<br />
omejitvam).<br />
Ravn<strong>in</strong>ski graf je graf v ravn<strong>in</strong>i, kjer se robovi stikajo samo v vozliščih.<br />
Mreža je zbirka vozlišč <strong>in</strong> robov, vključno s pripadajočimi atributi, ki jo<br />
a<strong>na</strong>liziramo z metodami iz teorije grafov. Pogosto je mreža def<strong>in</strong>ira<strong>na</strong> kot<br />
graf z <strong>na</strong>jmanj enim atributom (robov), ki je real<strong>na</strong> vrednost ali utež (npr.<br />
dolži<strong>na</strong>).<br />
Premer je maksimalno število pove<strong>za</strong>v, opredeljeno z <strong>na</strong>jkrajšo potjo med<br />
vsemi vozlišči grafa. Mreže z majhnim premerom v splošnem hitreje<br />
prečkamo.<br />
Krog v grafu je pot od izbranega vozlišča preko ostalih <strong>in</strong> <strong>na</strong><strong>za</strong>j do prvega,<br />
izbranega vozlišča. Graf, ki nima kroga, je aciklični graf.<br />
Drevo je aciklič<strong>na</strong> mreža ali podmreža n pove<strong>za</strong>nih vozlišč, ki vsebuje n-1<br />
robov. V drevesu je med vsakim parom vozlišč le e<strong>na</strong> pot.<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
500<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 12<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 4<br />
Primer grafa 1<br />
Graf <strong>na</strong> šestih vozliščih (točkah) s sedmimi robovi<br />
(pove<strong>za</strong>vami).<br />
(Vir: http://sl.wikipedia.org)<br />
501<br />
167
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 13<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 5<br />
Primer grafa 2<br />
Enostavni, neoz<strong>na</strong>čeni graf 51-tih slovenskih mest (od 73-tih),<br />
pove<strong>za</strong>nih z železnico. Graf ni drevo, saj ima dva cikla. Graf<br />
<strong>za</strong>radi omejitve pove<strong>za</strong>ve mest ne vsebuje vseh prog<br />
(vir: Slovenske železnice).<br />
(Vir: http://sl.wikipedia.org)<br />
502<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 14<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 6<br />
Mreža v GIS-u:<br />
• Zbirka pove<strong>za</strong>nih l<strong>in</strong>earnih oblik:<br />
• (poli)l<strong>in</strong>ije ali robovi (ang. Edges – E),<br />
• sečišča ali vozlišča (ang. Vertex - V),<br />
• območja ali regije ali celice (ang. Cells – C).<br />
• Ravn<strong>in</strong>ska mreža<br />
• <strong>na</strong> primer: sistem ulic v istem nivoju, vozlišča so v vsakem<br />
sečišču robov.<br />
• Neravn<strong>in</strong>ska mreža<br />
• <strong>na</strong> primer: zračne poti, avtoceste z mostovi, viadukti <strong>in</strong><br />
izvennivojskim križanjem, ka<strong>na</strong>li<strong>za</strong>cijsko omrežje, itd.<br />
503<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 15<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 7<br />
Mreža v GIS-u (2):<br />
Vmesne (lomne)<br />
točke lahko<br />
od<strong>stran</strong>imo (jih<br />
ignoriramo) v<br />
abstraktnih metodah<br />
iz teorije grafov.<br />
Pot -<br />
robovi <strong>in</strong> vozlišča<br />
Drevo -<br />
mreža brez obhoda<br />
Mreža z<br />
obhodom<br />
Celice<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
504<br />
168
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 16<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 8<br />
Topologija mreže:<br />
• Mreži A <strong>in</strong> B sta topološko ekvivalentni (čeprav sta različno<br />
urejeni v ravn<strong>in</strong>i).<br />
• Mreža C je topološko različ<strong>na</strong> od mrež A <strong>in</strong> B: s številnimi<br />
enosmernimi pove<strong>za</strong>vami <strong>in</strong> drugačnim vzorcem pove<strong>za</strong>v.<br />
Mreža A Mreža B Mreža C<br />
505<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 17<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 9<br />
Topologija mreže:<br />
Bi<strong>na</strong>r<strong>na</strong> matrika pove<strong>za</strong>v<br />
• Pove<strong>za</strong>nost vozlišč predstavimo v simetrični matriki:<br />
0 – ni pove<strong>za</strong>ve, 1 – je pove<strong>za</strong>va.<br />
do vozlišča<br />
od<br />
vozlišča<br />
506<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 18<br />
6.1.2 Osnovni pojmi / 10<br />
Mreža v GIS-u:<br />
Osnovni elementi<br />
• Smer<br />
• drevesne mreže imajo lahko jasno opredeljeno smer<br />
(tok reke, oddajanje radijskih sig<strong>na</strong>lov, itd.)<br />
• krožne mreže imajo lahko mešane smeri<br />
• <strong>za</strong>prti krogi lahko obstajajo v usmerjenih mrežah<br />
• Jakost<br />
• dolži<strong>na</strong> robov, čas, stroški, itd.<br />
• Obseg<br />
• tok od vozlišča do vozlišča<br />
• Uteži oziroma povpraševanje v vozliščih<br />
507<br />
169
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 19<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov<br />
6.1.3.1 Premer grafa (d)<br />
• Premer grafa d je dolži<strong>na</strong> <strong>na</strong>jkrajše poti med dvema<br />
<strong>na</strong>jbolj oddaljenima vozliščema v grafu.<br />
• S premerom grafa merimo pove<strong>za</strong>nost grafa.<br />
• Večji kot je premer, slabše je graf pove<strong>za</strong>n.<br />
• Premer transportnih mrež raču<strong>na</strong>mo z matriko m<strong>in</strong>imalnih<br />
topoloških oddaljenosti med vozlišči.<br />
d = 4 d = 3<br />
508<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 20<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 2<br />
6.1.3.2 Število krogov (u)<br />
• Število neodvisnih krogov u v neusmerjenem grafu<br />
izraču<strong>na</strong>mo kot u=e-v+p, kjer je e število pove<strong>za</strong>v, v število<br />
vožlišč <strong>in</strong> p število podgrafov grafa G.<br />
• Drevesa nimajo krogov (u=0).<br />
• Maksimalno število krogov lahko uporabimo kot <strong>in</strong>dikator<br />
kompleksnosti <strong>in</strong> stopnje razvitosti transportne mreže.<br />
u = 2 u = 3<br />
509<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 21<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 3<br />
6.1.3.3 Stopnja vozlišča<br />
ali valenca točke (d(v))<br />
• Usmerjen graf<br />
• Vstop<strong>na</strong> stopnja vozlišča v, d i (v), je število pove<strong>za</strong>v, ki<br />
imajo vozlišče v <strong>za</strong> krajišče (končno vozlišče).<br />
• Izstop<strong>na</strong> stopnja vozlišča v, d o (v), je število pove<strong>za</strong>v iz<br />
vozlišča, ki imajo vozlišče v <strong>za</strong> izhodišče.<br />
• Neusmerjen graf<br />
• Stopnja vozlišča v, d(v), v neusmerjenem grafu je število<br />
pove<strong>za</strong>v, ki povezuje vozlišče v s sosednjimi vozlišči.<br />
510<br />
170
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 22<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 4<br />
6.1.3.3 Stopnja vozlišča ali valenca točke / 2<br />
• Valenca točke je enostaven, toda uč<strong>in</strong>kovit, ka<strong>za</strong>lec<br />
pomembnosti vozlišča.<br />
• Promet<strong>na</strong> vozlišča imajo večjo valenco točke, termi<strong>na</strong>li, pa imajo<br />
lahko valenco točke 1.<br />
• Popolno prometno vozlišče bi imelo valenco točke e<strong>na</strong>ko vsoti<br />
vseh valenc ostalih točk v grafu.<br />
511<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 23<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 5<br />
6.1.3.4 Indeks upora<br />
• Indeks upora meri prostorsko uč<strong>in</strong>kovitost mreže.<br />
• Meri vpliv topografije <strong>na</strong> mrežo (kako v mreži premagujemo<br />
razdalje ali druge upore).<br />
• Bližje ko je <strong>in</strong>deks upora vrednosti 1, bolj je mreža prostorsko<br />
uč<strong>in</strong>kovita.<br />
• 1<br />
• 3<br />
b<br />
• 2<br />
a<br />
Pot<br />
Najkrajša<br />
pove<strong>za</strong>va<br />
Transport<strong>na</strong><br />
mreža<br />
Indeks<br />
upora<br />
a 20 km 20 km 1,0<br />
b 20 km 30 km 0,666<br />
512<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 24<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 6<br />
6.1.3.5 Gostota mreže (GM)<br />
• Z gostoto transportne mreže merimo dolž<strong>in</strong>o pove<strong>za</strong>v<br />
(L) <strong>na</strong> enoto površ<strong>in</strong>e (S).<br />
L<br />
GM <br />
S<br />
GM = 0,005 m/m 2 GM = 0,03 m/m 2<br />
513<br />
171
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 25<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 7<br />
<br />
6.1.3.6 Indeks (pi)<br />
• Je razmerje med skupno dolž<strong>in</strong>o pove<strong>za</strong>v v grafu L(G)<br />
<strong>in</strong> razdaljo premera grafa D(d):<br />
<br />
L(<br />
G)<br />
D(<br />
d)<br />
• Merilo dobro opiše obliko mreže.<br />
Visoko razvite<br />
mreže (visok )<br />
Nizko razvite<br />
mreže<br />
(nizek )<br />
d<br />
514<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 26<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 8<br />
6.1.3.6 Indeks pi / 2<br />
Primer izraču<strong>na</strong> <strong>in</strong>deksa :<br />
Obrav<strong>na</strong>vajmo spodnji graf dolž<strong>in</strong>e 46 <strong>in</strong> premera 14 enot.<br />
<br />
L(<br />
G)<br />
46<br />
3,28<br />
D(<br />
d)<br />
14<br />
515<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 27<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 9<br />
<br />
6.1.3.7 Indeks (eta)<br />
• Je povpreč<strong>na</strong> dolži<strong>na</strong> pove<strong>za</strong>v v grafu.<br />
• Skupno dolž<strong>in</strong>o pove<strong>za</strong>v v grafu L(G) delimo s številom<br />
pove<strong>za</strong>v (e):<br />
L ( G)<br />
<br />
e<br />
• Če v graf dodamo nova vozlišča, se vrednost <strong>in</strong>deksa<br />
zmanjšuje.<br />
<br />
516<br />
172
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 28<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 10<br />
6.1.3.7 Indeks eta / 2<br />
Primer izraču<strong>na</strong> <strong>in</strong>deksa :<br />
Obrav<strong>na</strong>vajmo spodnji graf z osmimi pove<strong>za</strong>vami dolž<strong>in</strong>e 46<br />
enot.<br />
<br />
L(<br />
G)<br />
46<br />
5,57<br />
e 8<br />
Povpreč<strong>na</strong> dolži<strong>na</strong> pove<strong>za</strong>v v grafu je<br />
5,57 enot.<br />
517<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 29<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 11<br />
6.1.3.8 Indeks (theta)<br />
• Meri povprečno obremenitev vozlišč:<br />
Q ( G)<br />
<br />
v<br />
kjer je Q(G) vsota vseh uteži v grafu, v pa število<br />
vozlišč.<br />
• Primer:<br />
<br />
• Lahko ga uporabimo <strong>za</strong> izračun povpečnega števila vozil v<br />
križišču.<br />
• Višja vrednost pomeni večjo obremenitev mreže.<br />
518<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 30<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 12<br />
6.1.3.8 Indeks theta / 2<br />
Primer izraču<strong>na</strong> <strong>in</strong>deksa :<br />
Izraču<strong>na</strong>jmo povprečno obremenitev vozlišč v spodnjem<br />
grafu; uteži <strong>na</strong> robovih predstavljajo število vozil <strong>na</strong> uro.<br />
<br />
Q(<br />
G)<br />
4600<br />
657,14<br />
v 7<br />
Povpreč<strong>na</strong> obremenitev vozlišč je 657<br />
vozil <strong>na</strong> uro.<br />
519<br />
173
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 31<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 13<br />
6.1.3.9 Indeks (beta)<br />
• Meri stopnjo pove<strong>za</strong>nosti grafa.<br />
• Izraču<strong>na</strong>mo ga kot razmerje med med skupnim številom<br />
pove<strong>za</strong>v (e) <strong>in</strong> skupnim številom vozlišč (v):<br />
• Lastnosti:<br />
<br />
e<br />
<br />
v<br />
• Drevesa <strong>in</strong> enostavni grafi : 1<br />
• Pove<strong>za</strong>n graf z enim krogom : 1<br />
• Kompleksni grafi : 1<br />
• Visoko razvite, kompleksne mreže : 1<br />
520<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 32<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 14<br />
6.1.3.9 Indeks beta / 2<br />
Primer izraču<strong>na</strong> <strong>in</strong>deksa :<br />
Izraču<strong>na</strong>jmo stopnjo pove<strong>za</strong>nosti spodnjega grafa s sedmimi<br />
vozlišči <strong>in</strong> osmimi robovi.<br />
<br />
e<br />
v<br />
8 1,14<br />
7<br />
Graf je rahlo kompleksen ( 1).<br />
521<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 33<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 15<br />
6.1.3.10 Indeks (alfa)<br />
• Indeks meri stopnjo pove<strong>za</strong>nosti grafa kot razmerje<br />
med dejanskim številom krogov v grafu (u) <strong>in</strong><br />
maksimalnim možnim številom krogov (v je število<br />
vozlišč):<br />
u<br />
<br />
2 v 5<br />
Lastnosti:<br />
<br />
• Večja kot je vrednost <strong>in</strong>deksa, višja je stopnja pove<strong>za</strong>nosti<br />
grafa.<br />
• Drevesa <strong>in</strong> enostavni grafi : 0<br />
• Popolno pove<strong>za</strong><strong>na</strong> (redudant<strong>na</strong>) mreža je zelo redka : 1<br />
522<br />
174
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 34<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 16<br />
6.1.3.10 Indeks alfa / 2<br />
<br />
Primer izraču<strong>na</strong> <strong>in</strong>deksa :<br />
Izraču<strong>na</strong>jmo stopnjo pove<strong>za</strong>nosti spodnjega grafa z dvema<br />
krogoma <strong>in</strong> sedmimi vozlišči.<br />
u 2<br />
0,22<br />
2 v 5 27<br />
5<br />
Graf je rahlo kompleksen.<br />
523<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 35<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 17<br />
6.1.3.11 Indeks (gama)<br />
• Indeks meri stopnjo pove<strong>za</strong>nosti grafa kot razmerje<br />
med dejanskim številom pove<strong>za</strong>v (e) <strong>in</strong> maksimalnim<br />
možnim številom pove<strong>za</strong>v (v je število vozlišč):<br />
e<br />
<br />
3(<br />
v 2)<br />
• Lastnosti:<br />
• 0 1<br />
• Večja kot je vrednost <strong>in</strong>deksa, višja je stopnja pove<strong>za</strong>nosti<br />
grafa.<br />
• Drevesa <strong>in</strong> enostavni grafi : 0<br />
• Popolno pove<strong>za</strong><strong>na</strong> (redudant<strong>na</strong>) mreža je zelo redka : 1<br />
• Za primerjanje uč<strong>in</strong>kovitosti mreže v različnih časovnih<br />
obdobjih.<br />
524<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 36<br />
6.1.3 Mere z<strong>na</strong>čilnosti grafov / 18<br />
6.1.3.11 Indeks gama / 2<br />
Primer izraču<strong>na</strong> <strong>in</strong>deksa :<br />
Izraču<strong>na</strong>jmo stopnjo pove<strong>za</strong>nosti spodnjega grafa z dvema<br />
krogoma <strong>in</strong> sedmimi vozlišči.<br />
<br />
e 8<br />
0,53<br />
3(<br />
v 2) 3(7<br />
2)<br />
525<br />
175
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 37<br />
6.1.4 Podatkovni viri<br />
• Neureje<strong>na</strong> zbirka l<strong>in</strong>ijskih segmentov <strong>in</strong> polil<strong>in</strong>ij v GIS-u<br />
še ni potreb<strong>na</strong> podatkov<strong>na</strong> osnova <strong>za</strong> mrežne <strong>in</strong><br />
lokacijske a<strong>na</strong>lize.<br />
• Mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize izvedemo s pomočjo<br />
urejene zbirke vozlišč (ang. vertices – V) ter ene ali več<br />
pove<strong>za</strong>v, to je robov (ang. edges – E) med vozlišči.<br />
• Robovi so usmerjeni (npr. enosmer<strong>na</strong> ulica) ali<br />
neusmerjeni (npr. dvosmer<strong>na</strong> ulica) ter imajo enega ali<br />
več atributov (npr. ime, dolž<strong>in</strong>o, čas potovanja, stroške<br />
potovanja, <strong>na</strong>č<strong>in</strong> prevo<strong>za</strong>).<br />
526<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 38<br />
6.1.4 Podatkovni viri / 2<br />
• Mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz se lahko lotimo tudi zgolj z<br />
zbirko točk v ravn<strong>in</strong>i, ki predstavljajo vozlišča mreže.<br />
• V ta <strong>na</strong>men je potrebno <strong>na</strong>jprej izdelati pove<strong>za</strong>ve med<br />
točkami.<br />
• Le-te <strong>na</strong>jvečkrat izdelamo kot ravne l<strong>in</strong>ijske (Evklidske)<br />
segmente, ki ustre<strong>za</strong>jo določenim pogojem.<br />
• V takšnem postopku izdelave mreže oziroma postopku<br />
usmerjanja v mreži se lahko izognemu <strong>na</strong>tančnim<br />
strukturam mreže.<br />
Izdelava mreže:<br />
a) zbirka točk v ravn<strong>in</strong>i (glej zgoraj),<br />
b) izpopolnitev obstoječe mreže (generali<strong>za</strong>cija mreže,<br />
dodajanje atributov, itd.).<br />
527<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 39<br />
6.1.4 Podatkovni viri / 3<br />
Izvedba mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz:<br />
a) veči<strong>na</strong> GIS orodij omogoča pretvorbo obstoječih<br />
točk <strong>in</strong> l<strong>in</strong>ijskih segmentov v ustrezne mrežne<br />
strukture (vozlišča <strong>in</strong> robove):<br />
• kriterij prostorskega odmika (tolerance),<br />
• robovom <strong>in</strong> vozliščem dodamo ustrezne atribute;<br />
b) s pomočjo obstoječih, topološko urejenih mrež,<br />
c) s pomočjo matrik pove<strong>za</strong>v oziroma stroškovnih<br />
matrik:<br />
• kar sicer ne omogoči <strong>na</strong>tančne predstavitve problema oziroma<br />
rezultata(ov), vendar je že dovolj <strong>za</strong> reševanje številnih<br />
problemov mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz.<br />
528<br />
176
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 40<br />
6.1.4 Podatkovni viri / 4<br />
Primeri atributov:<br />
• lastnosti obračanja v vozliščih:<br />
• dovoljenje <strong>za</strong> obračanje,<br />
• kazni <strong>za</strong> obračanje,<br />
• U-obračanje,<br />
• opredelitev uteži/upora (glede <strong>na</strong> smer),<br />
• opredelitev enosmernih robov <strong>in</strong> njihovih smeri,<br />
• opredelitev <strong>za</strong>časnih <strong>in</strong> trajnih ovir,<br />
• opredelitev omejitvenih stopenj povpraševanja <strong>in</strong><br />
ponudbe (robovom <strong>in</strong>/ali vozliščem).<br />
529<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 41<br />
6.1.5 Kompleksnost izračunov<br />
• Veči<strong>na</strong> ključnih problemov mrežnih <strong>in</strong> lokacijskih a<strong>na</strong>liz<br />
je optimi<strong>za</strong>cijskih problemov.<br />
• V matematiki se izraz optimi<strong>za</strong>cija ali matematično<br />
programiranje <strong>na</strong><strong>na</strong>ša <strong>na</strong> iskanje m<strong>in</strong>imuma ali maksimuma<br />
dane realne funkcije <strong>na</strong> dovoljeni množici točk.<br />
• Množica dopustnih rešitev A je tipično neka podmnožica Evklidskega vektorskega<br />
prostora R n , ki je določe<strong>na</strong> z množico omejitev, ki jih predstavimo z e<strong>na</strong>čbami ali<br />
nee<strong>na</strong>čbami, ki jim morajo <strong>za</strong>doščati elementi A.<br />
• Rezultate optimi<strong>za</strong>cije uporabljamo v podporo<br />
odločitvam, kjer je še kako pomembno pravilno<br />
razumevanje postopkov <strong>in</strong> rezultatov optimi<strong>za</strong>cije:<br />
• dokazljivo optimalno,<br />
• dokazljivo znotraj meja optimalnosti.<br />
530<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 42<br />
6.1.5 Kompleksnost izračunov / 2<br />
• Potreben čas <strong>za</strong> izračun (optimalnega) rezultata<br />
mrežne ali lokacijske a<strong>na</strong>lize lahko v grobem<br />
opredelimo s funkcijo števila elementov vključenih v<br />
a<strong>na</strong>lizo.<br />
• Predpostavimo, da uporabljamo n vozlišč V ter m robov E.<br />
• Iz teorije raču<strong>na</strong>lništva (kompleksnosti izračunov) poz<strong>na</strong>mo<br />
<strong>za</strong>pis velikega „O“ (ang. big „O“ notation), s pomočjo katerega<br />
ocenimo potrebni času <strong>za</strong> rešitev problema optimi<strong>za</strong>cije.<br />
• Le-tega opredelimo s številom potrebnih korakov v postopku<br />
optimi<strong>za</strong>cije ter <strong>na</strong>č<strong>in</strong>om izvedbe teh korakov.<br />
• Na ta <strong>na</strong>č<strong>in</strong> lahko ocenimo potreben čas ter raču<strong>na</strong>lniški<br />
pomnilnik <strong>za</strong> izvedbo mrežne ali lokacijske a<strong>na</strong>lize.<br />
531<br />
177
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.1 Uvod v mrežne <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize / 43<br />
6.1.5 Kompleksnost izračunov / 3<br />
• Glede <strong>na</strong> potreben čas <strong>za</strong> rešitev problema<br />
optimi<strong>za</strong>cije mrežne a<strong>na</strong>lize ločimo:<br />
• pol<strong>in</strong>omske (P; tudi potenčne) probleme mrežnih a<strong>na</strong>liz<br />
• problem je rešljiv z <strong>na</strong>tančno def<strong>in</strong>iranim determ<strong>in</strong>ističnim algoritmom v<br />
pol<strong>in</strong>omskem času;<br />
• v primeru O(n 2 ) <strong>in</strong> O(nlog(n)): O(logn)
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 3<br />
6.2.1 Ključni problemi mrežnih a<strong>na</strong>liz / 3<br />
Problem<br />
Opis<br />
Ste<strong>in</strong>erjevo Ste<strong>in</strong>erjevo drevo je podobno drevesu <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v (MST), vendar z<br />
drevo <strong>na</strong>jkraših dovoljenimi dodatnimi vozlišči, ki niso v kolokaciji z origi<strong>na</strong>lnimi vozlišči grafa. V<br />
pove<strong>za</strong>v<br />
prostorskih stroškovnih modelih dodamo Ste<strong>in</strong>erjevo točko v sred<strong>in</strong>o treh<br />
(ang. Ste<strong>in</strong>er obstoječih vozlišč tako, da nove pove<strong>za</strong>ve oklepajo kot 120 stop<strong>in</strong>j. V drevesu<br />
MST; Ste<strong>in</strong>er tree) <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v dodamo Ste<strong>in</strong>erjeve točke, če s tem skrajšamo skupno<br />
dolž<strong>in</strong>o mreže. Problem spada v skup<strong>in</strong>o NP-problemov mrežnih a<strong>na</strong>liz (tako <strong>za</strong><br />
Evklidsko kot tudi <strong>za</strong> Manhattan metriko).<br />
problem<br />
trgovskega<br />
potnika<br />
(ang. travell<strong>in</strong>g<br />
salesman problem<br />
- TSP)<br />
problem<br />
usmerjanja vozil<br />
(ang. vehicle<br />
rout<strong>in</strong>g problem -<br />
VRP)<br />
Pri danem nizu vozlišč ter simetrični ali asimetrični matriki razdalj <strong>za</strong> vsak par<br />
vozlišč iščemo Hamiltonov krog <strong>na</strong>jkrajše razdalje (<strong>na</strong>jmanjših stroškov).<br />
Problem trgovskega potnika je dobro z<strong>na</strong>n problem. Trgovski potnik mora<br />
obhoditi določeno množico lokacij (vozlišč) tako, da bo pri tem prehodil čim<br />
krajšo pot oziroma z <strong>na</strong>jmanj stroški <strong>in</strong> se vrnil v izhodišče. Problem trgovskega<br />
potnika spada v skup<strong>in</strong>o NP-problemov.<br />
Problemi usmerjanja vozil rešujejo probleme oskrbe <strong>stran</strong>k <strong>na</strong> z<strong>na</strong>nih lokacijah<br />
(vozliščih grafa) običajno iz enega skladišča. V primeru, da je kapaciteta vozil<br />
omeje<strong>na</strong>, govorimo o problemu usmerjanja vozil z omejeno kapaciteto (ang.<br />
capacity vehicle rout<strong>in</strong>g problem - CVRP). V VRP <strong>na</strong>stopata spremenljivki število<br />
vozil <strong>in</strong> število voženj (med vozlišči). Lokacije <strong>stran</strong>k, lokacija skladišča ter<br />
povpraševanje so dane količ<strong>in</strong>e. Cilj je poiskati <strong>na</strong>jkrajšo skupno dolž<strong>in</strong>o voženj<br />
glede <strong>na</strong> dane omejitve. Obstaja več pristopov reševanja problemov (C)VRP, od<br />
takšnih, kjer upoštevamo čas dostave, do pristopov, kjer upoštevamo vmesno<br />
<strong>na</strong>kladanje <strong>in</strong> dostavo tovora, pa problemov z več skladišči, problemov, kjer je<br />
povpraševanje di<strong>na</strong>mič<strong>na</strong> spremenljivka, do problemov, kjer so lokacije <strong>stran</strong>k<br />
posplošene (<strong>na</strong>mesto fiksne). Veči<strong>na</strong> problemov usmerjanja vozil spada v<br />
skup<strong>in</strong>o NP-problemov.<br />
535<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
Problem<br />
Opis<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 4<br />
6.2.1 Ključni problemi mrežnih a<strong>na</strong>liz / 4<br />
transportni<br />
problem<br />
(ang.<br />
transportation<br />
problem, transshipment<br />
problem)<br />
problem<br />
usmerjanja<br />
pove<strong>za</strong>v<br />
(ang. arc rout<strong>in</strong>g<br />
problem - ARP)<br />
problem<br />
alokacije<br />
objektov<br />
(ang. facility<br />
location:<br />
p-median/<br />
p-center/<br />
coverage)<br />
Transportni problem je splošen problem celostnega servisiranja ni<strong>za</strong> ciljnih<br />
lokacij (<strong>stran</strong>k) z dano stopnjo povpraševanja ob <strong>na</strong>jnižjih skupnih stroških.<br />
Ključni vhodni podatek <strong>za</strong> reševanje transportnega problema je enota stroška<br />
prevo<strong>za</strong>. Zato je transportni problem poseben primer problema tokov ob<br />
m<strong>in</strong>imalnih stroških (ang. m<strong>in</strong>imum cost flow problem - MCFP). Problem<br />
pretovarjanja (ang. trans-shipment problem) je posplošen transportni problem.<br />
V problemih pretovarjanja tokovi ne gredo neposredno iz izvora do ponora,<br />
temveč se vežejo <strong>na</strong> lokacije pretovarjanja (<strong>na</strong> primer: oseb<strong>na</strong> vozila potujejo iz<br />
tovarn preko skladišč <strong>in</strong> prodajaln do <strong>stran</strong>k).<br />
V dani mreži pove<strong>za</strong>v (običajno v mreži ulic) je potrebno poiskati takšno pot, ki<br />
bo potekala skozi vse pove<strong>za</strong>ve (Eulerjev krog; v splošnem v obeh smereh) ob<br />
<strong>na</strong>jmanjših možnih stroških (glede <strong>na</strong> razdaljo ali čas) ter ob danih omejitvah.<br />
Primeri aplikacije tovrstnih problemov so: poti čiščenja ulic, pluženja snega,<br />
poštnih dostav, odčitavanja števcev, zbiranja odpadkov, itd. Pri reševanju<br />
problemov umserjanja pove<strong>za</strong>v je mogoče upoštevati tudi kapacitete. Problemi<br />
usmerjanja pove<strong>za</strong>v spadajo v skup<strong>in</strong>o problemov PNP.<br />
Problemi alokacije objektov so problemi optimalnega razmeščanja objektov v<br />
mreži pove<strong>za</strong>v glede <strong>na</strong> <strong>za</strong>hteve <strong>stran</strong>k (količi<strong>na</strong> <strong>in</strong> stopnja storitve). Najbolj<br />
z<strong>na</strong>n problem je problem m<strong>in</strong>imalnih skupnih (ali povprečnih) potovalnih<br />
stroškov (časa) do (ali od) <strong>stran</strong>k; median<strong>in</strong> problem p (ang. p-median<br />
problem). Problem m<strong>in</strong>imi<strong>za</strong>cije <strong>na</strong>jdaljše razdalje ali časa imenujemo središčni<br />
problem p (ang. p-center problem). Podobni problemi so problemi časovno (ali<br />
stroškovno) omejene oskrbe vseh <strong>stran</strong>k (ali <strong>na</strong>jvečjega možnega števila<br />
<strong>stran</strong>k). Tovrstni problemi so težko rešljivi oziroma rešljivi z upoštevanjem<br />
strogih omejitev. Algoritmi <strong>za</strong> reševanje takšnih problemov so <strong>za</strong>to časovno<br />
potratni <strong>in</strong> skoraj neuč<strong>in</strong>koviti v praksi. Stranke so običajno locirane v vozliščih.V<br />
primeru median<strong>in</strong>ih p rešitev <strong>za</strong> p objektov, ki strežejo n>p lokacijam <strong>stran</strong>k, lete<br />
opredelimo <strong>na</strong> vozliščih mreže. Median<strong>in</strong>i p <strong>in</strong> središčni p problemi spadajo v<br />
skup<strong>in</strong>o „težkih“ nepoligonskih problemov.<br />
536<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 5<br />
6.2.1 Ključni problemi mrežnih a<strong>na</strong>liz / 5<br />
Animacija Hamiltonovega kroga<br />
Krog, ki iz danega vozlišča prečka vsa ostala vozlišča v mreži <strong>na</strong>tanko enkrat.<br />
(Vir: www.comi<strong>na</strong>torica.com)<br />
537<br />
179
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 6<br />
6.2.1 Ključni problemi mrežnih a<strong>na</strong>liz / 6<br />
Animacija Eulerjevega kroga<br />
Krog v usmerjenem grafu, ki vsako pove<strong>za</strong>vo (rob) prekrije <strong>na</strong>tanko enkrat.<br />
(Vir: www.comi<strong>na</strong>torica.com)<br />
538<br />
6.2.2 Parametri v mrežnih<br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h<br />
• Cilj<strong>na</strong> funkcija - <strong>na</strong>stavimo parametre „dolž<strong>in</strong>e“ poti -<br />
kako meriti „dolž<strong>in</strong>o“ poti; npr.:<br />
• Evklidska dolži<strong>na</strong>,<br />
• L p dolži<strong>na</strong>,<br />
• stroškov<strong>na</strong> dolži<strong>na</strong>,<br />
• časov<strong>na</strong> dolži<strong>na</strong>.<br />
• Omejitve <strong>na</strong> poti - opredelimo s pomočjo atributov ali<br />
pa z geometričnimi ovirami; npr.:<br />
• obvez<strong>na</strong> smer<br />
• obvezen prehod čez izbra<strong>na</strong> vozlišča,<br />
• vnos geometričnih ovir.<br />
• Razsežnost problema:<br />
• običaj<strong>na</strong> obrav<strong>na</strong>va problema v GIS je v dveh razsežnosti,<br />
• toda transportne mreže so v tri razsežnem prostoru.<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 7<br />
539<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 8<br />
6.2.2 Parametri v mrežnih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h / 2<br />
• Vrsta premikajočega se objekta – v <strong>za</strong>pletenih<br />
transportnih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h je pomemb<strong>na</strong> opredelitev vrste<br />
premikajočega se objekta:<br />
• <strong>na</strong>jbolj enostav<strong>na</strong> je obrav<strong>na</strong>va e<strong>na</strong>ko „pomembnih“ objektov,<br />
• različnim vrstam objektov v mreži lahko <strong>na</strong>stavljamo različne<br />
uteži (npr. težo vozila, medosno razdaljo, <strong>za</strong>sedenost vozila ...),<br />
• glede <strong>na</strong> vrsto vozila lahko dovolimo ali pa ne premike izven<br />
vozišča,<br />
• itd.<br />
• Enoj<strong>na</strong> ali po<strong>na</strong>vljajoča poizvedba – v mrežnih<br />
a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h lahko iščemo eno ali pa več rešitev (npr.<br />
drugo <strong>in</strong> tretjo <strong>na</strong>jkrajšo pot).<br />
540<br />
180
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 9<br />
6.2.2 Parametri v mrežnih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h / 3<br />
• Statično ali di<strong>na</strong>mično okolje – dovoljenje <strong>za</strong><br />
di<strong>na</strong>mično sprem<strong>in</strong>janje okolja (di<strong>na</strong>mično sprem<strong>in</strong>janje<br />
tokov <strong>in</strong> dogodkov):<br />
• <strong>na</strong>stavitev dovoljenja <strong>za</strong> di<strong>na</strong>mično dodajanje/od<strong>stran</strong>jevanje ovir,<br />
• <strong>na</strong>stavitev dovoljenja <strong>za</strong> premike ovir v mreži.<br />
• Natančni ali približni algoritmi – odločitev o uporabi<br />
algoritma.<br />
• Veči<strong>na</strong> bolj kompleksnih, stvarnih problemov ni rešljiva <strong>na</strong>tančno<br />
v omejenem času.<br />
• Možnost <strong>na</strong>stavljanja stopnje optimalnosti rešitve.<br />
• Z<strong>na</strong>ne ali nez<strong>na</strong>ne karte:<br />
• Geometrija prostorskega problema je lahko z<strong>na</strong><strong>na</strong> v<strong>na</strong>prej, lahko<br />
pa jo odkrivamo sproti (s pomočjo senzorjev).<br />
• Običajno je geometrija poda<strong>na</strong> v<strong>na</strong>prej, tokove <strong>in</strong> dogodke pa<br />
odkrivamo sproti.<br />
541<br />
6.2.3 Programska oprema<br />
<strong>za</strong> mrežne a<strong>na</strong>lize<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 10<br />
• Števil<strong>na</strong> orodja GIS že omogočajo izvedbo osnovnih mrežnih<br />
a<strong>na</strong>liz.<br />
• Bolj <strong>za</strong>pletene <strong>in</strong> kompleksne a<strong>na</strong>lize pa lahko izvedemo zgolj<br />
v posebnih orodjih <strong>za</strong> podporo <strong>in</strong> reševanje transportnih,<br />
logističnih <strong>in</strong> alokacijskih problemov.<br />
• Revija OR/MS (revija Inštituta <strong>za</strong> operacijske raziskave <strong>in</strong><br />
upravljavske z<strong>na</strong>nosti; ang. Institute for Operations Research<br />
and Ma<strong>na</strong>gement Sciences) iz ZDA je leta 2008 objavil<br />
izrčrpno poročilo o aktualnih tovrstnih orodjih.<br />
• Preglednica <strong>na</strong> <strong>na</strong>slednji <strong>stran</strong>i prikazuje funkcije sledenja <strong>in</strong><br />
usmerjanja v izbrani logistični programski opremi<br />
(s pove<strong>za</strong>vami <strong>na</strong> spletne <strong>stran</strong>i programske opreme).<br />
542<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 11<br />
6.2.3 Programska oprema <strong>za</strong> mrežne a<strong>na</strong>lize / 2<br />
Funkcije sledenja <strong>in</strong> usmerjanja v izbrani<br />
logistični programski opremi<br />
(z rumeno barvo so oz<strong>na</strong>če<strong>na</strong> orodja, ki imajo več kot 100 registriranih uporabnikov)<br />
Podpora<br />
Funkcije sledenja <strong>in</strong> usmerjanja<br />
GIS-u<br />
Programska<br />
prikazovanje usmerjanje usmerjanje sledenje v<br />
<strong>na</strong>črtovanje<br />
oprema<br />
dnevno<br />
/<br />
preko<br />
<strong>na</strong> realnem<br />
poti <strong>in</strong><br />
sledenje<br />
geokodiranje vozlišč pove<strong>za</strong>vah času<br />
a<strong>na</strong>lize<br />
Descartes Da Da Da Da Da Da<br />
Direct Route Da Da Da Da Da Da<br />
DISC Da Da Da Da Da Da<br />
eRouteLogistics Da Da Da Da Da Da<br />
ILOG Dispatcher Da Da Da Da Da<br />
JOpt.SDK Da Da Da<br />
Optrak4 Da Da Da Da Da Da<br />
Ortec Da Da Da Da Da Da<br />
Paragon Da Da Da Da Da<br />
Prophesy Da Da Da Da Da Da<br />
PTM Da Da Da Da<br />
REACT Da Da Da Da Da Da<br />
Roadnet Da Da Da Da<br />
RouteSmart Da Da Da Da Da<br />
STARS Da Da Da Da Da Da<br />
StreetSync Da Da Da Da Da Da<br />
The Logix suite Da Da Da Da Da<br />
Toursolver Da Da Da<br />
Truckstops Da Da Da Da Da Da<br />
543<br />
(Vir: OR/MS Survey, 2008;<br />
http://www.lionhrtpub.com/orms/surveys/Vehicle_Rout<strong>in</strong>g/vrss.htm)<br />
181
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 12<br />
6.2.3 Programska oprema <strong>za</strong> mrežne a<strong>na</strong>lize / 3<br />
• Funkcije v logističnih programskih orodjih:<br />
• usmerjanje vozil vključno z upoštevanjem enosmernih tokov,<br />
• usmerjanje vozil z upoštevanjem omejitev v križiščih,<br />
• upoštevanje hitrostnih omejitev ter povprečnih potovalnih hitrosti<br />
glede <strong>na</strong> vrsto ceste <strong>in</strong> čas v dnevu/tednu,<br />
• usmerjanje vozil, ki se želijo izogniti plačilu cestn<strong>in</strong>e (<strong>na</strong> cestnih<br />
odsekih, mostovih, tunelih ...),<br />
• usmerjanje dostave <strong>stran</strong>kam z upoštevanjem omejitev v prostoru<br />
<strong>in</strong> času,<br />
• noč<strong>na</strong> kontrola ter kontrola ob vikendih/praznikih usmerjanja<br />
tovornih vozil,<br />
• upoštevanje omejitev teže <strong>in</strong> viš<strong>in</strong>e (npr. <strong>za</strong> tovor<strong>na</strong> vozila),<br />
• upoštevanje stroškov usmerjanja vozila (<strong>na</strong> kilometer, <strong>na</strong> miljo<br />
<strong>in</strong>/ali <strong>na</strong> uro),<br />
• upoštevanje stroškov usmerjanja vozila glede <strong>na</strong> <strong>na</strong>gib.<br />
544<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 13<br />
6.2.3 Programska oprema <strong>za</strong> mrežne a<strong>na</strong>lize / 4<br />
Rezultat simulacije prometnih tokov v simulacijskem<br />
orodju DYNAMEC<br />
545<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 14<br />
6.2.4 Izgradnja mreže<br />
6.2.4.1 Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v<br />
• Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v (ang. m<strong>in</strong>imum spann<strong>in</strong>g<br />
tree - MST) je (Evklidsko) pove<strong>za</strong>no drevo m<strong>in</strong>imalne<br />
skupne dolž<strong>in</strong>e.<br />
• Množico točk (vozlišč) lahko povežemo med seboj <strong>na</strong> več<br />
različnih <strong>na</strong>č<strong>in</strong>ov.<br />
• Poiskati je potrebno takšne pove<strong>za</strong>ve med množico točk,<br />
da je skup<strong>na</strong> dolži<strong>na</strong> razdalj <strong>na</strong>jmanjša.<br />
• V splošnem enolič<strong>na</strong> opredelitev MST ni <strong>za</strong>gotovlje<strong>na</strong>.<br />
• Problem je rešljiv v skoraj l<strong>in</strong>earno opredeljenem času.<br />
546<br />
182
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 15<br />
6.2.4 Izgradnja mreže / 2<br />
6.2.4.1 Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v / 2<br />
• Algoritem opredelitve drevesa <strong>na</strong>jkrajših<br />
pove<strong>za</strong>v:<br />
1. poveži vsako točko z njenim <strong>na</strong>jbližjim sosedom<br />
(vozliščem) – dobimo več nepove<strong>za</strong>nih podmrež;<br />
2. poveži vsako podmrežo z njeno <strong>na</strong>jbližjo sosedno<br />
podmrežo;<br />
3. <strong>na</strong>daljuj korak 2 dokler vse podmreže niso pove<strong>za</strong>ne.<br />
547<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 16<br />
6.2.4 Izgradnja mreže / 3<br />
6.2.4.1 Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v / 3<br />
Primer opredelitve drevesa <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v<br />
V množici točk A povežemo vsako točko z njenim <strong>na</strong>jbližjim sosedom: dobimo podmreže<br />
oz<strong>na</strong>čene s pove<strong>za</strong>vami 1. Nato povežemo podmreže s pove<strong>za</strong>vami 2. Na koncu še<br />
povežemo dve podmreži s pove<strong>za</strong>vo 3. Dobimo drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v (B).<br />
A. množica točk (vozlišča) B. drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
548<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 17<br />
6.2.4 Izgradnja mreže / 4<br />
6.2.4.1 Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v / 4<br />
Animacija izgradnje drevesa <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v<br />
(Vir: www.comi<strong>na</strong>torica.com)<br />
549<br />
183
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 18<br />
6.2.4 Izgradnja mreže / 5<br />
6.2.4.2 Gabrielova mreža<br />
• Poseb<strong>na</strong> oblika mreže, ki jo generiramo iz množice<br />
točk; po K. R. Gabrielu (Gabriel <strong>in</strong> Sokalov 1969).<br />
• Pravilo <strong>za</strong> opredelitev Gabrielove mreže:<br />
• Med pari točk (vozlišč) obstaja pove<strong>za</strong>va (rob), če v krogu,<br />
katerega premer leži <strong>na</strong> pove<strong>za</strong>vi obrav<strong>na</strong>vanih točk, ni nobene<br />
druge točke (vozlišča).<br />
• Gabrielova mreža opredeljuje boljšo pove<strong>za</strong>nost vozlišč<br />
kot drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v.<br />
• Števil<strong>na</strong> področja aplikacije, <strong>na</strong>jveč v genetskih<br />
študijah populacij.<br />
550<br />
Primer opredelitve Gabrielove mreže<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 19<br />
6.2.4 Izgradnja mreže / 6<br />
6.2.4.2 Gabrielova mreža / 2<br />
V množici točk A ustvarimo pove<strong>za</strong>vo med pari točk, če v krogu, katerega premer leži <strong>na</strong><br />
pove<strong>za</strong>vi obrav<strong>na</strong>vanih točk, ni nobene druge točke (vozlišča). Črni krogi oz<strong>na</strong>čujejo pare<br />
točk, med katerimi je pove<strong>za</strong>va, znotraj zelenega kroga pa leži točka, <strong>za</strong>to ni pove<strong>za</strong>ve.<br />
Na sliki B je konč<strong>na</strong> oblika Gabrielove mreže <strong>za</strong> množico točk A.<br />
A. Izgradnja Gabrielove mreže B. Gabrielova mreža<br />
pove<strong>za</strong>va<br />
ni pove<strong>za</strong>ve<br />
551<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 20<br />
6.2.4 Izgradnja mreže / 7<br />
6.2.4.3 Ste<strong>in</strong>erjeva drevesa<br />
• Ste<strong>in</strong>erjevo drevo je drevo, ki ga dobimo iz drevesa<br />
<strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v (MST), ko dodamo vozlišča, ki niso<br />
v kolokaciji z origi<strong>na</strong>lnimi vozlišči grafa.<br />
• V drevesu <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v je dovoljeno dodati<br />
Ste<strong>in</strong>erjeve točke, če s tem skrajšamo skupno dolž<strong>in</strong>o<br />
mreže.<br />
• V prostorskih stroškovnih modelih dodamo<br />
Ste<strong>in</strong>erjevo(e) točko(e) v sred<strong>in</strong>o množice obstoječih<br />
vozlišč tako, da nove pove<strong>za</strong>ve oklepajo kote 120°.<br />
• Pri tem predpostavimo, da so tokovi <strong>in</strong> vozlišča v mreži<br />
neuteže<strong>na</strong>.<br />
552<br />
184
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 21<br />
6.2.4 Izgradnja mreže / 8<br />
6.2.4.3 Ste<strong>in</strong>erjeva drevesa / 2<br />
Primera opredelitve Ste<strong>in</strong>erjevih točk<br />
A. Trem vozliščem (A, B <strong>in</strong><br />
C) smo dodali Ste<strong>in</strong>erjevo<br />
točko (S). Pove<strong>za</strong>ve<br />
oklepajo kote 120°<br />
(3·120°=360°).<br />
B. Štirim vozliščem (A, B, C<br />
<strong>in</strong> D) smo dodali dve<br />
Ste<strong>in</strong>erjevi točki (S2 <strong>in</strong> S2).<br />
Pove<strong>za</strong>ve oklepajo kote 120°<br />
(3·120°=360°).<br />
553<br />
(Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 22<br />
6.2.4 Izgradnja mreže / 9<br />
6.2.4.3 Ste<strong>in</strong>erjeva drevesa / 3<br />
Primer opredelitve Ste<strong>in</strong>erjeve točke v mreži<br />
A. Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v (MST) B. MST z eno Ste<strong>in</strong>erjevo točko<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
554<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 23<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti<br />
• Vhodni podatki:<br />
• obstoječa mreža,<br />
• izvor(i) oziroma startno(a) vozlišče(a),<br />
• ponor(i) oziroma ciljno(a) vozlišče(a).<br />
• Rezultati:<br />
• <strong>na</strong>jkrajša pot (po dolž<strong>in</strong>i, časovno d(t), stroškovno) ter<br />
sez<strong>na</strong>m vozlišč,<br />
• sez<strong>na</strong>m <strong>na</strong>jkrajših poti (prva, druga, tretja ... <strong>na</strong>jkrajša<br />
pot),<br />
• opis drevesa <strong>na</strong>jkraše poti.<br />
555<br />
185
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 24<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 2<br />
• Problem <strong>na</strong>jkrajše poti lahko opredelimo tudi kot<br />
problem l<strong>in</strong>earnega programiranja.<br />
• Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti so rešljivi s pomočjo<br />
sistematičnih algoritmov (v <strong>na</strong>daljevanju).<br />
• Prva <strong>na</strong>jkrajša pot rešljiva v skoraj l<strong>in</strong>earno opredeljenem<br />
času).<br />
• Bolj kompleksne probleme pa rešujemo s pomočjo<br />
hevrističnega algoritma A* (v <strong>na</strong>daljevanju).<br />
556<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 25<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 3<br />
6.2.5.1 Dantzigov algoritem<br />
• Dantzigov algoritem (1960) je algoritem iskanja<br />
<strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v med vsemi vozlišči danega grafa<br />
(drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v) s pozitivnimi utežmi robov<br />
grafa.<br />
• Algoritem deluje v obliki diskretnega di<strong>na</strong>mičnega<br />
programiranja.<br />
• Algoritem deluje korak <strong>za</strong> korakom.<br />
• Dantzigov algoritem deluje podobno kot Dijkstr<strong>in</strong><br />
algoritem (v <strong>na</strong>daljevanju).<br />
557<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 26<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 4<br />
6.2.5.1 Dantzigov algoritem / 2<br />
Primer delovanja Dantzigovega algoritma<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
Primer <strong>za</strong> izvor(start)=1 <strong>in</strong> ponor(cilj)=3:<br />
Korak 1: poišči <strong>na</strong>jkrajši (<strong>na</strong>jkrajša razdalja / <strong>na</strong>jmanjši strošek / <strong>na</strong>jkrajši<br />
čas) rob iz vozlišča 1 – to je rob v vozlišče 2 (strošek = 4). Zapiši vozlišče 2<br />
<strong>in</strong> rob iz 1 v 2 v sez<strong>na</strong>m.<br />
Korak 2: poišči <strong>na</strong>jkrajši (<strong>na</strong>jmanjši kumulativni strošek/čas) rob iz vozlišča<br />
1 ali iz vozlišča 2 plus pove<strong>za</strong>va iz vozlišča 1 – to je <strong>na</strong>daljevanje pove<strong>za</strong>ve<br />
iz vozlišča 2 v vozlišče 4 (strošek = 6). Dodaj vozlišče 4 <strong>in</strong> rob iz 2 v 4 v<br />
sez<strong>na</strong>m.<br />
Korak 3: poišči <strong>na</strong>jkrajši (<strong>na</strong>jmanjši kumulativni strošek/čas) rob iz<br />
sez<strong>na</strong>ma – to je pove<strong>za</strong>va iz 1 v 2 v 4 v 3 (strošek = 7).<br />
Stop – vsa vozlišča doseže<strong>na</strong>, ponovi iz ostalih vozlišč (2, 3 <strong>in</strong> 4).<br />
558<br />
186
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 27<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 5<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem<br />
• Dijkstrov algoritem se uporablja <strong>za</strong> iskanje drevesa<br />
<strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v.<br />
• Algoritem poišče <strong>na</strong>jkrajše poti iz izbranega vozlišča do<br />
ostalih vozlišč.<br />
• Pri Dijkstrovem algoritmu predpostavljamo, da<br />
obrav<strong>na</strong>vamo usmerjen, pozitivno utežen graf.<br />
• Pove<strong>za</strong>ve so obtežene z neko utežjo (<strong>na</strong> primer ceno, razdaljo),<br />
pri čemer pa uteži ne smejo biti negativne.<br />
• Usmerjen graf je graf, ki vsebuje usmerjene pove<strong>za</strong>ve.<br />
• Algoritem deluje podobno kot Dantzigov algoritem<br />
(glej prejšnje poglavje).<br />
559<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 28<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 6<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 2<br />
• Najkrajša pot <strong>na</strong> grafu je tista, ki iz ene točke pride v drugo<br />
tako, da je vsota vseh uteži <strong>na</strong> izbranih pove<strong>za</strong>vah<br />
<strong>na</strong>jmanjša.<br />
• Primer: Iščemo <strong>na</strong>jkrajšo pot iz A v C. Najprej pregledamo vse<br />
možnosti. Možne izbire so ABC, AC, ADC, AEBC <strong>in</strong> AEDC. Sedaj<br />
pogledamo vrednosti uteži:<br />
• ABC: 1 + 3 = 4<br />
• AC: 8<br />
• ADC: 7 + 2 = 9<br />
• AEBC: 2 + 1 + 3 = 6<br />
• AEDC: 2 + 1 + 2 = 5<br />
Med vsemi možnostmi izberemo<br />
ABC, saj ima ta <strong>na</strong>jmanjši seštevek<br />
uteži (4).<br />
• OPOMBA: Da je pot <strong>na</strong>jkrajša, ne pomeni, da vsebuje<br />
<strong>na</strong>jmanj pove<strong>za</strong>v, ampak da je vsota uteži <strong>na</strong> pove<strong>za</strong>vah<br />
<strong>na</strong>jmanjša.<br />
560<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 29<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 7<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 3<br />
• Iskanju <strong>na</strong>jkrajših poti rečemo kar problem <strong>na</strong>jkrajših<br />
poti. Tu iščemo <strong>na</strong>jbolj optimalno vrednost.<br />
• Poz<strong>na</strong>mo več različic problema <strong>na</strong>jkrajših poti:<br />
• <strong>na</strong>jkrajše poti iz enega vozlišča,<br />
• <strong>na</strong>jkrajše poti do danega vozlišča,<br />
• <strong>na</strong>jkrajša pot med parom vozlišč,<br />
• <strong>na</strong>jkrajša pot med vsemi možnimi pari vozlišč.<br />
• Za reševanje <strong>na</strong>jkrajših poti poz<strong>na</strong>mo tri algoritme:<br />
• Dijkstrov algoritem - iskanje <strong>na</strong>jkrajše poti od nekega<br />
vozlišča; le <strong>za</strong> nenegativne uteži.<br />
• Bellman-Fordov algoritem - iskanje <strong>na</strong>jkrajše poti od nekega<br />
vozlišča; tudi <strong>za</strong> negativne uteži.<br />
• Floyd-Warshallov algoritem - iskanje <strong>na</strong>jkrajših poti med<br />
vsemi pari vozlišč; s poljubnimi utežmi.<br />
561<br />
187
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 30<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 8<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 4<br />
• Koraki Dijkstrovega algoritma:<br />
• Dijsktrov algoritem shranjuje stroške <strong>na</strong>jkrajše poti med<br />
startnim vozliščem, s, <strong>in</strong> vsakim ciljnim vozliščem, t. To razdaljo<br />
lahko oz<strong>na</strong>čimo z d(t).<br />
1. Nastavi vsa vozlišča <strong>na</strong> d(t)=∞ (neskončno oziroma v praksi zelo<br />
visoka vrednost) <strong>in</strong> d(s)=0.<br />
2. Za vsak rob, ki vodi iz s, dodaj dolž<strong>in</strong>o robu iz s trenutni<br />
vrednosti razdalje poti iz s. V primeru, da je nova razdalja<br />
manjša od trenutne vrednosti d(t), <strong>za</strong>menjaj le-to z nižjo<br />
vrednostjo.<br />
3. Izberi <strong>na</strong>jnižjo vrednost iz množice vrednosti d(t) ter premakni<br />
trenutno (aktivno) vozlišče <strong>na</strong> to lokacijo.<br />
4. Po<strong>na</strong>vljaj koraka 2 <strong>in</strong> 3 dokler ne dosežeš ciljnega vozlišča<br />
oziroma dokler ne pregledaš vseh vozlišč.<br />
• Opombe:<br />
• Razdalja do vsakega dosegljivega vozlišča je <strong>za</strong>pisa<strong>na</strong> v vektorju d(t).<br />
• Osnov<strong>na</strong> različica Dijkstrovega algoritma ne generira <strong>na</strong>jkrajše poti, temveč<br />
zgolj dolž<strong>in</strong>o, hkrati pa skoraj ni uporab<strong>na</strong> v kompleksnih mrežah stvarnega<br />
sveta, kjer obstaja veliko prostih vozlišč. V ta <strong>na</strong>men uporabimo hevristične<br />
pristope (npr. algoritem A* v <strong>na</strong>daljevanju).<br />
562<br />
Primera delovanja Dijkstrovega algoritma:<br />
Legenda oz<strong>na</strong>k <strong>na</strong> grafih<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 31<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 9<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 5<br />
(Vir: http://www.<strong>na</strong>uk.si/)<br />
563<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 32<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 10<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 6<br />
Primera delovanja Dijkstrovega algoritma:<br />
Iščemo <strong>na</strong>jkrajše poti iz točke A do preostalih točk<br />
1. Začetno vozlišče <strong>in</strong> kandidatki <strong>za</strong><br />
novo pove<strong>za</strong>vo.<br />
2. Izbira vozlišča C <strong>in</strong> novi možni<br />
pove<strong>za</strong>vi.<br />
3. Izbira vozlišča B <strong>in</strong> kandidatki <strong>za</strong><br />
pove<strong>za</strong>vo.<br />
4. Konec algoritma<br />
-> drevo <strong>na</strong>jkrajših poti.<br />
564<br />
(Vir: http://www.<strong>na</strong>uk.si/)<br />
188
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 33<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 11<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 7<br />
Kompleksnejši primera delovanja Dijkstrovega algoritma (1):<br />
Iščemo <strong>na</strong>jkrajše poti iz točke A do devetih preostalih točk<br />
Izvorni graf<br />
Rešitev<br />
(Vir: http://www.<strong>na</strong>uk.si/)<br />
565<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 34<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 12<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 8<br />
Kompleksnejši primera delovanja Dijkstrovega algoritma (2):<br />
Iščemo <strong>na</strong>jkrajše poti iz točke A do devetih preostalih točk<br />
Korak 1<br />
Korak 2<br />
(Vir: http://www.<strong>na</strong>uk.si/)<br />
566<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 35<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 13<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 9<br />
Kompleksnejši primera delovanja Dijkstrovega algoritma (3):<br />
Iščemo <strong>na</strong>jkrajše poti iz točke A do devetih preostalih točk<br />
Korak 3<br />
Korak 4<br />
(Vir: http://www.<strong>na</strong>uk.si/)<br />
567<br />
189
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 36<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 14<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 10<br />
Kompleksnejši primera delovanja Dijkstrovega algoritma (4):<br />
Iščemo <strong>na</strong>jkrajše poti iz točke A do devetih preostalih točk<br />
Korak 5<br />
Korak 6<br />
(Vir: http://www.<strong>na</strong>uk.si/)<br />
568<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 37<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 15<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 11<br />
Kompleksnejši primera delovanja Dijkstrovega algoritma (5):<br />
Iščemo <strong>na</strong>jkrajše poti iz točke A do devetih preostalih točk<br />
Korak 7<br />
Korak 8<br />
(Vir: http://www.<strong>na</strong>uk.si/)<br />
569<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 38<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 16<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 12<br />
• Primeri uporabe Dijkstrovega algoritma:<br />
• Dijkstrov algoritem je uporaben pri iskanju <strong>na</strong>jkrajše poti<br />
iz kraja A v kraj B:<br />
• V takšnem primeru bi <strong>za</strong> utež uporabili razdaljo (npr. v km) med<br />
posameznimi kraji (vozlišči).<br />
• ... ali pa pri iskanju <strong>na</strong>jhitrejše poti iz kraja A v kraj B:<br />
• V takšnem primeru bi <strong>za</strong> utež uporabili potovalni čas med kraji<br />
(vozlišči). Kot rezultat se lahko izkaže smisel<strong>na</strong> uporaba avtocest,<br />
kjer prepotova<strong>na</strong> pot ni <strong>na</strong>jkrajša, je pa lahko <strong>za</strong>radi višjih potovalnih<br />
hitrosti – <strong>in</strong> s tem nižjega potovalnega časa – časovno bolj ugod<strong>na</strong><br />
(od, <strong>na</strong> primer, uporabe lokalnih cest, ki sicer omogočijo <strong>na</strong>jkrajšo<br />
pove<strong>za</strong>vo).<br />
• Dijkstrov algoritem se uporablja tudi pri iskanju <strong>na</strong>jkrajše<br />
poti med <strong>za</strong>četnim <strong>in</strong> končnim vozliščem v raču<strong>na</strong>lniških<br />
omrežjih vmes pa so usmerjevalniki, pri katerih je<br />
<strong>za</strong>želeno, da paketi potujejo pa <strong>na</strong>jkrajši poti od <strong>za</strong>četne<br />
do končne točke.<br />
• V takšni aplikaciji se uteži lahko di<strong>na</strong>mično sprem<strong>in</strong>jajo (odvisno od<br />
prometa v mreži).<br />
570<br />
190
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 39<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 17<br />
6.2.5.2 Dijkstrov algoritem / 13<br />
Animacija določitve <strong>na</strong>jkrajše poti<br />
(Dijkstrov algoritem)<br />
571<br />
(Vir: www.comi<strong>na</strong>torica.com)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 40<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 18<br />
6.2.5.3 Algoritem A*<br />
• Dijkstrov algoritem je primer splošnega algoritma A*.<br />
• A* je ciljno usmerjen algoritem, ki obišče preferenčno<br />
izbra<strong>na</strong> vozlišča (<strong>na</strong>mesto vseh vozlišč kot to počne<br />
Dijkstrov algoritem).<br />
• Pregled vozlišč po preferenčnem sez<strong>na</strong>mu omogoči hitrejšo<br />
izvedbo algoritma.<br />
• Največkrat se izdela preferenčni sez<strong>na</strong>m vozlišč s pomočjo<br />
Evklidskih razdalj ciljnega vozlišča do vseh ostalih vozlišč.<br />
• Običajno algoritem A* obišče manj vozlišč pri iskanju <strong>na</strong>jkrajše<br />
poti iz izvora v ponor – <strong>za</strong>to je v več<strong>in</strong>i primerov mnogo hitrejši<br />
od ostalih algoritmov.<br />
572<br />
6.2.5.4 Izvedba a<strong>na</strong>liz <strong>na</strong>jkrajših<br />
pove<strong>za</strong>v v GIS<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 41<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 19<br />
• Veči<strong>na</strong> orodij GIS ne nudi <strong>in</strong>formacije o vgrajenih<br />
algoritmih.<br />
• Le izkušen uporabnik/strokovnjak lahko opredeli vrsto<br />
vgrajenega algoritma glede <strong>na</strong> <strong>na</strong>ravo izvedbe; pri tem<br />
je mogoče oceniti:<br />
• računsko kompleksnost (čas <strong>in</strong> prostor potreben <strong>za</strong><br />
izračun),<br />
• kvaliteto rezultata (optimalnost).<br />
573<br />
191
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 42<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 20<br />
6.2.5.4 Izvedba a<strong>na</strong>liz <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v v GIS/ 2<br />
Primer izvedbe a<strong>na</strong>lize <strong>na</strong>jkrajše poti v GIS:<br />
Najkrajša pot opredelje<strong>na</strong> iz (1) v (4) preko (2) <strong>in</strong><br />
(3) z upoštevanjem ovir (X)<br />
A. Izvor (1), Ponor (4), lokaciji prehoda<br />
(2,3) <strong>in</strong> oviri (X)<br />
B. Rešitev (pot v korakih iz 1 v 4)<br />
<br />
<br />
izvor<br />
ponor<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
oviri<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
574<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 43<br />
6.2.5 Problemi <strong>na</strong>jkrajših poti / 21<br />
6.2.5.4 Izvedba a<strong>na</strong>liz <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v v GIS/ 3<br />
Primer izvedbe a<strong>na</strong>lize <strong>na</strong>jkrajše poti v GIS:<br />
Najkrajša pot iz (1) v (4)<br />
A. Izvor (1), Ponor (4), lokaciji prehoda<br />
(2,3) <strong>in</strong> oviri (X)<br />
<br />
B. Rešitev (pot v korakih iz 1 v 4)<br />
<br />
izvor<br />
ponor<br />
<br />
<br />
oviri<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
575<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 44<br />
6.2.6 Problem trgovskega<br />
potnika<br />
• Metode <strong>na</strong>jkrajših poti, ki smo jih spoz<strong>na</strong>li v prejšnjem<br />
poglavju, so izpeljanke širše skup<strong>in</strong>e problemov,<br />
imenovane problem trgovskega potnika.<br />
• Problem trgovskega potnika (ang. travell<strong>in</strong>g<br />
salesman problem - TSP) je dobro z<strong>na</strong>n problem:<br />
dano je omrežje (graf, kjer poz<strong>na</strong>mo vrednosti<br />
pove<strong>za</strong>v); trgovski potnik mora obresti vsa vozlišča<br />
tako, da bo pri tem prehodil čim krajšo pot (da bo<br />
vsota vrednosti uporabljenih pove<strong>za</strong>v čim manjša) <strong>in</strong><br />
se bo vrniti v izhodišče.<br />
576<br />
192
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 45<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 2<br />
• Uporabnost TSP:<br />
• imamo n vozlišč <strong>in</strong> vsa moramo obiskati;<br />
• poz<strong>na</strong>mo "vrednost, ceno, čas" prehoda iz enega vozlišča<br />
v drugega;<br />
• želimo, čim ugodneje obiskati vsa vozlišča <strong>in</strong> priti <strong>na</strong><br />
<strong>za</strong>četek.<br />
• Točka <strong>za</strong>četka ni pomemb<strong>na</strong>!<br />
• Primeri TSP:<br />
• optimal<strong>na</strong> pot trgovskega potnika, ko obiskuje <strong>stran</strong>ke,<br />
• optimal<strong>na</strong> pot poštarja, ko prazni/polni <strong>na</strong>biralnike,<br />
• optimal<strong>na</strong> pot dostavnega kamio<strong>na</strong>, ko voznik razvaža blago v<br />
trgov<strong>in</strong>e,<br />
• optimal<strong>na</strong> pot varnostne službe pri obhodu objektov,<br />
• vrtanje lukenj <strong>na</strong> elektronskih vezjih,<br />
• a<strong>na</strong>lize DNA (štiriškega <strong>za</strong>poredja kodonov),<br />
• ...<br />
577<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 46<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 3<br />
• Nač<strong>in</strong>ov iskanja rešitve TSP je več, uč<strong>in</strong>kovite rešitve<br />
pa ne <strong>za</strong>gotavlja nobeden:<br />
• Dobimo lahko le približne rešitve.<br />
• Takšne rešitve niso nujno <strong>na</strong>jboljše, so pa dokaj<br />
sprejemljive <strong>in</strong> dobljene z razumno vloženim trudom.<br />
• Bolj uč<strong>in</strong>koviti pristopi reševanja TSP:<br />
• prepoz<strong>na</strong>vajo <strong>in</strong> hranijo možne rešitve,<br />
• ocenjujejo obetavnost rešitev <strong>in</strong><br />
• <strong>za</strong>vržejo rešitve, ki ne morejo pripeljati do boljše rešitve<br />
kot je obstoječa mož<strong>na</strong> rešitev.<br />
• Dva primera metod/pristopov <strong>za</strong> reševanje TSP:<br />
• metoda sestopanja,<br />
• metoda „razveji <strong>in</strong> omeji“ (RiO).<br />
578<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 47<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 4<br />
• Metoda sestopanja:<br />
• Je e<strong>na</strong> izmed možnih metod <strong>za</strong> reševanje problema<br />
trgovskega potnika.<br />
• Po metodi sestopanja poiščemo <strong>na</strong>jboljšo rešitev (pot)<br />
tako, da preverimo vse možne rešitve <strong>in</strong> izberemo<br />
<strong>na</strong>jboljšo.<br />
• Vseh možnih obhodov je (n-1)!, če je n vozlišč.<br />
• Metoda je potrat<strong>na</strong>, saj iščemo vse možne rešitve.<br />
579<br />
193
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 48<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 5<br />
Primer reševanja TSP po metodi sestopanja<br />
Za mrežo dano z matriko pove<strong>za</strong>v določi<br />
vse krožne poti <strong>in</strong> izpiši njihove dolž<strong>in</strong>e.<br />
Skiciraj drevo stanj <strong>in</strong> poišči optimalno pot.<br />
Postopek reševanja:<br />
• Izberemo poljubno točko, iz katere bomo <strong>za</strong>čeli <strong>na</strong>šo pot: izberimo točko 3.<br />
• Opredelimo vse možne poti.<br />
• Izraču<strong>na</strong>mo dolž<strong>in</strong>o (strošek) vseh možnih (ker je graf usmerjen t=(n-1)!=(5-<br />
1)!=24) poti: seštejemo dolž<strong>in</strong>e (stroške) pove<strong>za</strong>v iz matrike pove<strong>za</strong>v.<br />
• Izberemo optimalno (<strong>na</strong>jkrajšo) pot skozi vsa vozlišča.<br />
1 2 3 4 5<br />
1 ∞ 20 30 10 11<br />
2 15 ∞ 16 4 2<br />
3 3 5 ∞ 2 4<br />
4 19 6 18 ∞ 3<br />
5 16 4 7 16 ∞<br />
580<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 49<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 6<br />
Primer reševanja TSP po metodi sestopanja (2)<br />
Vse možne poti <strong>in</strong> njihove vrednosti:<br />
3 - 1 - 2 - 4 - 5 - 3 vrednost poti je 37<br />
3 - 1 - 2 - 5 - 4 - 3 vrednost poti je 59<br />
3 - 1 - 5 - 2 - 4 - 3 vrednost poti je 50<br />
3 - 1 - 5 - 4 - 2 - 3 vrednost poti je 62<br />
3 - 1 - 4 - 2 - 5 - 3 vrednost poti je 28<br />
3 - 1 - 4 - 5 - 2 - 3 vrednost poti je 36<br />
3 - 2 - 1 - 5 - 4 - 3 vrednost poti je 40<br />
3 - 2 - 1 - 5 - 4 - 3 vrednost poti je 65<br />
3 - 2 - 4 - 1 - 5 - 3 vrednost poti je 48<br />
3 - 2 - 4 - 1 - 5 - 3 vrednost poti je 58<br />
3 - 2 - 5 - 1 - 4 - 3 vrednost poti je 51<br />
3 - 2 - 5 - 4 - 1 - 3 vrednost poti je 72<br />
3 - 4 - 1 - 2 - 5 - 3 vrednost poti je 50<br />
3 - 4 - 1 - 5 - 2 - 3 vrednost poti je 53<br />
3 - 4 - 2 - 1 - 5 - 3 vrednost poti je 41<br />
3 - 4 - 2 - 5 - 1 - 3 vrednost poti je 56<br />
3 - 4 - 5 - 1 - 2 - 3 vrednost poti je 57<br />
3 - 4 - 5 - 2 - 1 - 3 vrednost poti je 54<br />
3 - 5 - 1 - 2 - 4 - 3 vrednost poti je 62<br />
3 - 5 - 1 - 4 - 2 - 3 vrednost poti je 52<br />
3 - 5 - 2 - 1 - 4 - 3 vrednost poti je 51<br />
3 - 5 - 2 - 4 - 1 - 3 vrednost poti je 51<br />
3 - 5 - 4 - 1 - 2 - 3 vrednost poti je 75<br />
3 - 5 - 4 - 2 - 1 - 3 vrednost poti je 71<br />
Optimal<strong>na</strong> pot v <strong>na</strong>šem primeru je:<br />
3 - 1 - 4 - 2 - 5 - 3, kjer je vrednost poti 28.<br />
1 2 3 4 5<br />
1 ∞ 20 30 10 11<br />
2 15 ∞ 16 4 2<br />
3 3 5 ∞ 2 4<br />
4 19 6 18 ∞ 3<br />
5 16 4 7 16 ∞<br />
581<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 50<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 7<br />
Primer reševanja TSP po metodi sestopanja (3)<br />
Drevo možnih stanj:<br />
1 2 3 4 5<br />
∞ 20 30 10 11<br />
1<br />
2 15 ∞ 16 4 2<br />
3 3 5 ∞ 2 4<br />
4 19 6 18 ∞ 3<br />
5 16 4 7 16 ∞<br />
582<br />
194
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 51<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 8<br />
• Metoda razveji <strong>in</strong> omeji (RiO):<br />
• Izdelamo spisek vseh možnih poti <strong>in</strong> njihovih<br />
razdalj/stroškov (sestavimo matriko pove<strong>za</strong>v, v kateri<br />
so vse možne pove<strong>za</strong>ve <strong>in</strong> njihove vrednosti).<br />
• Pridobimo oceno vrednosti posameznih poti.<br />
• Po <strong>na</strong>jbolj obetavni poti pridemo do prve možne rešitve<br />
(krožne poti), ki ima določeno končno vrednost.<br />
• Izločimo vse poti, ki imajo kvečjemu e<strong>na</strong>ko ali pa slabšo<br />
možno končno vrednost.<br />
• Nadaljujemo <strong>na</strong> poteh, kjer je možno dobiti boljšo končno<br />
vrednost.<br />
Več v strokovni literaturi; <strong>na</strong> primer:<br />
http://penelope.fmf.uni-lj.si/r2wiki/<strong>in</strong>dex.php/Problem_trgovskega_potnika<br />
583<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 52<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 9<br />
• Dolži<strong>na</strong> drevesa pove<strong>za</strong>v, opredeljenega s potjo<br />
trgovskega potnika, je e<strong>na</strong>ka ali daljša dolž<strong>in</strong>i drevesa<br />
m<strong>in</strong>imalnih pove<strong>za</strong>v (običajno je daljša).<br />
• V primeru simetričnega grafa v ravn<strong>in</strong>i je dolži<strong>na</strong> poti trgovskega<br />
potnika 1,5-krat daljša od dolž<strong>in</strong>e drevesa m<strong>in</strong>imalnih pove<strong>za</strong>v.<br />
• Število možnih rešitev t (poti trgovskega potnika) v<br />
danem grafu je mogoče opredeliti.<br />
• V primeru simetričnega neusmerjenega grafa v ravn<strong>in</strong>i je število<br />
možnih rešitev TSP t=(n-1)!/2, v primeru usmerjenega grafa pa<br />
kar t=(n-1)!, kjer je n število vozlišč.<br />
• Število možnih poti izjemno hitro <strong>na</strong>rašča z <strong>na</strong>raščanje števila<br />
vozlišč.<br />
• Primer neusmerjenega grafa: n=10 -> t=181.440 Zato je problem<br />
O(n!) oziroma problem NP.<br />
584<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 53<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 10<br />
• Sploš<strong>na</strong> opredelitev TSP:<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
<br />
n n<br />
m<strong>in</strong> cijxij<br />
<br />
, i j<br />
i1 j1<br />
<br />
glede <strong>na</strong><br />
n<br />
<br />
i1<br />
i<br />
j<br />
n<br />
<br />
j1<br />
ji<br />
x ij<br />
x 1, j 1... n<br />
ij<br />
x 1, i 1... n<br />
ij<br />
0,1<br />
<br />
kjer so c ij stroški potovanja iz i v j (npr. stroškovno opredelje<strong>na</strong><br />
razdalja), <strong>in</strong> x ij =1 če obstaja med i <strong>in</strong> j neposred<strong>na</strong> pove<strong>za</strong>va, sicer<br />
0. n je število lokacij (vozlišč) <strong>na</strong> poti, i=1 opredeljuje startno<br />
lokacijo (npr. skladišče), i=2,3,...n pa so lokacije <strong>stran</strong>k.<br />
585<br />
195
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 54<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 11<br />
Vozlišča, drevo m<strong>in</strong>imalnih pove<strong>za</strong>v <strong>in</strong> pot trgovskega<br />
potnika (<strong>na</strong>tanč<strong>na</strong> <strong>in</strong> približ<strong>na</strong> rešitev)<br />
A. Izvor<strong>na</strong> vozlišča (130 vozlišč) B. Natanč<strong>na</strong> rešitev TSP (Concorde)<br />
C. Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v D. Približ<strong>na</strong> rešitev TSP (LK hevristics)<br />
586<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 55<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 12<br />
• Razširitve problema TSP:<br />
• problem večih poti (deljenje množice vozlišč);<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> možnosti skupnega izhodišča večih poti<br />
(<strong>na</strong> primer iz istega skladišča, garaže ...);<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> poti glede <strong>na</strong> povpraševanje v ciljnih lokacijah;<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> razvo<strong>za</strong> glede <strong>na</strong> omejitev kapacitete<br />
(<strong>na</strong> primer, vozila so omejene kapacitete <strong>in</strong> tudi različne<br />
vrste - a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> optimalne kombi<strong>na</strong>cije vozil <strong>in</strong> poti);<br />
• a<strong>na</strong>li<strong>za</strong> <strong>in</strong> modeliranje glede <strong>na</strong> časovne omejitve<br />
(<strong>na</strong> primer, dostava <strong>na</strong> posamezni lokaciji je omeje<strong>na</strong> s<br />
časom);<br />
• ...<br />
587<br />
Problem trgovskega potnika:<br />
Deljenje mreže<br />
A. Izvor<strong>na</strong> vozlišča (130 vozlišč) B. Natanč<strong>na</strong> rešitev TSP (Concorde)<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 56<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 13<br />
C. Drevo <strong>na</strong>jkrajših pove<strong>za</strong>v D. Dve mreži (poti)<br />
588<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
196
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.2 Mrežne a<strong>na</strong>lize / 57<br />
6.2.6 Problem trgovskega potnika / 14<br />
Problem trgovskega potnika:<br />
Primer simulacije<br />
Pri problemu trgovskega potnika (ang. Travell<strong>in</strong>g<br />
Salesman Problem - TSP) gre <strong>za</strong> problem potnika, ki bi<br />
rad v <strong>na</strong>jkrajšem času obiskal n mest. Lahko sicer izbira<br />
med (n-1)! možnimi obhodi, želi pa si, da bi potoval čim<br />
hitreje <strong>in</strong> s čim manj <strong>na</strong>pora. Pri obhodu mest mora<br />
trgovski potnik raču<strong>na</strong>ti še <strong>na</strong> spremembo lokacij, ki jih<br />
mora obiskati, <strong>na</strong> časovne ovire (npr. okvare avtomobila)<br />
<strong>in</strong> fizične ovire (npr. poplave). Torej gre hkrati <strong>za</strong><br />
optimi<strong>za</strong>cijo <strong>in</strong> prilagodljivost.<br />
(Vir: http://maja.uni-mb.si/slo/Mehatron/probtrg.htm)<br />
Po<strong>na</strong>zorimo problem trgovskega potnika s preprostim<br />
zgledom. Predpostavimo, da je število mest, ki jih je<br />
potrebno obiskati n = 10. Če si izberemo <strong>za</strong> izhodišče<br />
Celje, je tako možnih kar (n-1)! = 9! = 362.880 obhodov,<br />
med katerimi sta samo dva <strong>na</strong>jkrajša (v smeri urnega<br />
ka<strong>za</strong>lca ter v obratni smeri). Cilj je poiskati ta dva<br />
<strong>na</strong>jkrajša obhoda. Človek pri tem problemu z lahkoto<br />
poveže mesta <strong>na</strong> <strong>na</strong>č<strong>in</strong>, da bo dobil <strong>na</strong>jkrajša obhoda, ki<br />
sta »Celje - Maribor - Murska Sobota - Krško - Črnomelj -<br />
Koper - Trst - Idrija - Kranj - Ljublja<strong>na</strong> - Celje« <strong>in</strong> v<br />
<strong>na</strong>sprotni smeri »Celje - Ljublja<strong>na</strong> - Kranj - Idrija - Trst -<br />
Koper - Črnomelj - Krško - Murska Sobota - Maribor -<br />
Celje«. Kaj pa raču<strong>na</strong>lnik?<br />
589<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize<br />
6.3.1 Ključni problemi lokacijskih<br />
a<strong>na</strong>liz<br />
• Predvsem <strong>za</strong>radi široke uporabnosti <strong>na</strong> raznih področjih z<br />
ekonomskimi, sociološkimi <strong>in</strong> demografskimi posledicami so<br />
problemi dodeljevanja lokacij <strong>in</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize (v<br />
<strong>za</strong>dnjih letih) deležne vse večjega <strong>za</strong>nimanja.<br />
• Pri postavitvi nove proizvodnje, upravne ali skladiščne lokacije,<br />
želimo preveriti, kakšen vpliv bo imela <strong>na</strong>ša odločitev.<br />
• Pri tem <strong>na</strong>letimo <strong>na</strong> optimi<strong>za</strong>cijski problem, katerega rešitev<br />
opisuje <strong>na</strong>jboljšo možno odločitev.<br />
• Taki primeri so:<br />
• kje postaviti novo gasilsko postajo, da bo povprečni odziv gasilcev čim hitrejši,<br />
• kje locirati skladišče nevarnih snovi, da bo pri prevozu snovi do skladišča<br />
m<strong>in</strong>imizira<strong>na</strong> možnost škode ob morebitni nesreči,<br />
• kje zgraditi mrežo skladišč tako, da bodo logistični stroški m<strong>in</strong>imalni.<br />
590<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 2<br />
6.3.1 Ključni problemi lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 2<br />
• Osnovni podatki lokacijske teorije so <strong>na</strong>bor lokacij<br />
(vozlišč), ki so lahko opremljene z različnimi atributi<br />
(centralnost, neizogibnost ...).<br />
• Med njimi so vzpostavljene pove<strong>za</strong>ve (robovi), ki ustre<strong>za</strong>jo<br />
cestam ali pa medsebojnemu vplivu (<strong>na</strong> primer konkurenci),<br />
pove<strong>za</strong>ve pa imajo prirejene cene ali druge atribute.<br />
• Kot matematični model uporabimo uteženi graf, katerega<br />
vozlišča so točke v Evklidski ravn<strong>in</strong>i ali celo v splošnejših<br />
metričnih prostorih.<br />
• Kriterijska funkcija prirejene optimi<strong>za</strong>cijske <strong>na</strong>loge je lahko<br />
dokaj sploš<strong>na</strong>, vendar je v več<strong>in</strong>i vsakodnevnih aplikacij<br />
sestavlje<strong>na</strong> iz primerjave prednosti <strong>in</strong> slabosti lokacije.<br />
• Za tako splošne probleme je težko <strong>na</strong>jti uč<strong>in</strong>kovite splošne<br />
postopke, <strong>za</strong>to je potreben razvoj bistveno različnih<br />
algoritmov <strong>za</strong> različne tipe podproblemov.<br />
591<br />
197
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 3<br />
6.3.1 Ključni problemi lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 3<br />
Komponenta<br />
ravn<strong>in</strong>ski/mrežni/<br />
diskretni problem<br />
(ang.<br />
pla<strong>na</strong>r/network/discrete)<br />
drevo/graf<br />
(ang. tree/graph)<br />
razdalja/metrika<br />
(ang. distance/metrics)<br />
objekti<br />
(ang. facilities)<br />
Opis<br />
Ravn<strong>in</strong>ski problem — povpraševanje je opredeljeno povsod v<br />
ravn<strong>in</strong>i (determ<strong>in</strong>istič<strong>na</strong> <strong>in</strong>/ali verjetnost<strong>na</strong> opredelitev); storitveni<br />
objekti so lahko opredeljeni kjerkoli v ravn<strong>in</strong>i. Mrežni problem —<br />
povpraševanje <strong>in</strong> ponudba (storitve) so lahko opredeljeni zgolj v<br />
vozliščih ali <strong>na</strong> pove<strong>za</strong>vah v mreži; potovanja so omeje<strong>na</strong> zgolj <strong>na</strong><br />
mrežo. Diskretni problem — vozlišča so fiks<strong>na</strong>, stroški potovanj<br />
med vozlišči pa niso opredeljeni z obrav<strong>na</strong>vano mrežo.<br />
V nekaterih primerih obrav<strong>na</strong>vmo graf kot drevo, kar poenostavimo<br />
postopek reševanja.<br />
Podobno kot v ostalih skupi<strong>na</strong>h prostorskih a<strong>na</strong>liz lahko uporabljamo<br />
različne metrike (razdalje) tudi v lokacijskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h.<br />
V lokacijskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h <strong>na</strong>meščamo objekte. Pri tem je mogoče<br />
predhodno opredeliti, <strong>na</strong> primer, p (število) objektov, ali pa je število<br />
objektov opredeljeno v postopku optimi<strong>za</strong>cije problema. Problemi<br />
<strong>na</strong>mestitve enega objekta spadajo med enostavne probleme<br />
lokacijskih a<strong>na</strong>liz. Pri <strong>na</strong>meščanju večjega števila objektov le-te lahko<br />
opredeljujemo postopoma z dodajanjem posameznih objektov ter<br />
iskanjem lokalnih optimumov dodanim objektom.<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
592<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 4<br />
6.3.1 Ključni problemi lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 4<br />
Komponenta<br />
statično/di<strong>na</strong>mično<br />
(ang. static/dy<strong>na</strong>mic)<br />
<strong>za</strong>sebno/javno<br />
(ang. private/public)<br />
eno/več-ciljno<br />
(ang. s<strong>in</strong>gle/multiobjective)<br />
Opis<br />
Veči<strong>na</strong> pristopov lokacijskih a<strong>na</strong>liz je izrazito statičnih. Nekatere od<br />
statičnih je mogoče aplicirati <strong>na</strong> di<strong>na</strong>mične probleme, toda več<strong>in</strong>o<br />
di<strong>na</strong>mičnih problemov je potrebno reševati z razširjenimi oziroma<br />
alter<strong>na</strong>tivnimi pristopi lokacijskih a<strong>na</strong>liz. Primeri di<strong>na</strong>mičnih<br />
problemov: opredelitev časa <strong>in</strong> lokacije <strong>na</strong>mestitve <strong>na</strong>slednjega<br />
prvega, drugega, tretjega ... objekta; vključitev di<strong>na</strong>mičnega<br />
povpraševanja <strong>in</strong> oskrbe v model; sprem<strong>in</strong>janje lokacije vozil glede <strong>na</strong><br />
čas v dnevu <strong>in</strong> tednu, itd.<br />
Razmejitev med <strong>za</strong>sebnim <strong>in</strong> javnim (<strong>in</strong>teresom) se odraža tudi v ciljni<br />
funkciji problema <strong>na</strong>mestitve objektov. Zasebni <strong>in</strong>teres se odraža zgolj<br />
v monetarnem vidiku, medtem ko javni <strong>in</strong>teres <strong>za</strong>govarja še<br />
družbene, okoljske <strong>in</strong> ostale vidike lokacijskih a<strong>na</strong>liz. V splošnem so<br />
vsi postopki izbire lokacije del širšega okolja <strong>za</strong> podporo odločitvam<br />
(model PPPAZ: Problem-Plan-Podatki-A<strong>na</strong>li<strong>za</strong>-Zaključki). V postopkih<br />
lokacijskih a<strong>na</strong>liz je <strong>na</strong>mestitev objektov v javnem <strong>in</strong>teresu <strong>na</strong>jvečkrat<br />
mogoče <strong>za</strong>povedati, medtem ko je to skoraj nemogoče, če gre <strong>za</strong><br />
objekte v <strong>za</strong>sebnem <strong>in</strong>teresu.<br />
Zaradi poenostavitev problemov v več<strong>in</strong>i primerov iščemo/rešujemo<br />
eno-ciljne probleme optimi<strong>za</strong>cije (<strong>na</strong> primer: m<strong>in</strong>imi<strong>za</strong>cija časa,<br />
razdalje ali pa stroškov). Stvarni problemi pa so praviloma več-ciljni<br />
problemi. Primer simulacije pravega več-ciljnega modeliranja je<br />
pristop, kjer dejansko izvajamo postopek eno-ciljne optimi<strong>za</strong>cije,<br />
<strong>na</strong>to pa s sprem<strong>in</strong>janjem parametrov ter proučevanjem <strong>na</strong>rave<br />
problema <strong>in</strong> robustnosti rešitev simuliramo več-ciljno optimi<strong>za</strong>cijo.<br />
Takšen pristop sicer ni pravi več-ciljni pristop, toda nudi uč<strong>in</strong>kovito<br />
rešitev <strong>za</strong> proučitev več-ciljnih problemov lokacijskih a<strong>na</strong>liz.<br />
593<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 5<br />
6.3.1 Ključni problemi lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 5<br />
Komponenta<br />
enolič<strong>na</strong>/raznolika<br />
storitev<br />
(ang. unique/diverse<br />
service)<br />
elastično/neelastično<br />
povpraševanje<br />
(ang. elastic/<strong>in</strong>elastic<br />
demand)<br />
determ<strong>in</strong>ističen/<br />
prilagodljiv/<br />
stohastičen<br />
(ang.<br />
determ<strong>in</strong>istic/adaptive/<br />
stochastic)<br />
neomeje<strong>na</strong>/omeje<strong>na</strong><br />
kapaciteta<br />
(ang. capacitated/<br />
uncapacitated<br />
Opis<br />
V lokacijskih a<strong>na</strong>li<strong>za</strong>h lahko obrav<strong>na</strong>vamo/modeliramo posamezne<br />
(enolične) storitve (npr. lokacije trgov<strong>in</strong> s proizvodi vsakdanje<br />
potrošnje), lahko pa modeliramo/poizvedujemo po raznolikih storitvah<br />
istega problema (npr. trgov<strong>in</strong>e s kruhom, trgov<strong>in</strong>e z mesom, trgov<strong>in</strong>e<br />
z zelenjavo ...).<br />
Veči<strong>na</strong> modelov predpostavlja, da sta povpraševanje <strong>in</strong> ponudba<br />
neodvisni spremenljivki. V stvarnem svetu pa lahko izboljša<strong>na</strong><br />
ponudba dvigne povpraševanje po določenem proizvodu –<br />
povpraševanje je elastično, ponudba pa je lahko elastič<strong>na</strong> ali pa ne.<br />
Veči<strong>na</strong> modelov oskrbe, povpraševanja <strong>in</strong> <strong>na</strong>mestitve objektov je<br />
determ<strong>in</strong>ističnih. Le redki modeli omogočajo verjetnostno <strong>in</strong><br />
di<strong>na</strong>mično modeliranje povpraševanja. Rezultati stohastičnega<br />
modeliranja so optimalni glede <strong>na</strong> vhodne podatke, le-ti pa so lahko<br />
prilagodljivi glede <strong>na</strong> spremembe v povpraševanju, oskrbi <strong>in</strong> di<strong>na</strong>miki<br />
transporta.<br />
V enostavne modele lokacijskih a<strong>na</strong>liz ni mogoče vključiti parametra<br />
omejitvenih kapacitet objektov (npr. kapacitet skladišč, deponij,<br />
bolnišnic, vozil) ali pove<strong>za</strong>v (npr. transportnih mrež, pl<strong>in</strong>ovoda). Bolj<br />
kompleks<strong>na</strong> orodja <strong>za</strong> lokacijske a<strong>na</strong>lize pa omogočajo tudi reševanje<br />
bolj stvarnih problemov z vključevanjem omejitev v vozlišča <strong>in</strong> <strong>na</strong><br />
pove<strong>za</strong>ve.<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
594<br />
198
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 6<br />
6.3.1 Ključni problemi lokacijskih a<strong>na</strong>liz / 6<br />
Komponenta<br />
<strong>na</strong>mestitev <strong>na</strong>jbližjega<br />
objekta/splošno<br />
povpraševanje<br />
(ang. nearest facility/<br />
general demand<br />
allocation)<br />
hierarhičen/<br />
enostopenjski<br />
(ang. hierarchical/s<strong>in</strong>gle<br />
level)<br />
<strong>za</strong>želen/ne<strong>za</strong>želen<br />
(ang.<br />
desirable/undesirable)<br />
Opis<br />
V splošnem odgovorimo <strong>na</strong> povpraševanje z oskrbo iz prvega<br />
<strong>na</strong>jbližjega objekta. Bolj kompleksni modeli pa lahko upoštevajo<br />
(di<strong>na</strong>mično) delitev oskrbe lokacij med iz več objektov; <strong>na</strong> primer,<br />
trgovi<strong>na</strong> <strong>na</strong> drobno oskrbujemo iz več različnih skladišč, bolnike lahko<br />
<strong>na</strong>potimo v več različnih bolnišnic (odvisno od količ<strong>in</strong>e <strong>in</strong> vrste<br />
povpraševanja).<br />
Nekateri problemi lokacijskih a<strong>na</strong>liz so hierarhični problemi - kar<br />
pomeni, da jih rešujemo hierarhično: številne proizvode ali storitve<br />
<strong>za</strong>gotavljamo hierarhično (<strong>na</strong> primer iz državne preko regio<strong>na</strong>lne do<br />
lokalne ravni oziroma do posameznih objektov); lahko pa tudi<br />
obratno, iz lokalne ravni <strong>na</strong>vzgor. V hierarhičnih problemih <strong>na</strong>mestimo<br />
objekte <strong>na</strong>jprej <strong>na</strong> eni stopnji (<strong>na</strong>jvišji ali <strong>na</strong>jnižji), kar je pogoj <strong>za</strong><br />
<strong>na</strong>meščanje objektov <strong>na</strong> <strong>na</strong>slednji stopnji (<strong>na</strong> primer, <strong>na</strong>mestitev<br />
bolnišnic s posebnimi oddelki je pogoje<strong>na</strong> z <strong>za</strong>dostnim <strong>za</strong>ledjem<br />
tovrstnih bolnikov).<br />
V več<strong>in</strong>i lokacijskih a<strong>na</strong>liz <strong>na</strong>meščamo „želene“ objekte glede <strong>na</strong><br />
predhodno izbrane kriterije razdalje, stroškov, časa itd. Namestitev<br />
določenih objektov pa poteka z <strong>na</strong>sprotujočimi cilji; <strong>na</strong> primer:<br />
odlagališča odpadkov, sežigalnice, jedrske elektrarne ... Namestitev<br />
tovrstnih objektov je kompleksen problem, ki ga moramo v postopkih<br />
lokacijskih a<strong>na</strong>liz upoštevati v sklopu <strong>na</strong>sprotujočih se ciljev.<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
595<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 7<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p<br />
• V splošnem rešujemo problem <strong>na</strong>mestitve p oskrbnih<br />
objektov <strong>za</strong> uteženo povpraševanje <strong>na</strong> n lokacijah (n>p) ob<br />
pogoju, da je vsota <strong>na</strong>jkrajših s povpraševanjem uteženih<br />
razdalj (med n <strong>stran</strong>kami <strong>in</strong> p objekti) <strong>na</strong>jmanjša.<br />
• V primeru, da je p=1, so lokacije povpraševanja fiksne;<br />
lokacijo <strong>na</strong>mestitve enega objekta <strong>na</strong>jdemo v median<strong>in</strong>em<br />
središču (M6).<br />
• Median<strong>in</strong>o središče (M6) je središče, ki m<strong>in</strong>imizira vsoto (uteženih)<br />
razdalj do vseh obrav<strong>na</strong>vanih točk v skup<strong>in</strong>i.<br />
• Razumemo ga tudi kot središče m<strong>in</strong>imalnega skupnega potovanja<br />
(ang. M<strong>in</strong>imum Aggregate Travel - MAT).<br />
n<br />
n<br />
n<br />
n<br />
• Iterativ<strong>na</strong> formula:<br />
M 6x<br />
k<br />
<br />
1<br />
wi<br />
xi<br />
/ di, k wi<br />
/ di,<br />
k M 6y<br />
k<br />
<br />
1<br />
wi<br />
yi<br />
/ di, k wi<br />
/ di,<br />
k<br />
i1<br />
i1<br />
i1<br />
i1<br />
kjer je d i,k razdalja med i-to točko <strong>in</strong> k-to ocenjeno optimalno lokacijo<br />
(pomemb<strong>na</strong> izbira razdalje, da se izognemo situaciji /0!), w i pa utež<br />
povpraševanja <strong>na</strong> lokaciji i. Običajno <strong>za</strong>čnemo z izračunom povprečnega<br />
središča M1(x 0,y 0) <strong>in</strong> <strong>na</strong>daljujemo s k=0,1...<br />
596<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 9<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p / 2<br />
• V primeru, da obrav<strong>na</strong>vamo <strong>na</strong>mestitev več objektov,<br />
p>1, pa moramo uporabiti bolj posebne metode (<strong>na</strong><br />
primer hevristične metode).<br />
• V primeru, da so lokacije povpraševanja opredeljene v<br />
vozliščih mreže ter da se kontakti izvajajo samo preko<br />
pove<strong>za</strong>v v mreži, potem lahko objekte <strong>na</strong>mestimo samo v<br />
vozliščih.<br />
597<br />
199
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 10<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p / 3<br />
• Median<strong>in</strong> problem p – Cooperjeva hevristika<br />
(ravn<strong>in</strong>ski problem):<br />
1. Znotraj očrtanega pravokotnika (ang. m<strong>in</strong>imum bounded<br />
rectangle - MBR) ali konveksne ovojnice množice točk V<br />
<strong>na</strong>ključno izberi p točk (kot izhodiščne lokacije <strong>za</strong> mediani<strong>na</strong><br />
središča).<br />
2. Alociraj (<strong>na</strong>mesti) vsako točko množice V njenemu<br />
(evklidskemu) <strong>na</strong>jbližjemu median<strong>in</strong>emu središču. To razdeli<br />
množico V v p podmnožic, V p .<br />
3. Za vsako od p podmnožic množice V izraču<strong>na</strong>j median<strong>in</strong>o<br />
središče (MAT) po standardni iterativni formuli.<br />
4. Po<strong>na</strong>vljaj korake 2 <strong>in</strong> 3 dokler vrednost ciljne funkcije ne pade<br />
pod predpisano/izbrano stopnjo tolerance.<br />
• Po želji, ponovi postopek od koraka 1.<br />
598<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 11<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p / 4<br />
Median<strong>in</strong> problem p:<br />
Primer <strong>na</strong>mestitve enega <strong>in</strong> dveh<br />
objektov v ravn<strong>in</strong>i<br />
A: lokacije<br />
povpraševanja<br />
B: <strong>na</strong>mestitev enega<br />
objekta ponudbe<br />
C: <strong>na</strong>mestitev dveh<br />
objektov ponudbe<br />
599<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 12<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p / 5<br />
Median<strong>in</strong> problem p:<br />
Primer <strong>na</strong>mestitve enega objekta v ravn<strong>in</strong>i<br />
glede <strong>na</strong> uteženo povpraševanje<br />
A: Lokacije uteženega<br />
povpraševanja<br />
B: <strong>na</strong>mestitev enega<br />
objekta ponudbe<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
600<br />
200
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 13<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p / 6<br />
• Median<strong>in</strong> problem p – T&B hevristika<br />
(mrežni problem):<br />
• Naj bo V množica m kandidatov vozlišč: potem:<br />
1. iz V <strong>na</strong>ključno izberi p vozlišč <strong>in</strong> imenuj to množico Q;<br />
2. <strong>za</strong> vsako vozlišče i v Q <strong>in</strong> j, ki ni v Q (je v množici V, toda ne v<br />
Q), <strong>za</strong>menjaj i <strong>in</strong> j ter preveri ali se vrednost ciljne funkcije<br />
izboljša; v primeru, da se vrednost ciljne funkcije izboljša,<br />
obdrži rešitev kot novo množico Q;<br />
3. po<strong>na</strong>vljaj korak 2, dokler rezultata ni več mogoče izboljšati;<br />
• Po želji, ponovi postopek od koraka 1.<br />
601<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 14<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p / 7<br />
• Median<strong>in</strong> problem p – ostale hevristike<br />
(mrežni problemi):<br />
• Ostale tovrstne rešitve običajno <strong>za</strong>čnejo postopek reševanja z<br />
algoritmov T&B hevristike, <strong>na</strong>to pa a<strong>na</strong>lizirajo potencialno bolj<br />
<strong>za</strong>nimive lokacije:<br />
• algoritem „Greedy add“ (zelo hiter),<br />
• algoritem „Candidate list search“ (CLS) (zelo hiter),<br />
• algoritem „Variable neighbourhood search“ (VNS) (hiter),<br />
• Lagrangeva metoda (počas<strong>na</strong>, toda daje spodnjo <strong>in</strong> zgornjo<br />
mejo optimalnega rezultata)<br />
602<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 15<br />
6.3.2 Median<strong>in</strong>i problemi p / 8<br />
Primer animacije median<strong>in</strong>ega<br />
problema p po Lagrangeovi metodi<br />
http://www.hyuan.com/java/Spots.html<br />
Vključno z razlago metode!<br />
603<br />
201
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 16<br />
6.3.3 Središčni problemi p<br />
• V splošnem rešujemo problem <strong>na</strong>mestitve p oskrbnih<br />
objektov <strong>za</strong> uteženo povpraševanje <strong>na</strong> n lokacijah (n>p)<br />
ob pogoju, da je <strong>na</strong>jdaljša uteže<strong>na</strong> razdalja, ki jo prepotuje<br />
<strong>stran</strong>ka, <strong>na</strong>jkrajša.<br />
• S pomočjo središčnih pristopov <strong>na</strong>meščanja p objektov<br />
oskrbimo vse <strong>stran</strong>ke znotraj izbranih/predpisanih<br />
razdalj/časa/stroškov.<br />
• Najdaljši čas potovanja običajno izraču<strong>na</strong>mo iz mreže.<br />
• V primeru, da je razdalj/čas/strošek predpisan/izbran,<br />
potem število objektov p postane spremenljivka.<br />
604<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 17<br />
6.3.3 Središčni problemi p / 2<br />
Središčni problem p:<br />
Primer <strong>na</strong>mestitve enega <strong>in</strong> dveh<br />
objektov v ravn<strong>in</strong>i<br />
Legenda:<br />
mediani<strong>na</strong> rešitev p<br />
središč<strong>na</strong> rešitev p<br />
A: lokacije<br />
povpraševanja<br />
B: <strong>na</strong>mestitev enega<br />
objekta ponudbe<br />
C: <strong>na</strong>mestitev dveh<br />
objektov ponudbe<br />
605<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 18<br />
6.3.3 Središčni problemi p / 3<br />
Median<strong>in</strong> problem p:<br />
Primer <strong>na</strong>mestitve enega objekta v<br />
ravn<strong>in</strong>i glede <strong>na</strong> uteženo povpraševanje<br />
A: Lokacije uteženega<br />
povpraševanja<br />
B: <strong>na</strong>mestitev enega<br />
objekta ponudbe<br />
Legenda:<br />
mediani<strong>na</strong> rešitev p<br />
središč<strong>na</strong> rešitev p<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
606<br />
202
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 19<br />
6.3.4 Storitve<strong>na</strong> območja<br />
• Po opredelitvi vozlišč s povpraševanjem k enemu<br />
izmed vozlišč z <strong>na</strong>meščenim objektom ponudbe, lahko<br />
izdelamo storitveno območje <strong>na</strong>meščenega objekta<br />
(ponudbe).<br />
• Storitveno območje opredelimo:<br />
• v ravn<strong>in</strong>i,<br />
• <strong>na</strong> mreži.<br />
607<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 20<br />
6.3.4 Storitve<strong>na</strong> območja / 2<br />
Storitveno območje median<strong>in</strong>ega problem p:<br />
p=5, mrežni problem, rešitev CLS<br />
Tripolis, Grčija:<br />
• 1358 vozlišč (spremenljivka<br />
povpraševanja je<br />
opredelje<strong>na</strong> v vozlišču);<br />
• 2256 robov;<br />
• 5 objektov <strong>na</strong>meščenih po<br />
median<strong>in</strong>i rešitvi p;<br />
• barve prikazujejo storitve<strong>na</strong><br />
območja glede <strong>na</strong><br />
povpraševanje<br />
• temnejše l<strong>in</strong>ije oz<strong>na</strong>čujejo<br />
predlagane optimalne poti<br />
do lokacij povpraševanja.<br />
Opomba: Vsi objekti so<br />
<strong>na</strong>meščeni skoraj v sred<strong>in</strong>i<br />
storitvenih območij.<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
608<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 21<br />
6.3.4 Storitve<strong>na</strong> območja / 3<br />
Storitveno območje središčnega problema p:<br />
p=5, mrežni problem, rešitev CLS<br />
Tripolis, Grčija:<br />
• 1358 vozlišč (spremenljivka<br />
povpraševanja je<br />
opredelje<strong>na</strong> v vozlišču);<br />
• 2256 robov;<br />
• 5 objektov <strong>na</strong>meščenih po<br />
središčni rešitvi p;<br />
• barve prikazujejo storitve<strong>na</strong><br />
območja glede <strong>na</strong><br />
povpraševanje<br />
• temnejše l<strong>in</strong>ije oz<strong>na</strong>čujejo<br />
predlagane optimalne poti<br />
do lokacij povpraševanja.<br />
Opomba: Širša <strong>na</strong>mestitev<br />
objektov kot v primeru<br />
median<strong>in</strong>e rešitve p.<br />
Storitveno območje<br />
median<strong>in</strong>ega problema p<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
609<br />
203
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.3 Lokacijske a<strong>na</strong>lize / 22<br />
6.3.4 Storitve<strong>na</strong> območja / 4<br />
Storitveno območje:<br />
p=3, mrežni problem, mrežne razdalje<br />
A. Lokacije reševalnih postaj B. Storitve<strong>na</strong> območja<br />
(razdalje po mreži)<br />
610<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
6.4 Usmerjanje pove<strong>za</strong>v<br />
• Usmerjanje pove<strong>za</strong>v je skupen izraz <strong>za</strong> probleme <strong>na</strong><br />
grafih, kjer je potrebno poiskati takšno pot, da<br />
prečkamo vse pove<strong>za</strong>ve (robove) znotraj storitvenega<br />
območja.<br />
• Gre torej <strong>za</strong> posebno skup<strong>in</strong>o problemov usmerjanja vozil.<br />
• problemi usmerjanja pove<strong>za</strong>v (ang. arc rout<strong>in</strong>g) ≡<br />
≡ problemi prečkanja mreže (ang. network traversal problems)<br />
• Problem: obiskati (<strong>na</strong>tanko enkrat, če je mogoče) vse<br />
pove<strong>za</strong>ve v mreži.<br />
611<br />
6.4 Usmerjanje pove<strong>za</strong>v / 2<br />
• Primeri aplikacij prečkanja mreže:<br />
• zbiranje odpadkov,<br />
• pluženje snega,<br />
• dostava reklamnih sporočil,<br />
• odčitavanje (električnih, vodovodnih, pl<strong>in</strong>skih ...) števcev,<br />
• ...<br />
• Različice aplikacij:<br />
• prečkanje delov mreže (določene dele mreže lahko spustimo),<br />
• vključitev spremenljivk kot so stroški/omejitve <strong>na</strong> pove<strong>za</strong>vi,<br />
• vključitev spremenljivke kapacitete vozil,<br />
• opredelitev prednostnih pove<strong>za</strong>v,<br />
• ...<br />
612<br />
204
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
6.4 Usmerjanje pove<strong>za</strong>v / 3<br />
• Sploš<strong>na</strong> opredelitev problema usmerjanja<br />
pove<strong>za</strong>v (brez omejitev kapacitet):<br />
• Naj bo E množica robov (ang. edges) <strong>in</strong> V množica vozlišč (ang.<br />
vertices) grafa G(E,V).<br />
• Z (i,j) oz<strong>na</strong>čimo rob iz vozlišča i v vozlišče j dolž<strong>in</strong>e d(i,j).<br />
• Cilj<strong>na</strong> funkcija je:<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
<br />
m<strong>in</strong> d ij u ij , ob pogojih<br />
( , ) <br />
i j E<br />
( i,<br />
<br />
<br />
u ij u ji<br />
j)<br />
E<br />
( j,<br />
i)<br />
E<br />
u ij 1 (<br />
i,<br />
j)<br />
E<br />
kjer u ij oz<strong>na</strong>čuje pogostost prečkanja pove<strong>za</strong>ve (i,j); pri <strong>na</strong>stavitvi<br />
problema je u ij =1.<br />
613<br />
6.4 Usmerjanje pove<strong>za</strong>v / 4<br />
• Reševanje problema usmerjanja pove<strong>za</strong>v (brez<br />
omejitev kapacitet) – v dveh stopnjah:<br />
1. Preveri vozlišča, ali izpolnjujejo pogoj <strong>za</strong> Eulerjev krog (ali je<br />
število vstopnih pove<strong>za</strong>v e<strong>na</strong>ko številu izstopnih pove<strong>za</strong>v).<br />
a) V primeru, da mreža ni usmerje<strong>na</strong>, preveri, če je stopnja<br />
vsakega vozlišča parno število. Če to drži, <strong>na</strong>daljuj <strong>na</strong><br />
koraku 2.<br />
b) Vozliščem, katerih stopnja ni parno število, sistematično<br />
dodaj (usmerjen) rob, dokler pogoj (a) ni izpolnjen.<br />
2. Reši ECP (problem Eulerjevega kroga).<br />
• Uporabimo lahko različne pristope (algoritme): Fleuryjev<br />
algoritem (1885), Hierholzer (1873) algoritem ...<br />
• Rešitev Eulerjevega kroga ni enolič<strong>na</strong>: v vsakem grafu<br />
imamo O(k n ) Eulerjevih krogov, kjer je n število vozlišč <strong>in</strong><br />
k=K-1, kjer je K m<strong>in</strong>imalno število prostostnih stopenj<br />
vozlišč v množici V.<br />
614<br />
6.4 Usmerjanje pove<strong>za</strong>v / 5<br />
Usmerjanje pove<strong>za</strong>v:<br />
Primer rešitve prečkanja mreže pri pluženju<br />
A. Lokacije skladišč plužne opreme B. Plan prečkanja mreže (območje 7310)<br />
615<br />
(Vir: Smith <strong>in</strong> sod. 2010c)<br />
205
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Literatura<br />
• Ansel<strong>in</strong> L. 2002: Under the hood: Issues <strong>in</strong> the specification and<br />
<strong>in</strong>terpretation of spatial regression models. Agricultural Economics,<br />
17(3), 247-67.<br />
• Cressie N. A. C. 1993: Statistics for spatial data. Revised edition.<br />
John Wiley, New York.<br />
• Dantzig G. B. 1960: On the shortest route through a network.<br />
Ma<strong>na</strong>gement Science, 6, 187-90.<br />
• Dijkstra E. W. 1959: A note on two problems <strong>in</strong> connexion with<br />
graphs. Numerische Mathematik, 1, 269-71.<br />
• Dorl<strong>in</strong>g D. 1996: Area cartograms: Their use and creation. Concepts<br />
and Techniques <strong>in</strong> Modern Geography (CATMOG), 59, Geo Abstracts<br />
Ltd, Norwich, UK http://www.qmrg.org.uk/?page_id=141<br />
• Dougenik J. A., Chrisman N. R., Niemeyer D. R. 1985: An algorithm<br />
to construct cont<strong>in</strong>ous area cartograms, Professio<strong>na</strong>l Geographer, 37<br />
(1), 75-81.<br />
616<br />
Literatura / 2<br />
• Draper G., V<strong>in</strong>cent T., Kroll M. E., Swanson J. 2005: Childhood<br />
cancer <strong>in</strong> relation to distance from high voltage power l<strong>in</strong>es <strong>in</strong><br />
England and Wales: a case-control study. British Medical J., 330(4):<br />
1-5.<br />
• Eastman J. R. 2006a: Idrisi Andes: Guide to GIS and Image<br />
Pocess<strong>in</strong>g, Clark Labs, Clark University, Worcester, USA.<br />
• Eastman J. R. 2006b: Idrisi Andes: Tutorial, Clark Labs, Clark<br />
University, Worcester, USA.<br />
• ESRI 1996: Automation of map generali<strong>za</strong>tion – the cutt<strong>in</strong>g edge<br />
technology. Esri, Redlands, CA, USA<br />
http://downloads.esri.com/support/whitepapers/ao_/mapgen.pdf<br />
• Ferligoj A. 1989: Razvrščanje v skup<strong>in</strong>e, Zbirka Metodološki zvezki<br />
št. 4, Raziskovalni <strong>in</strong>štitut, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> sociologijo, politične vede <strong>in</strong><br />
novi<strong>na</strong>rstvo, Ljublja<strong>na</strong>.<br />
617<br />
Literatura / 3<br />
• Gabriel K. R., Sokal R. R. 1969: A new statistical approach to<br />
geographic variation a<strong>na</strong>lysis. Systematic Zoology, 18, 259-78.<br />
• Harvey D. 1969: Expla<strong>na</strong>tion <strong>in</strong> geography. E Arnold, London.<br />
• Kvamme K., Oštir-Sedej K., Stančič Z., Šumrada, R. 1997:<br />
Geografski <strong>in</strong>formacijski sistemi, ZRC-SAZU, Ljublja<strong>na</strong>.<br />
• Longley P. A., Goodchild M. F., Maguire D. J., Rh<strong>in</strong>d D. W. 2005:<br />
Geographic <strong>in</strong>formation systems: Pr<strong>in</strong>ciples, techniques,<br />
ma<strong>na</strong>gement and applications. Abridged edition, J. Wiley, Hoboken.<br />
• Mackay R. J., Oldford R. W. 2002: Scientific method, statistical<br />
method, and the speed of light. Work<strong>in</strong>g Paper 2000-02,<br />
Department of Statistics and Actuarial Science, University of<br />
Waterloo, Ontario, Ca<strong>na</strong>da.<br />
• Mitchel A. 2005: The ESRI guide to GIS a<strong>na</strong>lysis, Volume 2: Spatial<br />
measurements and statistics. ESRI Press, Redlands, CA, USA.<br />
618<br />
206
- Samo Drobne (2012): Metode prostorskih a<strong>na</strong>liz v GIS, <strong>Univer<strong>za</strong></strong> v <strong>Ljubljani</strong>, <strong>Fakulteta</strong> <strong>za</strong> <strong>gradbeništvo</strong> <strong>in</strong> geodezijo, Ljublja<strong>na</strong> -<br />
Literatura / 4<br />
• Openshaw, S. 1984: The Modifiable Areal Unit Problem. Norwich:<br />
Geo Books.<br />
• Okabe A., Satoh T., Sugihara K. 2009: A kernel density estimation<br />
method for networks, its computatio<strong>na</strong>l method and a GIS-based<br />
tool. Int. J. of Geographical Information Science, 23(1), 7-32.<br />
• Oštir K. 2006: Dalj<strong>in</strong>sko <strong>za</strong>z<strong>na</strong>vanje, ZRC SAZU, Ljublja<strong>na</strong>.<br />
• de Smith M. J., M. F. Goodchild <strong>in</strong> P. A. Longley 2010a: Geospatial<br />
A<strong>na</strong>lysis, A Comprehensive Guide to Pr<strong>in</strong>ciples, Techniques and<br />
Software Tools, Spl<strong>in</strong>t, Spatial Literacy IN Teach<strong>in</strong>gLeicester, Velika<br />
Britanija.<br />
• de Smith M. J., M. F. Goodchild <strong>in</strong> P. A. Longley 2010b: Geospatial<br />
A<strong>na</strong>lysis - Web Version<br />
http://www.spatiala<strong>na</strong>lysisonl<strong>in</strong>e.com/output/<br />
• de Smith M. J., M. F. Goodchild <strong>in</strong> P. A. Longley 2010c: Geospatial<br />
A<strong>na</strong>lysis – A Powerpo<strong>in</strong>t presentations<br />
http://www.spatiala<strong>na</strong>lysisonl<strong>in</strong>e.com/resources.html<br />
619<br />
Literatura / 5<br />
• Tobler W. <strong>in</strong> W<strong>in</strong>eberg S. 1971: A Cappadocian speculation. Nature,<br />
231(5297), 39-42.<br />
• Toml<strong>in</strong> C. Da<strong>na</strong> 1990: Geographic Information systems and<br />
cartographic model<strong>in</strong>g. Prentice-Hall, New Jersey.<br />
• Wikipedia 2010: The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/ .<br />
• Wikipedija 2010: Prosta enciklopedija, http://sl.wikipedia.org/ .<br />
• Womble W. H. 1951: Differential systematics. Science, 114, 315-22.<br />
620<br />
207