Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Modelowanie geoinformacji i projektowanie baz danych przestrzennych
Course of study:
2012/2013
Code:
DGK-2-108-GM-s
Faculty of:
Mining Surveying and Environmental Engineering
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Geomatics
Field of study:
Geodesy and Cartography
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż, prof. AGH Cichociński Piotr (piotr.cichocinski@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Dębińska Ewa (ewa.debinska@agh.edu.pl)
dr hab. inż, prof. AGH Cichociński Piotr (piotr.cichocinski@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny GK2A_K01 Execution of laboratory classes
Skills
M_U001 Ma umiejętność samokształcenia się w zakresie modelowania geoinformacji i projektowania baz danych przestrzennych GK2A_U04 Activity during classes,
Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
M_U002 Potrafi zbudować numeryczny model terenu i na tej podstawie dokonać analiz związanych z ukształtowaniem powierzchni GK2A_U16, GK2A_U09, GK2A_U08, GK2A_U01, GK2A_U17, GK2A_U05, GK2A_U11 Test,
Execution of laboratory classes
M_U003 Potrafi zbudować model sieci drogowej i na tej podstawie dokonać analiz i optymalizacji ruchu pojazdów GK2A_U16, GK2A_U09, GK2A_U08, GK2A_U01, GK2A_U17, GK2A_U05, GK2A_U11 Test,
Execution of laboratory classes
M_U004 Potrafi określić lokalizację obiektów, zdarzeń i zjawisk na podstawie informacji adresowej GK2A_U09, GK2A_U01 Test,
Execution of laboratory classes
M_U005 Potrafi dokonać modelowania pojęciowego wybranego fragmentu rzeczywistości, zapisać schemat pojęciowy w wybranym języku formalnym i automatycznie wygenerować na tej podstawie strukturę bazy danych przestrzennych GK2A_U07, GK2A_U09, GK2A_U02 Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
M_U006 Potrafi ocenić przydatność i możliwości wykorzystania nowych technik i technologii w zakresie modelowania geoinformacji i projektowania baz danych przestrzennych GK2A_U12 Execution of laboratory classes,
Participation in a discussion
M_U007 Potrafi zbudować model analizy i zapisać go w języku formalnym GK2A_U07, GK2A_U18, GK2A_U02 Test,
Execution of laboratory classes
M_U008 Potrafi wprowadzać do bazy danych przestrzennych informacje o położeniu i cechach nieprzestrzennych obiektów, zdarzeń i zjawisk GK2A_U01, GK2A_U18 Test,
Execution of laboratory classes
M_U009 Potrafi przygotować kompozycję mapową oraz wizualiazcję trójwymiarową prezentującą utworzone modele wybranych fragmentów rzeczywistości lub wyniki przeprowadzonych analiz GK2A_U19 Test,
Execution of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Ma podstawową wiedzę o najnowszych osiągnięciach i trendach rozwojowych w zakresie modelowania geoinformacji i projektowania baz danych przestrzennych GK2A_W02 Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W002 Ma podbudowaną teoretycznie, szczegółową wiedzę w zakresie projektowania, realizacji i eksploatacji baz danych przestrzennych GK2A_W03 Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W003 Zna podstawowe metody, techniki, narzędzia stosowane przy modelowaniu geoinformacji i projektowaniu baz danych przestrzennych GK2A_W05 Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W004 Posiada poszerzoną wiedzę z zakresu analizowania, modelowania i wizualizowania danych przestrzennych (w tym 3D) GK2A_W06 Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
M_W005 Zna normy i standardy w zakresie systemów informacji geograficznej GK2A_W08 Examination,
Test,
Execution of laboratory classes
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Ma umiejętność samokształcenia się w zakresie modelowania geoinformacji i projektowania baz danych przestrzennych - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi zbudować numeryczny model terenu i na tej podstawie dokonać analiz związanych z ukształtowaniem powierzchni - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi zbudować model sieci drogowej i na tej podstawie dokonać analiz i optymalizacji ruchu pojazdów - - + - - - - - - - -
M_U004 Potrafi określić lokalizację obiektów, zdarzeń i zjawisk na podstawie informacji adresowej - - + - - - - - - - -
M_U005 Potrafi dokonać modelowania pojęciowego wybranego fragmentu rzeczywistości, zapisać schemat pojęciowy w wybranym języku formalnym i automatycznie wygenerować na tej podstawie strukturę bazy danych przestrzennych - - + - - - - - - - -
M_U006 Potrafi ocenić przydatność i możliwości wykorzystania nowych technik i technologii w zakresie modelowania geoinformacji i projektowania baz danych przestrzennych - - + - - - - - - - -
M_U007 Potrafi zbudować model analizy i zapisać go w języku formalnym - - + - - - - - - - -
M_U008 Potrafi wprowadzać do bazy danych przestrzennych informacje o położeniu i cechach nieprzestrzennych obiektów, zdarzeń i zjawisk - - + - - - - - - - -
M_U009 Potrafi przygotować kompozycję mapową oraz wizualiazcję trójwymiarową prezentującą utworzone modele wybranych fragmentów rzeczywistości lub wyniki przeprowadzonych analiz - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Ma podstawową wiedzę o najnowszych osiągnięciach i trendach rozwojowych w zakresie modelowania geoinformacji i projektowania baz danych przestrzennych + - + - - - - - - - -
M_W002 Ma podbudowaną teoretycznie, szczegółową wiedzę w zakresie projektowania, realizacji i eksploatacji baz danych przestrzennych + - + - - - - - - - -
M_W003 Zna podstawowe metody, techniki, narzędzia stosowane przy modelowaniu geoinformacji i projektowaniu baz danych przestrzennych + - + - - - - - - - -
M_W004 Posiada poszerzoną wiedzę z zakresu analizowania, modelowania i wizualizowania danych przestrzennych (w tym 3D) + - + - - - - - - - -
M_W005 Zna normy i standardy w zakresie systemów informacji geograficznej + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Odniesienia przestrzenne za pomocą współrzędnych (ISO 19111)

    System odniesienia, układ odniesienia (datum), elipsoida, układ współrzędnych. Działania na współrzędnych: konwersja, transformacja.

  2. Geokodowanie

    Definicja geokodowania, dostępne style adresowe, budowa lokatora adresów, tabela aliasów, proces geokodowania, charakterystyka ewentualnych błędów i możliwości ich poprawy.

  3. Model tworzenia norm (ISO 19101)

    Zakres normalizacji: semantyka i struktura informacji geograficznej, usługi przetwarzania danych. Składowe modelu normalizacji. Modelowanie pojęciowe: model pojęciowy, język schematu pojęciowego, schemat pojęciowy. Cele modelowania pojęciowego. Reguły modelowania pojęciowego. Model dziedziny. Ujednolicony język modelowania. Zbiór danych. Schemat aplikacyjny. Ogólny model obiektu (GFM).

  4. Wolne oprogramowanie GIS

    Idea wolnego oprogramowania i otwartych danych. Przegląd wybranych programów należących do grupy wolnego oprogramowania. Analiza funkcjonalności i porównanie z zaawansowanymi komercyjnymi systemami GIS.

  5. Wizualizacja danych trójwymiarowych i zmiennych w czasie

    Metody wizualizacji danych trójwymiarowych: warstwice, hipsometria, cieniowanie, nakładanie obrazów rastrowych i danych wektorowych, wyniesienie obiektów poprzez nadanie im wysokości, obrazy stereoskopowe. Wizualizacja danych z użyciem symboli 3D. Animacje.

  6. Wybrany system zarządzania bazą danych przestrzennych

    Cechy charakterystyczne. Interfejs użytkownika. Standardowe tabele: geometry_columns, spatial_ref_sys. Tworzenie tabel. Dodawanie kolumn geometrycznych: typy geometryczne, wymiary przestrzeni. Kreator zapytań. Wprowadzanie i import danych. Zapytania nieprzestrzenne i przestrzenne: funkcje, operatory i relacje przestrzenne. Wizualizacja danych. Analizy sieciowe w środowisku baz danych przestrzennych.

  7. Model dziedzinowy gospodarowania nieruchomościami (LADM)

    Abstrakcyjny model pojęciowy z czterema pakietami: osoby, prawa własności, jednostki przestrzenne (działki, budynki i sieci uzbrojenia terenu), źródła danych przestrzennych i reprezentacje przestrzenne (geometria i topologia). Terminologia dla gospodarowania nieruchomościami. Przykłady na poziomie instancji. Profile narodowe i regionalne. Typy jednostek przestrzennych. Powiązania z INSPIRE i LPIS.

  8. Automatyzacja procesów przetwarzania danych przestrzennych

    Wielokrotne powtarzanie czynności, tworzenie własnych narzędzi (modele, skrypty). Podstawy języka programowania Python. Przykłady prostych skryptów.

  9. Normalizacja w zakresie informacji geograficznej

    Przedmiot normalizacji. Zalety normalizacji. Istotne organizacje normalizacyjne: ISO TC211, CEN TC287, PKN KT297. Zapotrzebowanie na normy europejskie: INSPIRE, ESDI. Przegląd ustanowionych Polskich Norm i istotnych projektów norm międzynarodowych.

  10. Schemat przestrzenny (ISO 19107)

    Schematy pojęciowe służące do opisu charakterystyk przestrzennych obiektów geograficznych i zbiór operacji przestrzennych spójnych z tymi schematami. Poziomy złożoności danych, poziomy ilości wymiarów, poziomy złożoności funkcjonalnej. Profil bazowy schematu przestrzennego. Typy danych. Bazowy pakiet geometrii, pakiet prostych elementów geometrycznych, pakiet geometrii współrzędnych, pakiet agregatów geometrycznych, pakiet złożonych elementów geometrycznych.

  11. Reguły schematów aplikacyjnych (ISO 19109)

    Modelowanie pojęciowe obiektów geograficznych i ich właściwości dla danej dziedziny problemu. Definicja schematów aplikacyjnych. Użycie języka schematu pojęciowego w schematach aplikacyjnych. Przejście od pojęć w modelu pojęciowym do typów danych w schemacie aplikacyjnym. Integracja schematów standardowych z innych norm ISO serii 19100 ze schematem aplikacyjnym. Definicja typu obiektów. Atrybuty typów obiektów. Zależności między typami obiektów. Zachowanie typów obiektów. Ograniczenia. Proces modelowania aplikacji.

  12. Środki dostępu do obiektów prostych (ISO 19125)

    Definicja profilu (podzbioru) obiektów ze schematu przestrzennego normy ISO 19107 – geometria 2D i liniowa interpolacja pomiędzy wierzchołkami. Metody: podstawowe, testowanie związków przestrzennych, analizy przestrzenne.
    Określenie sposobu przechowywanie, wyszukiwanie, zapytanie i aktualizacja kolekcji prostych obiektów geograficznych z poziomu języka SQL. Podanie: nazw i definicji typów geometrycznych SQL, nazw, oznaczeń i definicji funkcji geometrycznych SQL. Proste obiekty geograficzne. Tablica obiektów. Implementacje kolumn geometrycznych. Hierarchia typów geometrycznych. Dodawanie/usuwanie kolumn geometrycznych. Dostęp do wartości geometrii. Funkcje, relacje przestrzenne, operatory przestrzenne.

  13. Projektowanie baz danych

    Klasyfikacja modeli danych: model hierarchiczny, model sieciowy, model relacyjny, model obiektowo – relacyjny, model obiektowy. Rozszerzenia modelu relacyjnego, w tym przez typy danych przestrzennych i duże obiekty binarne (BLOB). Elementy geometryczne według normy ISO 19125-1. Metody indeksowania przestrzennego. Etapy projektowania baz danych: modelowanie pojęciowe, modelowanie logiczne, fizyczna implementacja. Elementy języka UML niezbędne podczas projektowania baz danych.

  14. Modele i analizy 3D

    Interpolacja i analiza powierzchni 3D (dane wysokościowe, budowanie modeli powierzchni terenu: wektorowych (TIN) i rastrowych (powierzchnia topograficzna)). Metody interpolacji przestrzennej: deterministyczne (lokalne / globalne, dokładne (wierne) / niedokładne) oraz geostatystyczne (kriging). Etapy tworzenia modelu prognozy. Wizualizacja: warstwice, hipsometria, cieniowanie, nakładanie obrazów rastrowych i danych wektorowych, wyniesienie obiektów poprzez nadanie im wysokości, obrazy stereoskopowe, animacja. Analiza: warstwice, spadki, ekspozycje, cieniowanie, widoczność, pole powierzchni i objętość, ścieżka spływu, interpolacja punktów, linii i obszarów na powierzchni, przekroje.

  15. Modele danych sieciowych i analizy sieciowe

    Model łuk-węzeł. Dynamiczna segmentacja: trasa, miary, sekcje, wady tradycyjnego modelu, zalety dynamicznej segmentacji. Analizy: najlepsza droga, optymalna trasa (problem komiwojażera), najbliższy obiekt, alokacja, obszar obsługi, śledzenie, dostępność, macierz kosztu, rozwożenie towaru. Wskazówki. Niezbędne dane: opór (koszt ruchu i skrętu), zapotrzebowanie, maksymalny opór, punkty charakterystyczne, sposób opisu ulic jednokierunkowych i zakazów skrętu. Problem skrzyżowań wielopoziomowych. Łączność pomiedzy różnymi sieciami. Omówienie funkcjonalności rozszerzenia Network Analyst (analizy sieciowe) systemu ArcGIS.

Laboratory classes:
  1. Zastosowanie narzędzi CASE

    Modelowanie pojęciowe i fizyczne wybranego fragmentu przestrzeni geograficznej. Projekt bazy danych przestrzennych w notacji UML. Sprawdzenie poprawności zbudowanego modelu. Automatyczne generowanie struktury bazy danych przestrzennych na podstawie schematu UML.

  2. Projekt, realizacja i przykłady wykorzystania bazy danych przestrzennych

    Modelowanie pojęciowe i fizyczne wybranego fragmentu przestrzeni geograficznej. Tworzenie struktury bazy danych. Wprowadzanie danych do bazy. Zarządzanie bazą danych przestrzennych. Wykorzystanie języka SQL do formułowania zapytań przestrzennych i nieprzestrzennych.

  3. Budowanie i analizowanie modeli 3D

    Budowanie modelu TIN na podstawie zbioru punktów. Budowanie modeli 3D na podstawie warstwic. Badanie znaczenia linii szkieletowych. Porównanie metod interpolacji przestrzennej: ważonych odwrotnych odległości (IDW), wielomianów globalnych i lokalnych, radialnych funkcji bazowych (RBF), krigingu. Analizy 3D: warstwice, spadki, cieniowanie, widoczność z punktów i linii. Prezentacja wyników analiz.

  4. Automatyzacja procesów przetwarzania danych przestrzennych

    Tworzenie własnych narzędzi: dodanie skrzynki narzędziowej, dodanie, edycja, ustalenie parametrów i uruchomienie skryptu. Budowanie modelu analizy, ustalenie parametrów modelu, uruchomienie modelu z okna dialogowego.

  5. Modele danych sieciowych, analizy sieciowe i geokodowanie

    Przygotowanie zestawu danych sieciowych. Zbudowanie multimodalnego zestawu danych sieciowych. Znalezienie najkrótszej i najszybszej drogi pomiędzy obiektami. Usługa alokacji. Problem komiwojażera. Przykład planowania tras dla floty pojazdów. Przygotowanie zbioru danych odniesienia dla geokodowania. Tworzenie lokatora adresów. Przegląd wyników geokodowania i możliwości naprawy obiektów niezgeokodowanych.

  6. Wizualizacja danych trójwymiarowych

    Wypełnienie teksturą 2D i 3D obiektów powierzchniowych, wyniesienie obiektów poprzez nadanie im wysokości, symbole 3D dla obiektów liniowych, symbole 3D dla obiektów punktowych. Dwa sposoby tworzenia animacji dla przygotowanej wcześniej wizualizacji: poprzez interaktywne wskazanie ścieżki lotu oraz poprzez określenie ścieżki lotu na podstawie elementu liniowego. Utworzenie animacji warstwy czasowej, odtworzenie animacji, przegląd własności ramek i ścieżek czasowych, utworzenie animacji danych prezentowanych na wykresie.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 115 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Examination or Final test 2 h
Contact hours 1 h
Realization of independently performed tasks 37 h
Preparation for classes 15 h
Participation in laboratory classes 30 h
Participation in lectures 30 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa = średnia arytmetyczna ocen z laboratoriów i egzaminu

Prerequisites and additional requirements:

Podstawowa wiedza z zakresu systemów informacji geograficznej (GIS) i baz danych

Recommended literature and teaching resources:
  1. Bielecka E. Systemy informacji geograficznej. Teoria i zastosowania. Wydawnictwo PJWSTK, Warszawa 2006.
  2. Connolly T., Begg C. Systemy baz danych. Praktyczne metody projektowania, implementacji i zarządzania – tom 1. Wydawnictwo RM, Warszawa 2004.
  3. Longley P.A., Goodchild M.F., Maguire D.J., Rhin D.W. GIS. Teoria i praktyka. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006.
  4. Medyńska-Gulij B. Kartografia i geowizualizacja, Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa 2011.
  5. Perencsik A., Idolyantes E., Booth B., Andrade J. ArcGIS 9. Designing Geodatabases With Visio. ESRI Press, Redlands 2004.
  6. Perencsik A., Idolyantes E., Booth B., Andrade J. ArcGIS 9. Introduction to CASE Tools. ESRI Press, Redlands 2004.
  7. Ratajski L. Metodyka kartografii społeczno-gospodarczej. PPWK, Warszawa 1989.
  8. de Smith M.J., Goodchild M.F., Longley P.A. Geospatial Analysis – A Comprehensive Guide to Principles, Techniques and Software Tools 3rd edition, Web version. http://www.spatialanalysisonline.com/output/
  9. Tomlinson R. Rozważania o GIS. Planowanie Systemów Informacji Geograficznej dla menadżerów. ESRI Polska, Warszawa 2008.
  10. Zeiler M. Modeling Our World. The ESRI Guide to Geodatabase Design. ESRI Press, Redlands 1999.
Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None