Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Modelowanie informacji geograficznej o środowisku
Course of study:
2012/2013
Code:
DIS-2-227-SI-s
Faculty of:
Mining Surveying and Environmental Engineering
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Environmental Information Systems
Field of study:
Environmental Engineering
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Dębińska Ewa (ewa.debinska@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 pracować indywidualnie, właściwie ocenić czasochłonność zadania i zrealizować je w założonym terminie IS2A_K04 Execution of a project,
Execution of exercises
M_K002 rozumie potrzebę ciągłego aktualizowania i poszerzania wiedzy z zakresu systemów informacji geograficznej (GIS) IS2A_K01 Participation in a discussion
M_K003 ma świadomość odpowiedzialności za podejmowane decyzje IS2A_K02 Participation in a discussion
M_K004 potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny IS2A_K06 Execution of a project,
Execution of exercises
M_K005 zachowuje etyczną postawę przy wykonywaniu zadań projektowych IS2A_K05 Participation in a discussion
Skills
M_U001 potrafi pozyskiwać informacje przestrzenne z baz danych i innych źródeł oraz dokonywać ich interpretacji i krytycznej oceny, a także wyciągać na tej podstawie wnioski oraz formułować i wyczerpująco uzasadniać opinie IS2A_U01, IS2A_U12 Activity during classes,
Execution of exercises
M_U002 potrafi utworzyć poprawne topologicznie dane wektorowe, w tym celu umie zastosować odpowiednie do rodzaju danych reguły topologiczne oraz poprawić dane z wykrytymi błędami topologicznymi IS2A_U01, IS2A_U12 Test,
Execution of a project,
Execution of exercises
M_U003 potrafi zaprojektować bazę danych przestrzennych z wykorzystaniem narzędzi CASE, potrafi wykonać import/eksport danych przestrzennych IS2A_U01, IS2A_U12 Execution of a project,
Execution of exercises
M_U004 potrafi zbudować model 3D terenu lub rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, korzystajac z dostępnych danych i odpowiednio dobierając metodę interpolacji przestrzennej IS2A_U10, IS2A_U09, IS2A_U01, IS2A_U12, IS2A_U11 Execution of a project,
Execution of exercises
M_U005 potrafi, korzystając z dostępnych danych, zbudować zestaw danych sieciowych (w tym również multimodalny) oraz wyznaczyć z wykorzystaniem narzędzi GIS trasy najkrótszego i najszybszego przejazdu, potrafi wyznaczyć obszary alokacji oraz wykonać symulację przejazdów dla floty pojazdów. IS2A_U01, IS2A_U12 Test,
Execution of a project,
Execution of exercises
M_U006 potrafi wykonać - stosując nowoczesne metody i narzędzia - złożony projekt GIS, począwszy od pozyskania i przygotowania danych, poprzez wykonanie analiz pozwalających na ocenę stanu środowiska lub optymalizację decyzji środowiskowych do prezentacji wyników; potrafi, w oparciu o przeprowadzone analizy GIS, uzasadnić otrzymany wynik analiz IS2A_U22, IS2A_U21, IS2A_U10, IS2A_U01, IS2A_U14, IS2A_U12, IS2A_U11 Test,
Execution of a project,
Execution of exercises
M_U007 potrafi zidentyfikować, ocenić przydatność i ograniczenia oraz dokonać wyboru metod i narzędzi niezbędnych do rozwiązania złożonego projektu GIS IS2A_U15, IS2A_U20 Execution of a project
M_U008 potrafi opracować szczegółową dokumentację wyników zadania projektowego oraz omówić i uzasadnić uzyskane wyniki IS2A_U03 Execution of a project,
Execution of exercises
M_U009 potrafi przygotować i przedstawić prezentację na temat realizacji zadania projektowego IS2A_U04 Execution of a project
M_U010 potrafi pracować indywidualnie, właściwie ocenić czasochłonność zadania i zrealizować je w założonym terminie IS2A_U02 Execution of a project,
Execution of exercises
Knowledge
M_W001 ma podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat digitalizacji, w tym również algorytmów wektoryzacji automatycznej i kalibracji obrazów rastrowych; zna reguły topologiczne IS2A_W08 Test,
Execution of a project,
Execution of exercises
M_W002 ma wiedzę teoretyczną na temat baz danych (w tym przestrzennych) oraz metod projektowania poprawnie zdefiniowanych baz danych przestrzennych, a także obszarów ich zastosowań. Zna formaty plików przechowujących dane przestrzenne. IS2A_W08 Test,
Execution of a project,
Execution of exercises
M_W003 posiada podstawy teoretyczne dotyczące przygotowania danych wektorowych do analiz sieciowych IS2A_W08 Test,
Execution of a project,
Execution of exercises
M_W004 ma podstawową wiedzę dotyczącą tworzenia modeli 3D oraz algorytmów interpolacji przestrzennej IS2A_W08, IS2A_W11 Test,
Execution of a project,
Execution of exercises
M_W005 zna zastosowania zaawansowanych technik obliczeniowych do rozwiązywania złożonych zadań z zakresu inżynierii środowiska IS2A_W11 Test,
Execution of a project,
Execution of exercises
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 pracować indywidualnie, właściwie ocenić czasochłonność zadania i zrealizować je w założonym terminie - - - + - - - - - - -
M_K002 rozumie potrzebę ciągłego aktualizowania i poszerzania wiedzy z zakresu systemów informacji geograficznej (GIS) + - - - - - - - - - -
M_K003 ma świadomość odpowiedzialności za podejmowane decyzje + - - - - - - - - - -
M_K004 potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny - - - + - - - - - - -
M_K005 zachowuje etyczną postawę przy wykonywaniu zadań projektowych + - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 potrafi pozyskiwać informacje przestrzenne z baz danych i innych źródeł oraz dokonywać ich interpretacji i krytycznej oceny, a także wyciągać na tej podstawie wnioski oraz formułować i wyczerpująco uzasadniać opinie - - - + - - - - - - -
M_U002 potrafi utworzyć poprawne topologicznie dane wektorowe, w tym celu umie zastosować odpowiednie do rodzaju danych reguły topologiczne oraz poprawić dane z wykrytymi błędami topologicznymi - - - + - - - - - - -
M_U003 potrafi zaprojektować bazę danych przestrzennych z wykorzystaniem narzędzi CASE, potrafi wykonać import/eksport danych przestrzennych - - - + - - - - - - -
M_U004 potrafi zbudować model 3D terenu lub rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, korzystajac z dostępnych danych i odpowiednio dobierając metodę interpolacji przestrzennej - - - + - - - - - - -
M_U005 potrafi, korzystając z dostępnych danych, zbudować zestaw danych sieciowych (w tym również multimodalny) oraz wyznaczyć z wykorzystaniem narzędzi GIS trasy najkrótszego i najszybszego przejazdu, potrafi wyznaczyć obszary alokacji oraz wykonać symulację przejazdów dla floty pojazdów. - - - + - - - - - - -
M_U006 potrafi wykonać - stosując nowoczesne metody i narzędzia - złożony projekt GIS, począwszy od pozyskania i przygotowania danych, poprzez wykonanie analiz pozwalających na ocenę stanu środowiska lub optymalizację decyzji środowiskowych do prezentacji wyników; potrafi, w oparciu o przeprowadzone analizy GIS, uzasadnić otrzymany wynik analiz - - - + - - - - - - -
M_U007 potrafi zidentyfikować, ocenić przydatność i ograniczenia oraz dokonać wyboru metod i narzędzi niezbędnych do rozwiązania złożonego projektu GIS - - - + - - - - - - -
M_U008 potrafi opracować szczegółową dokumentację wyników zadania projektowego oraz omówić i uzasadnić uzyskane wyniki - - - + - - - - - - -
M_U009 potrafi przygotować i przedstawić prezentację na temat realizacji zadania projektowego - - - + - - - - - - -
M_U010 potrafi pracować indywidualnie, właściwie ocenić czasochłonność zadania i zrealizować je w założonym terminie - - - + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 ma podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat digitalizacji, w tym również algorytmów wektoryzacji automatycznej i kalibracji obrazów rastrowych; zna reguły topologiczne + - - - - - - - - - -
M_W002 ma wiedzę teoretyczną na temat baz danych (w tym przestrzennych) oraz metod projektowania poprawnie zdefiniowanych baz danych przestrzennych, a także obszarów ich zastosowań. Zna formaty plików przechowujących dane przestrzenne. + - - - - - - - - - -
M_W003 posiada podstawy teoretyczne dotyczące przygotowania danych wektorowych do analiz sieciowych + - - - - - - - - - -
M_W004 ma podstawową wiedzę dotyczącą tworzenia modeli 3D oraz algorytmów interpolacji przestrzennej + - - - - - - - - - -
M_W005 zna zastosowania zaawansowanych technik obliczeniowych do rozwiązywania złożonych zadań z zakresu inżynierii środowiska + - - + - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Metody pozyskiwania danych przestrzennych

    Digitalizacja ekranowa (wektoryzacja) ręczna, automatyczna i półautomatyczna. Porównanie wektoryzacji ręcznej obiektów powierzchniowych (poligonów) i linii. Przygotowanie obrazów rastrowych do wektoryzacji automatycznej. Algorytmy wektoryzacji automatycznej. Wpływ jakości obrazu rastrowego na wynik wektoryzacji automatycznej. Dobór właściwych parametrów wektoryzacji automatycznej. Przykłady działania narzędzi do importu/eksportu danych w wybranych programach. Analiza przyczyn i próba rozwiązania możliwych problemów. Różnice pomiędzy danymi CAD i GIS.

  2. Bazy danych

    Wprowadzenie do baz danych. Rys historyczny baz danych. Występowanie baz danych w otaczającej rzeczywistości. Systemy Zarządzania Bazami Danych. Model relacyjny – założenia, omówienie takich pojęć jak: encja, relacja, krotka, atrybut, klucze kandydujące, klucze główne, klucze obce. Relacja jako podzbiór iloczynu kartezjańskiego. Nadmiarowość, bezstratna dekompozycja, postacie normalne. Rodzaje związków między relacjami: jeden do jeden, jeden do wielu, wiele do wielu. Algebra relacyjna, Wprowadzenie do języka SQL.

  3. Topologiczny model wektorowy

    Obiekty: punktowe, liniowe, powierzchniowe. Pojęcie topologii. Topologiczny model wektorowy. Błędy topologiczne. Reguły topologiczne. Wykorzystanie topologii do weryfikacji poprawności i edycji danych geometrycznych. Sposoby poprawy błędów topologicznych.

  4. Geokodowanie

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

  5. Projektowanie baz danych

    Klasyfikacja modeli danych: model hierarchiczny, model sieciowy, model relacyjny, model obiektowo – relacyjny, model obiektowy. Elementy geometryczne według normy ISO 19125-1. Systemy odniesień przestrzennych. Etapy projektowania baz danych: modelowanie pojęciowe, modelowanie logiczne, fizyczna implementacja. Elementy języka UML niezbędne podczas projektowania baz danych. Rozszerzenia języka SQL dla danych przestrzennych.

  6. Modele i analizy 3D

    nterpolacja 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.

  7. Modele 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.

  8. Modelowanie procesów analiz przestrzennych

    Etapy projektu GIS: identyfikacja celów, utworzenie bazy danych projektu, analiza danych, prezentacja wyników. Opis przykładowego projektu. Automatyzacja przetwarzania danych przestrzennych: wielokrotne powtarzanie czynności, tworzenie własnych narzędzi (modele, skrypty). Podstawy języka Python. Przykłady prostych skryptów.

Project classes:
  1. Zastosowanie narzędzi CASE

    Projekt bazy danych przestrzennych w notacji UML, sprawdzenie poprawności zbudowanego modelu, implementacja modelu w środowisku systemu ArcGIS.

  2. Wprowadzanie i edycja danych przestrzennych

    Wprowadzanie danych do geobazy z kontrolą poprawności
    Utworzenie nowego pliku geobazy. Zdefiniowanie zestawu danych. Import danych CAD. Zdefiniowanie w zestawie danych klas obiektów. Kalibracja obrazu rastrowego. Wektoryzacja. Zbudowanie topologii z wykorzystaniem odpowiednich reguł. Kontrola poprawności i ewentualna korekta geometrii obiektów. Zbudowanie obiektów powierzchniowych z linii granicznych. Wykonanie złączenia przestrzennego. Dodanie pól do tabeli atrybutów. Uzupełnienie danych w tabeli atrybutów.

  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. 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.

  5. Realizacja projektu GIS

    Sformułowanie problemu. Określenie finalnych produktów projektu oraz wskazanie ich odbiorców. Utworzenie bazy danych projektu: projektowanie – zidentyfikowanie niezbędnych danych, zdefiniowanie wymaganych atrybutów, określenie zasięgu przestrzennego i skali opracowania, wybór układu współrzędnych, wprowadzenie danych (z weryfikacją i korygowaniem błędów), zarządzanie utworzoną bazą danych. Wykorzystanie takich narzędzi jak selekcje według atrybutów, selekcje według położenie oraz nakładanie warstw tematycznych w celu znalezienia optymalnej lokalizacji dla wybranej inwestycji. Prezentacja wyników poprzez sporządzenie map, wykresów i raportów.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 83 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 15 h
Participation in project classes 30 h
Contact hours 1 h
Preparation for classes 15 h
Completion of a project 15 h
Realization of independently performed tasks 7 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa = średnia ważona z ocen z realizaji projektu i kolokwium zlaiczeniowego

Prerequisites and additional requirements:

Podstawowa wiedza z zakresu systemów informacji geograficznej (GIS)

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 Geodatabase 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. Tomlinson R. Rozważania o GIS. Planowanie Systemów Informacji Geograficznej dla menadżerów. ESRI Polska, Warszawa 2008.
  8. 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