Geografisk informationsbehandling

Förord 13

Författarpresentation 15

1. Introduktion till geografisk informations­behandling 19

Lars Harrie & Lars Eklundh

1.1 Inledning 21

1.2 Tillämpningar inom geografisk informationsbehandling 22

1.2.1 Användning av geografisk informationsbehandling 22

1.2.2 Tillämpningsområden för geografisk informationsbehandling 23

1.2.3 Värdet av geografisk informationsbehandling 25

1.3 Geografiska data 26

1.3.1 Konceptuella modeller av verkligheten 26

1.3.2 Egenskaper hos geografiska data 28

1.3.3 Terminologi 30

1.4 Programvaror för geografisk informationsbehandling 31

1.4.1 GIS-program 31

1.4.2 Andra programvaror inom geografisk informationsbehandling 32

1.4.3 Kommersiella och öppna program 33

1.5 Geografisk informationsbehandling – i går och i dag 33

1.6 Bokens syfte 35

1.7 Bokens struktur 35

1.7.1 Läsanvisningar 36

1.8 Lästips 36

2. Infrastruktur för geografiska data 39

Ulf Sandgren, Ewa Rannestig, Christina Wasström & Jesper M. Paasch

2.1 Inledning 41

2.2 Vilka geografiska data finns? 43

2.2.1 Geografiska data från svenska myndigheter 43

2.2.2 Exempel på globala och europeiska geografiska myndighetsdata 46

2.2.3 Exempel på kommersiella geografiska data 46

2.2.4 Exempel på användarskapade geografiska data 46

2.3 Hur får jag tag på geografiska data? 48

2.3.1 Metadata 48

2.3.2 Geodataportaler  49

2.3.3 Öppna data 50

2.4 Hur får jag använda geografiska data? 51

2.4.1 Upphovsrätt och licensfrågor 51

2.4.2 Integritet och säkerhet vid behandling av data 51

2.5 Standarder, specifikationer och riktlinjer 52

2.5.1 Vad är en standard? 52

2.5.2 Behovet av standarder för geografisk information 53

2.5.3 Organisation av standardiseringsarbetet 53

2.5.4 Hierarki av standarder 54

2.6 Samordning av geografiska data 55

2.6.1 Den svenska infrastrukturen för geografiska data 55

2.6.2 Inspire-direktivet 55

2.6.3 Copernicus, GEO och UN-GGIM 57

2.7 Lästips 57

3. Referenssystem och kartprojektioner 59

Jonas Ågren & Hans Hauska

3.1 Inledning 61

3.2 Att ange ett läge på jorden 61

3.3 Koordinater och koordinatsystem 63

3.3.1 Tredimensionella kartesiska koordinater 63

3.3.2 Jordellipsoiden och geodetiska koordinater 63

3.3.3 Geoidhöjd och höjd över havet 66

3.4 Kartprojektioner 66

3.4.1 Introduktion 67

3.4.2 Olika typer av kartprojektioner 68

3.4.3 Egenskaper hos kartprojektioner 70

3.4.4 Några vanliga kartprojektioner 70

3.4.5 Kartprojektioner i Sverige 72

3.4.6 Kartprojektioner i Europa 73

3.5 Geodetiska referenssystem 74

3.5.1 Globalt anpassade tredimensionella referenssystem 74

3.5.2 Regionalt anpassade tvådimensionella referenssystem 77

3.5.3 Rutnätssystem 78

3.5.4 Höjdsystem 78

3.5.5 Landhöjningen 80

3.5.6 Geoidmodeller 81

3.5.7 Byte från kommunala till nationella referenssystem 82

3.6 Koordinattransformationer 82

3.6.1 Analytisk koordinattransformation 82

3.6.2 Empirisk koordinattransformation 83

3.7 Lästips 84

4. Insamling av geografiska data 85

Lars Eklundh, Jonas Ågren, Håkan Olsson, Lars Harrie & Dan Klang

4.1 Inledning 87

4.2 Insamling av attributdata 87

4.3 Fjärranalys och fotogrammetri 88

4.3.1 Så fungerar fjärranalys 88

4.3.2 Sensorer för fjärranalys 91

4.4 Satellitbaserad fjärranalys 93

4.4.1 Fjärranalysbilder 93

4.4.2 Fjärranalyssatelliter 93

4.4.3 Förbearbetning av satellitbilder 98

4.5 Flygbilder och fotogrammetri 98

4.5.1 Flygbilder 99

4.5.2 Ortofoto 102

4.5.3 Georeferering av flygbilder 102

4.5.4 Digital fotogrammetri 103

4.5.5 Fotogrammetriska produkter 103

4.5.6 Bilder från drönare 105

4.6 Analys av fjärranalysdata 106

4.6.1 Manuell bildtolkning  106

4.6.2 Datorklassning av multispektrala bilder 107

4.6.3 Att skatta kvantitativa egenskaper med fjärranalys 109

4.7 Laserskanning 109

4.7.1 Flygburen laserskanning 110

4.7.2 Förbearbetning av laserdata 112

4.7.3 Från punktmoln till raster  112

4.7.4 Några användningsområden för laserdata 112

4.8 Markbundna geodetiska mätningsmetoder 114

4.8.1 Vinkelmätning 115

4.8.2 Längdmätning 116

4.8.3 Polär mätning 116

4.8.4 Trigonometrisk höjdbestämning 117

4.8.5 Avvägning 117

4.8.6 Terrester laserskanning 118

4.9 Satellitbaserade geodetiska mätningsmetoder 119

4.9.1 GPS-systemet 120

4.9.2 Satellitsignalen 121

4.9.3 Kod- och fasmätning 121

4.9.4 Principer för GPS-mätning 122

4.9.5 Metoder för GPS-mätning 123

4.10 Integrerade och mobila mätsystem 126

4.11 Lästips 126

5. Lagring av geografiska data 129

Lars Harrie, Lars Eklundh, Petter Pilesjö & Per Svensson

5.1 Inledning 131

5.2 Lagring av tal och text i datorn 132

5.2.1 Binär lagring av data 132

5.2.2 Lagring av heltal 133

5.2.3 Lagring av decimaltal 133

5.2.4 Lagring av text 134

5.2.5 Lagring av information i datorn 134

5.3 Vektorstrukturen 135

5.3.1 Punktobjekt 136

5.3.2 Linjeobjekt 136

5.3.3 Ytobjekt 139

5.4 Databasteknik 142

5.4.1 Databashanterare 142

5.4.2 Relationsdatabas 144

5.4.3 Objektorientering och objektrelationella databaser 147

5.5 Lagring av vektordata 149

5.5.1 Hybrida lagringssystem  149

5.5.2 Integrerade lagringssystem  151

5.6 Rasterstrukturen 154

5.6.1 Representation av geometriska objekt 156

5.6.2 Representation av kontinuerliga variabler 157

5.6.3 Lagring av rasterdata 157

5.7 Att välja raster- eller vektorstruktur 159

5.8 Höjddata 161

5.8.1 Höjddata i vektorform 161

5.8.2 Höjddata i rasterform 162

5.9 3D-data 163

5.10 Informationsmodellering 164

5.10.1 Modelleringsspråket UML 165

5.11 Lästips 167

6. Geografiska data på webben 169

Alexander Walther & Lars Harrie

6.1 Inledning 171

6.2 Karttjänster 171

6.2.1 Klient–server-modell 171

6.2.2 Standardiserade karttjänster 173

6.2.3 Utveckling av karttjänster 175

6.2.4 För- och nackdelar med karttjänster 177

6.3 Skapa karttjänster 178

6.3.1 Enkla visningstjänster 178

6.3.2 GIS-tjänster 179

6.3.3 Standardiserade karttjänster  179

6.3.4 Specialiserade kart- och GIS-tjänster  180

6.4 Lästips  181

7. Transformation av geografiska data 183

Lars Eklundh & Lars Harrie

7.1 Inledning 185

7.2 Digitalisering och skanning 186

7.2.1 Digitalisering 186

7.2.2 Skanning 188

7.3 Geometrisk anpassning av data 189

7.3.1 Anpassning av vektordata 189

7.3.2 Anpassning av raster 190

7.3.3 Konvertering mellan vektor- och rasterstrukturerna 191

7.4 Georeferering  192

7.4.1 Typer av koordinattransformation 193

7.4.2 Val av passpunkter 195

7.4.3 Val av koordinat­transformationstyp 195

7.4.4 Matematisk bakgrund till koordinattransformationer 197

7.5 Interpolation 199

7.5.1 Linjär interpolation mellan två punkter 200

7.5.2 Interpolation av ytor 200

7.5.3 Interpolation med trendytor 201

7.5.4 Avståndsviktad medelvärdesinterpolation 202

7.5.5 Närmaste granne-interpolation 203

7.5.6 Bilinjär interpolation 204

7.5.7 Spline-interpolation  205

7.5.8 Geostatistik och kriging 205

7.5.9 Rumslig prediktion med stödvariabler 207

7.5.10 Jämförelse mellan olika interpolationsmetoder 209

7.6 Lästips 210

8. Analys av geografiska data 213

Petter Pilesjö, Lars Eklundh, Fredrik Lindberg, Karin Larsson & Nicklas Guldåker

8.1 Inledning 215

8.2 Sökning i geografiska data  216

8.3 Geometriska operationer på vektordata 217

8.3.1 Beräkning av avstånd 217

8.3.2 Beräkning av linjelängd 218

8.3.3 Beräkning av polygonarea och polygonens tyngdpunkt 219

8.3.4 Avstånd mellan geometriska objekt 220

8.3.5 Korsning mellan linjer 220

8.3.6 8.3.6 Punkt i polygon 222

8.3.7 Buffertzoner 222

8.4 Överlagring av vektordata 223

8.4.1 Överlagring av punkter på polygoner 224

8.4.2 Överlagring av linjer på polygoner 224

8.4.3 Överlagring av polygoner på polygoner 224

8.5 Analys av nätverk 227

8.5.1 Algoritm för att beräkna kortaste vägen i ett nätverk 228

8.6 Analys av rasterdata 230

8.6.1 Grundläggande geometriska rasteroperationer 230

8.6.2 Cellvisa operationer 232

8.6.3 Ytbaserade operationer 234

8.6.4 Filteroperationer 236

8.6.5 Friktionsytor 237

8.7 Analys av höjddata 239

8.7.1 Sluttningslutning  240

8.7.2 Sluttningsriktning 241

8.7.3 Hydrologiska tillämpningar 241

8.7.4 Siktlinjer och siktfält 243

8.8 3D-analys 244

8.9 Rumslig fördelning och geometrisk form 247

8.9.1 Statistik för punkter 248

8.9.2 Statistik för linjer 249

8.9.3 Statistik för polygoner 250

8.9.4 Statistik för rasterytor 252

8.10 Geografisk analys genom kombination av olika dataskikt 252

8.10.1 Analys av attributen 252

8.10.2 Förändringsstudier 253

8.10.3 Lokalisering 254

8.11 Oskarp logik 258

8.12 Dynamisk modellering  260

8.13 Uppskalning av geografiska data 260

8.14 Ett praktiskt exempel på analys med GIS  262

8.14.1 Problemformulering och syfte 264

8.14.2 Datatillgång och konceptuell lösning 264

8.14.3 Databearbetning, analys och presentation 265

8.14.4 Diskussion 270

8.15 Lästips 271

9. Kvalitetsaspekter 273

Christina Wasström, Gunhild Lönnberg & Lars Harrie

9.1 Inledning 275

9.2 Kvalitet på geografiska data 275

9.2.1 Standarder för kvalitet 277

9.2.2 Kvalitetsteman och kvalitetsparametrar 278

9.2.3 Stickprovsteknik 279

9.2.4 Metoder för kvalitetsutvärdering 280

9.2.5 Redovisning av kvalitet av en datamängd 287

9.3 Fortplantning av osäkerheter 288

9.3.1 Analytisk fortplantning 289

9.3.2 Stokastisk simulering av fortplantningen 290

9.4 Brister i modellen 291

9.4.1Brister i representationen hos geografiska data 292

9.4.2 Brister i modellering av det geografiska fenomenet 292

9.4.3 Effekter av gruppering av data 292

9.5 Exempel på kvalitetsanalys 293

9.6 Lästips 295

10. Kartografi och geovisualisering 297

Bengt Rystedt, Hanna Stigmar, Lars Harrie & Wolter Arnberg

10.1 Inledning 299

10.2 Kartor 299

10.2.1 Olika typer av kartor 299

10.2.2 Olika medier för kartor 301

10.2.3 Kartor med olika grad av användarinteraktion  301

10.3 Kartografiska grundprinciper 302

10.3.1 Symbolisering 302

10.3.2 Textsättning 303

10.3.3 Höjdinformation 304

10.3.4 Skala och läsbarhet 304

10.3.5 Färg 305

10.3.6 Sammanhang i kartan – visuell hierarki 306

10.3.7 Information om kartan 308

10.4 Kartografisk kommunikation och design 309

10.4.1 Kartografisk kommunikation 309

10.4.2 Kartografisk design 309

10.5 Att skapa topografiska kartor 311

10.5.1 Urval 311

10.5.2 Klassificering 312

10.5.3 Generalisering 312

10.5.4 Symbolisering 314

10.6 Att skapa tematiska kartor 314

10.6.1 Olika typer av tematiska kartor 315

10.6.2 Exempel på tillämpningar 315

10.6.3 Gruppering av statistiska data 319

10.7 Att skapa webbkartor 320

10.7.1 Generellt om webbkartor 320

10.7.2 Kartografi för bakgrundskartor 321

10.7.3 Kartografi för förgrundsinformation 323

10.7.4 Webbkartor för mobiltelefoner och andra små skärmar 325

10.7.5 Kartografiska aspekter på nedladdningstjänster 325

10.8 Geovisualisering 325

10.8.1 Dynamisk och animerad kartografi 326

10.8.2 3D-visualiseringar 326

10.8.3 Virtuell och förstärkt verklighet 330

10.9 Kartografens roll 331

10.10 Lästips 334

Referenser 335

Sakregister 345