Specialisatiemodule Bouw/Infra GIS@MBO V:1 27-09-05 GIS Geografische Informatie Systemen Specialisatiemodule Bouw/Infra GIS@MBO

Deel 1 Herhaling uit Basismodule Wat is een GIS?

Wat is een GIS? GIS is een geografisch informatiesysteem om kaarten te maken met gegevens over rivieren, huizen, vegetatie, bedrijven, adressen, windmolens, …… etc. Definitie van een GIS GIS staat voor Geografisch Informatie Systeem Geografie betekent Aardrijkskunde, maar is ook een wetenschap die als doel heeft “kennis over de aarde”. Een manier om die kennis zichtbaar te maken is via kaarten. “Vroeger” maakte men mooie atlassen met voorbewerkte kaarten met bepaalde thema’s. Deze informatie was star, achteraf niet meer aan te passen en dus al “oud” op het moment dat de kaart klaar was. Nu doet men dit in een GIS. Kaarten geven de werkelijkheid weer en kan altijd up-to-date gemaakt worden. Dit gaat snel en makkelijk, dus flexibel. Bovendien kan er oneindig veel informatie aan een kaart worden gehangen. Informatie kan worden gecombineerd en geanalyseerd om tot nieuwe inzichten en conclusies te komen. Complexe informatie wordt overzichtelijk en lastige problemen kunnen vaak met een GIS worden opgelost.

Waaruit bestaat een GIS? Procedures GIS-gebruikers Dit zijn de 5 componenten waaruit een GIS bestaat. Ze zijn noodzakelijk voor het uitvoeren van GIS-taken en houden het volgende in: Mensen Dit is het belangrijkste component van een GIS. Mensen moeten de procedures ontwikkelen en de taken definiëren die bij een GIS horen. Tekortkomingen in andere componenten kunnen vaak door de mensen (gebruikers) worden gecorrigeerd, maar het tegendeel is niet waar. De beste software en computers kunnen incompetentie niet compenseren. Data De beschikbaarheid en nauwkeurigheid van data kan de resultaten van een analyse of een zoekopdracht (query) beïnvloeden. Hardware De mogelijkheden van de hardware hebben invloed op de snelheid, het gebruiksgemak en de mogelijke outputs die beschikbaar zijn. Software Dit beperkt zich niet tot de GIS-software, maar omvat ook de verschillende database-, teken-, statistische en andere sofware. Procedures Analyse vereist goed opgezette en consistente methoden om correcte en reproduceerbare resultaten te kunnen produceren.

Wat doet een GIS? Data verzamelen Analyseren Kaarten en grafieken maken Data opslaan GIS-functies Ieder geografisch informatiesysteem moet het volgende kunnen uitvoeren, wil het nut hebben bij het zoeken naar oplossingen voor de problemen in de wereld om ons heen: Data verzamelen Een GIS moet methoden bezitten om geografische (coördinaat) en tabel (attribuut) data te kunnen verzamelen en inlezen. Hoe meer van deze methoden het heeft, hoe beter het gebruikt kan worden. Data opslaan Er zijn twee fundamentele datamodellen voor het opslaan van geografische data – vector en raster. Een GIS zou beide opslagmogelijkheden moeten bezitten. Identificeren en bevragen Een GIS moet de mogelijkheid hebben om features te selecteren uitgaande van locaties of attributen. Ook moet de mogelijkheid bieden informatie van geografische objecten (features) weer te geven (identificatie). Data analyseren Een GIS moet de mogelijkheid bieden antwoord te geven op kwesties aangaande de interactie van ruimtelijke relaties tussen meerdere datasets. Kaarten en grafieken maken: data weergeven Het moet mogelijk zijn kaarten en grafieken te maken die voldoen aan de wensen van de maker, gebruikmakend van verscheidene kleuren en symbolen. Eindproduct: output De output van de resultaten moet kunnen worden gedaan in verschillende formaten zoals bijvoorbeeld MXD en JPG. Publiceren van eindproduct Identificeren en bevragen

Twee vormen van geometrie Rasterdata Vectordata Vormen van geometrie Dit zijn de twee belangrijkste typen geografische data. Raster data en Vector data zijn beide een weergave van de werkelijkheid. Raster data bestaat uit vlakjes waar aan elk vlakje een bepaalde waarde is gekoppeld. Vector data bestaat uit punten die verbonden zijn door lijnen. Er bestaan nog meer datatypen: Grid TIN CAD Coördinaten Alleen op coördinaten zal later nog worden ingegaan.

Vectordata De werkelijkheid opgesplitst in drie basisvormen Lijnen (Straten) Vlakken (Landgebruik) Punten (Winkels) Benadering van de werkelijkheid Het is onmogelijk om de werkelijkheid perfect weer te geven door middel van een computer. In plaats daarvan moeten GIS-gebruikers die werkelijkheid op de een of andere manier zien te benaderen en weer te geven in een geografische representatie. Er worden drie geometrische basisvormen gebruikt: punten, lijnen en vlakken. Deze vormen worden vaak geometrische objecten, geometrische features of featuretypen genoemd. Merk op dat er verschillende methoden zijn om deze vormen digitaal weer te geven, inclusief scannen en digitaliseren.

Vectordata Vlakken bestaan uit Lijnen die bestaan uit Punten die bestaan uit Coördinaten (x,y) Vectordata De verschillende type vectorformaten zijn: punten, die gecombineerd lijnen vormen, die gecombineerd vlakken vormen. Elk vectorformaat geeft een type object weer, ieder type formaat kan ook beschrijvende informatie (attributen) opslaan.

Vectordata: drie datacomponenten Straten Attributen Geometrie Topologie Regels Straten en snelwegen mogen niet snijden Datacomponenten In een GIS worden drie datacomponenten onderscheiden. Attributen Dit is aanvullende en beschrijvende informatie over de elementen (features) uit de kaart. Geometrie De ligging van de kaartelementen ten opzichte van de X-as en de Y-as en/of ten opzichte van elkaar. De geometrie geeft de geografische features weer die zijn geassocieerd met de werkelijke locaties. Geografische features worden benaderd door punten, lijnen of vlakken. Topologie: het gedrag De regels waaraan deze kaartelementen moeten voldoen. Het gedrag houdt in dat geografische features bepaalde bewerkingstypes, weergaven of analyseregels kunnen volgen, afhankelijk van de omstandigheden die de gebruiker definieert.

Attributen Beschrijvende informatie over de geografische objecten (features) In tabelvorm te raadplegen Om selecties mee uit te voeren (Select by Attributes) Attributen Dit is aanvullende en beschrijvende informatie over de elementen (features) uit de kaart. Een gebruiker kan zelf de mogelijkheid uitbreiden beschrijvende informatie op te slaan, door nieuwe velden in de attribuuttabel te definiëren. Belangrijk is dat daarbij het juiste dataformaat (tekst, numeriek, etc.) wordt gekozen. Attributen bevatten de gegevens die de kaartelementen een betekenis geven. Zo kunnen de attributen van een rivier de naam bevatten, de lengte, gemiddelde diepte, stroomsnelheid, enzovoort.

Geometrie Ruimtelijke weergave van features Afhankelijk van type object: punt, lijn of vlak Richting, positie ten opzichte van elkaar Geometrie De geometrie bepaalt hoe de geografische features worden weergegeven. Geografische features worden benaderd door punten, lijnen of vlakken. Om objecten uit de werkelijkheid geografisch weer te geven (te benaderen), is het belangrijk dat er nauwkeurig kan worden getekend (gedigitaliseerd). In een GIS zijn meerdere hulpmiddelen voor het digitaliseren van geografische objecten aanwezig. De uiteindelijke geometrie (vorm) wordt bepaald door die hulpmiddelen.

Topologie Modelleert ruimtelijke relaties tussen features De ruimtelijke relaties betreffen nabijheid, verbondenheid en mate van samenvallen Percelen Bodem Nabijheid Buizen Beken Verbondenheid Topologie De topologie betreft ruimtelijke relaties van features die geometrie delen, zoals (lijn)grenzen en hoekpunten. Voor die ruimtelijke relaties kan een gebruiker gedragsregels opstellen, aan de hand waarvan analyses kunnen worden uitgevoerd. Die regels zorgen er ook voor dat de kwaliteit van de data hoog blijft. Bijvoorbeeld, een weg grenst aan een stoep. De grens van de weg en van de stoep vallen dus samen. Indien een uitbreiding of wijziging van de weg wordt ingetekend, is het belangrijk dat de grens van de stoep automatisch mee verandert. Nog een voorbeeld: ieder huis bevindt zich binnen een kadastraal perceel. Als daarvoor een toplogische regel is gedefinieerd, kan een GIS controleren of die regel overal klopt.

Topologie Bestaat uit regels aan de hand waarvan de werkelijkheid beter is weer te geven Voorbeelden: Percelen moeten naast elkaar liggen, ze kunnen niet overlappen of ruimtes bevatten. Buizen van een afvoerstelsel moeten met elkaar zijn verbonden, anders is er geen afvoer mogelijk.

Rasterdata De werkelijkheid weergeven in een regelmatig raster van cellen: elke cel heeft een label dat aangeeft tot welk object het behoort meestal geen attribuutdata Tiff, Bmp, Gif, Jpeg, etc. Rasterdata Een raster bestaat uit cellen van uniforme afmetingen. De grootte van een rastercel kan door de gebruiker meestal zelf worden bepaald. In zo’n cel is een label opgeslagen dat aangeeft tot welk het object het behoort, oftewel welk object daarmee wordt weergegeven. Voorbeelden van rasterbestanden zijn digitale foto’s, satellietbeelden, gescande kaarten etc. Veel voorkomende formaten zijn TIFF, JPEG, BMP.

Rasterdata: coördinaten De ligging van cellen wordt vastgelegd met rastercoördinaten. De coördinaten van deze cel zijn (5,3) Rasterdata: coördinaten Het coördinaatstelsel van een raster werkt met rijen en kolommen. De oorsprong van dat stelsel is linksboven. In het voorbeeld hierboven is de coördinaat (5,3), te weten de vijfde kolom en de derde rij.

Rijksdriehoeksstelsel Middelpunt oorspronkelijk Amersfoort (O.L. Vrouwetoren) Sinds 1970 verplaatst: False Easting 155.000 m False Northing 463.000 m Azimutale stereografische projectie Rijksdriehoeksstelsel (1) Sinds 1932 wordt het RD gebruikt in Nederland. Het is een zogenaamde conforme projectie (Azimutaal Stereografisch). Voordeel van een projectie is dat men daarmee met afstanden en oppervlakten kon rekenen. De kwaliteit van het RD vond men vroeger erg goed, men was daar tevreden over. Eén ding zat de landmeters echter dwars: er werden veel fouten gemaakt door het vergeten van min-tekens. Omdat Amersfoort het nul-punt was, hadden coördinaten in Groningen een positieve X- en een positieve Y-waarde. In Limburg was de X plus, maar de Y was min. Zeeland had een negatieve X en een negatieve Y. Een min-teken werd nogal eens vergeten of bijverzonnen, met als gevolg dat een coördinaat door heel Nederland heen kon springen.

Rijksdriehoeksstelsel In 1968 besloot men daarom een verandering aan te brengen aan het RD. Het nulpunt werd verschoven. Vanaf 1970 kwam heel Nederland daardoor in het eerste kwadrant te liggen, alle coördinaten waren vanaf toen positief. Verder verschoof men de X-as zo ver naar beneden, dat het grootst mogelijke X-coördinaat in Nederland (in Drenthe, zo’n X=280000m) nog altijd kleiner was dan de kleinst mogelijke Y-waarde (Zuid Limburg, zo’n Y=306000m). Men kan dus ook niet meer de X en de Y verwarren, de Y is altijd de grootste van de twee. De wat “rare” verschuivingswaarden (X=155000m, Y=463000m) zorgen ervoor dat de bladranden van de topografische kaarten ronde getallen worden.

Deel 2 GIS in de Bouw/Infra

Voorbeelden van gegevens Weg: soort wegdek, bermen, verkeerssoort Waterloop: breedte, diepte, debiet Groen: grond, plantensoort, onderhoud Opstal: inhoud, aansluitingen, eigenaar Perceel: breedte, hoogte, eigenaar, gebruik Bekende objecten of gehelen in de BouwInfra zijn: Perceel, Weg, waterloop, groen en opstal Bij elk van die objecten horen bepaalde gegevens of attributen, die we in een GIS (tabel) kunnen opslaan. Bij een perceel horen de attributen breedte, hoogte, eigenaar en gebruik Bij een weg horen attributen als wegdek, bermen en soort verkeer Bij een waterloop horen breedte en diepte. De eigenschap waar het om gaat is de hoeveelheid water die er doorheem stroomt, maar die verandert in de loop van de tijd. Het debiet is dynamisch. Groen bestaat uit planten die in een bepaald soort grond staan en onderhouden moeten worden. De beheerder wil wel eens planten vervangen. Dat kun je in een GIS goed bijhouden. Opstallen zijn menselijke creaties die we al tevoren in een GIS kunnen plannen. De geplande gegevens kunnen we in GIS opslaan.

Punten bepalen Punten zijn de basis voor iedereen die met GIS werkt Aan punten worden gegevens gekoppeld Voor puntsbepaling gebruik je GPS en in de toekomst Galileo Het ideaal is om in alle dimensies tegelijk te kunnen werken. Dat noemen we “ruimtelijk-temporeel” (Engels: spatio temporal.). We willen in één keer onze plaats, snelheid, en richting in luchtruim en de andere ruimten kunnen bepalen en die van onze collega’s, vrienden en vijanden. Spijtig genoeg zien we ons steeds weer voor de opgave staan om punt voor punt te werken. Toch kunnen we steeds sneller punten verwerken en andere gegevens koppelen aan punten. Van groot belang is dat je rastergegevens of vectorgegevens op hun juiste plaats kunt zetten. Opname instrumenten, zoals Lidar, luchtfotografie, satellieten en andere, maken steeds meer gebruik van het Global Positioning System (GPS). In de toekomst komt daar een Europees systeem bij, met de naam Galileo. Dat wordt aanmerkelijk nauwkeuriger.

Hoogte, Terrein, Landschapsmodellen Hoogtemodellen Terrein of landschapsmodellen Kaart “algebra” Beelden vormen en beslissingen voorbereiden Met behulp van puntsbepalingen (x. y. z) kunnen we een gebied of terrein reconstrueren in GIS. We noemen dat digitale hoogtemodellen of in het engels Digital elevation models (DEM). Daarover heen kunnen onze andere metingen, concepten en ideeën “draperen”, zodat we beelden van verleden, heden en toekomst kunnen maken. We spreken dan van terrein- of landschapsmodellen. We kunnen GIS ruimtelijke berekeningen laten uitvoeren. We kunnen GIS laten berekenen wat er binnen een afstand (“buffer”) van een punt of lijn of voetbalveld bevindt. We kunnen Gis afstanden laten berekenen tot andere punten. We kunnen volumina laten uitrekenen en nog veel meer. Dat noemen we “kaartalgebra”. We kunnen routes uitstippelen en baggervaartuigen sturen tijdens het baggeren. GIS verhoogt de kwaliteit van beslissingen, mits juist toegepast. Bewaken van kwaliteit van gegevens en verwerkingstechnieken is van groot belang.

Volume bepalingen In GIS kunnen we berekeningen uitvoeren met behulp van gegevens in de database. We kunnen het volume bepalen van een hoop grond

Een dijk vastleggen in 3D LiDAR is een nieuwe opname techniek Zelf inkleuren Resolutie (pixels) bepaalt de nauwkeurigheid Dit is een voorbeeld van een dijk. De gegevens zijn ingezameld met een nieuwe lasertechniek, genaamd Light detection and Ranging (Lidar). Een geconcentreerde lichtstraal wordt uitgezonden vanuit een vliegtuig. Na weerkaatsing op de grond wordt de tijd gemeten en ook de overgebleven sterkte van de golflengten van het licht. Dan kan nauwkeurig de hoogte van de dijk bepaald worden en een aantal andere eigenschappen. LiDAR lijkt op RaDAR. Radar werkt met veel langere golflengten dan licht en laat daarom wat andere dingen zien. De informatie wordt geclusterd met een plaatsbepaling via de satelliet (GPS), zodat we de gegevens aan een plaats op aarde kunnen koppelen. Lidar kan in een mum van tijd veel hoogtes per vierkante meter bepalen, zoals sonar dat in water kan. We moeten zelf kiezen hoe nauwkeurig we willen werken: we bepalen de resolutie, het kleinste vierkantje waarmee we gaan werken. We moeten zorgen dat het niet te klein is om te voorkomen dat we te priegelig gaan werken. We moeten zorgen dat het kleinste vierkantje niet te groot is. Zodat we geen detail meer zien.

Toen GIS niet bestond Voorbeeld: De Deltawerken: met maquettes werken tijdrovend

Grote projecten met GIS HSL gevolgd met Landsat satelliet (Juli 2002 )

Grote projecten met GIS Ruimte voor de rivier bij Arnhem: berekening van alternatieven

Deel 3 Case Sportterrein in Tiel

Opdrachtformulering Sportterrein verplaatsen in opdracht van de Gemeente Tiel buiten de bebouwde kom Zoek een locatie en richt het sportterrein in

Enkele stappen Denk om bereikbaarheid, grondsoort en eventuele overlast. Denk ook aan aansluitingen op voorzieningen als water, elektra, riool, gas. De kosten voor aankoop van grond spelen eveneens een rol. Houd bij welke stappen je steeds zet.

CAD & GIS Bouwkundigen tekenen hun ideeën over hoe het er uit zou kunnen zien met CAD. Bouwkundigen laten meer en meer zien wat allemaal kan en mag in een omgeving met gebruik van GIS.

Een mogelijk eindresultaat Sportvelden buiten de bebouwde kom

Veel succes