Witamy w świecie siatki PolBiG

Binarna siatka PolBiG ułatwi analizy i zilustruje to co dzieje się w badanym obszarze

Co to jest PolBiG ? Zobacz i pomóż rozwinąć projekt

Co to jest binarna siatka PolBiG ?

  ETYKIETY  
Siatki K M Z
Siatki S H P
  KALKULATOR 
PRZELICZNIKI
  SZABLONY 

Staramy się rozwinąć koncepcję binarnej siatki do analizy i prezentacji graficznej danych powierzchniowych.
Jesteśmy przekonani, że sposób użycia siatki do "różniczkowania" powierzchniowego może być pomocny nie tylko botanikom, ale też lekarzom, socjologom, leśnikom, geologom, archeologom, poszukiwaczom skarbów itd. Pomoże w analizach trendów czasowych zapylenia miast czy gmin i innych analizach gospodarczych.
Powyżej proste narzędzia uzupełniające siatkę - do zabawy, nauki i pomocy. Siatka binarna już działa!

KRÓTKO o Polskiej Siatce Binarnej PolBiG - (Polish Binary Grid)

Celem utworzenia opisanej w artykule (link poniżej) binarnej siatki PolBiG było umożliwienie jej współpracy z programami rodziny GIS, precyzyjne i proste określanie powierzchni pól w dowolnie ustalonym zagęszczeniu dla pełnego zasięgu siatki, naturalny sposób kodowania (etykietowania) pól binarnych, łatwość przenoszenia się pomiędzy układami (powiązanym z Ziemią i płaskim), wreszcie ułatwione implementowanie siatki w przyszłych użytkowych aplikacjach „różniczkujących” powierzchniowo. Wszystko po to, by taka siatka ułatwiała wszelkie analizy terenowe w sposób matematyczny i graficzny. Bez dużego wysiłku i niepotrzebnych komplikacji.

Dokładny opis koncepcji siatki binarnej znajduje się w pracy pt. "Polska siatka binarna-PolBiG" ( http://maxbot.botany.pl/pubs-new/#article-4320 ). Jeżeli nie chcesz czytać całej pracy, to krótki opis samej siatki z przykładami, siatkami wzorcowymi (kmz, shp), opisem etykietowania i generowania we własnym zakresie z wykorzystaniem pakietu QGIS znajduje się tutaj: Krótki opis siatki PolBiG

Popatrz obok na rycinę. Siatka PolBiG o wymiaracha 1024×1024 km jest rozwinięta na płaszczyźnie stycznej do kuli (o promieniu R) w punkcie dowiązania (Xo, Yo), a zastosowane odwzorowanie f oparte jest o wzory matematyczne wyprowadzone z modelu azymutalnej transformacji równopowierzchniowej Lamberta (Lambert Azimuthal Equal Area Projection). Przekształcenie odwrotne f -1 określa z definicji wartości współrzędnych geograficznych w układzie odniesienia WGS 84 dla kwadratów siatki w prostokątnym układzie współrzędnych (odpowiednikami kwadratów są pola określane tak po transformacji na elipsoidę WGS 84). Po to, by ta siatka mogła precyzyjnie "różniczkować" analizowany teren i na tej podstawie można było wyciągać interesujące wnioski.

  • Siatki PolBiG charakteryzują sie tym, że kwadrat długości boku takiej siatki wyznacza faktycznie w terenie pole powierzchni o takiej wartości.
  • Siatka binarna 8×8 km wyznacza pola o powierzchni 64 km2. Siatka 10×10 km to w terenie rzeczywiste 100 km2. Dla mniejszych "oczek" siatki ten efekt jest nawet bardziej precyzyjny.
  • Siatki PolBiG można dowolnie zagęszczać. Jedynymi ograniczeniami są precyzja pomiaru GPS i ukształtowanie terenu (szczególnie w terenach górzystych).
  • Stopniowanie zagęszczenia siatki binarnej jest bardzo małe. W trakcie pojedynczego skoku zagęszczenia bok staje się dwa razy mniejszy a powierzchnia pomniejsza się czterokrotnie.
  • Zasięg siatki binarnej PolBiG jest duży. Z powodzeniem można będzie prowadzić analizy z pomocą tej siatki nie tylko w Polsce, ale w stosunkowo odległych od niej regionach geograficznych.

Zastosowania siatki binarnej

Badania Botaniczne

Poza tworzeniem kartogramów siatka PolBiG pozwoli na prowadzenie bardziej subtelnych analiz botanicznych i opisu zależności między parametrami w powiązaniu z terenem.

Badania Medyczne

Prowadzenie długofalowych badań oddziaływania środowiska na człowieka, czy też badań efektywności leków w zależności od miejsca zamieszkania lub pracy leczonych chorych.

Zagadnienia Socjologiczne

Badanie zależności socjologicznych na porównywanych terenach a także badanie biedy, ubóstwa czy niedostosowania społecznego w różnych okresach czasu na tym samym terenie.

Wykonywanie analiz dla gmin, powiatów czy miast

Mogą to być usługi ilustrujące zanieczyszczenie badanych terenów czy wykonywanie innych analiz i wizualizacji dla badanych powierzchni (patrz niżej).

Badania Genetyczne

Wbrew pozorom można wyobrazić sobie wykorzystanie siatki binarnej do badań genetycznych ...

Może to być określanie zmienności genetycznej roślin czy zwierząt na ograniczonym terenie. Badania takie można byłoby wykonywać w różnych okresach czasu dokumentując dynamikę zmienności genomu wybranych do badań elementów.

W podobny sposób można byłoby badać wpływ zmienności samego środowiska na znajdujące się w nim rośliny czy zwierzęta. Dokumentując to i ilustrując graficznie w dłuższym okresie czasu z pomocą narzędzi programistycznych siatki PolBiG.

Co siatka PolBiG może zaoferować Gminom, Powiatom czy Miastom ?

Ułatwienie prowadzenie dokumentacji zmian badanych parametrów terenowych np: określających migrację zarobkową, budownictwo czy zagadnienia socjologiczne.

Analizy związków przyczynowo-skutkowych na badanym obszarze gmin czy powiatów. W szczególności badanie związku występujących chorób z zanieczyszczeniem.

Zgodność oprogramowania PolBiG z popularnymi systemami QGIS, GoogleEarth i Office. Ułatwi to wizualizację i opracowywanie danych zapisanych w znanych formatach.

Badania naukowe i opracowywanie danych w publikacjach.

Dodatkowe narzędzie dla instytucji naukowych, uczelni, pracowników nauki czy studentów. Udokumentuje prowadzone badania, ułatwi analizę i wizualizację badań terenowych.

Badania z pomocą siatki PolBiG dotyczyć mogą takich dziedzin nauki jak leśnictwo, archeologia, botanika, geologia, analizy zasobów, socjologia, kulturoznawstwo, rolnictwo czy farmakologia. Generalnie szeroko rozumianych badań w terenie, dla którego siatka umożliwiła by "różniczkowanie" po analizowanych parametrach.

Oprogramowanie PolBiG może także służyć jako użyteczne narzędzie do agregowania danych w dużych bazach dzięki łatwemu ich dostosowaniu do używanych formatów. Pozwoli to na opracowanie analiz w dużym przekroju czasowym dla wychwycenia wieloletnich trendów.

Rozpocznij przygodę z siatką PolBiG

Pamiętaj, ta wersja programu do obsługi siatki PolBiG jest dostępna w całkowicie wolny sposób, niezależnie od tego czy dotyczy osób prywatnych, pracowników firm czy naukowców. Program generuje siatki binarne dostosowane do wielkości badanego terenu, etykietuje je i przyporządkowuje do odpowiednich kwadratów siatki posortowane elementy, jednocześnie prezentując otrzymane wyniki różniczkowania powierzchniowego w znanych formatach czytanych przez oprogramowanie Goole Earth i QGIS.

Dostęp wolny dla każdego (wersja rozwojowa programu)

Plany na później

PLN0 sponsorzy?

  • Prosta dokumentacja obliczeń
  • Analiza porównawcza
  • Możliwe szkolenia i konsultacje
  • Filmy i przykłady rozwiązań
  • Pomoc w razie konieczności
Propozycje i pomysły

Własny serwer ?

PLN??? docelowo

  • Wszystkie funkcje programu
  • Indywidualne administr. serwera
  • Uruchomiony backup danych
  • Realizacja dodatkowych funkcji
  • Praca w sieci lokalnej i zdalnie
Plany na przyszłość

Odpowiedzi na najczęstsze pytania

W tej części odpowiadamy na najczęściej pojawiające się pytania dotyczące siatki binarnej PolBiG

  • To określenie uwydatnia jedynie fakt możliwości policzenia w określonym kwadracie (oczku siatki) tego co tam "wpadło". Mogą to być konkretne grupy (np gatunki roślin), ale ze względu na to, że w kwadracie może znaleźć się kilka stanowisk zawierających te konkretne grupy to mówimy wtedy o "elementach grupy", których będzie więcej niż samych grup. Warto zauważyć, że dla bardziej gęstej siatki ilość stanowisk w kwadracie będzie się zmniejszać a co zatym idzie ilość grup i ich elementów w kwadracie (w skrajnym przypadku) może być taka sama.

  • To okreslenie bierze się z prostego faktu, że maksymalną wielkość tej siatki określono na 1024×1024 km w prostokątnym układzie współrzędnych. Dzięki temu można ją dzielić na mniejsze kwadraty, stopniowo w prosty sposób, dzieląc bok większego kwadratu na dwa jednakowe mniejsze boki, czyli cały większy kwadrat dzieląc na 4 jednakowe mniejsze. Taki podział gwarantuje jednakowy i naturalny sposób zagęszczania siatki, ułatwia też jej etykietowanie.

  • Tak, to prawda, kwadraty siatki nie wyznaczają precyzyjnie umiejscowienia jakiegoś elementu w przeciwieństwie do współrzędnych geograficznych. Etykieta kwadratu dla określonego zagęszczenia siatki jest jednak jej numerycznym jednoznacznym indeksem. Ma to kolosalne znaczenie dla różnych baz danych w przypadku operowania wielkościami wyliczonymi w powiązaniu z kwadratami siatki. Ta sama etykieta będzie więc także naturalnym indeksem dla tych wyliczanych wielkości. Pozwoli więc na porównywanie danych z różnych baz i ewentualne ustalanie ich powiązań.

  • Siatka binarna zgodnie z nazwą pozwala na naturalne i proste zagęszczanie siatki. Dlatego jej maksymalna wielkość to 1024×1024 km. Tak, aby można było dzielić jej boki przez dwa, stopniowo ją zagęszczając. Siatka dziesiętna pomniejsza swoje "oczka" na sposób dziesiętny od 1000×1000 km ... do 10×10 km, 1×1 km i jeszcze mniejszych "oczek" dziesiętnych. Można też dla takich siatek wprowadzać w nieco sztuczny sposób podziały pośrednie. Jest to jednak niewygodne a także niezgodne z naturalnym podejściem zastosowanym w siatce binarnej.

  • Tak, oczywiście. Obie te siatki charakteryzują się tym, że kwadrat długości ich boku wyznacza w terenie pole powierzchni o dokładnie tej wartości. Oczka 8×8 km siatki binarnej to pole o powierzchni 64 km2. Siatka dziesiętna 10×10 km wyznacza teren o powierzchni 100 km2. Dodatkowo obie te siatki są identyczne przy zagęszczeniu 1×1 km. Jedynie sposób etykietowania w tym przypadku będzie inny. Należy jednak zawsze pamiętać o zagadnieniu hipsometrii i dokładności pomiarów GPS, czego oczywiście sam układ WGS 84 nie uwzględnia.

  • Wynika to ze sposobu prowadzenia linii w G.E. Siatka 64×64 km koryguje położenie linii w układzie WGS 84 co 64 km. Siatka 1×1 km robi to co 1 km. Program G.E. robi to na swój sposób łącząc dowolne dwa punkty najkrótszym łukiem. Stąd te różnice. Warto zauważyć jednak, że w układzie prostokątnym, w jakim odbywa się przyporządkowywanie elementów do odpowiednich kwadratów ten problem nie występuje. Jest to jedynie wizualny efekt w Google Earth. Widok siatki 8×8 km w G.E. jest dużo bardziej precyzyjny. Odchylenie łuku jest niezauważalne. Tym bardziej dla siatki 1×1 km.

  • Jest to termin, którego używamy w momencie "położenia" na teren, siatki o odpowiedniej gęstości. Wtedy jej "kwadraty" przyporządkowują do siebie analizowane elementy istniejące w terenie. Ponieważ jednak z samymi elementami są związane określające je parametry (np ich liczebność w kwadracie, parametry fizyczne, chemiczne czy np przeliczalne parametry opisowe), to takie "różniczkowanie" terenu można wykonywać właśnie pośrednio na tych przeliczalnych parametrach. Można zatem analizować ich zmienność w terenie a więc także i niekiedy gradient tej zmienności.

  • W tym odwzorowaniu siatka wycina pola w badanym terenie bardzo zbliżone do czworoboków, których powierzchnia jest z dużą dokładnością taka jak powierzchnia kwadratów siatki w układzie kartezjańskim a więc jednakowa. To bardzo ułatwia wszelkie analizy numeryczne i opracowania statystyczne wykonywane dla parametrów elementów. Dokładność pomiarów zawsze jednak jest nieco mniejsza ze względu na ukształtowanie terenu i precyzję wyznaczania współrzędnych geograficznych.

  • Myślę, że sposobów na to jest co najmniej kilka, ale na pewno warto powiedzieć o dwóch. Jeżeli dysponujemy pakietem Corel Draw to oczywiście można wczytać do tego programu wygenerowany wcześniej z QGIS plik PDF utworzonej ryciny. Następnie dobudować na tej podstawie Legendę posiłkując sie wielkościami kół, siatki i kolorów właśnie z tego pliku PDF. Taką legendę można będzie później używać także dla innych rycin. Drugi sposób mógłby polegać na wygenerowaniu z programu PolBiG w oparciu o sztucznie spreparowane dane takiej siatki w formacie PDF, która będzie mogła służyć za wzorzec legendy. Plik w tym formacie można już opisać w darmowym programie Acrobat Reader DC.

Nieco o nas

Zajmujemy się wykorzystaniem siatki binarnej PolBiG w nauce i gospodarce. Liczymy na to, że pokazane narzędzia będą użyteczne.

Marek Verey

Realizator Projektu
fizyk, UJ

Krzysztof Kochański

Realizator Projektu
programista, AGH

Johann Heinrich Lambert

matematyk, fizyk, filozof
1728-1777

QGIS software

Wielopratformowy program desktop GIS
https://qgis.org/pl/site/

Nieco informacji o powyższych rycinach

Ryciny zostały utworzone dzięki wygenerowanym plikom oprogramowania siatki PolBiG z wykorzystaniem darmowych systemów QGIS i Google Earth

1. Stanowisko pracy

Warto pamietać, że w pracy polegającej na opracowywaniu danych dobrze jest mieć dodatkowy monitor, który przedłuży nam widok "pulpitu". Ułatwi to podgląd danych i prezentację grafiki (G.E. i QGIS).

2. Przykładowe dane (format Excel)

Widok prostego arkusza Excel. Konieczne jest jedynie wylistowanie nazw elementów badań i ich położenie geograficzne. Oprogramowanie wczytuje plik i generuje wyniki zwrotnie.

3. Prezentacja w Goole Earth

System obsługi siatki PolBiG umożliwia generowanie binarnych siatek KML, dostosowanych do wielkości badanego terenu. Elementy są przyporządkowane do etykietowanych automatycznie kwadratów.

4. Różna przezroczystość jest miarą liczebności występowania

Im mocniejsze zabarwienie tej samej barwy tym liczebność badanego gatunku jest większa. Widać trzy stopnie zabarwienia.

5. MPN - ukształtowanie terenu

Rycina uzyskana z pomocą pakietu QGIS. Zastosowano podkład WMTS-cieniowanie (Geoportal). Kolory rozróżniają gatunki znalezione na terenie Magurskiego Parku Narodowego.

6. Różne możliwości prezentacji

QGIS - zastosowano podkład WMTS-hipsometria z cieniowaniem. Na podkład nałożono trzy grupy "punktów" określające 3 gatunki mchów. W QGIS punkty prezentowane są jako koła, kwadraty i gwiazdki.

7. Badany teren. Kółka proste

Dwu kilometrowa siatka nałożona na cały teren MPN. Kółka reprezentują te kwadraty, w których znalezione zostały stanowiska (pola badawcze). Promień koła jest w ustalonej proporcji z bokiem kwadratu.

8. Teren. Kółka skalowane wg grup

Promień kół jest zróżnicowany i zależny od względnej liczebności grup w kwadratach. Maksymalny zasięg promienia koła można zmieniać używając "skali". Dla 100% skali kółka nigdy nie wychodzą poza kwadrat.

9. Teren. Kółka skalowane elementami

Siatka ta sama, ale promień kół zależy od względnej liczebności elementów w kwadratach całej siatki. W tym przypadku wybrano "skalę" 200%. Zwiększa to różnicę pomiędzy największym i najmniejszym kółkiem.

10. Teren. Skalowanie bezwzględne

Oczka 2x2 km, ale promień koła jest proporcjonalny do bezwzględnej liczebności elementów w kwadracie siatki. Takie rozwiązanie pozwala przykładowo na porównanie tego samego terenu w różnych okresach.

11. Badanie bezwzględne liczebności gatunków MPN w terenie

Wykorzystano dane, w których w sztuczny sposób powielono gatunki w stanowiskach, tak by oddawały pewien rzeczywisty parametr "liczebności" określony przez badaczy. Krycie ustalono na 30%.

12. Podobne badanie z siatką 1/2 km. Krycie: 40%

Wyrażna różnica w wyglądzie "liczebności" dzięki bardziej gęstemu podziałowi siatki. Poprzednio kwadrat #432121234 (2x2 km) "zbierał" wiele stanowisk co zwiększyło bardzo promień koła.

Kontakt

Jeżeli masz znajomych i widzisz, że Projekt PolBiG ma sens i wart jest pomocy - wstaw zrzutkę na Fejsie lub udostępnij na swój sposób. Zawsze też odpowiemy na sensowne pytania. Teraz, w czasie pandemii preferujemy komunikację pośrednią z pomocą E-mail, jest też możliwy kontakt telefoniczny. Jeżeli zainteresuje Cię metoda opisana tutaj zawsze skontaktujesz się z nami :).

Marek Verey

info@podlesie.krakow.pl

+48 501 006 250

Twój list został wysłany. Dziękujemy!