Geoinformaatika
Sisukord
Sissejuhatus. Mida õpetab käesolev raamat ja kuidas seda kasutada (PDF)
I. ALUSTEADMISED
1. Lühike jalutuskäik läbi ainevalla
Jüri Roosaare, Kiira Mõisja
1.1. Kaartidest geomeediani
1.1.1. Esimestest kaartidest digitaalkartograafiani
1.1.2. GIS – teke ja areng
1.2. Geoinformaatika teke ja areng Eestis
1.2.1. Kartograafia areng Eestis
1.2.2. GISid Eestis
1.3. Geoinformaatika kui teadus
1.3.1. Geoinformaatika seos teiste teadustega
1.4. Geoinformaatika kui õppeaine
1.5. Geoinformaatika kui tehnoloogia
1.5.1. Geoinfosüsteemi üldine ülesehitus
1.5.2. Geoinfoteenused
1.5.3. Protsessid geoinformaatikas
1.6. Kokkuvõte – kohateave nüüdismaailmas
2. Informaatilised alused
Jüri Roosaare
2.1. Andmed ja informatsioon
2.1.1. Andmehulk
2.1.2. Informatsioon üldteadusliku metodoloogilise mõistena
2.1.3. Informatsiooni kvantitatiivne külg
2.1.4. Informatsiooni semantiline külg
2.1.5. Informatsiooni pragmaatiline külg
2.1.6. Kommunikatsioon
2.1.7. Informatsioon otsustuste alusena
2.1.8. Andmeringe
2.2. Andmed ja nende tüübid
2.2.1. Kvantitatiivsed andmed
2.2.2. Kvalitatiivsed andmed
2.2.2.1. Operatsioonid kvalitatiivsete andmetega
2.2.3. Objekti tüüpi andmed
2.2.4. Spetsiifilised andmetüübid
2.3. Andmekogumid, andmebaasid ja infosüsteemid
2.3.1. Andmestruktuurid
2.3.2. Andmestikud ja andmekogud
2.3.3. Andmebaas ja andmebaasihaldur
2.3.3.1. Relatsiooniline andmebaas
2.3.3.2. Objektorienteeritud käsitlusviis ja andmebaasid
2.3.4. Infosüsteem
2.4. Infosüsteemide projekteerimine
2.4.1. Zachmani raamistik
2.4.2. Informaatiline modelleerimine
2.5. Päringud
2.5.1. Päringud kui loogilised laused
2.5.2. Andmete järjestamine ja rühmitamine
2.5.3. Päringukeel SQL
2.6. Kokkuvõte
3. Geograafilised alused
Jüri Roosaare
3.1. Geograafilised süsteemid
3.1.1. Süsteemidest ja modelleerimisest üldiselt
3.1.2. Geosüsteemid ja maastikud
3.2. Geograafia ruumikontseptsioonid
3.2.1. Reaalsed, abstraktsed ja virtuaalsed ruumid
3.2.1.1. Kolmemõõtmeline eukleidiline ruum
3.2.1.2. N-mõõtmeline eukleidiline ruum
3.2.1.3. Ruumi anisotroopia
3.2.1.4. Kauguse erinevad käsitlused
3.2.2. Pidevus ja sõredus
3.2.2.1. Geo-objektid kui punktid, jooned ja pinnad
3.2.2.2. Väljad, tesselatsioonid ja rastrid
3.2.3. Hierarhiad ja skaalad
3.2.3.1. Elementaarüksuse probleem
3.3. Geograafiline asend
3.3.1. Asukoht ja selle määramine
3.3.2. Asendi kirjeldamise viisid
3.4. Kokkuvõte
4. Geodeetilised alused
Raivo Aunap
4.1. Maa ruumilised mudelid
4.1.1. Geoid
4.1.2. Maaellipsoid
4.1.2.1. Geograafilised koordinaadid
4.1.2.2. Daatumid
4.1.2.3. Sfääriline geomeetria
4.2. Navigatsioonisatelliitidel põhinev positsioneerimine
4.2.1. Positsioneerimise tööpõhimõte ja täpsus
4.2.2. Navigatsioonisatelliitide süsteemid
4.2.2.1. GPS
4.2.2.2. GALILEO
4.2.2.3. Teised süsteemid
4.3. Maa tasapinnalised mudelid
4.3.1. Kaardiprojektsioonid
4.3.1.1. Projitseerimisviisid ja projektsiooni omadused
4.3.1.2. Kaardiprojektsiooni liigid
4.3.1.3. Kaardiprojektsiooni valikupõhimõtted
4.3.2. Ristkoordinaatide süsteemid
4.4. Alusvõrgud
4.4.1. Geodeetilised põhivõrgud
4.4.2. Kaardivõrgud, kaardijagu ja -nomenklatuur
4.5. Kokkuvõte
5. Arvutusgeomeetria ruumiandmete geomeetria alusena
Jüri Roosaare
5.1. Arvutusgeomeetria
5.1.1. Algoritmid ja nende efektiivsus
5.1.2. Arvutusgeomeetria tüüpülesandeid – mõned näited
5.1.2.1. Geomeetriline otsing
5.1.2.2. Kumera katte konstrueerimine
5.1.2.3. Lähima naabri leidmine
5.2. Operatsioonid joontega
5.2.1. Joonte lõikumine
5.2.2. Joonte esitusviisid
5.2.3. Joonte lihtsustamine ja silumine
5.3. Operatsioonid punktide ja polügoonidega
5.3.1. Punkt polügoonis
5.3.2. Punkti asukoht
5.3.3. Polügoonide pindala
5.3.4. Polügooni tsentroidid ja skelettjooned
5.4. Tesselatsioonid
5.4.1. Thiesseni polügoonid
5.4.2. Delaunay triangulatsioon
5.5. Fraktalid
5.6. Kokkuvõte
II. RUUMIANDMED
6. Ruumiandmed ja -andmestikud
Jüri Roosaare, Kiira Mõisja
6.1. Metaandmed
6.2. Vektorandmed
6.2.1. Vektorandmete geomeetriatüübid
6.2.2. Vektorandmete atribuudid
6.2.2.1. Aeg ruumiandmete atribuudina
6.2.3. Vektorandmete topoloogia
6.2.4. Vektorandmete vormingud
6.3. Rasterandmed
6.3.1. Rasterandmete topoloogia
6.3.2. Rasterandmete vormingud
6.3.2.1. Andmetihendus
6.3.2.2. Värvisüsteemid, -paletid ja -kanalid
6.4. Ruumiandmestikud
6.4.1. Mosaiikandmed
6.4.2. Reljeefiandmed
6.4.3. Võrgustikandmed
6.4.4. Aegruumilised read
6.4.5. Ruumiandmebaasid
6.4.6. Ruumiandmekogud
6.5. Kokkuvõte
7. Ruumiandmete mudelid
Kiira Mõisja
7.1. Eesmärk, mõõtkava ja ruumikontseptsioon
7.2. Reaalsusmudel
7.3. Andmemudel
7.3.1. Objektiklassi geomeetriatüüp
7.3.2. Atribuutide tabeli struktuur
7.3.3. Topoloogiareeglid
7.3.3.1. Ruumiobjektide paiknemissuhted
7.3.3.2. Geomeetriareeglid
7.3.3.3. Loogilised reeglid
7.3.3.4. Tolerants ja kaalud
7.3.3.5. Digimisjuhendid
7.4. Esitusmudel
7.5. Mudelitevahelised seosed
7.6. Kokkuvõte
8. Ruumiandmete hõive
Kiira Mõisja, Raivo Aunap, Tõnu Oja, Jüri Roosaare, Edgar Sepp
8.1. Andmehõiveprotsess
8.2. Esmane andmehõive
8.2.1. Instrumentaalne mõõdistamine
8.2.1.1. Nivelleerimine
8.2.1.2. Joonpikkuste mõõtmine
8.2.1.3. Nurgamõõduinstrumendid
8.2.1.4. Tahhümeetria
8.2.1.5. Mõõdistusviisid
8.2.1.6. Mõõdistuspõhise loomine
8.2.1.7. Mõõdistamine absoluutsetes koordinaatides
8.2.2. Kaugseire
8.2.2.1. Kaugseire füüsikaline alus
8.2.2.2. Aktiiv- ja passiivsüsteemid
8.2.2.3. Kaugseireandmete parameetrid
8.2.3. Fotogramm-meetria
8.2.3.1. Fotogramm-meetria teke, areng ja liigitumine
8.2.3.2. Klassikalise fotogramm-meetria põhiprintsiibid
8.2.3.3. Aerofotode koordinaatsüsteemid
8.2.3.4. Aerofotode orienteerimiselemendid ja mõõtkava
8.2.3.5. Aerofotode esmatöötlus ja kasutamine
8.2.3.6. Stereofotogramm-meetria
8.2.3.7. Droonifotogramm-meetria eripärad
8.3. Teisene andmehõive
8.3.1. Skaneerimine
8.3.2. Digimine
8.3.3. Rasterdamine ja vektordamine
8.4. Asukohaga sidumine
8.4.1. Koordinaatimine ja koolutamine
8.4.2. Geokodeerimine
8.4.3. Joonosundamine
8.5. Ruumiline indekseerimine
8.5.1. Pinna kõiki punkte läbiv joon
8.5.2. Rastripõhised ruumi-indeksid
8.5.3. Kvadropuud
8.5.4. R-puud
8.6. Kokkuvõte
9. Ruumiandmete haldamine ja levitamine
Jüri Roosaare, Kiira Mõisja
9.1. Ruumiandmekogude haldamise põhimõtted
9.2. Ruumiandmete kaasajastamine ja korrashoid
9.3. Ruumiandmete levitamine
9.3.1. Kes ja milleks vajavad ruumiandmeid
9.3.2. Ruumiandmeteenused
9.3.2.1. WMS
9.3.2.2. WFS
9.4. Kokkuvõte
10. Ruumiandmete kvaliteet
Kiira Mõisja
10.1. Ebamäärasus ruumiandmetes
10.1.1. Hajusus ja mitmetähenduslikkus
10.1.2. Vigasus
10.1.3. Aeg ja ebamäärasus
10.1.4. Andmeanalüüs ja ebamäärasus
10.2. Ruumiandmete kvaliteedi mõiste
10.2.1. Mis on kvaliteet?
10.2.2. Ruumiandmete kvaliteet
10.3. Ruumiandmete kvaliteedi hindamine
10.4. Ruumiandmete kvaliteedielemendid ja -näitajad
10.4.1. Vektorandmete kvaliteedielemendid
10.4.1.1. Täielikkus
10.4.1.2. Temaatiline õigsus
10.4.1.3. Loogiline kooskõla
10.4.1.4. Asukohatäpsus
10.4.1.5. Ajakohasus
10.4.1.6. Kasutatavus
10.4.2. Rasterandmete kvaliteedielemendid
10.4.2.1. Geomeetrilised kvaliteedielemendid
10.4.2.2. Radiomeetrilised kvaliteedielemendid
10.4.3. Kvaliteedinäitajad
10.5. Ruumiandmete kvaliteedi hindamise meetodid
10.6. Kokkuvõte
III. RUUMIANDMETE ANALÜÜS
11. Ruumiandmete päringud ja ruumilised päringud
Jüri Roosaare
11.1. Kursor- ja atribuutpäringud
11.2. Asendipäringud 357
11.2.1. Kaugus asendi parameetrina
11.2.2. Asendipäringud SQLis
11.3. Teekonnapäringud
11.4. Kokkuvõte
12. Kartomeetria
Jüri Roosaare
12.1. Kujuindeksid
12.2. Kompositsiooni- ja tekstuuri-indeksid
12.2.1. Määramatusel põhinevad mõõdud
12.2.2. Naabrusindeksid
12.3. Mõõtude normeerimine ja süntees
12.4. Kokkuvõte: kartomeetria võimalused ja piirangud
13. Ülekatteoperatsioonid
Jüri Roosaare
13.1. Vektorkihtide ülekatted
13.1.1. Ebapolügoonid ja nende eemaldamine
13.1.2. Ülekatete atribuudid
13.2. Rasterkihtide ülekatted
13.3. Loogilised kihid ja tehted nendega
13.4. Hägusloogilised ülekatted
13.5. Kokkuvõte
14. Kartograafiline modelleerimine
Jüri Roosaare
14.1. Kaardialgebrast graafiliste modelleerimiskeskkondadeni
14.1.1. Ümberklassifitseerimine
14.2. Fokaaloperaatorid
14.2.1. Filtrid
14.2.2. Kontekstoperaatorid
14.2.2.1. Nõlvakalle
14.2.2.2. Nõlva ekspositsioon
14.2.2.3. Pinna struktuursed koostisosad
14.3. Tsonaaloperaatorid
14.4. Globaaloperaatorid
14.4.1. Maksumuslik kaugus
14.5. Kokkuvõte
15. Ruumiandmete statistiline analüüs
Jüri Roosaare
15.1. Geostatistika ja selle lähtealused
15.2. Ruumiline autokorrelatsioon
15.3. Variograafia
15.3.1. Fraktaalse dimensiooni määramine
15.4. Kokkuvõte
16. Ruumiline interpoleerimine
Jüri Roosaare
16.1. Trendpinnad ja nende analüüs
16.1.1. Polünoomid
16.1.2. Fourier’ read
16.2. Punktandmete interpoleerimine
16.2.1. Millised naabrid ja milliste kaaludega?
16.2.2. Kriging
16.3. Areaalide interpoleerimine
16.4. Kokkuvõte: interpoleerimisvõtete võimalused ja piirangud
17. Punktmustrite analüüs
Jüri Roosaare
17.1. Punktmustrite tüübid ja nende määramine
17.1.1. Juhuslik punktprotsess
17.1.2. Klastrilisus
17.1.2.1. Tuumalad ja koondumiskohad
17.1.2.2. Ruumilised protsessid
17.1.3. Ühtlustumine
17.1.3.1. Keskuskohtade teooria
17.2. Punktmustrite paiknemise näitajad
17.3. Punktmustrite võrdlemine
17.4. Punktmustrite genereerimine
17.5. Kokkuvõte
18. Seosed ruumiliste nähtuste vahel
Jüri Roosaare
18.1. Paiknemiskooskõla kordajad
18.1.1. Kapa kordaja
18.1.2. Paiknemiskooskõla komponentide määramine
18.1.3. Infoanalüüs
18.2. Regressioonid
18.2.1. Logistiline regressioon
18.2.2. Geograafiliselt kaalutud regressioon
18.2.3. Maistupõhine regressioon
18.2.4. Ruumiline regressioon
18.3. Kokkuvõte
19. Ruumiline rühmitamine
Jüri Roosaare
19.1. Pikslipõhine näidistega klassifitseerimine
19.2. Pikslipõhine klasteranalüüs
19.3. Ruumiline segmenteerimine
19.4. Kokkuvõte
20. Arvutusgeograafia rakendused
Jüri Roosaare
20.1. Aegruumiliste ridade analüüs
20.1.1. Faktoranalüüs
20.1.2. Aegruumiliste ridade faktoranalüüs
20.2. Intellektitehnika kasutamine
20.2.1. Metaheuristilised algoritmid
20.2.1.1. Libalõõmutamine
20.2.1.2. Tabu otsing
20.2.2. Geneetilised algoritmid
20.2.3. Tehisõpe ja -närvivõrgud
20.2.3.1. SOM
20.3. Geosimulatsioonid
20.3.1. Rakk-automaadid
20.3.2. Agendipõhised mudelid
20.3.2.1. Sipelgakoloonia optimeerimine
20.3.3. Maastikumatkurid
20.4. Kokkuvõte
IV. KOHATEABE ESITAMINE
21. Kaart kui ruumiandmete põhiline esitusviis
Kiira Mõisja
21.1. Kaardi mõiste
21.1.1. Kartograafiline kujutis
21.1.2. Kaardi komponendid
21.1.3. Kaardi ülesanded
21.1.4. Arvutite mõju kaartidele
21.2. Kaartide liigid
21.1. Kokkuvõte
22. Kartograafiline üldistamine
Kiira Mõisja
22.1. Mis on kartograafiline üldistamine?
22.1.1. Üldistamise mõiste areng
22.1.2. Üldistamise automatiseerimine
22.1.3. Üldistamise kontseptuaalmudelid
22.1.3.1. McMasteri ja Shea kontseptuaalmudel
22.1.3.2. Grünreichi ja Kilpeläise mudelid
22.2. Üldistamise liigid
22.2.1. Eesmärgiline üldistamine
22.2.2. Ruumispetsiifiline üldistamine
22.2.3. Informaatiline üldistamine
22.2.4. Kujutusviisiline üldistamine
22.2.5. Graafiline üldistamine
22.3. Üldistamise meetodid
22.3.1. Sõrendamine
22.3.2. Klassifitseerimine
22.3.3. Geomeetriline üldistamine
22.3.3.1. Lihtsustamine ja silumine
22.3.3.2. Liitmine
22.3.3.3. Nihutamine
22.3.3.4. Liialdamine ja rõhutamine
22.3.4. Geomeetriatüübi muutmine
22.4. Rasterandmete üldistamine
22.5. Kokkuvõte
23. Kaardi kujundamine
Kiira Mõisja
23.1. Kaardi kompositsioon
23.2. Kaardivälja kujundamine
23.2.1. Leppemärkide süsteem
23.2.1.1. Märkide liigid
23.2.1.2. Visuaalsed muutujad
23.2.1.3. Nõuded märkidele ja märgisüsteemile
23.2.1.4. Märkide suurused
23.2.2. Kaardikirjad
23.2.2.1. Kaardikirjade mõiste ja liigid
23.2.2.2. Kohanimed
23.2.2.3. Kaardiväljakirjade ülesanded
23.2.2.4. Kaardikirjade visuaalsed muutujad
23.2.2.5. Kaardikirjade paigutus
23.2.3. Värvid ja mustrid
23.2.3.1. Värvisüntees ja värvimudelid
23.2.3.2. Värvisüstemaatika ja värvisüsteemid
23.2.3.3. Värvikombinatoorika
23.2.3.4. Mustrite liigid ja kasutus
23.3. Kaardi legend ja kaarditoode
23.4. Kokkuvõte
24. Nähtuste kujutusviisid
Kiira Mõisja, Raivo Aunap
24.1. Punktleppemärkidel põhinevad kujutusviisid
24.2. Joonleppemärkidel põhinevad kujutusviisid
24.3. Pindleppemärkidel põhinevad kujutusviisid
24.4. Horeemid
24.5. Kokkuvõte
25. Kaardi tootmine
Kiira Mõisja
25.1. Kaardi valmimise protsess
25.1.1. Kaardi projekteerimine
25.1.2. Kaardi koostamine ja kujundamine
25.1.3. Paljundamine
25.2. Kaardi koostamise tehnoloogiad
V. KOHATEABE KASUTAMINE
26. Kohateabe kasutusvaldkonnad – ülevaade
Jüri Roosaare
26.1. Kohateabe rakendussuunad
26.2. Kohateabe-alane ärimaastik
26.3. Kokkuvõte
27. Läbiv näide I: reljeefi modelleerimine
Jüri Roosaare
27.1. Numbrilise kõrgusmudeli erinevad esitusviisid
27.1.1. TIN pinna mudelina
27.2. Reljeefimudelite loomine
27.2.1. Triangulatsioonipunktide valik
27.2.1.1. Fowleri–Little’i algoritm
27.2.1.2. VIP-algoritm
27.2.1.3. Kõrvalejätmise heuristika
27.2.1.4. Sammsammuline täpsustamine
27.2.2. Triangulatsioon
27.2.2.1. Murdejoonte lisamine
27.2.2.2. Samajoonte triangulatsioon
27.2.3. TIN-mudeli teisendused
27.2.4. Kõrgusmudeli loomise komplekssed meetodid
27.3. Reljeefimudelite kasutamine
27.4. Reljeefimudelite täpsus
27.5. Reljeefi kujutamise viisid
27.6. Kokkuvõte
28. Läbiv näide II: hüdroloogiline modelleerimine
Jüri Roosaare
28.1. Valglapõhise modelleerimise põhimõtted
28.2. GIS hüdroloogilisel modelleerimisel
28.2.1. Kõrgusmudelil põhinev eeltöötlus
28.2.2. Muude ruumiandmete eeltöötlus
28.2.3. Järeltöötlus
28.3. Kokkuvõte
29. Läbiv näide III: rahvastiku paiknemine
Jüri Roosaare
29.1. Inimeste liikumisi kajastavad andmed
29.1.1. Suurandmete kasutamine
29.1.1.1. Passiivne mobiilpositsioneerimine
29.2. Rahvastikukaartidest reaalajas jälgimiseni
29.3. Kokkuvõte
VI. GEOINFORMAATIKA SOTSIAALSED ASPEKTID
30. Infoühiskond ja kohateave
Jüri Roosaare, Kiira Mõisja
30.1. Geomeedia tänapäeva maailmas
30.1.1. Digital Earth
30.2. Kaartide sotsiaalne roll
30.3. Ruumiline teadlikkus, mõtlemine, identiteet ja sotsialiseerumine
30.4. Kokkuvõte: geomeedia võimalused ja väljakutsed
31. Ruumiandmete juriidilised aspektid
Jüri Roosaare
31.1. Kohateabega seotud õigusaktid
31.2. Kohateabe kasutamise eetilised küljed
31.3. Kokkuvõte
32. Ruumiandmete taristud
Jüri Roosaare, Kiira Mõisja
32.1. Riiklikud ruumiandmete taristud
32.2. Globaalsed ja regionaalsed ruumiandmete taristud
32.2.1. INSPIRE
32.3. Ruumiandmete korraldus Eestis
32.4. Kokkuvõte
33. Ruumilised otsustused ehk GIS maailma muutmas
Jüri Roosaare
33.1. Otsustuste infotehnoloogiline tugi
33.1.1. Teadmussüsteemid
33.1.1.1. Teadmusbaas
33.1.1.2. Järeldusmasin
33.1.1.3. Teadmussüsteemi loomine ja haldamine
33.2. Operatsioonianalüüs
33.2.1. Lineaarne planeerimine
33.2.1.1. Duaalsed ülesanded
33.2.1.2. Transpordiülesanded
33.2.1.3. Maakasutusülesanded
33.2.1.4. Koolivõrgu korrastamine
33.3. Otsustuskriteeriumid ja nende süntees
33.4. Otsustuste strateegia ja mitmesihilised otsustused
33.4.1. Konfliktid ja nende lahendamise strateegia
33.4.2. Ruumilised kriteeriumid
33.5. Ruumilisi otsustusi toetavad süsteemid praktikas
33.6. Kokkuvõte
