Gis, geografiens språk i vår tidsalder, 2 utgave by Fagbokforlaget

Forsvarsbygg er forsvarssektorens ekspert på eiendom, bygg og anlegg, og har ansvaret for planlegging, bygging, drift, utleie og salg. Eiendomsporteføljen representerer et unikt mangfold, fra det moderne til det historiske, fra boliger til skyteog øvingsfelt. Forsvarsbygg har i over 20 år benyttet geografiske informasjonssystemer (GIS) til å samle inn, bearbeide, analysere og presentere geografiske data i ulike prosjekter og strategiske beslutninger. Krigsskolen ble stiftet som Den frie matematiske skole i 1750 og er landets eldste institusjon for høyere utdanning. Det startet med teknologisk utdanning innen fortifikasjon og artillerilære. For å tilfredsstille den militære profesjonens krav tilbyr skolen i dag flere studieprogram og langt flere fagfelt. Teknologiutdanningen er videreført gjennom Krigsskolens ingeniørlinje, som er et studieprogram for utdannelse av ingeniøroffiserer. Kadettene får en bachelor i ingeniørfag kombinert med en offisersutdanning. Dette er en unik utdanning som sikrer Forsvaret offiserer som er i stand til å ivareta et høyteknologisk forsvar med høy endringstakt og dynamikk, samtidig som de representerer et viktig mangfold i offiserskorpset.

I andre utgave er bokens innhold faglig oppdatert. Et nytt kapittel om bruk av geografisk informasjon og GIS som grunnlag for militære beslutninger vil kunne ha stor nytteverdi for andre fagområder. Bokens forfattere tilhører fagmiljøer med høy kompetanse og lang erfaring med bruk av GIS ved Krigsskolen og Forsvarsbygg.

Skyte- og øvingsfelt – Forsvarets klasserom

Geografiens språk i vår tidsalder 2. utgave

GIS brukes i planlegging og forvaltning på en rekke samfunnsområder, og det legges her vekt på å vise hvordan GIS fungerer som et geografisk språk i ulike sammenhenger. Boken er lærerik og lettfattelig, og målet er å gjøre GIS anvendelig og relevant for fagmiljøer som planlegger, organiserer og former våre omgivelser.

GIS

Denne boken gir en helhetlig innføring i geografiske informasjonssystemer (GIS). Den forklarer ideene og metodikken som ligger bak GIS, og tar for seg hvert ledd i prosessen med innsamling, bearbeiding, analyse og presentasjon av geografisk informasjon. Slik skiller boken seg fra mer teknisk orientert faglitteratur om GIS.

Geografiens språk i vår tidsalder 2. utgave Utvikling av det faglige rom ved Krigsskolen

www.fagbokforlaget.no

Knut Grinderud Anders C. Haavik-Nilsen Halvard Bjerke Øystein Sanderud Per Gunnar Ulveseth Øyvind Mauseth Steinar Nilsen Magnus Fjetland Alexander Steffensen Ingvill Richardsen

ISBN 978-82-450-1995-7

Omslag riktig rygg.indd 1

26.01.2016 09:55:39

GIS

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 1

Geografiens spr책k i v책r tidsalder

18.01.2016 15:05:03

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 2

18.01.2016 15:05:04

GIS

Geografiens språk i vår tidsalder 2. utgave

Knut Grinderud Anders C. Haavik-Nilsen Halvard Bjerke Øystein Sanderud Per Gunnar Ulveseth Øyvind Mauseth Steinar Nilsen Magnus Fjetland Alexander Steffensen Ingvill Richardsen

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 3

18.01.2016 15:05:05

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 4

18.01.2016 15:05:05

A LETTER FROM JACK

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 5

18.01.2016 15:05:06

Copyright © 2008 by Vigmostad & Bjørke AS All Rights Reserved ISBN: 978-82-450-1995-7 2. utgave 2016 Etter en idé og et initiativ av Knut Grinderud Grafisk produksjon: John Grieg, Bergen Grafisk formgivning: EinArt – Einar Nilsson og Per Bækken i samarbeid med Haakon Rasmussen og Knut Grinderud Sats: Forlaget Redaktører: Anders C. Haavik-Nilsen og Knut Grinderud Halvard Bjerke Anders C. Haavik-Nilsen Knut Grinderud Øystein Sanderud Per Gunnar Ulveseth Øyvind Mauseth Ingvill Richardsen Steinar Nilsen Magnus Fjetland Alexander Steffensen Illustrasjoner er laget av forfatterne/grafiske formgivere/forlaget, når annet ikke er nevnt.

Spørsmål om denne boken kan rettes til: Fagbokforlaget Kanalveien 51 5068 Bergen Tlf.: 55 38 88 00 Faks: 55 38 88 01 e-post: fagbokforlaget@fagbokforlaget.no www.fagbokforlaget.no Materialet er vernet etter åndsverkloven. Uten uttrykkelig samtykke er eksemplarfremstilling bare tillatt når det er hjemlet i lov eller avtale med Kopinor.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 6

18.01.2016 15:05:06

Innhold Forord 8 Anvendelse 10 Modellering av virkeligheten 12, Modellenes anvendelse 13, Hva er GIS? 16, Brukere av GIS 19, GIS i arealplanlegging 22, GIS i beredskap 23, Planleggingens metodikk 25, Fra nasjonale føringer til lokale løsninger 32, Nordområdene 35

Systemene 38 Gjør jorden flat 40, En datamodell av virkeligheten 46, Datafangst av geografiske data 50, Datakvalitet 60, Feilkilder 63, SOSI 64, Geografiske data i databaser 64, Web-baserte tjenester 67, Teknologiske trender 69

Geografiske data 72 Hva er geografisk informasjon? 74, Den geografiske infrastrukturen 75, Basis geodata 77, Tematiske data 88, Arealplanlegging 123, Samfunnssikkerhet og beredskap 127, Statistiske data 133

Analyse 138 Analysemetodikk 140, Romlige statistiske analyser 148, Nettverksanalyser 151, Digitale høydemodeller 155, Praktisk analyseeksempel 165, Deling av analyser 172

Presentasjon 174 Kartografi 176, Persepsjonsnivå 178, Informasjonsvariabler 179, Grafiske elementer 180, Visuelle variabler 180, Persepsjonsegenskapene til de visuelle variablene 184, Kartografisk metode 185, Punktsymbolisering 186, Linjesymbolisering 187, Flatesymbolisering – koropletkartet 189, Flatesymbolisering 192, Kartografisk arbeidsprosess 196, Kartdesign 199, Webkartografi 201

Militær geografi 204 Militære arbeidsprosesser og metodisk tilnærming 206, Bidragskategorier 209, Militær metodisk eksempel – Plan- og beslutningsprosessen 210, Militær anvendelse av GIS 215

Oppsummering 224 Ordforklaringer 226 Litteraturliste 229 Stikkordregister 231

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 7

18.01.2016 15:05:06

Forord

FRA VISJON TIL VIRKELIGHET Vi har kanskje alle hatt en drøm om å sette en ambisiøs tanke ut i virkelig handling. Det er nettopp slik vi som har laget denne boken føler det. Uten et stort nettverk av personer med ulike personlige egenskaper og faglig bakgrunn, ville aldri et prosjekt som dette vært mulig. Det høye engasjementet blant alle som har bidratt i prosessen har ført til at vi i fellesskap har skapt en annerledes lærebok – i mange dimensjoner. Som leser av denne boken vil du se at vi har forsøkt å skape en rød tråd i to dimensjoner; Tankegodset. Vi har forsøkt å trekke fokuset bort fra det teknologiske ståsted. Slik vi ser det, kommer teknikken for å produsere svarene

i andre rekke. I stedet har vi valgt å legge fokus på hvordan geografiske informasjonssystemer (GIS) kan utgjøre et språk og bidra til utforskning av en kompleks hverdag. Tanken er at vi benytter et virtuelt faglig rom, som en møteplass hvor en problemstilling eller utfordring kan hentes inn, belyses og diskuteres fra ulike ståsteder, slik at alle mulighetsscenarioer kommer frem før beslutningen fattes. GIS fungerer her som et språk som kan hjelpe til med å forstå, tolke og presentere de geografiske omgivelser på en slik måte at de riktige spørsmålene stilles, som senere leder til å utlede de beste svarene. Dette bringer oss over på bokens andre dimensjon; Vinduet innover Gir rommet ventilasjon og frisk luft fra utsiden

Vinduet utover Gir rommet utsikt og oversikt over hva som skjer utenfor

Den ulåste døren Gjør rommet tilgjengelig for alle som ønsker å komme inn

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 8

18.01.2016 15:05:06

« Geografiske data

GIS – Et språk som gjør det mulig å fatte de riktige strategiske valg»

Samle inn

Presentere

nne

skeli

g kunnskap o

fa g er

rin

Bearbeide

Analysere

Metodikken. I boken forsøker vi å strukturere en utfordring inn i fire faser; samle inn, bearbeide, analysere og presentere geografisk informasjon. Gjennom disse faser er det menneskelig kunnskap og erfaring som er den forløsende faktor. Med dette utgangspunktet forsøker vi å skape ulike møteplasser der GIS blir et viktig verktøy for beskrive geografien som omgir oss og tilslutt å gjøre de riktige strategiske valg i en beslutningssituasjon.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 9

Vi retter en spesiell takk til kaptein og sivilingeniør Ragnar Øien, som har vært til stor hjelp i forbindelse med den språklige og faglige kontrollen. Vi håper du gjennom denne boken vil få noen gode ideer om hvordan GIS kan anvendes i din hverdag!

18.01.2016 15:05:09

Halvard Bjerke er utdannet sivilingeniør i geomatikk fra Universitetet for miljø- og biovitenskap (Norges miljø- og biovitenskapelige universitet). Han arbeider som høgskolelektor ved Krigsskolens ingeniørlinje.

Anders C. Haavik-Nilsen er militært utdannet med befals-, krigs- og stabsskole. I tillegg er han utdannet sivilingeniør fra Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet og har en master i management fra BI. Han arbeider som leder for Krigsskolens ingeniørlinje. Han har både nasjonal og internasjonal tjenestebakgrunn fra Forsvaret.

Knut Grinderud er utdannet sivilingeniør fra Norges tekniske høgskole (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet), samt at han har en master of business administration i strategisk ledelse fra Norges Handelshøyskole. Han arbeider som sjefingeniør og er leder for strategi og utviling i Forsvarsbygg Utleie. Han har tidligere hatt ansvaret for arealplanlegging, GIS og eiendomsregister, samt skyteog øvingsfelt i Forsvarsbygg.

Kapittelet er bearbeidet med utgangspunkt i 1. utgaven som ble forfattet av Knut Grinderud og Haakon Rasmus Rasmussen.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 10

18.01.2016 15:05:10

Anvendelse

Modellering av virkeligheten Modellenes anvendelse Hva er GIS? Brukere av GIS GIS i arealplanlegging GIS i beredskap Planleggingens metodikk Fra nasjonale føringer til lokale løsninger Nordområdene

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 11

12 13 16 19 22 23 25 32 35

18.01.2016 15:05:11

Modellering av virkeligheten

1.1

Middelalderens og dagens verdensbilde, til venstre et såkalt TiO-kart og til høyre en modell av jordkloden.

Mennesket har gjennom alle tider laget fremstillinger av verden som verktøy for utforsking og forståelse. Mennesker har alltid søkt etter et større perspektiv for egne erfaringer. Modellen av verden har ikke nødvendigvis alltid vært korrekt, og har heller ikke alltid behov for å være det så lenge modellen fungerer som representasjon. Også i dag er det uenighet om hvilke modeller som best representerer ulike forståelser eller oppgaver. Modellens strukturelle egenskaper kan være avgjørende for brukbarheten og relevansen. En astrofysiker kan med fordel benytte en feilaktig modell av universet for lettere å se sammenhenger eller hendelsesforløp. Denne manipulasjonen av virkeligheten er riktig, viktig og tilstedeværende i tidligere tider og i dagens samfunn. Menneskets forestillinger og oppfattelse av omgivelsene kommer også til uttrykk i kartene vi lager, og vårt verdensbilde formes av våre kart. Figur 1.1 viser en skisse av det såkalte TiO-kartet fra 12–1300-tallet. Kartet er orientert med øst opp og består av en T omsluttet av en O. T’en representerer Middelhavet, elven Don i Russland og Nilen. Dette ble betraktet som grenser mellom datidens eneste oppdagede kontinenter Europa, Asia og Afrika. O’en

Paradis

Jerusalem

Nilen

Hellas

lia

Ita

1.1

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 12

representerer det store verdenshavet rundt kontinentene. Kristendommens absolutte status som gyldig virkelighetsoppfatning reflekteres i at Jerusalem ligger i verdens sentrum, og at teologiske steder som Paradis og fjelltoppen der Noahs ark strandet har en konkret fysisk plassering i denne verdens geografi. Dette speiler også oppfatningen om at det ved siden av vår fysiske verden også eksisterer en åndelig verden som på visse steder og til visse tider er i berøring med vår egen verden. I utkanten av verdensranden er det på gamle kart ofte tegnet inn demoner og mytiske skapninger som vist på figur 1.2. Med denne forestillingen om verden er tanker om seilaser bortenfor verdenshavet suicidal galskap. Christopher Columbus’ virkelige bragd må sees i lys av dette. Ikke i hans faktiske reise, men i hans beslutning om å trosse den rådende verdensoppfatning. Oppdagelsesreisene og opplysningstiden la middelalderens verdensbilde i grus, og ble erstattet av en verdensoppfatning som vi i grove trekk har den dag i dag. Dagens hurtige transportmidler, internett og globale miljøbelastninger har dog endret våre forestillinger om kloden til en adskillig mindre og mer sårbar verden enn den veldige globe med sin overmektige natur som 1500-tallets oppdagelsesreisende våget seg inn i. Albert Einsteins nye modeller for oppfatningen av masse, tid og rom og hans etterfølgende astrofysikere sprenger våre dagligdagse oppfatninger om verdensaltet. Forestillingene om krumt rom og ormehull som muliggjør tidsreiser, er knapt forståelige i dag, og antageligvis like fantastiske som en transatlantisk flytur var for 1300-tallsmennesket. Eller er det heller ideen om Gaia (Lovelock, 1979) – jorden som levende organisme – som er det eneste realistiske verdensbildet hvis menneskeheten skal ivareta sin framtidige eksistens?

18.01.2016 15:05:13

1 – ANVENDELSE

Modellenes anvendelse Et særlig gjenkjennelig eksempel på modellering av omverdenen, finner vi i undersøkelsene den engelske legen John Snow gjorde under den store koleraepidemien i London på midten av 1800-tallet. London var den første millionbyen i den moderne tids Europa og fikk som en direkte følge av dette de første utfordringene med stor byplanlegging. På denne tiden hadde man ennå ikke sett sammenhengen mellom spredning av kolera og infrastrukturelle forutsetninger som at vann og avløp ikke var tilstrekkelig adskilt. Kolerabakterien trives nemlig godt i brønner og vannreservoarer. På 1800-tallet forklarte medisinere smittsom sykdom med to ulike og motstridende tankemodeller. Miasmeteorien, som var dominerende fram til slutten av 1800-tallet, hevdet at gassformede urenheter i luften, kalt «miasmer», fremkalte sykdom. Ullevål sykehus fra 1887 er bygget i samsvar med miasmeteorien, med godt ventilerte bygninger adskilt av brede gressplener for å forhindre spredning av forpestet luft. Den andre tankemodellen, smitteteorien, hevdet at sykdom skyldes små usynlige vesener. Smitteteorien fikk først sitt gjennombrudd da eksistensen av disse usynlige vesenene ble påvist gjennom oppdagelsen av bakterier og virus. Dr. John Snow var svært opptatt av å finne årsaken til koleraepidemien som herjet Londons gater. Han var tilhenger av smitteteorien og hadde sine mistanker om hva årsakene kunne være, men hadde ingen klare beviser. Dr. Snow bestemte seg for å samle inn informasjon om hvor de som døde av kolera bodde, og således konstruere en abstrakt representasjon av London som bare inneholdt visse typer informasjon.

1.2

1.2 1.2

I 1539 ferdigstilte den svenske naturforskeren Olaus Magnus veggkartet Carta marina i Venezia. Kartet er kjent som det første «riktige» kartet av de skandinaviske landene. Utenfor kysten av Norge er det tegnet inn flere demoner og mytiske skapninger som sjøfolk kunne treffe på. Kilde: Magnus (1539).

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 13

18.01.2016 15:05:14

Modellenes anvendelse

1.3 1.4

1.3

Kartet Dr. Snow utarbeidet i 1854 viser registrerte dødsfall, uttrykt i svarte streksymboler. Trekant viser middelverdi, firkant viser median og sirkel viser modus; den hyppigste forekommende verdi i et datasett. Dødsfallene viser en gruppering rundt en bestemt vannpumpe på Broad Street. Dr. Snow hadde allerede en hypotese om at «organismen» førte til kolera var vannbåren. Han brukte kartet til å illustrere sin hypotese. Det er en tydelig sammenheng mellom et tyngdepunkt av punktregistreringene, geografisk konsentrasjon av antall smittede, og en spesiell fellesnevner, vannpumpen. Kilde: John Snow (1854).

1.4

Tetthetsanalyse av sykdomsregistreringene til Dr. Snow. Kilde bakgrunnskart: John Snow (1854).

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 14

Arbeidsmetoden han benyttet var å registrere hvor dødsfallene skjedde, og deretter legge resultatene fra registreringene inn på et kart og foreta en analyse ved å beregne tyngdepunktet for punktregistreringene. Ved hjelp av analysen kunne Dr. Snow gjengi alle sykdomstilfeller i et kart og vise hvilket område smittekilden kunne være i. De fleste som ble smittet bodde i nærheten av én bestemt vannpumpe i Broad Street, slik figur 1.3 viser. Dr. Snow møtte kraftig motstand fra medisinere og andre som forklarte sykdom ut fra miasmeteorien, men høsten 1854 fikk han allikevel byens oppsynsmenn til å fjerne pumpehåndtaket på vannpumpen i Broad Street. Koleraepidemien stanset umiddelbart. Smitteteorien som forklaringsmodell ble styrket, og ga grunnlaget for at man omsider så sammenhengen mellom kolera og viktigheten av å skille vann og avløp. Dette førte siden til at man bygde et helt nytt vann- og avløpssystem i London.

Arbeidet Dr. Snow gjorde var revolusjonerende innen bruk av geografisk informasjon. Få hadde satt denne type informasjon i et system for deretter å trekke en konklusjon eller beslutning ut av en analyse. Dette er grunnen til at legen fra London ofte trekkes frem som den første som tok i bruk et geografisk informasjonssystem – også kalt GIS. I hovedsak foretar man i dag en GIS-analyse etter samme framgangsmåte, dog med litt mer avanserte tekniske hjelpemidler. Figur 1.4 viser et eksempel på en moderne tetthetsanalyse av sykdomsregistreringene til Dr. Snow. Datamaskiner har gjort det mulig å håndtere store mengder data og komplekse arbeidsprosesser, samtidig som ytelsen på datamaskinene stadig blir bedre. En parallell til Dr. Snows problemstillinger, datamodeller og fremstillinger på kart, er legionellautbruddet i Østfold i 2005. Dette var en av de største krisesituasjonene norske kommuner

18.01.2016 15:05:16

1 – ANVENDELSE

1.5 hadde håndtert til da, og gir en god illustrasjon på hvordan moderne verktøy kan benyttes ved lignende problemstillinger. Våren 2005 brøt det ut legionellaepidemi i Østfold der over 50 personer ble smittet og flere av dem døde. Det var åpenbart at det var svært viktig å finne smittekilden raskt, siden man ikke kunne være sikker på om smittekilden fortsatt var aktiv. For å analysere seg frem til smittekilden ved tidligere utbrudd, som i Stavanger i 2002, hadde man benyttet vanlige papirkart for å kartlegge hvor mange som ble smittet og hvor de smittede hadde oppholdt seg. I 2005 startet Fredrikstad kommune også med vanlige papirkart, men så raskt at det ville være en tung oppgave å forvalte og analysere store data-

mengder på denne måten. I samarbeid med Norsk institutt for luftforskning (NILU) og Geodata AS valgte man derfor å løse oppgaven ved hjelp av digitale data og GIS-programvare. I likhet med Dr. Snow foretok man en analyse ved å gå gjennom en arbeidsmetode. Som analysegrunnlag samlet man inn informasjon om de smittedes bosted, bevegelser i hele smitteperioden, kjøletårn og andre mulige smittekilders beliggenhet samt smittespredning basert på vindog værforhold – ikke ulikt Dr. Snow sin datainnsamling. Datamengden og kompleksiteten i dataene var større, 1.5

Dr. John Snow (1813–1858). Kilde: Ralph R. Frerichs, UCLA Department of Epidemiology, School of Public Health.

1.6 1.6

Bufferanalyse og spredningsanalyse i forbindelse med legionellautbruddet i Fredrikstad i 2005. Til høyre vises en buffer med radius på 3 km rundt kjøletårnet til Gilde, og hvilke pasienter som da er berørt. Spredningsanalysen til venstre viser en simulert spredning fra kjøletårn basert på parametere for spredning av aerosoler og vind. Kilde: Fredrikstad kommune.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 15

18.01.2016 15:05:17

Hva er GIS?

men de hadde digitale hjelpemidler for å håndtere dette. Denne informasjonen var grunnlaget for å simulere antatt spredning fra konkrete kjøletårn og finne ut hvilke pasienter som befant seg innenfor eller utenfor et spredningsfelt i et gitt tidsrom. Ved å håndtere en kompleks datamodell i et egnet GIS-verktøy kunne man ta hensyn til luftfuktighet, vindhastighet og temperatur. Dette gjorde arbeidet med å finne den mest sannsynlige smittekilden enklere. Et utdrag av analysen er presentert i figur 1.6. Det var ikke kartanalysene alene som gav det endelige svaret, men de var helt avgjørende for raskt å finne ut hvor smittekilden sannsynligvis kunne være, basert på bevegelsesmønsteret til de smittede. Antall kjøletårn i området er formidabelt, men kartanalysene gjorde det mulig å identifisere de mest sannsynlige kjøletårnene raskere. Dette gjorde at man mer effektivt kunne analysere og sammenligne DNA-profiler fra kjøletårn og pasienter. Smittekilden kunne dermed bli funnet raskere ved bruk av GIS. I dette tilfellet bidro erfaringene til at beredskapsplanlegging i Østfold, og etter hvert ellers i landet, i større grad baserer seg på GIS som hjelpemiddel.

Hva er GIS? Selv om man lenge har benyttet geografiske modeller i form av kart og globuser var det ikke før på 60-tallet at IT-baserte geografiske informasjonssystemer oppstod, der Canadian Geographic Information System (CGIS) fra 1962 regnes som det første. Utgangspunktet var at man innenfor tradisjonell temakartografi ønsket å utarbeide og produsere temakart på en mer effektiv måte, i tillegg til å kunne lagre informasjonen i forbindelse med store utbyggingsprosjekter. Det var ikke før på 70-tallet at programvare ble tilgjengelig for flere. Disse første systemene som ble betegnet som GIS, hadde sin opprinnelse fra konstruksjonssystemer eller data-assistert konstruksjon (DAK). Da behovet for bedre datagrafikk og høyere oppløsning i utskrifter etter hvert oppstod, ble det

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 16

nødvendig med særskilte løsninger. Presentasjon av kartdata krever mye i forhold til datagrafikk, og GIS-programvare har siden utviklet seg til en egen programvarekategori. Det finnes mange forklaringer på hva geografiske informasjonssystemer er for noe. Geografisk informasjonsvitenskap, geografisk informasjonssystem, geografisk informasjonsteknologi, geografisk informasjonsbehandling, digital geografisk informasjon; begrepene er mange og definisjonene enda flere. Følgende definisjoner av GIS er hentet fra ulike fagmiljøer: Blankholm (Blankholm, 2004) har følgende definisjon: «Geografisk informasjonssystem (GIS) er et verktøy for innsamling, oppbevaring, analyse og presentasjon av data i det romlige planet». En annen definisjon har Bernhardsen (Bernhardsen, 2000), som sier: «Geografisk informasjonssystem er et EDB-system som håndterer geografiske data, opplysninger om egenskaper og relasjoner til objekter som er entydig geografisk stedfestet». Pickles (Pickles, 1995) sier følgende: «GIS is a set of tools, technologies, approaches and ideas that are vitally embedded in broader transformation of science, society and culture». Andre vektlegger at uten den riktige kompetansen, så vil man vanskelig kunne nyttiggjøre seg av mulighetene som ligger i GIS. Roger Tomlinson (Tomlinson, 2003) har følgende utsagn: «No GIS can be a success without the right people involved. A real-world GIS is actually a complex system of interrelated parts and at the center of this system is a smart person who understands the whole». Dueker (Dueker, 1989) har følgende definisjon: «Geographic Information System – a system of hardware, software, data, people, organizations and institutional arrangements for collecting, storing, analyzing and disseminating information about areas of the earth». Det er tydelig at folk har forskjellige oppfatning av hva et GIS er. Noen definerer GIS som et verktøy eller vitenskap. Andre gjør et vesentlig poeng av at uten kyndige personer som kan bruke verktøyene fornuftig og som har kjennskap til hvordan man behandler

18.01.2016 15:05:17

1 – ANVENDELSE

grunnlagsdata, er det ikke et reelt GIS. Brukergrensesnittene i systemene på markedet i dag blir enklere og lettere tilgjengelig. Dette innebærer muligheter for et større fokus på selve prosessene man jobber i, og ikke det tidligere systemfokuset hvor man var opptatt av å få alt til å virke. I de nevnte definisjonene av GIS finnes det i utgangspunktet tre hovedelementer: • • •

geografiske data maskin- og programvare menneskelig kunnskap og erfaring

Sambruken av disse elementer gjør oss i stand til å samle inn, bearbeide, analysere og presentere informasjonen rundt oss ved hjelp av digital teknologi. Altså kan GIS defineres som følger:

“

Et geografisk informasjonssystem (GIS) er sammensetningen av geografiske data, kartsystemer, metoder og menneskelig kunnskap og erfaring som gjør det mulig å samle inn, bearbeide, analysere og presentere geografien rundt oss.

For å beskrive de ulike elementene i denne definisjonen av GIS, benyttes figur 1.7 som pedagogisk hjelpemiddel. Gjennom bokens kapitler vil elementene fremheves etter hvert som de nevnes. Første kapittel Anvendelse danner bakteppet for hva GIS er. I kapittel 2 Systemene tar boka for seg GIS-teori som er grunnleggende for å kunne gjenskape virkeligheten best mulig. I tillegg gir kapittelet en oversikt over vanlige metoder for å samle inn data om geografien rundt oss og hvordan dataene bearbeides før en analyse kan gjennomføres. Kapittel 3 Geografiske data beskriver hvilke typer geografiske data som er tilgjengelig i vår tid. I kapittel 4 Analyse presenteres en arbeidsmetodikk som følges av eksempler på analysemetoder innen GIS, mens kapittel 5 Presentasjon tar for seg visualisering og presentasjon av geografisk informasjon. Boka avsluttes med kapittel 6 Militær geografi som beskriver anvendelsen av GIS i Forsvaret.

«GIS – Et språk som gjør det mulig å fatte de riktige strategiske valg»

Geografiske data

Samle inn 1.7

De fire elementene som er stammen i et moderne GIS. Få mennesker har spisskom-

1.7 Presentere

nne

skeli

e g kunnskap og

ng ari

Bearbeide

petanse innenfor alle disse fagkategoriene. Hver enkelt har sitt spesialfelt. Den menneskelige kunnskapen gjør det mulig å bruke GIS til å visualisere geografien rundt oss.

Analysere

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 17

18.01.2016 15:05:19

Hva er GIS?

1.8 Georefererte skråfoto tatt fra fly. Bildene er tatt fra fem forskjellige vinkler slik at brukeren kan se en bygning fra alle sidene og ovenfra, noe som gjør at hun kan bevege seg rundt et hus,

1.8

zoome ut og se på nabolaget. Skråfoto kan også benyttes til å drapere en 3D-modell og slik gjøre den naturtro. Foto: Blom Geomatics.

1.9

Forskjellen mellom digitale modeller og fysisk modeller. Figur a, b og c viser henholdsvis en digital høydemodell med og uten drapert ortofoto og en fysisk

modell over Akershus festning i Oslo. Den digitale høydemodellen har sin styrke i at

1.9

den er visuelt presist, kan dreies rundt i alle vinkler og unødig informasjon er fjernet. Med ortofoto drapert over blir modellen veldig virkelighetsnær. Svakheten ved modellen er at bygningene blir veldig dominerende, samt at det er mye jobb å få et riktig bilde av fasadene. Den fysiske modellen har sin styrke i at den gir et bedre inntrykk av høyder,

samt at konsekvensene av endringer blir mer synlige og er håndfaste (kan tas på).

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 18

18.01.2016 15:05:21

1 – ANVENDELSE

Boka introduserer leseren til tankesett, metoder og utfordringer som ligger bak et GIS. Samtidig fokuseres det på de kommunikative aspektene ved et GIS og hvordan kunnskapen kan brukes til å øke forståelsen av omgivelsene rundt oss. På denne måten kan et GIS bidra til å skape en bærekraftig utvikling i dagens samfunn. Sagt med andre ord er «GIS – Geografiens språk i vår tidsalder».

Brukere av GIS Geografiens språk er universelt, hvor GIS kan sies å være verktøyet for kunne snakke sammen. Man finner geografisk informasjonsteknologi overalt, ofte uten at man tenker over det. Alt fra søkemotorer på internett hvor man kan finne korteste vei fra A til B eller hvor en adresse er, en taxisentral som har oversikt over hvor bilene befinner seg til enhver tid, til tyngre fagsystemer som er designet for spesielle problemstillinger.

1.10 Kart over infrastrukturen i Skjold leir. Flere kilometer av ledningsnett bør stedfestes for å unngå konflikter i forbindelse med for eksempel graving.

1.10

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 19

18.01.2016 15:05:22

Brukere av GIS

1.11 1.11 Flomsonekart fra Norges vassdragsog energidirektorat (NVE) gir kommuner et bedre grunnlag for arealplanlegging og beredskap. Kartet viser hvor høyt vannet er beregnet å stå ved en 500-års flom i Skien og hvilke bygninger som blir berørt. Flomdata: NVE, Bakgrunnskart: © Kartverket.

Dette er kun noen få eksempler på bruk av geografiske informasjonssystemer. Antall fagdisipliner som benytter GIS i en eller annen form, har økt drastisk i de senere år. De fleste har behov for å relatere det man gjør i forhold til geografi, for å oppnå god oversikt og et bedre planleggingsgrunnlag. Moderne GIS kan sies å ha sitt utspring fra det tradisjonelle kart- og oppmålingsfaget, hvor man kan nevne følgende fagområder blant de første som tok det i bruk: geodesi, landmåling, sjømåling, fjernmåling, fotogrammetri og kartografi. Nevnte disipliner kan sammen med GIS samles under betegnelsen geomatikk, som omfatter all virksomhet knyttet til å samle inn, bearbeide, analysere og presentere romlig stedfestet informasjon. Eksempler på andre fagområder som er potensielle brukere av GIS, er; geologi, geofysikk,

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 20

oseanografi, landbruk, biologi, miljø, geografi, sosiologi, politikk og antropologi. Dette er tunge faglige disipliner som benytter GIS innenfor sine respektive fagområdene. Andre eksempler er innenfor næringer som transportbransjen og taxibransjen. Stadig flere implementerer GIS i sine interne systemer – både bedrifter, organisasjoner og offentlige etater. Statskog benytter GIS til kartlegging og forvaltning av ressurser på statens eiendommer, mens Forsvaret benytter GIS blant annet til planlegging av operasjoner. I tillegg til interne systemer kan geografisk informasjon gjøres allment tilgjengelig via web-baserte GIS-tjenester. Enkelte kommuner har publisert slike web-kart som i tillegg til geografisk informasjon inneholder også muligheter for begrenset

18.01.2016 15:05:22

1 – ANVENDELSE

1.12 1.12 Brann- og redningsetaten i Oslo kan bruke GIS-verktøy til å anslå responstid fra Hovedbrannstasjonen i Oslo sentrum. Vegnettsdata. Statens vegvesen, Norge Digitalt. Bakgrunnskart: © Kartverket.

GIS-funksjonalitet som søk og enkle analyser. Funksjonaliteten utvikles i takt med den teknologiske utviklingen generelt. I mange sammenhenger representerer geografisk informasjonsteknologi et glimrende verktøy som er imponerende i seg selv. Imidlertid må man være bevisst på at teknologien i seg selv utgjør kun deler av et komplett GIS. Her er det et viktig poeng å se tilbake på vår definisjon av hva GIS er. For å utnytte teknologien trenger man kunnskap og evne til å stille analytiske spørsmål. Utfordringene med dette er blant annet kjennskap til kvaliteten på datagrunnlaget man benytter, og at fokuset er rettet mot prosessene man skal jobbe med – ikke selve teknologien. Tradisjonelt har GIS, som mange andre dataassisterte prosesser,

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 21

blitt oppfattet som et fagområde for teknikere. Lavere brukerterskel for GIS-programvare kombinert med økt forståelse for GIS generelt, gjør at man heller kan fokusere på hva prosessene kan utrette, enn på hvordan de teknisk sett fungerer. Bruker man unøyaktige data, vil resultatet som presenteres være like dårlig som grunnlaget man har benyttet. Å presentere informasjonen handler også om hvordan man tolker informasjonen, og det er viktig å være bevisst på dette. Andre utfordringer er at man kobler sammen data som logisk sett ikke henger sammen og ikke minst hvordan man faktisk presenterer informasjonen. Det er fullt mulig å «lyve» med kart. Feilkilder er mer utførlig beskrevet i kapittel 2 Systemene.

18.01.2016 15:05:22

GIS i arealplanlegging

1.14

GIS er et viktig verktøy for å gjennomføre arealplanlegging og utøve effektiv ressursforvaltning. Ved å kombinere ulike typer tematiske data og grunnkartdata i et GIS, kan man få tilføre ny kunnskap og økt forståelse. Tematiske data ligger som lagvise tema over grunnkartet, se figur 1.13. De ulike geografiske data gir ulike bilder og ulike detaljer av virkeligheten. Aktiv omforming av ulike offentlige registre til kart, gjennom bruk av romlig statistikk og analyser, gir nye bilder av virkeligheten og ny kunnskap og forståelse for geografiske mønstre og sammenhenger. Dette gir grunnlag for å

1.14 GIS er et viktig verktøy innen arealplanlegging.

Markslag Kulturminner Arealplaner Flomsoner Berggrunn Biomangfold Befolkning

1.13 Grunnkart

formulere klare spørsmål til deltagere i planprosesser. Analyser og studier av tematiske datasett gjør det mulig å belyse konsekvenser av ulike handlinger. Den tematiske bredden er stor – biologisk mangfold, befolkningens alderssammensetning, ulykkesbelastede trafikkårer eller akvakulturanlegg langs kysten er eksempler på bredden i tema. I arbeidet med arealbruk, miljø og ressurser er det viktig å være klar over det mangfoldet av tematiske data som er tilgjengelig og hvor denne informasjonen finnes. Et suksesskriterium er utnyttelse av det informasjonspotensialet som ligger i datagrunnlaget som benyttes, bevissthet omkring datakvalitet, kjennskap til de behandlingsmetoder som GIS åpner for og kunnskap om hvordan kartografisk kommunikasjon kan brukes for å formidle kunnskap.

1.13 Tematiske data ligger som lagvise tema over grunnkartet.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 22

18.01.2016 15:05:33

1 – ANVENDELSE

GIS i beredskap Samfunnssikkerhet og beredskap har de siste årene fått et økt fokus. Klimaendringene medfører hyppigere ekstremvær med påfølgende flom og skred og konsekvenser som tap av menneskeliv og store materielle ødeleggelser. For å ta høyde for konsekvensene av ekstremvær, er det forebyggende arbeidet blitt viktigere. Kommunene skal i henhold til Sivilbeskyttelsesloven § 14 (2010) kartlegge hvilke uønskede hendelser som kan oppstå, sannsynligheten for at det faktisk skjer og hvordan hendelsene kan påvirke kommunen. Generelt kan man si at kommunene skal vurdere risiko ved enhver arealutnyttelse. Denne vurderingen sammenstilles i en helhetlig risiko- og sårbarhetsanalyse (ROS-analyse), og skal avdekke

utilfredsstillende forhold og gi grunnlag for å vurdere mottiltak. ROS-analysen skal videre benyttes inn i arbeidet med en beredskapsplan der kommunen blant annet skal ha en plan for kriseledelse, varslingslister, ressursoversikt, evakueringsplan og plan for informasjon til befolkningen og media, i henhold til Sivilbeskyttelsesloven § 15 (2010). I mange tilfeller kan GIS være et verktøy som benyttes innen samfunnssikkerhet og beredskap. I utarbeidelse av en ROS-analyse kan det for eksempel være aktuelt å se på konsekvenser av et jordras. Hvor mye masse kan jordraset ta med seg? Finnes det utsatte boliger? Hvilke veier blir berørt? Hva er mulige omkjøringsruter? Hva skjer med utrykningstiden for nødetater? Kartprodukter og GIS-analyser kan være til hjelp for å besvare disse problemstillingene

1.15 Skjeggestadbrua i Holmestrand. Foto: Tore Meek / NTB scanpix.

1.15

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 23

18.01.2016 15:05:35

( ! ( !

GIS i beredskap

( !

NEDRE ROMERIKE BRANNOG REDNINGSVESEN

Lunner Nannestad ( !

Sør-Odal

Ullensaker

Løstad

( !

1.16

( !

Åneby

Nes

Gjerdrum Rotnes ( ! ! .

Nittedal

Lindeberg Rånåsfoss Frogner Lørenfallet Lundermoen Blaker ( ! Leirsund Sørumsand Skedsmo

! .

# 0!(

( !

Lillestrøm

Oslo

( !

Fet

( !

Hogsetfeltet ( !

Eidskog

# 0

( ! Åkrane

( ! ! .

( !

Sørum

( !

Aursmoen

Lørenskog

( !

Fetsund Smestad

Rælingen

( !

Fjellsrud

# 0!( Bjørkelangen

Fjellstad

( !

Aurskog-Høland Oppegård

Setskog

Momoen

( !

Løken

# 0!( Enebakk !(

Tegnforklaring ( !

Ski

! .

Brannstasjon, døgnkasernert vakt

# 0Ås

Brannstasjon, ikke kasernert vakt

Hemnes

Rømskog

Nedre Romerike Brann og Redning

( !

Brannstasjoner andre brannvesen Spydeberg

( !

Trøgstad ( !

Tettsted etter SSBs definisjon ( !

( !

Vestby

10 minutters innsatstid Hobøl

Marker

Askim

20 minutters innsatstid

0 1 2 3 4 5

( !

10 Km

Eidsberg

( !

1.16 Kjøretidsanalyse gjort av Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB). Analysen viser utrykningstiden fra ulike brannstasjoner i ( !

Nedre Romerike Brann- og Redningsvesen. Kilde: DSB.

( ! ( ! ( !

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 24

( !

18.01.2016 15:05:40

1 – ANVENDELSE

1.17

som en del av ROS-analysen. ROS-analyser er også viktige i arealplanleggingen, slik at f.eks. boliger ikke legges til skred- eller flomutsatte områder. I februar 2015 forårsaket gravearbeider i Holmestrand et skred, noe som medførte at Skjeggestadbrua på E18 delvis kollapset. Det sørgående løpet av de to parallelle motorveibruene måtte senere rives på grunn av skadene. Grundigere analyser under planlegging av veien kunne for eksempel ha ført til beslutninger om bedre fundamentering og innfesting av brokarene, hvor kartlegging av kvikkleireforekomster utgjør en vesentlig faktor. Ved at kommunene synliggjør potensiell risiko ved gravearbeider i sitt planverk, vil tiltakshavere og innbyggerne generelt i større grad kunne unngå slike ulykker. GIS kan i denne sammenhengen benyttes til både kartlegging av utsatte områder og konsekvensanalyser i ulike typer planarbeid. For å ivareta samfunnssikkerheten og være godt forberedt på det uforutsette, gjennomføres flere samøvelser for Forsvaret, Politiet, Brannvesenet, Ambulansetjenesten og andre sivile aktører. Det øves da på scenarier som omfatter naturkatastrofer, ulykker, eksplosjonsfarer og terrorhandlinger. GIS kan benyttes for å skape en felles situasjonsforståelse. Ved å dele geografisk informasjon eller produkter fra forhåndsdefinerte analyser kan alle involverte planlegge sine oppdrag

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 25

med samme utgangspunkt. Bruk av GIS muliggjør samhandling på tvers av fagområder, hvor ulike etater kan komme med innspill og fagspesifikk informasjon for å løse en felles problemstilling.

Planleggingens metodikk Hvorfor planlegger vi? «Plans are nothing, planning is everything» sa General Dwight D. Eisenhower som var ansvarlig for planleggingen av invasjonen av Frankrike og Tyskland i 1944–45. Sitatet fremhever at prosessen er ofte viktigere enn produktet. Det er viktig å fokusere på metodene som brukes for å komme frem til produktet. Planleggingens natur er i seg selv uforutsigbar, i den forstand at den hele tiden reflekterer samtidige og skiftende problemstillinger og utfordringer. Man kan snakke om et veivalg der det synes mer fruktbart å studere metoders virkemåter, enn metodikk og prosessuelle faktorer. Sagt på en annen måte bør man heller finne ut hvordan man skal stille de riktige spørsmålene, enn hvordan man skal produsere svarene. I dette perspektivet er det handlende individ og vedkommende sine måter å handle på et godt utgangspunkt for mer bærekraftige diskusjoner. I det mylderet av ulike verktøy og metoder som er tilgjengelige, tar denne boken utgangspunkt

1.18

1.17 Samøvelse mellom Forsvaret og Politi, Brannvesen, Ambulansetjenesten og andre sivile aktører under øvelsen Flotex/ Silver/Rein 2012. Foto: Torbjørn Kjosvold / Forsvaret. 1.18 Forsvarets spesialkommando, Marinejegerkommandoen og Beredskapstroppen til Politiet trener på kontraterror i Rena leir, som en oppkjøring til øvelse Gemini 2014. Foto: Didrik Linnerud / Forsvaret.

18.01.2016 15:05:42

Planleggingens metodikk

i to ulike aktørers erfaringer. Et undervisnings- og forskningsmiljø (Krigsskolen) og en eiendomsforvalter (Forsvarsbygg). Begge disse benytter GIS i sitt virke, for å løse ulike problemstillinger. Hver aktør innen planleggingen må etablere egne verktøykasser tilpasset krav og muligheter. Hensikten med dette kapitlet er å gi leseren en beskrivelse av tre ulike typer verktøykasser, som senere kan benyttes som hjelpemidler til å mestre en bestemt situasjon.

1.19 «Det faglige rom» – en møteplass hvor faglige problemstillinger kan tas opp og drøftes, uten at dette går utover den enkeltes integritet.

1.19

PLANLEGGING I DET FAGLIGE ROM Planlegging vil alltid operere i et grensesnitt mellom en rekke ulike fagdisipliner. I sin arbeidsdag møter planleggeren derfor ofte utfordringer som krever belysning fra mange ulike ståsteder. Sentralt i slike prosesser er utviklingen av kommunikasjonsmetoder som muliggjør deltagelse, og ikke isolerer planleggeren med sine forutsetninger og begrensninger. En måte å besørge denne typen åpen diskusjon, er etableringen av det man kan kalle et «faglig rom». I det faglige rom treffer planleggeren andre Vinduet innover Gir rommet ventilasjon og frisk luft fra utsiden

Vinduet utover Gir rommet utsikt og oversikt over hva som skjer utenfor Den ulåste døren Gjør rommet tilgjengelig for alle som ønsker å komme inn

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 26

mennesker som kan bidra til å løse problemene. I dette rommet gir andres meninger og tanker ventilasjon og frist luft fra utsiden, samtidig som det bidrar til å se utfordringen fra stadig nye synsvinkler. Hensikten med slike faglig rom er å skape en arena hvor komplekse tverrfaglige problemer kan tas opp og diskuteres. I Forsvarsbygg har man bl.a. god erfaring ved å bruke et plan- og arkitekturfaglig råd. Her blir arealplaner tatt opp og diskutert enkeltvis. Rådet kommer med meninger og forslag til forbedringer. Hvordan produktet kan bli bedre gjennom bruk av en geografisk analyse og presentasjon blir også berørt. Hvorvidt man ønsker å høre på de råd man får, blir opp til planleggeren. Gjennom denne prosessen sikrer man at planen er operasjonell i forhold til ulike mottakere, og blir belyst fra tilstrekkelig antall forskjellige synsvinkler. Forsvaret og Krigsskolen bruker en militær planstab når en kompleks militær operasjon skal planlegges. Staben er satt sammen av tverrfaglig kompetanse. Kompetansen vil variere alt etter kompleksiteten av operasjonen og hvilket nivå staben ligger på. Under militær operasjonsplanlegging vil informasjon om egne styrker, fiendtlige styrker og lendets påvirkning på operasjonen være avgjørende for å kunne ta gode beslutninger og realisere måloppnåelsen. Dette blir omtalt nærmere i kapittel 6 Militær geografi. Bruk av metodikk og fremgangsmåter som sikrer en felles plattform for ulike faglige grupper kan representere slike faglige rom. Det er i denne sammenhengen naturlig å vurdere GIS som en slik metodikk; dersom verktøyet brukes riktig kan det utgjøre et språk og en plattform for utveksling og tilgjengeliggjøring av kunnskap. Dette krever imidlertid at man hele tiden må skille mellom verktøyets beskaffenhet og dets muligheter. I stedet for å se på hvordan et GIS fungerer, ser man på hvordan det er sammensatt og kan bidra til økt kunnskap for å mestre komplekse problemstillinger. Slik sett representerer GIS en mulighet til å bli utfordret, gjennom tilflyt av kunnskap. Slik iscenesetting av utfordringer eller motstand er avgjørende for at planleggeren kan stille spørsmål til de problemstillingene vedkommende arbeider med.

18.01.2016 15:05:43

1 – ANVENDELSE

1.20

Planlegging kan betegnes ved at den oftest har langt flere aktører på mottakersiden enn på avsendersiden. Resultatene av planlegging berører de fleste på en eller annen måte. Dette tvinger frem en stadig større grad av tverrfaglighet og medvirkning, både mellom ulike disipliner, de som planlegger og dem det planlegges for. En slik tverrfaglighet krever språk. Tradisjonelt har mangel på kommunikasjon fungert diskvalifiserende for mange fagdisipliner og brukere, og derigjennom ekskludert en rekke aktører fra medvirkning i planleggingen. GIS kan som geografiens språk bidra til å snu denne utviklingen. Gjennom senkning av terskelen for å fremme og motta spørsmål og utfordringer, vil man kunne muliggjøre en langt mer nyansert, treffsikker og forankret planlegging.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 27

PLANLEGGINGSNATUR Strukturelt kan man dele de fleste av planleggerens problemstillinger inn i fire kategorier, avhengig av i hvilken grad målsetninger og metodikk er kjent eller ukjent (Obeng, 1994).

1.20 Strukturering av planleggingen i fire hovedkategorier avhengig av i hvilke grad målsetninger og/eller metodikk er kjent eller ukjent.

Painting by numbers Kategori 1: Dersom både mål og metode er kjent har man «painting by numbers». Ideelt sett er dette drømmesituasjonen for en planlegger. Alle forhold rundt problemstillingen er kjent og det er bare å bruke en kjent metode for å komme frem til et korrekt resultat. Dessverre er det få situasjoner som er av en slik karakter. I en slik sammenheng bruker man et GIS mest til å vise resultatene i ulike kartpresentasjoner.

18.01.2016 15:05:43

Planleggingens metodikk

Filming Kategori 2: Dersom målet er ukjent, men metoden er kjent har man «filming». Dette er en mer vanlig form for planlegging – man vet ikke helt hvor man skal, men metoden er velkjent. I en slik prosess er det viktigste å ha en god prosess, så blir målene en del av resultatene. En slik prosess krever sterk og god styring, samt god forankring hos partene i planprosessen. Her kan analysemuligheten i GIS være en viktig bidragsyter. Ved å analysere konsekvensene av ulike tiltak kan man utarbeide et best mulig grunnlag for å ta de riktige beslutningene. I prinsippet blir denne prosessen konstituert gjennom den muligheten man får til å stille de riktige spørsmålene, heller enn å lete etter svarene. Når spørsmålene først er fremmet, vil svarene bli implisitt tilgjengelige. Quest Kategori 3: Når målet er kjent og metoden er ukjent har man «quest». Man vet hvor man skal, men ikke hvordan man kommer dit. Dette krever en mer utforskende fremgangsmåte. Sett fra et lokalt ståsted vil nok mange av de nasjonale målsetningene og suksesskriteriene for arealbruk oppfattes som en slik «quest». En rekke visjoner og politiske ambisjoner vil også kunne representere denne jakten på et sluttprodukt. Her blir det sentralt å ta i bruk verktøy som formidler visjonens ståsted og nåtidens utfordringer; hva må til for at en visjon skal tre i kraft? Igjen er evnen og muligheten til å stille spørsmål et sentralt kriterium for å takle en slik situasjon. Et eksempel på bruk av «quest» er Forsvarets reduksjon av bygningsmassen fra 6 til 3,5 millioner m2 i perioden 2002–2008. Her er målet krystallklart og fastsatt gjennom stortingsproposisjoner og mål-dokumenter. Hvordan man kom frem til målet var imidlertid avhengig av god ressurs- og arealplanlegging i Forsvaret. Walking in the fog Kategori 4: Når både mål og metode er ukjent har man en situasjon som best kan beskrives som «walking in the fog». Dette er den vanskeligste

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 28

formen for planlegging. Dersom man ikke blir frustrert av manglende rammebetingelser for planleggingen og klarer å angripe oppgaven på en systematisk måte, kan det imidlertid ligge store muligheter i denne fasen. Det krever likevel at man har mange ulike metoder for å produsere motstand og utfordringer – man må kontinuerlig skape situasjoner der man møter seg selv i døren og konfronterer både beveggrunnen og motivene for arbeidet. Sagt med andre ord må man bruke sin viten, vilje og sunne fornuft for å komme igjennom «myren». Ofte kan utfordringen synes å være at man etterlyser løsningen på oppdraget, fremfor å analysere situasjonen og planlegge hvordan man kan løse et oppdrag gjennom en metodisk, spørrende og reflekterende tilnærming til problemstillingen. Obengs metode kan således hjelpe til å forstå hvor man er og hvordan man da må gå frem for å komme videre.

STRATEGI-TENKNING Krigføringens kunst Året er 1863 og USA utkjemper en krig, som viser seg i dag å ha vært den mest blodige i landets historie. Borgerkrigen har herjet i to år og initiativet har bølget frem og tilbake. Til tross for nordstatenes teknologiske og økonomiske overlegenhet hadde sørstatene, anført av general Robert E. Lee, tilrevet seg et lite overtak i øst. Lee ble uteksaminert i toppen av sitt kull fra West Point og tjenestegjorde som ingeniør før krigen brøt ut. Han var kjent for sin høye moral, et velutviklet lederskap og særdeles gode taktiske lendevurderinger. Etter noen strategisk viktige og imponerende seire ved Fredericksburg og Chancellorsville var Lee i ferd med å føre sin armé fra Nord-Virginia og nordover for å invadere nordstatene, i den hensikt å lokke «The Army of the Potomac» ut i åpent lende. Dette mente han ville favorisere hans mer velorganiserte armé, og dermed tvinge frem en avgjørende seier. Lee forflyttet sin armé nordover vest for Blue Ridge Mountains og brukte fjellene som beskyttelse, se figur 1.22. Formasjon og størrelse på arméen hans ble vanskeligere å oppdage, siden nordstatenes armé befant seg på motsatt side av

18.01.2016 15:05:43

1 – ANVENDELSE

fjellryggen. For å gjøre gode lendevurderinger var Lee avhengig av god etterretning. General James E. B. Stuart ledet kavaleridivisjonen og var hans viktigste innsamler av etterretning på både fienden og lendet. Nordstatene, anført av den nyinnsatte general George G. Meade, ble tvunget til å forflytte seg samme vei for å beskytte strategisk viktige Washington. General John Buford, som ledet Meades kavaleridivisjon, oppdaget deler av styrken til Lee ved byen Gettysburg 30. juni 1863, da han var ute og samlet inn terrenginformasjon. Han gjennomførte en rask innsamling av informasjon om det omkringliggende

lendet, ved å klatre opp i byens kirkeklokke. Den visuelle innsamlingen ble så analysert i hans hode. Han så rask hvordan han kunne utnytte lendet, og til tross for sin størrelsesmessige underlegenhet binde opp deler av hovedstyrken til Lee. Han måtte holde lendet til Meade kom med hovedstyrken. 1. juni 1863 startet et av de viktigste slagene i amerikansk historie, slaget ved Gettysburg. Lee valgte å angripe Bufords styrker, selv om han hverken hadde mottatt etterretning fra Stuart eller samlet styrkene sine. Nordstatene, som var enda mindre organisert, ble presset bakover grunnet sørstatenes tallmessige

1.21

1.21 General Robert E. Lee. Foto: Library of Congress, LC-DIG-cwpb-04402.

1.22

1.23 Gettysburg

PENNSYLVANIA MARYLAND

WEST VIRGINIA 1.23 General George G. Meade. Foto: Library of Congress, LC-DIG-cwpbh-01199.

Washington D.C.

Meade 1.22 General Lee utnyttet

Lee

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 29

dekningen Blue Ridge

VIRGINIA

Mountains gav da han forflyttet seg til Gettysburg.

18.01.2016 15:05:44

Planleggingens metodikk

Gettysburg Lee angriper flankene dag 2

Cemetery Hill

Culps Hill

Dag 3 valgte Lee å konsentrere seg om senterlinjen til nordstatene, selv om det betydde å sende en styrke på 12 500 mann ut i åpent lende. Han mente at Meade ville kraftsamle på flankene og dermed være svakere i midten. Avstanden til denne senterlinjen var på over en kilometer og terrenget var svakt stigende. Denne vurderingen viste seg å være fatal og kanskje også vendepunktet i krigen. «Pickett’s charge», som angrepet ble kaldt, endte Lees mulighet til å vinne ved Gettysburg. Lee innså nederlaget, tok ansvaret for det og trakk restene av arméen sin tilbake til Virginia for reorganisering. Strategisk planlegging Ofte er problemet i planleggingen at en ikke klarer å frigjøre seg fra nåsituasjonen, og ikke ser fremtidige konsekvenser av de tiltak som planlegges. I militær operasjonsplanlegging defineres først ønsket sluttilstand, deretter legges det en plan for hvordan denne skal oppnås. Mangelen på belysning av konsekvenser har preget planlegging på globalt nivå. Moderne planlegging er stort sett tuftet på ulike former for konsekvensvurderinger, som er forankret i lovverket. Den utvidede forskriften om konsekvensutredninger som også skal gjøres gjeldende for kommunenes egne planer, er klare indikasjoner på det norske samfunns anerkjennelse av en grundigere planleggingsskikk. Dette stiller imidlertid krav til en metodikk som unngår grundighetens bakside; tregheten. Case-studier, scenariekonstruksjon og andre former for «forestillingsmetodikk» er i dag verdifulle verktøy som muliggjør innovasjon innenfor et grundighetsregime. En variant av dette er metodikk beskrevet som «back-casting», se figur 1.25. Metoden går ut på at man forsøker å frigjøre seg fra nåsituasjonen, for så å tenke seg at man er 10–15 år frem i tid og ser tilbake. Hvordan ser

Cemetr

Lee angriper senterlinjen dag 3

y Ridge

1.25

Meade Lee

Lee angriper flankene dag 2

Little Round Top

1.24 1.24 General Meade hadde en lendemessig overlegenhet, langs Cemetery Ridge, på dag 2 og 3 ved Gettysburg.

1.25 Bruken av «back-casting» gjør at man kan fristille seg fra nåsituasjonen, og se friere på fremtiden.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 30

overlegenhet. De etablerte seg på et nytt høydedrag, Cemetery Ridge, sør for byen og utnyttet lendeoverlegenheten til å holde ut til arméen var samlet. Meade ankom slagfeltet sent denne kvelden. Han gjennomførte et råd med sine generaler og de ble enige om å holde sin sterke posisjon. Lee hadde enda ikke hørt noe fra Stuart, som hadde tatt en egen vurdering og gjennomførte en mer omfattende rekognosering enn det som var Lees intensjon. Lee valgte likevel å angripe på de sterkt befestede flankene (Little Round Top og Cemetery Hill/Colps Hill) til nordstatene dagen etter (dag 2), se figur 1.24. Han måtte slåss i oppoverbakke, noe som var svært ugunstig. Begge sider led store tap denne dagen.

18.01.2016 15:05:46

1 – ANVENDELSE

området da ut og hvilke grep er nødvendig for å få til en slik utvikling? Gjennom systematisk bruk av tidsfaktoren i slike øvelser vil man kunne vurdere forskjeller i muligheter og begrensninger som ligger i korte, mellomlange og lange tidsperspektiv. Da vil man se at enkelte løsninger på kort sikt både muliggjør og umuliggjør andre løsninger på lengre sikt. Slik planlegging blir altså påvirket av de beslutninger om tiltak som fattes underveis, og man nærmer seg en dynamisk og tidsriktig planlegging, samtidig som langsiktige verdivalg kan legges til grunn for en bærekraftig utvikling. I forhold til slaget ved Gettysburg er det interessant å stille spørsmålet: hva ville Lee gjort hvis han satt på tilstrekkelig terrenginformasjon om slagfeltet? Ville han likevel valgt å sloss der, eller ville han valgt å trekke arméen sin mot Washington, hvor han selv kunne valgt et mer gunstig slagfelt? Kunne han ha utnyttet flankene bedre og kommet seg rundt arméen til Meade? Altså om de ulike scenarioene basert på terrenginformasjonen var godt nok synliggjort før strategien for angrepet ble lagt? Lee hadde følgende strategier: Han kunne fortsatt å angripe flankene, han kunne angripe senterlinjen eller han kunne flyttet arméen sin i retning Washington. Lendets betydning alene avgjorde nok ikke dette slaget, men manglende synliggjøring av ulike scenarioer påvirket ledernes strategiske beslutninger, som igjen var en viktig faktor i Lee’s nederlag og vendepunktet for denne historisk viktige krigen.

bort fra tidligere ideer med spredte strukturer, og beveger seg i retning av mer konsentrerte regioner eller kraftsentre. På denne måten forestiller man seg en total omveltning, og ser seg bakover på jakt etter hvilke tiltak som må treffes for å bevege seg i retning av scenariet. Når man først har identifisert mulige prosesser og tiltak som beveger seg i riktig retning, kan arbeidet med å evaluere ulike veivalg opp mot hverandre starte. En viktig betraktning i forhold til Forsvarets omstrukturering har eksempelvis vært hvordan de ulike veivalgene influerer på samfunnet rundt. Forsvaret kan på mange områder betraktes som en hjørnesteinsbedrift, og en fraflytting kan få store konsekvenser for lokalsamfunnet. En annen viktig planleggingsfaktor i et slikt perspektiv, er fleksibilitet i forhold til endringer i den sikkerhetspolitiske situasjonen i verden og følgelig trusselbildet mot Norge. Et eksempel på denne typen «forestillinger» kan vi også se i eksempelet fra Nasjonal plan for Heimevernet. På lik linje med de andre forsvarsgrenene,

1.26 Det norske Forsvaret går fra en spredt tilværelse i nesten samtlige kommuner, til en samling rundt enkelte kraftsamlingsområder.

1.26

Omstilling av Forsvaret Kanskje det mest betydningsfulle målet i omleggingen av Forsvaret på 2000-tallet, var målsetningen om å redusere porteføljen av bygningsmasse fra 6 millioner kvadratmeter til nesten det halve, se figur 1.26. Denne målsetningen har tvunget frem et viktig spørsmål: Hvordan skal det nye Forsvaret huses? Dette spørsmålet drev frem en rekke ulike problemstillinger og dannet grunnlaget for et nytt fremtidsbilde der man går

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 31

18.01.2016 15:05:47

Fra nasjonale føringer til lokale løsninger

1.27

Kjøretid 0–2 timer Kjøretid 2–4 timer Kjøretid 4–8 timer Destinasjon (strategisk lokalitet) HV-distrikt HV-område

hadde også Heimevernet en spredt bygningsstruktur som etter ny utvikling i Forsvaret var overdimensjonert. Et viktig særtrekk i Heimevernet er det faktum at personellet ofte har lang reisevei fra sitt hjem til regionale treningssentre. Ved gitte anledninger kalles de inn til øvingsperioder som gjennomføres ved disse sentrene. Reisetiden er således en dimensjonerende faktor. For å redusere den totale bygningsmassen, ble det på 2000-tallet gjort GIS-studier som avdekket hvilken tilgjengelighet som var mulig å oppnå gjennom veinett og biltransport fra alle kommuner i landet inn mot enda mer sentraliserte treningssentre. Analysene av personellets reisetid til et slikt tenkt senter ledet til etableringen av et scenario der landet ble delt inn i 10 nye øvingsregioner, hver med sitt eget treningssenter og med god tilgjengelighet for personellet over hele landet.

Fra nasjonale føringer til lokale løsninger

1.27–1.28 Reisetidsanalyser i Heimevernet anskueliggjør ulike alternativer for plassering av treningssentre.

1.28

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 32

I Norge planlegges det kontinuerlig på ulike nivåer. Forståelse av langsiktig tenkning og strategiutvikling kan være vanskelig å finne gjennom studier av den ofte pragmatiske forvaltningen av lokale problemstillinger. Fra regjering og Storting fattes det beslutninger og etableres retninger på nasjonalt nivå. På lokalt nivå skapes det løsninger, ofte uten tydelig sammenheng med de nasjonale føringene. Studier av mengden dispensasjoner kommuner gjør fra sine egne planverk, som er verktøyet for nasjonale målsetninger, er et godt eksempel på denne divergensen. Det kriteriet som ofte skaper usikkerhet i forhold til de overordnede planene, er hvorvidt de har evne til å reflektere samtidens lokale problemstillinger. Dette skyldes ofte at ulike plannivåer utarbeides med forskjellig tidshorisont og dermed ulike prioriteringer. Dette misforholdet kan imidlertid utgjøre en fruktbar tilbakespillsprosess. Man kan gjerne se på en slik etterprøving som en type faglig rom. Dette bringer oss til behovet for kommunikasjon, språk og felles arenaer for drøfting av ulike ståsteder i forhold til planene.

18.01.2016 15:05:47

1 – ANVENDELSE

I denne sammenhengen har bruken av GIS stort potensiale synlige virkeområder. Gjennom organisering av felles løsninger for informasjonsflyt, som for eksempel Norge digitalt, er informasjon med nasjonal betydning mer tilgjengelig for lokale aktører. Samtidig er lokal informasjon tilgjengelig for nasjonale aktører. Forsvarsbygg har et særskilt oppdrag om å ivareta Forsvarets oppgaver i alle typer arealplanlegging – inkludert nødvendig kontakt med kommuner, fylkeskommuner og andre statlige instanser. Dette oppdraget har vært løst ved at alle reguleringsplaner og andre tiltaksplaner på kommune- og fylkesnivå har vært sendt til Forsvarsbygg for utsjekking. I Forsvarsbygg har så en planlegger studert disse planene og konferert med fagmilitære ressurser ved behov. Dersom det oppstår interessekonflikter, er prosessen med å ivareta Forsvarets interesser svært tung, og medfører ofte at det må fremmes innsigelse mot planforslaget. Det sier seg selv at dette er en tids- og kostnadskrevende prosess, hvor bruken av innsigelser har vært altfor vanlig. I enkelte statlige prioriterte prosjekter har også interessekonfliktene vært diskutert i media så vel som i regjeringen. Som eksempel kan her nevnes interessekonflikten mellom Forsvarets radaranlegg og nye vindkraftanlegg. Fra Forsvarsbygg sin side er det ønskelig å komme i en forkantsdialog med mulige tiltakshavere. Dette vil bidra til en mer smidig prosess med redusert bruk av ressurser og innsigelser, samtidig som kvaliteten i arbeidet økes. Forsvarsbygg ønsker altså en omlegging av sitt plansystem for å skape forutsigbarhet gjennom et forpliktende samarbeid på alle stadier i planprosessen. For å få til dette var man helt avhengig av at de ulike arealinteressene var kartlagt og lagt ut på et sted hvor alle kommuner, fylker og øvrige lett kunne få tak i dem. I St.meld. nr. 30 (Miljøverndepartementet, 2003) står følgende: «Alle offentlige virksomheter som har et geodataansvar eller er store brukere, skal medvirke til etablering, drift og vedlikehold av Norge digitalt».

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 33

1.29

1.29 Bruken av ny teknologi gjør

I Norge digitalt gis det blant annet mulighet til at Forsvarsbygg skal levere Forsvarets grenser og hensynsoner, områder hvor Forsvarets virksomhet setter særskilte krav til sivil arealbruk, til bruk i kommuneplaner. Dette er en omfattende jobb hvor mye arbeid gjenstår, men som på sikt vil effektivisere saksbehandling, da det muliggjør en mer effektiv, målrettet og hensiktsmessig saksbehandling gjennom god dialog med de berørte parter avklare interesser i forkant. Samtidig som statlige interesser kan gjøres tilgjengelig gjennom Norge Digitalt, vil også kommunenes løpende prioriteringer gjennom

det mulig å se sammenhengen fra nasjonalt til lokalt nivå og vice versa. Illustrasjon: Ulf Ranhagen AB Media.

18.01.2016 15:05:49

Nordområdene

egne planverk være kollektivt synlige som viktige tilbakemeldinger til nasjonale verdivalg. Dermed bidrar bruk av moderne kartverktøy til at informasjon som tidligere var vanskelig tilgjengelig, lett kan hentes ut via en informasjonsportal, visualiseres på kart og utgjøre komponenter av et språk. Denne formen for tilgjengeliggjøring kan bidra til å bryte ned terskelen for at ulike aktører engasjerer seg, utfordrer, og stiller spørsmål ved de aktuelle problemstillingene.

1.30b

1.30a

1.30c

1.30a–c Visualisering av planlagte vindkraftverk viser konflikter i forhold til etablerte radaranlegg. Kilde: Foto vindmølle: Gjermund Wallenius – Foto radarstasjon: Torgeir Haugaard / Forsvaret.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 34

18.01.2016 15:05:51

1 – ANVENDELSE

Nordområdene «Verdenskartet ser forskjellig ut avhengig av hva vi tar utgangspunkt i som sentrum» sa Forsvarsminister Anne Grete Strøm-Eriksen i en tale om regjeringens nordområdepolitikk i september 2006. Den økte oppmerksomheten i Barentshav-området skjer unektelig med utgangspunkt i ulike syn på hvordan verdenskartet ser ut, så vel geografisk som juridisk. Området inneholder en rekke administrative grenser som har vært heftet med adskillig uenighet nasjonene imellom. Eksempler på slike uklarheter er den økonomiske sonen på 200 nautiske mil i havområdene som kyststater kunne opprette fra slutten av 1970-tallet. Det formelle grunnlaget for denne rettigheten er nedfelt i FNs Havrettskonvensjon av 10. desember 1982. Havrettskonvensjonen gir kyststatene rettigheter over naturressursene på havbunnen og havområdene over. Dette innebærer at kyststatene har enerett til å forvalte naturressursene, som f.eks. olje, gass og fiske, innenfor denne økonomiske sonen. Den økonomiske sonen finner man ut i fra en buffer-analyse, som omtales nærmere i kapittel 4 Analyse. Med opprettelsen av denne sonen fikk de enkelte land myndighet til å bestemme over fiskeressursene i sin økonomiske sone. Hovedregelen er at fiske og fangst i Norges økonomiske sone er forbudt for utledninger med mindre dette er avtalt med de enkelte land, herunder EU. Lenge ble det forhandlet om delelinjen mellom Norge og Russland. Det norske kravet baserte seg på at man bruker midtlinjeprinsippet, som er standardregelen i FNs havrettskonvensjon for maritime avgrensninger. Det russiske kravet bygger på sektorlinjeprinsippet, som følger de geografiske meridianene eller lengdegradene. I 2010 undertegnet Norge og Russland en avtale om delelinjen i Barentshavet og Polhavet, se kartet i figur 1.33. Avtalen trådte i kraft 7. juli 2011. Det er også opprettet en fiskerivernesone på 200 nautiske mil rundt Svalbard og Jan Mayen. Denne

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 35

vernesonen er imidlertid kun anerkjent av Russland, Finland og Canada. Når den norske kystvakten overvåker havområdene for å unngå uregulert fiske i norske fiskerivernesoner gjør de dette i henhold til grensene som vist i kartet over nordområdene. Det faktum at det ikke er enighet mellom landene om disse sonene skaper hendelser. Den kanskje mest omtalte episoden basert på nettopp slike uklarheter er den såkalte «Elektron-hendelsen» i 2005. På det tidspunktet var ikke Norge og Russland enige om delelinjen for den økonomiske sonen mellom landene. Det russiske fartøyet Elektron ble den 15. oktober 2005 besluttet oppbrakt av den norske kystvakten i vernesonen Norge har opprettet rundt Svalbard. De norske kystvaktinspektørene fant flere brudd på den norske fiskerilovgivningen, satte Elektron under arrest og beordret båten til havn i Tromsø. Etter først å ha godtatt å seile mot norsk havn, endret Elektron kurs og stakk av mot russisk farvann. Om bord i Elektron var to norske kystvaktinspektører fra kystvaktskipet Tromsø, som var satt ombord som vaktmannskaper. Til tross for gjentatte forsøk på å få Elektron til å endre kurs og gå mot norsk havn, etterkom den russiske kapteinen ikke kystvaktens pålegg. Gjennom dette begikk fartøyet også brudd på den norske kystvaktloven. Først etter intenst diplomati mellom norske og russiske myndigheter, ble de to inspektørene overlevert til Norge – nesten en uke etter at dramaet startet. I ettertid ble kystvakten på den ene siden berømmet for å holde hodet kaldt og ikke gå til mer drastiske skritt for å stanse Elektron, men på den andre siden kritisert for at ikke mer makt ble anvendt for å håndheve norsk lov. Episoden kunne trolig raskt ha utviklet seg til en dramatisk krise med store utenrikspolitiske konsekvenser.

18.01.2016 15:05:51

Nordområdene

Det ble en rettslig prosess mot det russiske rederiet i kjølvannet av episoden. I den russiske retten ble kapteinen på Elektron frikjent for kidnapping av de to norske kystvaktinspektørene, men fikk en bot på 100 000 rubler, cirka 25 000 kroner i 2005, for tjuvfiske. Det var stor prinsipiell uenighet om de forhold som Elektron gjorde seg skyldig i ved å fiske i vernesonen omkring Svalbard. Et intervju med presidenten i Fiskerederforbundet Nord, Gennadij Stepakhno, presiserte dette sett fra russisk perspektiv: «Elektron befant seg i et område som kun tre land anerkjenner som norsk farvann – ved siden av Norge selv er det Finland og Canada. Russland har aldri anerkjent den norske vernesonen 200 mil rundt Svalbard» (internettavisen Russland.ru).

Motstridende oppfatning av grenser og rettigheter mellom statene i Barentshav-regionen og Arktis vil i årene fremover kunne få betydning for enorme verdier.

1.31

1.32 1.31 Kystvaktskipet Tromsø. Foto: Jørgen Holst / Forsvaret.

1.32 En fisketråler under inspeksjon av den norske kystvakten. Foto: Morten Karlsen / Forsvaret.

1.33 Maritime grenser i Nordområdene. Kilde: Kartverket.

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 36

20.01.2016 09:59:39

Norges maritime grenser

250

500 km

Norges maritime grenser er beregnet i samsvar med FNs Havrettskonvensjon av 1982.

80°

1 – ANVENDELSE

1.33

Frans Josefs land

Utgangspunktet for beregningen av de fleste maritime grensene er grunnlinjen, som er definert som rette linjer trukket opp mellom punkter på de ytterste nes og skjær som stikker opp over havet ved lavvann (fjære sjø). Det er definert i alt 103 grunnlinjepunkter langs Fastlands-Norge.

Nova

Svalbard

ja S em lja

Smutthullet

Fiskevernsonen ved Svalbard

°N

Bjørnøya

°N

Jan Mayen

øk ges

Nor

Reykjavik

et av

Fiskerisonen ved Jan Mayen

o es

Island

Sverige

Finland

Russland

Færøyene

60°

Norge

Shetland

Helsinki Oslo

Tallinn

Stockholm

Moskva

Tegnforklaring 1 nautisk mil (1 nm) = 1852 meter

Grunnlinje Territorialgrense 12 nm Yttergrense for tilstøtende sone 24 nm Avtalte avgrensningslinjer og 200 nm Avgrensningslinjer for Norges kontinentalsokkel Grenser for andre staters økonomiske soner Norske havområder

Danmark København Dublin

Irland Storbritannia London

50°N 10°V

GIS-kapittel 1 2015 NY.indd 37

0°

Nederland Amsterdam

Belgia

Tyskland 10°Ø

Berlin

Polen 20°Ø

30°Ø

18.01.2016 15:05:53

Øystein Sanderud

Halvard Bjerke

Magnus Fjetland

er utdannet sivilingeniør i geomatikk fra Norges tekniske høgskole (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet). Han arbeider som senioringeniør innenfor GIS/kartforvaltning i Forsvarsbygg.

er utdannet sivilingeniør i geomatikk fra Universitetet for miljø- og biovitenskap (Norges miljø- og biovitenskapelige universitet). Han arbeider som høgskolelektor ved Krigsskolens ingeniørlinje.

er militært utdannet med befals- og krigsskole. Han arbeider som instruktør ved Krigsskolens ingeniørlinje. Han har både nasjonal og internasjonal tjenestebakgrunn fra Forsvaret.

Kapittelet er bearbeidet med utgangspunkt i 1. utgaven som ble forfattet av Atle Holten, Per Gunnar Ulveseth og Ingvill Richardsen.

GIS-kapittel 2 2015.indd 38

18.01.2016 15:17:28

Systemene

GIS-kapittel 2 2015.indd 39

GjĂ¸r jorden flat En datamodell av virkeligheten Datafangst av geografiske data Datakvalitet Feilkilder SOSI Geografiske data i databaser Web-baserte tjenester Teknologiske trender

40 46 50 60 63 64 64 67 69

18.01.2016 15:17:28

Gjør jorden flat

Gjør jorden flat Kapittel 1 Anvendelse omhandler anvendelse og bruk av GIS. For enhver bruker av GIS er vitenskapen om jordas form, tyngdefelt og endring sentral. Denne vitenskapen går under navnet geodesi, fra det greske ordet geodaisia som betyr deling av jorden. Landmåling er et eksempel på teknisk anvendelse av geodesi og produserer blant annet koordinater til kartlegging av områder. Kartets oppgave er å gjenskape virkeligheten i en todimensjonal flate på en mest mulig hensiktsmessig måte. For at dette skal være mulig benyttes geografiske referansesystemer som et rammeverk for stedfesting av objekter. Det finnes flere ulike typer geografiske referansesystemer, men for å oppnå en presis stedfesting benyttes gjerne geodetiske referansesystemer. For å forstå sammenhengen mellom disse er det nødvendig å kjenne til bakgrunnen for referansesystemene.

GEOIDEN I motsetning til havoverflaten er jordoverflaten svært ujevn. Store vertikale variasjoner mellom fjell, daler og flere andre forhold påvirker jordas form og gjør det nærmest umulig å beskrive jordas overflate med én matematisk modell. For å forenkle prosessen benyttes en ekvipotensialflate hvor potensialet (tyngdekraften) er lik over

Terreng

2.1 Geoiden 2.1

Geoiden. Kilde: Nicolas Primola / Shutterstock.

GIS-kapittel 2 2015.indd 40

Hav

hele flaten. Det finnes flere ekvipotensialflater, hvor geoiden er en av dem. Havenes middelvannstand vil være en fysisk representasjon av geoiden, men potensialet for geoiden påvirkes blant annet av store fjellmassiver. Geoiden kan i slike områder tolkes som en antydet linje gjennom terrenget og vil fremstå som en ujevn flate vist i figur 2.1. Dette medfører at geoiden er den eneste ekvipotensialflaten med en form for fysisk realitet. Land- og havtopografi benytter geoiden som referanseflate og muliggjør for eksempel beskrivelse av helning og treghetsnavigasjon.

ELLIPSOIDEN For å kunne beregne posisjon, avstand og retning på jordoverflaten trengs en referanseflate. Dersom jorda hadde hatt jevn tetthet og flat topografi ville geoiden få form som en ellipsoide, det vil si en ellipse rotert om sin egen halvakse. Dette er fordi jorda ikke er helt rund, men noe flattrykt ved polene som vist i figur 2.2. Dessverre er ikke virkeligheten så enkel. Topografien gjør at ellipsoiden mange steder kommer under eller over geoiden. Ellipsoiden og geoiden samsvarer derfor ikke helt, noe som gjør at det er beregnet flere ulike ellipsoider for å gi best mulige referanseflater i forskjellige områder. De ulike ellipsoidene samsvarer best mulig med geoiden og har høyest nøyaktighetsgrad i de angitte områdene de er beregnet for. Den forenklede geoiden, altså ellipsoiden, utgjør utgangspunktet for å kunne definere datum. DATUM Beskrivelse av ellipsoiden og hvordan den er knyttet til geoiden, betegnes som geodetisk referansesystem eller datum. Geodetiske referansesystem omfatter både vertikale og horisontale datum som bestemmer henholdsvis høyde og posisjon. Vertikale datum refererer ofte til geoiden som referanseflate, mens horisontale datum som regel refererer til ellipsoiden. Horisontale datum beskriver størrelsen og plasseringen av ellipsoiden (referanseflaten) ved hjelp av et fundamentalpunkt. I fundamentalpunktet

18.01.2016 15:17:29

2 – SYSTEMENE

2.2

er høyden til geoiden lik null som betyr at geoiden og ellipsoiden sammenfaller som vist i figur 2.3. Det finnes forskjellige typer horisontale datum og de b deles prinsipielt inn i tre kategorier: lokale, regionale og globale datum. Lokale datum er tilpasset lokale forhold og a a = Store halvakse benyttes stort sett innenfor et begrenset område. b = Lille halvakse Lokaldatumet Norges Geografiske Oppmålingsdatum fra 1948 (NGO1948) var tidligere Norges offia–b Flattrykning (f) = a sielle horisontale datum med fundamentalpunkt i Oslo Observatorium. NGO1948 ble brukt på økonomisk kartverk (1:5000-1:10000), mens European Datum fra 1950 (ED50) lenge var i bruk som datum for Norges hovedkartserie i målestokk 1:50000. KARTPROJEKSJON European Reference Frame fra 1989 (EUREF89) har 2.2 Ellipsoiden. For å kunne utarbeide todimensjonale kart, må jorderstattet begge disse og er i dag Norges offisielle overflaten projiseres til et todimensjonalt plan. Ellipdatum. Både ED50 og EUREF89 er regionale datum soiden, med krumming langs to retninger, lar seg som er tilpasset større områder, i dette tilfellet derimot ikke projisere til et todimensjonalt plan uten Europa. Fundamentalpunktet befinner seg derfor videre. Dette gjøres ved hjelp av kartprojeksjon, også i Europa. ED50 har fundamentalpunkt i som kan forklares som en tredelt metode. TerrengPotsdam, Tyskland. EUREF89 baserer seg på presise punkter projiseres til en dobbeltkrummet referansesatellittmålinger for punkter over hele Europa og flate, i dette tilfellet ellipsoiden. Deretter projiseres er egentlig en frysning av World Geodetic System punktene til en geometrisk flate som brettes ut til fra 1984 (WGS84) slik det så ut i 1989. Siden da et todimensjonalt kart. En praktisk tilnærming kan har kontinental platedrift ført til at punkter i Norge være å se for seg en globus med en lyskilde i midten. har beveget seg opp til 30 cm, som blir forskjellen Lyset fra globusen vil gjenspeile globusens overmellom WGS84 og EUREF89. WGS84 er et globalt 2.3 Begreper for angivelse av flate til en tenkt todimensjonal flate. datum beregnet med satellittmålinger. Ellipsoiden høyder. har sentrum i jordas massesenter til forskjell fra lokale og regionale datum som baserer seg på fundaOrtometrisk høyde (H0) – Høyde over geoiden mentalpunkt. Det er viktig å vite Ellipsoidisk høyde (He) – Høyde over ellipsoiden Geoidehøyde (He – H0 = N) – Differansen mellom geoiden og ellipsoiden hvilket datum geografiske data er representert i. Avviket mellom Målepunkt EUREF89 og WGS84 er mindre enn én meter og kan i mange H0 sammenhenger anses som Fundamentalpunkt Geoide og ellipsoide samsvarer (N = 0) ubetydelig, men avviket He mellom ED50 og EUREF89 kan være på opptil Terreng N Geoide 200–300 meter.

2.3

Ellipsoide

GIS-kapittel 2 2015.indd 41

18.01.2016 15:17:38

Gjør jorden flat

Det er i hovedsak tre forskjellige typer flater som benyttes: •

planprojeksjon

• •

kjegleprojeksjon sylinderprojeksjon

Med bakgrunn i ellipsoidens dobbeltkrumme form kan den ikke beholde sine egenskaper når den projiseres til en todimensjonal flate. Som vist i figur 2.4 vil projeksjonen påføre feil i avbildningen av jordoverflaten. Dette fører til at man må velge om avbildningen skal være vinkelrett (konform), avstandsriktig (ekvidistant) eller flateriktig (ekvivalent) i forhold til virkeligheten. Det er ikke mulig å avbilde ellipsoiden til et plan på en slik måte at alle disse tre forholdene opprettholdes. Til kartproduksjon i Norge brukes transversal (liggende) sylinderprojeksjon, nærmere bestemt Universal Transverse Mercator-projeksjon (UTM). Den bygger på Gauss-Krüger-projeksjon som ivaretar vinkelrett avbildning. Det betyr at landområder beholder sin opprinnelige form. Gauss-Krüger-projeksjon har flere synonymer og kalles blant annet Mercators Transversale

Projeksjon. Den liggende sylinderen tangerer jorden i y-aksen langs en nord-sør meridian (tangeringsmeridianen) med positiv retning mot nord. X-aksen følger ekvator med positiv retning mot øst. Systemet kan sees på som rette linjer i et x-/y-akse system. De øvrige meridianene og breddesirklene blir avbildet som komplekse kurver. Egenskapene ved konform avbildning har ført til utstrakt bruk av denne projeksjonen til blant annet landmålingsformål og kart i store målestokker. UTM-projeksjonen bygger på Gauss-Krügerprojeksjon og er en transversal projeksjon med sylinderen i liggende stilling. Kloden deles i 60 soner og hver sone er projisert ved bruk av Gauss-Krüger-projeksjon. Det medfører en betraktelig høyere nøyaktighetsgrad sett opp mot å projisere kloden i én operasjon. UTM-projeksjonen har et tilhørende koordinatsystem som omtales senere. Å ta i bruk UTM som offisiell projeksjon har medført noen kjente og uønskede konsekvenser. Problemene oppstår når det er særlig strenge geometriske toleransekrav. UTM-projeksjonen

2.4

2.4 Det er i hovedsak tre forskjellige geometriske flater som benyttes til kartprojeksjon: 1. Sylinderprojeksjon 2. Kjegleprojeksjon 3. Planprojeksjon.

GIS-kapittel 2 2015.indd 42

18.01.2016 15:17:38

2 – SYSTEMENE

har en målestokkfaktor som tilsier at en avstand målt i terrenget må korrigeres med inntil 400 parts per million (ppm) eller 4 cm/100 m. I praksis vil et veistykke målt til 100 m i terrenget, i realiteten være 100.04 m lang. Det er ubetydelig for de fleste, men skaper utfordringer for prosjekter med strenge toleransekrav. EUREF89 Norsk Transversal Mercator (NTM) er derfor innført som en sekundær norsk projeksjon. EUREF89 NTM-projeksjonen benytter samme referanseflate som UTM. EUREF89 NTM korrigerer målestokkfaktoren i stor grad og vil i praksis ha en maksimal målestokk-korreksjon på 4–11 ppm henholdsvis nordsør i landet. Data hos kommunene og Kartverket skal fortsatt lagres og forvaltes i EUREF89 UTM, og eksport og import av kartdata inn og ut fra forvaltningssystemene skal fortsatt foregå i EUREF89 UTM.

KOORDINATSYSTEMER Koordinatsystemer benyttes for å angi posisjon for et punkts beliggenhet. Rettvinklede koordinatsystemer benytter x-/y-akser for å angi punktets beliggenhet, i tillegg til z-aksen i et tredimensjonalt system. To av de mest brukte rettvinklede koordinatsystemene er geografiske- og kartesiske koordinatsystemer. Geografisk koordinatsystem For å stedfeste et bestemt punkt på jordoverflaten, kan vi benytte begrepene meridianer (lengdegrader, fra engelsk longitude) og parallellsirkler (breddegrader, fra engelsk latitude). Breddegraden til en gitt plassering er gitt av en meridian fra ekvator til den parallellsirkelen som går gjennom punktet vi er ute etter. Breddegraden angis først

90° W

100° W 110° W

130° W 160° W 170° E

150° E 140° E

130° E

2.5

CANADA

GREENLAND

60° N

ICELAND

NORWAY

FINLAND

SWEDEN

RUSSIA

50° N

ESTONIA IRELAND

LATVIA

DENMARK

BELARUS

NETHERLANDS

40° N

POLAND BELGIUM GERMANY LUXEMBOURG UKRAINE CZECH REPUBLIC FRANCE SLOVAKIA SWITZERLAND AUSTRIA HUNGARY ROMANIAMOLDOVA

SPAIN

10° W

KAZAKHSTAN

LITHUANIA

UNITED KINGDOM

0°

10° E

60° W 50° W 40° W 30° W 20° W 10° W

0°

20° E

30° E

TURKMENISTAN GEORGIA

40° E

AZERBAIJAN

40° N

50° E

2.6

10° E 20° E 30° E 40° E 50° E 60° E 70° E 80° E 90° E

80° N

GREENLAND

70° N

70° N NORWAY ICELAND

FINLAND SWEDEN

60° N

RUSSIA

ESTONIA LATVIA LITHUANIA UNITED KINGDOM BELARUS IRELAND NETHERLANDSPOLAND BELGIUM GERMANY UKRAINE LUXEMBOURG KAZAKHSTAN SLOVAKIA MONGOLIA FRANCE AUSTRIA MOLDOVA SWITZERLANDHUNGARY ROMANIA ITALY SERBIA ANDORRA GEORGIA KYRGYZSTAN UZBEKISTAN SPAIN MONTENEGRO BULGARIA AZERBAIJAN CHINA GREECE PORTUGAL TURKMENISTAN TAJIKISTAN TURKEY PAKISTAN IRAN AFGHANISTAN ALGERIATUNISIA CYPRUSSYRIAIRAQ

60° N

DENMARK

2.5–2.6 Kart over nordområdene i to forskjellige kartprojeksjoner. Øverst vist med en planprojeksjon, nederst med en sylinderprojeksjon.

50° N

Presentasjon av samme område i forskjellig projeksjon gir ulik oppfattelse av de geografiske forholdene. Se for øvrig kapittel 1 Anvendelse – nordområdene. Kartdata: ESRI, Data and Maps for ArcGIS (2014) © ESRI. Norges maritime grenser (2015) © Kartverket.

GIS-kapittel 2 2015.indd 43

40° N

CANADA

60° W 50° W 40° W 30° W 20° W 10° W

0°

50° N

40° N

10° E 20° E 30° E 40° E 50° E 60° E 70° E 80° E 90° E

18.01.2016 15:17:39

2.7

Gjør jorden flat

Geografisk koordinatsystem med UTM soner for Norge. Intervallene er satt til 8 og 6 grader, som tilsvarer en UTM-sone. UTM-sone 32V er utvidet til å dekke hele Sør-Norge og forenkle posisjonsangivelse. Bakgrunnskart: © Kartverket.

2.7 og gir posisjonen på jordoverflaten nord eller sør for ekvator. Det vil si at alle punkter som ligger på samme parallellsirkel, har samme breddegrad. Ekvators breddegrad er 0 grader, mens Nordpolens breddegrad er 90 grader nord. Lengdegraden til en gitt posisjon gir posisjonen øst eller vest for nullmeridianen (Greenwich i England). Geografiske koordinater til et gitt punkt blir da beskrevet ved nordlig eller sørlig breddegrad i forhold til ekvator og ved østlig eller vestlig lengdegrad (øst eller vest for Greenwich). For å beskrive dette mer nøyaktig deler man inn en grad i 60 minutter og videre ett minutt i 60 sekunder.

GIS-kapittel 2 2015.indd 44

Kartesisk koordinatsystem Koordinataksene i et kartesisk koordinatsystem står vinkelrett på hverandre og består av en x- og en y-akse. Tredje dimensjon er kjent som z-aksen. Et punkts beliggenhet bestemmes av avstanden til koordinataksene og oppgis ved å lese ut verdier fra de to aksene eller eventuelt alle tre i et tredimensjonalt koordinatsystem. Det finnes utallige kartesiske koordinatsystemer, men de mest brukte i norsk kartografi er UTM og Military Grid Reference System (MGRS). UTM-systemet er et verdensomspennende koordinatsystem som deles inn i 60 soner i øst-vestlig

18.01.2016 15:17:39

2 – SYSTEMENE

2.8 UTM-/MGRS-systemet med posisjon. Bakgrunnskart: © Kartverket.

2.8 retning, hvor hver sone er 6 grader. Bokstavbenevnelse angir nord-sør referanse og går fra C-båndet i sør til X-båndet i nord. Bokstavene O og I benyttes ikke, med bakgrunn i deres likhet til tallene 0 og 1. Sonebeltene er 8 grader høye bortsett fra X-båndet som er 12 grader høyt for å dekke mest mulig av landområden i nord. A-/B-/Y- og Z-båndene med tilhørende breddegrader er forbeholt Nord- og Sørpolen som har eget koordinatsystem, nærmere bestemt Universal Polar Stereographic Coordinates-systemet (UPS). Korrekt posisjonsangivelse for veikrysset mellom RV22 og RV120 i Akershus blir: 32V 61442 664981. Figur 2.8 viser området med

GIS-kapittel 2 2015.indd 45

posisjon, men posisjonsangivelsen har to siffer mer i forhold til den som oppgis i dette avsnittet. Som beskrevet i figuren betyr det at presisjonen er høyere. Tilsvarende posisjonsangivelse i MGRS-systemet blir 32V PM 1442 4981 og viser i stor grad forskjellen på de to koordinatsystemene. MGRS-systemet er basert på UTM-systemet, men deler hver UTM sone i 100x100 km ruter. Disse rutene får en dobbel bokstavreferanse. MGRS-systemet er med andre ord en forenkling av UTM-systemet. MGRS-systemet er velbrukt i militær sammenheng, både av det norske Forsvaret og andre nasjoner.

18.01.2016 15:17:40

En datamodell av virkeligheten

2.9 Begreper for angivelse av høyder.

HØYDER OG VERTIKALT DATUM For å være i stand til å si noe om høyder er man avhengig av å definere et nullnivå. Høyder oppgis som regel i meter over havet (moh.) og en jevn havoverflate vil derfor være et fornuftig nullnivå. Havnivået er derimot ikke en statisk flate og påvirkes av faktorer som tidevann, lufttrykk og vind. I tillegg er det store områder på kloden som ikke er dekket av vann. Geoiden brukes derfor som potensialflate for vertikale datum, på lik linje med horisontale datum. For å forstå vertikale datum er det derfor nødvendig å vite noe om den vertikale sammenhengen mellom geoide og ellipsoide. Med utgangspunkt i et målepunkt på jordoverflaten defineres en loddlinje, en linje som står vinkelrett på geoiden i forhold til målepunktet. Høyden fra geoiden til målepunktet langs loddlinjen kalles ortometrisk høyde og brukes til blant annet kartlegging. Satellittbaserte navigasjonssystemer, som for eksempel Global Positioning System (GPS), refererer derimot ikke til geoiden ved høydemålinger. Høydemålinger i slike systemer refererer til ellipsoiden og betegnes som ellipsoidisk høyde. Når både ortometrisk og ellipsoidisk høyde er kjent kan geoidehøyden regnes ut som vist i figur 2.9. Denne høyden bruker GNSS-enheter til å beregne ortometrisk høyde, med bakgrunn i hvilket geodetisk datum enheten benytter.

Ortometrisk høyde (H0) – Høyde over geoiden

Ellipsoidisk høyde (He) – Høyde over ellipsoiden

Geoidehøyde (He – H0 = N) – Differansen mellom geoiden og ellipsoiden Målepunkt H0 He Terreng Geoide Ellipsoide

GIS-kapittel 2 2015.indd 46

I fundamentalpunktet er derimot geoidehøyden lik null. Det vil si at ortometrisk og ellipsoidisk høyde samsvarer. Høyden i fundamentalpunktet baseres på en beregnet middelvannstand. Normalnull 1954 (NN1954) har vært Norges høydesystem siden det ble innført i 1954. NN1954 baserer seg på beregninger av middelvannstanden for Oslo, Nevlunghavn, Tregde, Stavanger, Bergen, Kjølsdal og Heimsjø med fundamentalpunkt i Mandal. NN2000 er Norges nyeste høydesystem, som gradvis tar over for NN1954. NN2000 baserer seg på et felleseuropeisk teoretisk nullnivå med fundamentalpunkt i Amsterdam.

En datamodell av virkeligheten

Virkeligheten er kompleks, og for å kunne lage en modell av den, må den forenkles. Denne forenklingen kan man kalle en virkelighetsmodell. En virkelighetsmodell er en felles forståelse av hvordan man går fra virkeligheten til en modell som kan brukes i et GIS. En slik modell er nødvendig for å forenkle og omdanne virkelige objekter til objekter som kan lagres digitalt. Geografiske data består av geometri og tilhørende egenskaper. Geometrien kan være punkter, linjer eller flater og er beskrivelse av ensartede fenomener, også kalt entiteter. Til entitetene er det ofte knyttet ulike egenskaper, også kalt entitetsattributter. Dette kan være fartsgrense på en vei eller pris på en eiendom eller alder på et tre. Virkelighetsmodellen beskriver de ulike kartobjektene brutt ned i entiteter, attributter og relasjonene mellom dem. Neste steg er å lage en datamodell basert på virkelighetsmodellen. En datamodell er Fundamentalpunkt Geoide og ellipsoide samsvarer (N = 0) nødvendig for å lagre informasjonen digitalt. I en datamodell er det objekter som er informasjonsbærere. Objektene i en datamodell er beskrevet med type, relasjoner, geometri og kvalitet. Innen GIS finnes to måter å presentere informasjonen digitalt; enten ved vektormodellen eller ved rastermodellen.

2.9

18.01.2016 15:17:41

2 – SYSTEMENE

2.10

VEKTORMODELLEN En vektor kjenner vi fra matematikkens verden og kan defineres som: «en rett linje med en bestemt retning i et koordinatsystem». Kart inneholder koordinatsystemer som vises på kartet med rutenettlinjer med tilhørende tallverdier. Fastmerker i terrenget er punkt med kjente koordinater som refererer til det samme koordinatsystemet. I en vektormodell er geometrien representert ved punkter, linjer og flater. En linje representeres ved at det strekkes en strek mellom to punkt. En flate, også kalt et polygon, representeres som flere linjer som avgrenser et område. Dataene i en vektormodell kalles vektordata. Lagring av vektordata gjøres på to forskjellige måter; som spagettidata eller i en topologimodell. Spagettidata kan beskrives som rådata hvor objektene ikke er lagret med noen informasjon om relasjonene mellom dem. Dette kan illustreres ved

GIS-kapittel 2 2015.indd 47

at for to flater som ligger inntil hverandre, vil grenseflaten være registrert to ganger. Dette fører til at det brukes unødvendig mye lagringsplass og det vanskeliggjør analyser ved at man ikke vet hvor de ulike objektene ligger i forhold til hverandre. Søk i dataene blir også unødvendig komplisert. Hvis man benytter manuell digitalisering som datafangstmetode, vil dataene fremstå som spagettidata. For å kunne bruke disse kartdataene i forbindelse med analyser, må dataene struktureres – det må bygges topologi. For å utføre en analyse for å finne korteste transportstrekning mellom to punkter eller avstanden mellom to bygninger, må vi vite noe om hvilken relasjon objektene har til hverandre. Topologi er et matematisk uttrykk som beskriver relasjonen mellom ulike objekter. Dette gjøres ved å definere knutepunkt og lenker. Et knutepunkt kan være et endepunkt, der en linje slutter eller hvor flere linjer krysses. Lenker er linjer

2.10 Virkeligheten modelleres med en virkelighetsmodell som grunnlag. En datamodell er nødvendig for å lagre informasjonen digitalt.

2.11 Geometriske objekter i et GIS er punkter, linjer og flater.

2.11

18.01.2016 15:17:42

En datamodell av virkeligheten

2.12

2.12 Ulike vektordata er lagt inn i et koordinatsystem.

som starter og ender i knutepunkt. Til knutepunkt og lenker kan det knyttes egenskaper ved at hvert knutepunkt og hver lenke får en egen identitet med en egen kode. For å beskrive relasjonene mellom de geometriske objektene defineres det slik: •

• •

en polygontabell som inneholder informasjon om alle flatene (polygonene) med informasjon om hvilke lenker de er bygd opp av en knutepunktstabell med informasjon om hvilke lenker som møtes i hvilke knutepunkt en lenketabell med informasjon om hvilke knutepunkt lenkene starter og ender i samt hvilke flater som ligger på hver side av en lenke.

Felles i disse tabellene er at de ulike geometriske objektene får en entydig id-kode. De ulike geometriske objektene er dermed objektorientert. Dette gjør at datamengden blir mindre ved at linjer ikke dobbeltlagres. En annen fordel er at det knyttes ulike egenskaper til de respektive geometriske objektene.

GIS-kapittel 2 2015.indd 48

De ulike objektene gis også en temakode. En temakode er nødvendig for å gruppere eller sortere objekter av samme type. Dette gjøres for å dele opp de geometriske objektene i ulike temalag som veier, infrastruktur, bygninger og topografi. Når topologien er definert, kan man utføre ulike analyser på dataene uten at det må gjøres geometriske beregninger. En slik standardisert måte å organisere dataene er også nødvendig for å kombinere ulike kart i ulike målestokker. Et eksempel på det er at digitalt eiendomskartverk i 1:5000 kan kombineres med tekniske kart i målestokk 1:1000. Vektormodellen er den mest brukte innenfor kartbransjen fordi den gir høy nøyaktighet og muligheter til å koble ulike databaser med egenskaper sammen med kartobjektene. Vektormodellen er også enklere å ajourføre.

RASTERMODELLEN Et raster tar utgangspunkt i en virkelighetsmodell hvor man legger et rutemønster over terrenget, og hver rute forenkles til å inneholde en gitt verdi. En slik rute kalles en piksel og hvert piksel tildeles dermed en pikselverdi. Denne verdien kan beskrive egenskaper som farge, terrenghøyde, helningsgrad, arealbruk, temperatur eller vegetasjonsklasser. Ved å gjennomføre en georeferering av modellen, får hver piksel et koordinat som knytter modellen til virkeligheten. Dataene i en slik rastermodell kalles ofte rasterdata. Rutestørrelse eller pikselstørrelse for rastermodeller varierer etter hvilken grad av oppløsning man er ute etter. Store ruter gir lav oppløsning, mens små ruter gir høy oppløsning, slik figur 2.13 viser. Vanligvis er rutestørrelsen lik innenfor samme rasterkart, men den trenger ikke være det. På samme vis som i en vektormodell kan man bygge ulike temalag. Forskjellen er at i en vektormodell kodes objektet til en temakode, mens i en rastermodell må man kode de samme pikslene flere ganger hvis man skal legge flere enn en egenskap til hver piksel. Dette kan illustreres ved at i en vektormodell kan en bygning tillegges flere

18.01.2016 15:17:42

2 – SYSTEMENE

2.13 Ortofoto over Campus Ås viser ulik grad av oppløsning. Øverst er pikselstørrelsen 1x1 meter, mens utnittet under har 10x10 meter pikselstørrelse. I et bilde med liten pikselstørrelse blir oppløsningen høy og mer detaljer kommer frem. Kilde: © Kartverket.

2.13

Virkeligheten

2.14 Virkeligheten modelleres enten som vektordata eller rasterdata. Kilde: © Kartverket.

L L

2 G G

L L

3 G G

4 G

E E E

E E

Løvskog

Granskog

2.14

Elv

Y-akse

egenskaper som størrelse, type, egnethet, mens i en rastermodell må hver piksel som bygningen legger beslag på, kodes med størrelse, deretter må man definere et nytt temalag for å legge inn kode for type. Rasterdata er derfor ofte plasskrevende, men det finnes komprimeringsteknikker som kan brukes ved lagring. Det er flere fordeler med bruk av rastermodeller; en datainnsamling er rask og enkel og kan organiseres i en enkel datastruktur, man kan gjennomføre analyser og man kan enkelt koble sammen data over et identisk område for analyser. Ulempen er at nettverksanalyser ikke kan gjøres, nøyaktigheten er lav, i tillegg til at datamengdene blir veldig store. Rastermodellen benyttes i dag blant annet til kobling av bilder med kart, som ved bruk av satellittbilder i GIS.

Hus

X-akse

GIS-kapittel 2 2015.indd 49

18.01.2016 15:17:42

Datafangst av geografiske data

2.15 Det skilles mellom passive og aktive sensorer innen fjernmåling. Kilde: Lightspring / Shutterstock; abstractdesignlabs / Shutterstock.

Grunnlaget i et geografisk informasjonssystem er selve dataene som skal behandles. Uten geografiske data kan heller ingen analyse utføres. Det finnes en rekke ulike metoder for innsamling av disse dataene, og dette kapittelet omhandler noen av de vanligste metodene. Metoder for datafangst kan deles inn i tre hovedkategorier, primær og sekundær datafangst og dataoverføring. Ved primær datafangst samles dataene direkte, ofte ved at man selv produserer data. Et mobilbilde som kan stedfestes eller en avstand målt med en avstandslaser kan være eksempler på primær datafangst. Andre ganger benyttes sekundær datafangst ved å utlede data fra andre data, for eksempel ved å markere skoler eller kirker i et flyfoto. Den aller vanligste måten å skaffe geografiske data på er i mange tilfeller å benytte allerede eksisterende data ved dataoverføring. Store mengder data gjøres tilgjengelig av andre gjennom ulike samarbeidsformer, eller de kan kjøpes fra forskjellige dataleverandører. Norge digitalt er et slikt samarbeid mellom mange norske aktører som forvalter geografisk informasjon. Norge digitalt-samarbeidet, og noe av dataene som finnes tilgjengelig, beskrives mer i kapittel 3 Geografiske data. Passiv sensor

2.15

GIS-kapittel 2 2015.indd 50

Aktiv sensor

Flere metoder for datafangst gjennomføres ved hjelp av fjernmåling. Her benyttes en sensor til å samle inn data om et objekt, uten å være i fysisk kontakt med selve objektet. Eksempler på fjernmåling kan være å ta bilder med et kamera, eller politiets bruk av laser for å måle hastigheten til en bil. Dette er to ulike typer sensorer som henholdsvis kategoriseres som en passiv sensor (kamera) og en aktiv sensor (laser). En passiv sensor registrerer energi som sendes fra et objekt, enten dette er stråling direkte fra objektet eller reflektert energi fra andre kilder. En aktiv sensor sender ut egen energi, for så å måle reflektert stråling fra objekter. Kameraet registrerer reflektert energi fra for eksempel sola, mens laseren sender ut egen energi i form av laserstråler som reflekteres av bilen og registreres. Hvilken datafangstmetode som velges avhenger av mange faktorer. Hva slags data skal samles inn? Til hvilket formål skal dataene benyttes? Finnes det noen krav til nøyaktighet? Hvilke tekniske hjelpemidler er tilgjengelige? Finnes det allerede eksisterende data? Hvilket dataformat er de eksisterende dataene på? Når er dataene produsert? Dette er eksempler på spørsmål som bør stilles før man starter omfattende datafangst av geografiske data. Metodene som vil bli beskrevet videre i dette kapittelet er: • • • • • • • • •

landmåling med totalstasjon landmåling med GNSS sjømåling flyfotografering satellittfotografering radarmåling laserskanning digitalisering lokalkunnskap fra brukere

LANDMÅLING MED TOTALSTASJON Landmåling er måling av jordens overflate og høydeforhold ved bruk av avanserte instrumenter. I kapittel 1 Anvendelse ble det beskrevet hvordan

18.01.2016 15:17:49

2 – SYSTEMENE

mennesket i alle tider har laget fremstillinger av verden, og landmåling har vært sentralt i dette arbeidet. I kombinasjon med blant annet matematikk, fysikk, astronomi og teknologi har landmåling utviklet seg til et stort fagfelt med mange muligheter for datafangst. I tradisjonell landmåling benyttes en teodolitt, et instrument som måler vinkler mellom punkter i et horisontalt og vertikalt plan ved hjelp av et kikkertsikte. I likhet med andre fagfelt har stadig mer moderne teknologisk utstyr gjort at landmålingsmetodene har utviklet seg. Innføring av elektronisk avstandsmåler sammen med datateknologi har gjort at punktbestemmelser kan gjøres raskere og fremdeles like nøyaktig. Instrumentet med kikkert kombinert med avstandsmåler og en integrert datamaskin kalles en totalstasjon. Med en totalstasjon bestemmes posisjonen til punkter i terrenget ved å stille instrumentet over et fastmerke. Et fastmerke er et punkt hvor koordinatene, i nord- og østretning samt høyde, er kjent. Fra fastmerket må man ha fri sikt til ett eller flere andre kjente punkter. Dette gjøres for å orientere totalstasjonen, samt avdekke feil og mangler på det valgte fastmerket. Har man tilgang til flere fastmerker er det vanlig å stille totalstasjonen i et ukjent punkt, som gir god oversikt over det man har tenkt å måle inn. Denne metoden for å bestemme nytt oppstillingspunkt kalles frioppstilling. Tidligere var det vanlig å ha en operatør til å betjene totalstasjonen og en assistent som forflyttet seg rundt i terrenget med et speil eller prisme festet på en stang, prismestang. Assistenten stilte seg på innmålingspunktet med prismestangen, mens operatøren siktet seg inn for å måle retning til prismet. Ved å sende ut et signal fra totalstasjonen som ble reflektert av prismet kunne avstand til prismet måles. Den integrerte datamaskinen kunne dermed beregne posisjonen til prismestangen direkte. Nyere totalstasjoner kan følge prismet automatisk. Dette gjør det mulig å håndtere hele landmålingsjobben fra prismestangen, og dermed kun ha behov for én person til å utføre arbeidet. I tillegg

GIS-kapittel 2 2015.indd 51

kan dataene lagres i en digital målebok, som igjen kan overføre dataene til for eksempel en datamaskin for videre bearbeidelse. Landmåling med totalstasjon benyttes hvis kravene til nøyaktig stedfesting er høye. Det bør forventes en nøyaktighet ned mot én millimeter, gitt at fastmerket har tilsvarende nøyaktighet og innmålingene er gode. Grensemerker og hushjørner er eksempler på objekter som stiller høye krav til nøyaktig stedfesting. Etablering av satellittbaserte systemer for navigasjon og posisjonering har gjort at totalstasjoner benyttes i mindre grad enn før. Allikevel er det én viktig faktor som favoriserer totalstasjonen, det kreves ingen satellittdekning. I tuneller eller i områder med dårlig satellittdekning må totalstasjonen fremdeles benyttes.

LANDMÅLING MED GNSS Global Navigation Satellite System (GNSS) er en fellesbetegnelse for satellittbaserte systemer for navigasjon og posisjonering med global dekning. De første systemene ble utviklet for militære formål, men i dag er de samme systemene også i bruk sivilt. Både det amerikanske GPS og det russiske GLONASS er globale systemer. Kina er i ferd med å utvide sitt regionale system til også å bli globalt, kjent som COMPASS, mens Europa jobber med å få på plass sitt system GALILEO. GALILEO vil være under sivil kontroll i motsetning til GPS og GLONASS som fortsatt vil være kontrollert av militæret. Alle GNSS består hovedsakelig av tre segmenter. Satellittene og deres plassering i verdensrommet danner romsegmentet. For å ha kontroll på hvor satellittene befinner seg er det opprettet et kontrollsegment som overvåker og kommuniserer med satellittene. Det siste segmentet er et brukersegment som består av mottakere og brukere av GNSS.

2.16 2.16 Totalstasjon – kikkert kombinert med avstandsmåler og en integrert datamaskin.

18.01.2016 15:17:49

Datafangst av geografiske data

2.17 Alle GNSS består av tre segmenter. Kilde: abstractdesignlabs / Shutterstock; Tatyana

Romsegment

2.17

Prokofieva / Shutterstock; Nucleartist / Shutterstock.

Brukersegment

Kontrollsegment

Landmåling med GNSS baserer seg på å måle avstander mellom satellitter og én eller flere mottakere på bakken. Satellittbanene er kjent, og satellittenes posisjon kan derfor til enhver tid regnes som kjentpunkter. Hele tiden sender hver enkel satellitt unike signaler som mottas av GNSS-mottakere på bakken. Mottakerne registrerer tiden signalet har brukt fra satellitten, og ved at signalet reiser med lysets hastighet kan en avstand regnes ut. Dette gjøres for samtlige satellitter som er synlige for mottakeren og dermed klarer mottakeren å bestemme sin egen posisjon. En av de vanligste metodene for landmåling med GNSS er bruk av Real Time Kinematic (RTK) også kalt sanntidsmåling. RTK er en variant av det som kalles differensiell GNSS som baserer seg på å få tilsendt korreksjoner fra en mottaker som står i et

kjent punkt. Et slikt system består i prinsippet av en basestasjon som er i det kjente punktet, en rover som gjennomfører innmålinger og en kommunikasjonskanal som sender korreksjoner fra basen til roveren. Innen tradisjonell RTK setter man opp sin egen basestasjon. Basen har en satellittantenne, en GNSS-mottaker og en kommunikasjonsenhet som vanligvis er en radio med en radioantenne. Alternativt kan man slippe å ha egen basestasjon og benytte nettverks-RTK. Da abonnerer man på tjenester som sender ut korreksjonene via mobilnett eller internett fra allerede etablerte basestasjoner. I regi av Kartverket er det etablert flere abonnementstjenester i Norge, der DPOS og CPOS er to av de mest brukte tjenestene, og kan gi henholdsvis desimeter og centimeter nøyaktighet. Roveren består som regel av en bærbar antenne og en sekk med GNSS-mottaker, og en kommunikasjonsenhet, enten radio, mobilnett eller internett, avhengig av hvilken type RTK som benyttes. I tillegg er en digital målebok tilknyttet mottakeren for behandling av korreksjonsdataene og til selve måleoppdraget. Basestasjonen beregner koordinater for sin posisjon på grunnlag av målingene til satellittene, sammenligner disse med korrekte koordinater for punktet den står i, og beregner korreksjonsverdier.

2.18

2.18 Både tradisjonell RTK og nettverks-RTK brukes mye innen landmåling. For tradisjonell RTK (til venstre) opprettes egen base, mens for nettverks-RTK (til høyre) benyttes allerede etablerte baser.

GIS-kapittel 2 2015.indd 52

18.01.2016 15:17:50

2 – SYSTEMENE

Man antar at disse korreksjonene vil være de samme innenfor en rekkevidde på rundt 10–15 km fra basestasjonen. Basestasjonen sender derfor de beregnede korreksjonene over til roveren, som i sin tur korrigerer sin målte posisjon med disse og presenterer de korrigerte koordinatene i måleboken. Både tradisjonell RTK og nettverks-RTK gir koordinater med en nøyaktighet ned mot 1 centimeter i grunnriss og 2 centimeter i høyde. Det avhenger allikevel av at posisjonen til basen stemmer, at utstyret er i orden og at man har dekning. I enkelte tilfeller vil bygninger, trær eller høye fjell hindre eller forstyrre satellitt-, radio- og mobilsignalene og det kan vanskeliggjøre målingene og redusere nøyaktigheten. En enklere form for landmåling med GNSS er bruk av håndholdt GNSS. De siste årene har disse enhetene blitt mer og mer vanlig, og finnes i dag integrert i blant annet de fleste mobiltelefoner og nye biler. Metoden gir ikke like god nøyaktighet som RTK, ettersom det vanligvis ikke brukes korreksjonsverdier. Nøyaktighet ved bruk av håndholdt utstyr varierer, men ligger i området 5–15 meter både i grunnriss og høyde avhengig av satellittdekning Håndholdt GNSS kombinert med kartdata er i dag blitt et nyttig hjelpemiddel i mange sammenhenger. For eksempel kan utrykningskjøretøy bli veiledet til rett adresse, jegere med hund får oppgitt posisjonen til der hunden står på fugl og bilder som tas med mobil kan knyttes til stedet bildet ble tatt. I transportbransjen kan bilene utstyres med enheter som sender bilens posisjon til en sentral som kan følge med på hvor bilene til enhver tid befinner seg og videre optimalisere koordineringen av kjøreturer.

SJØMÅLING For en kyst- og havnasjon som Norge, er kunnskap om hva som befinner seg under havoverflaten vitalt. Tradisjonelt har batymetri, havets topografi, blitt brukt for å lage sjøkart, der navigasjonssikkerhet til sjøs har vært hovedfokuset. Dette er da også fremdeles kanskje det viktigste bruksområdet. Havdybder kan man måle ved hjelp av forskjellige metoder. Den enkleste, men også mest tidkrevende er å bruke et lodd og snøre og måle dybden på stedet man er. Denne metoden ble brukt mye inntil man etter hvert fikk ekkolodd som kan gjøre det samme ved å sende ut et lydsignal og så måle hvor lang tid det tar før man måler ekkoet. Når man da kjenner lydhastigheten i vann kan man regne ut hvor dypt det er. Spesielle ekkolodd kan dessuten trenge noe ned i bunnen og dermed gi opplysninger om bunnforholdene i tillegg til dybden. Etter hvert ble ekkoloddet utviklet videre til såkalte multistråleekkolodd. I motsetning til ekkoloddet som sender

2.19

2.20

2.19 Tradisjonell RTK med base og rover.

2.20 Multistråleekkolodd.

GIS-kapittel 2 2015.indd 53

18.01.2016 15:17:51

Datafangst av geografiske data

2.21 Kartlegging ved hjelp av flyfotografering.

2.21

GIS-kapittel 2 2015.indd 54

ut et lydsignal mot bunnen, sender et multistråleekkolodd ut mange samtidige lydsignaler mot havbunnen i en sektor for eksempel på tvers av kursen til et fartøy. Sammen med fartøyets posisjon og orientering, når signalet sendes og mottas, kan man da måle 10-tusenvis av dybdepunkter i løpet av sekunder. I forhold til at en måling på større havdyp med loddsnor kunne ta mye av en dag så er det en formidabel forbedring. Fremveksten av multistråleekkolodd og muligheten for innsamling av høyoppløselige bunndata har gitt en hel rekke med nye bruksområder. For eksempel blir høyoppløselige data bare viktigere og viktigere for områder som olje og gass, fiskeri, havbruk, sjøtransport, forskning og sjøforsvar.

Innsamling med bruk av ekkolodd er fortsatt svært tid- og ressurskrevende, og dette er hovedårsaken til at store deler av kysten vår fremdeles ikke er dekket av moderne målinger. Utviklingen innen fjernanalyse melder også sitt inntog i det maritime domenet, og tester av laserskanning fra fly, se eget kapittel, viser lovende resultater for målinger i grunnere områder.

FLYFOTOGRAFERING I 1858 skal den franske fotografen Félix Nadar ha fotografert Paris fra en luftballong (Biography.com 2015). Dette regnes som det første forsøket på å ta et bilde fra luften. Etter hvert har fly erstattet bruken av luftballonger, og innen GIS har flyfotografering lenge vært en av de vanligste formene for datafangst. Tradisjonelt benyttes to typer flyfoto. Et vertikalfoto er et bilde tatt rett ovenfra, vertikalt på jordoverflaten. I forbindelse med kartlegging av større områder er det denne typen flyfoto som brukes mest. Et skråfoto blir derimot tatt skrått mot bakken, og verden blir sett fra et fugleperspektiv. Om man skal benytte vertikal- eller skråfoto avhenger av hva man skal presentere av geografisk informasjon. I et GIS bør alle geografiske data ha en geografisk posisjon. Dette gjelder også for flybilder. For å knytte bildet til et sted på bakken benyttes fotogrammetri. Fotogrammetri kan noe forenklet beskrives som måling i bilder, og har lenge vært den vanligste kilden for datafangst av litt omfang. I tillegg til fly finnes det i dag flere andre plattformer som tar bilder til kartleggingsformål. Et bilde tatt med en satellitt eller et kameraer på en bil benytter også fotogrammetri i etterkant hvis bildet skal knyttes til en posisjon. For å kunne drive datafangst ved hjelp av flyfotografering er man først avhengig av å beregne posisjonen for flyet, eller mer presist selve kameraet, i eksponeringsøyeblikket. Flyet har innebygd GNSS-mottaker og et treghetsnavigasjonssystem, på engelsk Inertial Navigation

18.01.2016 15:17:52

2 – SYSTEMENE

2.22

System (INS), som holder orden på henholdsvis posisjon og orientering til flyet eller kameraet. I tillegg til posisjon og orientering av flyet må kjentpunkter på bakken markeres. Punkter som skal inngå i orienteringen av bildene markeres med signalplater i terrenget før flyvning, slik at de er lett gjenkjennelige i flybildene. Før kartkon-

GIS-kapittel 2 2015.indd 55

struksjon må man orientere flybildene og flystripene til hverandre, og orientere dem i forhold til terrenget. Denne prosessen kalles aerotriangulering. Når man kjenner både flyets posisjon og har orientert flybildene i forhold til hverandre og terrenget, kan man beregne koordinater for alle punkt i terrenget. Av flybildene kan det produseres ortofoto som er bilder med samme geometriske egenskaper som et kart. Ortofotoet er knyttet til et koordinatsystem. Et flyfoto er tatt med kamera som peker rett ned mot terrenget, i en såkalt sentralprojeksjon av terrenget. Dette fører til at for eksempel høydedrag blir skjevt projisert i forhold til et kart. Ortofotoet er derfor korrigert slik at objektene i bildet kommer på riktig sted i forhold til kartet, såkalt ortogonalprojeksjon. Dermed kan ortofoto brukes i stedet for vanlige kart eller i kombinasjon med kart og temainformasjon. For å danne ortofoto er man avhengig av en god høydemodell i kombinasjon med flybildene. Se mer om digitale høydemodeller i kapittel 4 Analyse. Bruken av fjernstyrte, ubemannede fly, også kalt droner, blir stadig mer utbredt. Fra bakken manøvrerer en operatør dronen over området som skal kartlegges og samler inn geografiske data. I tillegg til bilder kan filming og laserskanning også gjennomføres.

2.22 To typer flyfoto over Linderud Leir. Øverst et vertikalfoto, under et skråfoto.

2.23 Droneoperatør fra Kavalerieskadronen 1 sin Patruljetropp i Panserbataljonen. Foto: Ole-Sverre Haugli / Hæren.

2.23

18.01.2016 15:17:55

Datafangst av geografiske data

0,4

0,5

0,6

10-5

Gammastråler

10-4

2.25

Synlig lys

Bølgelengde / mikrometer 10-6

2.24

0,7

10-3

Røntgenstråler

10-2

10-1

Ultrafiolette stråler

Infrarøde stråler

102

Varmestråler

103

104

Mikrobølger

105

106

107

108

TV/Radio

2.24 Det elektromagnetiske spekteret. 2.25 Refleksjon og absorbsjon av stråling. 2.26 Det første bildet som ble offentliggjort av Oslo tatt fra Copernicus-satellitten Sentinel-2A. Foto: Copernicus Sentinel data 2015.

2.26

GIS-kapittel 2 2015.indd 56

SATELLITTFOTOGRAFERING Norsk Romsenter definerer all virksomhet knyttet til datafangst med satellitt som jordobservasjon (Norsk Romsenter, 2015). I flere år har satellitter fotografert jordoverflaten ved hjelp av avansert kamerautstyr, og satellittbilder brukes oftere enn før siden kvaliteten på bildene stadig blir bedre. Kommersielle satellittbilder har i dag en pikselstørrelse ned mot

30 x 30 cm, og kan derfor benyttes istedenfor eller i tillegg til flybilder. De dekker store arealer med en opptakshøyde fra 600 til 900 km, og er relativt rimelige i innkjøp. For å kunne forstå anvendelsen av satellittdata, er det nødvendig med litt informasjon om lys, stråling, instrumenter og datatilgang. Elektromagnetisk stråling er energi overført gjennom det tomme rom eller et gjennomtrengelig medium ved elektromagnetiske bølger. Bølgene kan variere over et vidt område i bølgelengde, fra gammastråler (omkring 10 -6 µm) til langbølget radiostråling (omkring 108 µm). Området mellom de to ytterpunktene kalles det elektromagnetiske spekteret, se figur 2.24. Omtrent midt i spekteret, fra 0,4 til 0,7 µm, ligger et felt der det menneskelige øye oppfatter strålingen som lys. Like under 0,4 µm ligger den ultrafiolette strålingen, over 0,7 µm den infrarøde. Imellom disse registrerer nervecellene i øyet f.eks. 0,4 µm som fiolett og 0,7 µm som rødt. Fargen til et legeme vil altså avhenge av overflatens evne til dels å absorbere, dels å reflektere elektromagnetisk stråling innenfor området for synlig lys. En hvit overflate vil reflektere all stråling, mens en svart flate vil absorbere alt. En gul flate vil reflektere synlig stråling av den bølgelengden øyet oppfatter som gult.

18.01.2016 15:17:58

2 – SYSTEMENE

2.27 Sentinel-1 er en radar-

2.27

satellitt i det europeiske Copernicus-programmet for overvåking av miljø og klima. Kilde: ESA/ATG medialab.

Disse satellittene er passive sensorer. Dermed kan strålingen som treffer en satellitt være direkte sollys, stråling reflektert fra atmosfæren eller stråling sendt ut eller reflektert fra jorden. Den reflekterte strålingen kommer fra hav, land, skyer eller atmosfæren. Noe av strålingen fra jorden blir absorbert av skyene, og noe blir absorbert av atmosfæren, som vist i figur 2.25.

RADARMÅLING Radarmåling eller Radio Detection And Ranging (Radar) er en fjernmålingsteknikk som benytter radiobølger til å bestemme avstand til ett eller flere objekt. Radar som måleinstrument kan benyttes fra forskjellige plattformer. I GIS-sammenheng er de vanligste fra fly og satellitt. En type radar som benyttes mye er Syntetisk apertur-radar (SAR) som er en aktiv mikrobølgeradar, altså en aktiv sensor. Den romlige oppløsningen i et radarbilde er blant annet avhengig av størrelsen på antennen til radaren. For SAR er radaren montert på en platt-

GIS-kapittel 2 2015.indd 57

form som beveger seg. Dermed kan man kombinere signaler fra forskjellige steder etter som radaren forflytter seg. En slik kombinering vil gi samme virkning som om signalene hadde kommet fra en lang antenne. Dermed vil en ved bruk av SAR kunne oppnå høy oppløsning, typisk 1 m fra satellitt og ned mot 10 cmved fly. SAR brukes bl.a. til å studere bølger, vind, havstrømmer, havis, utslipp og forurensninger. En fordel ved bruk av SAR-teknikk istedenfor andre teknikker som for eksempel bilder med synlig lys er at mikrobølgene trenger gjennom skyer og også gir bilder om natten. SAR ble tatt i bruk i 1950-årene, og som med mange andre typer sensorer var militæret de første til å ta i bruk teknikken i overvåking. Etter hvert har teknikken blitt tatt mer og mer i bruk også til sivile formål. Teknikken er også utviklet gjennom årene. Ved å bruke faseskift i signalet kan man bestemme høydeforskjeller og danne tredimensjonale bilder med meget høy nøyaktighet. Ved bruk av slik teknikk kan man registrere svært små bevegelser i jordoverflaten.

18.01.2016 15:17:59

Datafangst av geografiske data

LASERSKANNING Laserskanning eller Light Detection And Ranging (LiDAR) er en fjernmålingsteknikk som benytter lys til å bestemme avstand til ett eller flere objekt. LiDAR har vært brukt mye i atmosfæriske studier og meteorologi, og brukes også av politiet i laserkontroller. Teknologien blir også brukt mer og mer for oppmåling og kartlegging av jorden, og allerede i 1971 ble månens overflate kartlagt ved hjelp av LiDAR på Apollo 15 ferden.

2.28 2.28 Politiet benyttet bakkebasert laserskanning for å dokumentere storbrannen i Lærdal i 2014. Kilde: Kripos. 2.29 Forsøk som viser nøyaktigheten ved trekking av prosjektilbane i punktsky fra laserskanning. Kilde: Kripos.

2.29

GIS-kapittel 2 2015.indd 58

Begrepet laserskanning blir ofte benyttet, siden det vanligvis er en laser som kontinuerlig sender ut laserlys, i form av pulser, over en overflate. Laseren registrer tiden pulsen bruker fra det blir sendt ut til det mottas, og siden lyshastigheten er kjent, kan avstanden fra laseren til objektet som reflekterer pulsen bestemmes. Denne sensoren er derfor en aktiv sensor. LiDAR kan brukes fra forskjellige plattformer. Laseren kan monteres på et stativ i et rom, på en bil som kjører i en gate, eller festet på et fly, helikopter eller en drone. Det skilles ofte mellom bakkebasert og flybåren laserskanning. Felles for alle situasjonene er at man til enhver tid må vite hvor måleinstrumentet er lokalisert og orientert i rommet. På samme måte som for flyfotografering brukes GNSS og INS for å henholdsvis posisjonere og orientere laseren. Ved å kombinere laserstrålens posisjon og orientering sammen med avstanden til punktet man måler mot, kan alle punkter georefereres. Etter en laserskanning står man igjen med en georeferert punktsky. Laserskanning fra fly er mye brukt for raskt å kunne samle inn høydedata over store områder. Millioner av laserpulser treffer bakken, selv i tett skog, som gjør at man kan få svært realistiske høydemodeller, slik figur 2.30 illustrerer. I tillegg til høydedata registreres også en intensitetsverdi. Intensitet sier noe om hvor mye av den utsendte laserpulsen som reflekteres. Denne egenskapen kan brukes for å få et godt bilde av hva laseren har sveipet over. For eksempel reflekterer snø mye laserlys, mens asfalt reflekterer lite. Hard jord og løs jord reflekterer lyset litt forskjellig og det kan gjøre det mulig å se hvilke områder det kan være gravd i. Ved dybdemåling på relativt grunt vann kan også LiDAR benyttes. LiDAR i vann byr på en del utfordringer. Det lyset som brukes i vanlig LiDAR har en bølgelengde (rødt lys) som absorberes lett i vann. Det vil si at dette lyset ikke blir reflektert tilbake. Derfor bruker man heller blått/grønt lys når en ønsker å måle ned i vann. Enda en utfordring er at

18.01.2016 15:18:00

2 – SYSTEMENE

når lyset går fra luft og over til vann så brytes lyset. Hvordan lyset blir brutt i vannskorpen er kjent, men for å beregne dette så betyr det at man må kjenne til hvor vannoverflaten er i forhold til laserstrålen. Det kan gjøres ved at man bruker laser med både infrarødt lys og grønt lys. Da vil man få refleksjon fra vannoverflaten fra den infrarøde laseren, samtidig vil man kjenne vinkelen som den grønne laseren traff vannoverflaten med. Litt forenklet, hvis man ser bort fra bølger på vannoverflaten, kan dette da sammen med kunnskap om hvordan lyset brytes brukes for å bestemme hvordan det grønne laserlyset ble bøyd. Dermed klarer man å regne ut hvor den grønne laserstrålen ble reflektert. Et annet problem er at på grunt vann kan vannet ofte ha mye partikler fra elver, bølger mot strender, alger og liknende som gjør at det blir vanskelig å få lyset til å nå bunn og tilbake, eller også sprer lyset mye og kan også gi falske bunnekko. Alt i alt gjør disse utfordringene at bruk av LiDAR for dybdemåling vil koste mer en bruk for kartlegging over land, men metoden vil som regel være mye sikrere enn å sende båter inn i grunne forhold.

DIGITALISERING Selv om digitale data blir stadig mer fremtredende, eksisterer det fremdeles analoge produkter. For å kunne ta i bruk disse i et GIS, benyttes digitalisering som datafangstmetode. Rasterdata og vektordata blir etablert ved henholdsvis rasterisering og vektorisering. Rasterisering skjer vanligvis ved å gjennomføre en skanning av et analogt produkt, for eksempel en kjøpskontrakt eller et papirkart. Resultatet av en skanning er et raster som kan behandles digitalt. For å kunne bruke et skanneresultat i et GIS må det korrigeres geometrisk og rasteret må georefereres slik at det legger seg riktig i forhold til annen geografisk informasjon. Skanning er en enkel og rask prosess, samtidig som datatilfanget blir stort. Metoden gir høy og stabil nøyaktighet, og rasteret blir derfor ofte brukt som bakgrunnskart for andre geografiske data.

GIS-kapittel 2 2015.indd 59

2.30 Ved å gjennomføre rasterisering med en skanner, får man et bilde med mye informasjon. I enkelte tilfeller er det kun utvalgte objekter som veier, bygninger, kumlokk eller vernede områder som er interessante. Da blir all datamengden ved skanning uhensiktsmessig stor, og vektorisering er en bedre egnet metode. Før etablerte man vektordata med metoden manuell digitalisering. Analoge kart ble lagt på et digitaliseringsbord, og med en registreringsenhet valgte man ut objekter og fikk bestemt beliggenhet i forhold til koordinater på digitaliseringsbordet. Metoden var enkel å utføre, men var avhengig av korrekte fortolkninger av den som utførte digitaliseringen. Rom for feiltolkning var stor. Manuell digitalisering er fremdeles i bruk, men digitaliseringsbordet er byttet ut med en digital skjerm. Siden det meste av geografiske data er blitt digitale, etableres vektordata i større grad fra rasterdata. Det er ikke lengre analoge kart som er utgangspunktet for digitaliseringen. Fremdeles tolker man ut i fra et datagrunnlag og markerer de aktuelle objektene, men utgangspunktet er et

2.30 Laserskanning kan gi gode høydemodeller. Til venstre vises en høydemodell som er en del av det offentlige kartgrunnlaget i Norge. Modellen har en bakkeoppløsning på 10x10 meter. Til høyre vises en høydemodell basert på en laserskanning der bakkeoppløsningen er på 1x1 meter. Kilde: © Kartverket, Geovekst.

18.01.2016 15:18:00

Datakvalitet

2.32

2.31 2.31 En skanner består av et laserhode som leser originalkartet ved å registrere variasjoner av fargetoner og omdanner dette til rasterdata. 2.32 Mobil klient med digitalt kart som grunnlag. Foto: Torgeir Haugaard / Forsvaret.

digitalt bilde. I dag finnes det også programvare som gjør denne prosessen lettere ved at vektordata utledes fra et raster automatisk. Dette stiller store krav til kontroll for å avdekke feil i den automatiske vektoriseringen. Innen bildebehandling kan vektordata konverteres til raster. Denne form for rasterisering brukes enkelte ganger innen GIS i forbindelse med tilrettelegging av data for videre analyser, se kapittel 4 Analyse.

LOKALKUNNSKAP FRA BRUKERE Tilbakemeldinger på kart fra brukerne må antas å ha vært vanlig så lenge kart har vært i bruk. Når feil har blitt oppdaget er feilene rettet i nye utgaver av kartene. GIS og internett gir nå enda bedre muligheter til at publikum kan gi tilbakemeldinger på de kartdata som finnes. Samtidig kan frivillige aktører være med på å skape store databaser med geografisk informasjon basert på kunnskap fra den enkelte. Et eksempel på dette er OpenStreetMap som er et felleskap av kartleggere som blant annet bruker flyfoto og GPS-enheter for å samle inn opplysninger om eksempelvis veier, jernbaner og stier rundt om i hele verden. Disse dataene deles med alle som ønsker det mot at man krediterer OpenStreetMap og andre bidragsytere. Et annet eksempel er Kartverkets løsning Rett i kartet hvor publi-

GIS-kapittel 2 2015.indd 60

kum kan melde inn feil og mangler i Kartverkets data.

Datakvalitet Ulike formål krever ulik kvalitet på dataene. For å få jevn helning på et dreneringsrør trengs det utstyr som gir centimeterpresisjon da meterpresisjon ikke er godt nok. Samtidig kan krav til høy datakvalitet ofte bety høye kostnader, og det er derfor fornuftig å vurdere nøye hva datagrunnlaget skal brukes til. Informasjon om dataenes opprinnelse kan gi føringer for hvordan dataene bør brukes. Avhengig av hva geografiske data skal brukes til vil det være forskjellige krav til nøyaktighet. Datakvaliteten må tilpasses det aktuelle bruksområdet. Datakvalitet er dessuten ofte et kostnadsspørsmål. Jo bedre nøyaktighet, desto mer koster det å etablere dataene. Det er derfor viktig å ha et forhold til datakvalitet når man jobber med GIS. Datakvaliteten vil endre seg gjennom en GIS-analyse, og som regel bli dårligere etter analysen enn før. Ved bruk av GIS må man derfor være klar over hvilke feil som finnes i dataene og hvilke feil som påføres under arbeidets gang, slik at man til syvende og sist kan si noe om hvor nøyaktig/sikkert resultatet fra arbeidet er.

18.01.2016 15:18:01

2 – SYSTEMENE

Metadata er data om dataene. Disse beskriver hvordan dataene er innsamlet, hvor gamle de er, nøyaktighet, hvem som har samlet inn dataene, hvilket formål de ble innsamlet for, hva slags informasjon som finnes i dataene med mer. Metadata er viktig informasjon når man skal finne data som passer til en analyse. Datakvalitet består av mange forskjellige kvalitetsfaktorer. Dette er noen av dem: • • • • •

stedfestingsnøyaktighet attributtnøyaktighet topologisk nøyaktighet fullstendighet ajourføring

NØYAKTIGHET Nøyaktighet angis som regel i form av et standardavvik. Dette beskriver hvor nøyaktig en oppgitt posisjon er i forhold til den eksakte beliggenheten i terrenget. Nøyaktigheten kan ha både en systematisk og en tilfeldig komponent. Så lenge man jobber med data med samme opprinnelse har den systematiske feilen mindre betydning, men skal man begynne å sammenstille data fra flere kilder, kan denne bli vanskelig å hanskes med. Ofte snakkes det også om presisjon. Presisjon er ikke noe mål på nøyaktigheten til en posisjon, men derimot et mål på hvor godt man kan gjenta en måling. Begrepet nøyaktighet refererer seg alltid til en måleverdi sitt avvik fra sann verdi. Ta for eksempel to skyttere. Skytternes oppgave er å treffe midt i blinken. La oss si at de skyter ti skudd hver. Skytter 1 skyter ti niere, alle sammen samlet nede til venstre. Skytter 2 skyter åtte niere og to tiere, hvorav nierene er spredd rundt på skiven. Skytter 1 har da dårligere nøyaktighet, men bedre presisjon enn skytter 2. STEDFESTINGSNØYAKTIGHET Stedfestingsnøyaktighet beskriver hvor nøyaktig en geografisk posisjon er oppgitt i forhold til den sanne verdien i terrenget, og angis som

GIS-kapittel 2 2015.indd 61

regel som et standardavvik. Standardavviket beskriver at det er en viss sannsynlighet for at den sanne verdien ligger innenfor den oppgitte verdien ± standardavviket. Stedfestingsnøyaktighet og kartmålestokk henger som regel sammen. Kart i store målestokker har større stedfestingsnøyaktighet, er mer nøyaktige, enn kart i små målestokker. Et norgeskart trenger ikke å tegne veier med like stor nøyaktighet som et kart over Bergen sentrum. Grov stedfestingsnøyaktighet på et kartmateriale er ikke noe problem når den vises i den målestokken den er tilpasset, for eksempel 500 meter nøyaktighet på grenser for naturområder i Europa. Med et GIS vil man ofte ha mulighet til å zoome utover målestokkområde som data er tilpasset å bli brukt i, uten at dette kommer tydelig frem. Med den store økningen av lett tilgjengelige data som vi nå ser, må det vises forsiktighet med å bruke data med for grov nøyaktighet, særlig til nye brukergrupper som ikke kjenner dataene og kvaliteten godt.

ATTRIBUTTNØYAKTIGHET Nøyaktigheten til objektenes attributter, attributtnøyaktighet, er like viktig som stedfestingsnøyaktigheten. Det hjelper svært lite å ha nøyaktige posisjoner på dataene hvis dataene har feil attributter. En slik attributtfeil kan være et punkt angitt som brannstasjon, mens det i virkeligheten representerer

2.33 Skytteren til venstre har best nøyaktighet, mens skytteren til høyre har best presisjon.

2.33

18.01.2016 15:18:02

Datakvalitet

biblioteket, mens brannstasjonen ligger en helt annen sted i byen. Dersom kartet brukes til å beregne responstider for brannvesenet, vil dette kunne få konsekvenser som at denne brannstasjonen blir oppkalt på oppdrag, mens brannstasjoner nærmere ikke får oppdraget.

2.34 Beregning av raskeste vei mellom A og F blir feil hvis det er dårlig topologisk nøyaktighet. Til venstre er det en topologisk feil i punkt B, slik at

TOPOLOGISK NØYAKTIGHET Med topologisk nøyaktighet menes nøyaktighet i hvordan dataene henger sammen. Er det feil i kryssing av linjer, flateoverlapp eller er linjer koblet sammen riktig? Som eksempel kan vi bruke veier representert ved hjelp av linjer. En av veiene består av to linjer som ikke er koblet sammen. Dette vil kunne medføre store feil i for eksempel beregning av korteste vei mellom to punkter.

forbindelsen mellom B og C er brutt. Korteste vei blir dermed via punkt D. Til høyre er feilen rettet opp og korteste vei blir nå langs veien mellom B og C. 2.35 Topologisk feil hvis denne veien overføres til virkeligheten.

FULLSTENDIGHET Et datasetts fullstendighet betyr hvor grundig registrert en objekttype er, for eksempel om alle bygninger i et område er registrert. Fullstendighet kan gjelde både geometri og attributter. Man kan ha 100 % fullstendighet hva gjelder bygningers

plassering, men bare 50 % av disse er blitt gitt bygningstype. Da er fullstendighet for egenskapen «byggtype» kun 50 %. Dårlig fullstendighet kan få store konsekvenser i visse sammenhenger. For eksempel kan GIS brukes til å beregne hvem som skal ha varsel om byggearbeider på en eiendom. Dersom eiendomsbasen da ikke er fullstendig, kan det føre til at en nabo ikke blir varslet, noe som igjen kan medføre at byggesaken blir utsatt med økte kostnader som resultat. Et annet eksempel kan være at man bruker informasjon om ledninger i grunnen, slik som hvor gammel ledninger er og hva slags materiale de er av for å vurdere tilstanden på ledningsnettet i et område. Dersom det da bare er registrert dette på en del av ledningene i området, for eksempel kun de nyeste, så vil det å bare ta utgangspunkt i de med registreringer kunne gi et feil bilde. Like viktig vil det da være for en beslutningstaker å få opplysninger om hvor stor andel av ledningene som ikke er med i analysen og på bakgrunn av dette kunne vurdere om man allikevel, selv om tilstanden tilsynelatende er bra på det som er registrert, skal gjøre tiltak,

2.35

2.34

GIS-kapittel 2 2015.indd 62

18.01.2016 15:18:03

2 – SYSTEMENE

2.36 som for eksempel ytterligere undersøkelser av de ledningene man ikke har opplysninger om.

AJOURFØRING Aktualitet eller ajourføring beskriver hvor aktuelle dataene er. Gamle data er som regel ikke ajourholdt. Et dårlig ajourholdt datasett kan inneholde feil på grunn av at endringer i eksisterende objekter ikke er ivaretatt, og det kan ha oppstått nye objekter som ikke er med i datasettet. Hvor hyppig forskjellige data må ajourholdes vil variere fra datatype til datatype. For eksempel endres jernbanenettverket i Norge seg relativt lite fra år til år så det holder kanskje å ajourholde det hvert femte år eller sjeldnere, mens bygninger i en kommune endrer seg stadig, så her er det kanskje nødvendig med en ajourføring hver måned. Ajourhold angis vanligvis som en dato for når dataene sist ble ajourholdt. Ofte inneholder dataene også informasjon om når de ble registrert første gang. Et eksempel på konsekvenser ved å bruke ikke ajourholdte data kan være at et logistikkfirma ikke har oppdatert ruteberegningsprogrammet med at Oslofjordtunellen er stengt for tyngre transport. Ved å beregne kjøretid fra for eksempel Drammen til Drøbak vil de da beregne å bruke kun 40 minutter på en leveranse, mens det reelt sett vil ta dobbelt så lang tid på grunn av omkjøring gjennom Oslo.

Feilkilder Datafeil oppstår i alle faser av databehandlingen. Har en feil først oppstått, kan det være svært vanskelig å finne denne igjen senere.

FEIL UAVHENGIG AV GIS-BEHANDLING Dette er blant annet feil som oppstår under registrering av data. Typiske feil er feil i instrumenter som brukes i datainnsamlingen slik som GNSS, avstandsmålere, flykamera etc. I tillegg kommer feil som oppstår under bearbeidelse av dataene, slik som feil i beregninger av dataene og feil i kartkonstruksjons-

GIS-kapittel 2 2015.indd 63

instrumenter. Feil som skyldes at nye objekter er oppstått i terrenget etter at dataene er produsert, vil også kunne forekomme. Feil kan også forekomme på grunn av at datainnsamling er gjort med feil metoder, for eksempel for dårlig punkttetthet ved måling av terreng.

FEIL UNDER GIS-BEHANDLING Feil kan oppstå allerede under innlegging av data i GIS. Dette kan være unøyaktigheter ved for eksempel digitalisering, konverteringsfeil, tastefeil eller liknende. Videre vil feil kunne oppstå når dataene lagres på datamaskinen på grunn av utilstrekkelig numerisk presisjon, for eksempel antall desimaler for lagrede koordinater. Ved bearbeidelse av dataene vil nye feil kunne oppstå. For eksempel ved generalisering og tynning av dataene, interpolering, konvertering til andre formater, sammenslåing av data, danning av topologi med mer. Slike feil kan også skyldes at det brukes feil metoder for analysene som ønskes gjennomført. Presentasjon av dataene kan også gi sitt bidrag til feil i dataene, ved at plottere ikke har tilstrekkelig nøyaktighet og at papiret strekkes blant annet i varme omgivelser.

2.36 Ulik plassering av Leksnes i ulike kartapplikasjoner (se rød nål). Kilde: www.BillionPhotos.com / Shutterstock.

FUZZY DATASETT Med fuzzy datasett menes data som har uklare grenser. Som eksempel kan det nevnes overgang fra myr til skog. Denne grensen er ingen klar grense, så dersom man ba flere personer konstruere et kart med denne grensen på ville man fått mange forskjellige svar, hvor flere svar ville være like riktige. Det er mulig å gjøre analyser som tar hensyn til slike glidende overganger, men dette er relativt komplisert. I de aller fleste tilfeller er det derfor kun nødvendig å kjenne til at slike uklare grenser

18.01.2016 15:18:10

SOSI

finnes i datasettene man bruker, og ta hensyn til dette når man gjør vurderinger av resultatene.

FEILFORPLANTNING Feil som finnes i dataene vil forplante seg videre i bearbeidelsen av dataene. Nye feil som kommer til, vil legge seg til de allerede eksisterende feilene. På denne måten vil et resultat etter en GIS-analyse alltid ha mindre nøyaktighet enn de opprinnelige dataene. Hvordan feil forplanter seg følger statistiske lover.

SOSI Samordnet opplegg for stedfestet informasjon (SOSI) og er en norsk standard innenfor geografiske data. Denne standarden kom i 1987 og er i dag en standard for beskrivelse av blant annet geometri, topologi, koordinatsystem, datakvalitet, metadata og områdebegrensninger. SOSI er både en syntaks for utveksling av geografiske data, men vel så viktig så er SOSI også en objektkatalog for beskrivelse av geografiske objekter og disses egenskaper. Som format benyttes SOSI som både rådataformat, lagringsformat og utvekslingsformat. Det pågår en internasjonalisering av geodatastandarder i CEN (Den europeiske standardiseringskommisjonen) og ISO (Den Internasjonale Standardiseringsorganisasjonen), og fremtidige versjoner av SOSI vil trolig være i samsvar med internasjonale standarder. SOSI-standarden beskriver hvordan objektene og egenskapene gis en entydig geografisk tilknytning med et krav til presisjon i stedfestingen. Til dette finnes det to hovedprinsipper: 1.

ved en direkte stedfesting ved hjelp av koordinater referert til et geografisk koordinatsystem. 2. såkalt indirekte stedfesting ved å vise til et kjent, avgrensa område uten koordinater, også kalt etikett-metoden fordi et stedsnavn kan brukes som identifisering på området man jobber med. Punktene nedenfor beskriver entydige data om koordinatene til stedfesting på kart:

GIS-kapittel 2 2015.indd 64

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

kartprojeksjon geodetisk, horisontalt datum akse/sone nordverdi (positiv retning mot nord) i meter østverdi (positiv retning mot øst) i meter høyde (positiv retning opp langs loddlinja) i meter geodetisk, vertikalt datum (vertikalt referansenivå)

Punkt 1–5 gjelder horisontale koordinater. Dersom høyden tas med, må også geodetisk, vertikalt datum tas med (se punkt 6 og 7). Objektene i SOSI-objektkatalogene kan realiseres i henhold til SOSI-syntaksen, eller andre formater slik som Geography Markup Language (GML). GML er en standard for utveksling av geografiske data definert av Open Geospatial Consortium (OGC). GML vil på sikt kunne overta den rollen som SOSI har som utvekslingsformat innenfor den nasjonale geografiske infrastrukturen. For eksempel er allerede objektkatalogen for «Ledningsdata 4.5» kun realisert som GML og ikke som SOSI.

Geografiske data i databaser For å kunne lagre kart og egenskapsdata, trengs en database. En database er en samling av relaterte fakta som hører naturlig sammen. Disse faktaene gjenspeiler aspekter av det virkelige liv, og er opprettet for å dekke bestemte behov. En telefonkatalog er et eksempel på en database. Det er ikke boken i seg selv som er databasen, men dataene som er lagret på de forskjellige sidene. En tradisjonell database består av felter, poster og mapper. Et felt er en enkel faktainnformasjon, mens en post er et komplett sett av felter, og en mappe er en samling av poster. I eksemplet med telefonkatalogen, vil da selve telefonkatalogen være en mappe, som inneholder en liste med poster, med navn, adresse og telefonnummer som felter for hver post. En database i den digitale verden er vanligvis bygd opp av mange tabeller. En tabell er en samling av data som hører tett sammen, for eksempel fakta om

18.01.2016 15:18:10

2 – SYSTEMENE

personer, steder, kontrakter, eiendommer, osv. En tabell er bygd opp av rader og kolonner. En rad beskriver fakta om et bestemt objekt, en person, et sted eller en kontrakt osv. Mens en kolonne inneholder fakta av samme type om mange forskjellige objekter, for eksempel alder til en person, postnummer til et sted eller leiebeløp til en kontrakt. Tabeller kan knyttes sammen med en relasjon, hvor en kolonne knyttes til en lik kolonne i en annen tabell med annen informasjon.

RELASJONSDATABASE Det er utviklet flere forskjellige databasemodeller fram til i dag, nettverksmodellen, relasjonsmodellen og objektmodellen for å nevne noen. De aller fleste databasesystemer i dag benytter relasjonsmodellen. For å kunne hente fram geografisk informasjon raskt og effektivt er det nødvendig at dataene er lagret og strukturert på en fornuftig måte. Lagring av geografiske data på en effektiv måte har tidligere vært utfordrende, både med tanke på omfanget av data, men også de mange forskjellige datatypene. Tidligere ble geografisk informasjon ofte lagret som binære filer, men i dag bruker flere og flere relasjonsdatabaser. Det finnes imidlertid flere typer databaseløsninger. For eksempel hierarkiske databasemodeller hvor data er lagret i flere nivåer med en-til-mange relasjoner, nettverksmodellen hvor data har en mange-til-mange relasjoner og relasjonsmodellen hvor alle objekter kan relateres til hverandre. Relasjonsmodellen er den mest brukte i dag og utviklingen går mot objektorienterte relasjonsdatabaser. Dette gir helt andre fordeler både ved at flere kan jobbe mot de samme dataene samtidig, og ikke minst ved at det kan brukes objektorienterte datamodeller. Objektorienterte modeller er effektive for å beskrive romlige objekter i geografiske datamodeller. Objekter i slike modeller har egenskaper og atferd som gjør at det kan lages mer korrekte modeller av virkeligheten. En relasjonsdatabase består altså av objekter og relasjoner mellom disse. Objekter i databasen gjenspeiler et objekt i den virkelige verden, og kan for eksempel være en person, et sted, et prosjekt osv.

GIS-kapittel 2 2015.indd 65

2.37

Altså en klart definerbar ting i den virkelige verden. Objekter er definert ved egenskaper som objektene innehar, for eksempel navn, alder, kjønn eller personnummer for en person. Objekter av samme type er samlet i tabeller, og egenskaper som beskriver et objekt står i en rad, mens egenskaper av samme type om flere objekter er en kolonne. Det kan også defineres relasjoner mellom objekter i relasjonsdatabasen. En relasjonen sier noe om forholdet mellom to objekter og er nødvendig for å knytte sammen objektene i databasen. En slik relasjon kan for eksempel være at en ansatt jobber for en avdeling, eller at en ansatt er med i flere prosjekter. Det finnes 3 forskjellige typer av relasjoner, en-til-en, en-til-mange og mange-til-mange. En-til-en relasjoner betyr at et objekt av en type bare har relasjon til ett objekt av en annen type. For eksempel kan vi si at vi har to objekter Sarpsborg og Østfold fylke, og en en-til-en-relasjon mellom dem som heter fylkeshovedstad. Dette betyr at Sarpsborg bare kan være fylkeshovedstad i ett fylke, og Østfold fylke bare kan ha én fylkeshovedstad.

2.37 Datamaskiner, servere og databaser kobles sammen i nettverk. Foto: SCOTTCHAN / Shutterstock.

18.01.2016 15:18:11

Geografiske data i databaser

Eiendom Eiendomsid Kommune Gnr Bnr Fnr Snr Areal

Bygg 1

Tilhører

2.38

2.38 Én-til-mange-relasjon.

Bygningsid Areal Bygningstype Bygningstatus

En-til-mange relasjoner betyr at et objekt av en type har relasjoner til mange objekter av en annen type. For eksempel kan objektene bygg og grunneiendom ha en relasjon tilhører. I dette eksempelet vil en grunneiendom kunne ha flere bygg, men hvert bygg kan bare tilhøre en grunneiendom. I motsetning til en-til-en relasjonen, går denne relasjonen bare fra bygg til grunneiendom, man kan ikke ut fra grunneiendomsobjektet finne ut hvilke bygninger som tilhører grunneiendommen. Dette fordi grunneiendomsobjektet da måtte ha lagret referanse til alle bygningene. Mange-til-mange relasjoner mellom objekter er vanskeligere å representere i databaser, dette fordi det må opprettes egne relasjonsobjekter (tabeller) for å lagre relasjonen. Objektene eiendom og hjemmelshaver kan ha relasjonen hjemmelsforhold. Som betyr at en eiendom kan ha flere hjemmelshavere, samtidig kan en hjemmelshaver også ha hjemmel til flere eiendommer. Ta for eksempel at Kari og Ola Hansen hver eier 50% av eiendommene 93/1 og 97/2, og 25% av 93/3, mens Hans Hansen eier 50% av 93/3

2.39 Mange-til-mange-relasjon.

Eiendom Eiendomsid Kommune Gnr Bnr Fnr Snr Areal

GIS-kapittel 2 2015.indd 66

Hjemmelshaver m

Hjemmelsforhold Andel Hjemmelsforhold

2.39

m Pnr/Orgnr Fornavn Etternavn

og fester 97/1/12. Dette kan ikke representeres kun ved hjelp av objektene eiendom og hjemmelshaver, siden objektene da må ha referanser til en ukjent stor mengde objekter. Alternativt kan objektene repeteres flere ganger i en av tabellene. Isteden opprettes det et nytt objekt for å definere relasjonen, for eksempel objektet hjemmelsforhold, som inneholder referanse til både grunneiendom og hjemmelshaver. Objektet hjemmelsforhold kan også inneholde mer informasjon slik som beskrivelse av hva slags hjemmelsforhold det gjelder og hvor stor andel. Figurene 2.39 og 2.40 viser hvordan eksemplet ovenfor vil se ut som tabeller i relasjonsdatabasen. For å implementere relasjonene beskrevet over i en database, må objektene ha egenskaper som definerer relasjonene. Disse egenskapene kalles nøkler. Det finnes to typer for objekter, primærnøkler og fremmednøkler. Primærnøkler er egenskaper til et objekt som entydig identifiserer dette objektet. En primærnøkkel kan være sammensatt av flere egenskaper, eller det kan være kun en egenskap. Personnummer er et eksempel på en primærnøkkel som entydig identifiserer et objekt, nemlig en person. For objektet eiendom kan for eksempel egenskapene kommune, gardsnummer, bruksnummer, festenummer og seksjonsnummer entydig identifisere en grunneiendom, og disse fem feltene utgjør dermed primærnøkkelen til objektet eiendom. Ofte innføres det egne systemgenererte numre (for eksempel eiendomsnummer) for objekter som ikke har opplagte primærnøkler, eller for å slippe å repetere alle egenskapene i relasjonene når primærnøklene består av mange egenskaper. Fremmednøkler er den egenskapen som definerer selve relasjonen. En fremmednøkkel er en egenskap til et objekt, som er primærnøkkelen til et annet objekt. Et bygg kan for eksempel ha egenskapen eiendomsnummer som er en referanse til den eiendommen bygningen ligger på. Da er eiendomsnummer fremmednøkkel i bygg-tabellen og primærnøkkel i eiendoms-tabellen. Kort sagt så refererer en fremmednøkkel til en primærnøkkel i en annen tabell. I figur 2.39 er således

18.01.2016 15:18:11

2 – SYSTEMENE

Hjemmelshavere

Eiendom

Pnr/Orgnr

Fornavn

Etternavn

010172 30990

Ola

081073 12209 120476 03167

Hjemmelsforhold

Eiendomsid

Kommune

Gnr

Bnr

Fnr

Snr

Hansen

1301

1233

010172 30990

50 %

HJEMMELSHAVER

Kari

Hansen

1301

329

081073 12209

50 %

HJEMMELSHAVER

Hans

Hansen

1301

897

120476 03167

50 %

HJEMMELSHAVER

1301

010172 30990

25 %

HJEMMELSHAVER

081073 12209

25 %

HJEMMELSHAVER

010172 30990

50 %

HJEMMELSHAVER

081073 12209

50 %

HJEMMELSHAVER

010172 30990

50 %

HJEMMELSHAVER

081073 12209

50 %

HJEMMELSHAVER

120476 03167

100 %

1,5

2.40

pnr/orgnr primærnøkkel i hjemmelshavertabellen, og fremmednøkkel i hjemmelsforhold-tabellen. Et eksempel på en relevant relasjonsdatabase for GIS-miljøet er matrikkelen. Matrikkelen inneholder informasjon om grunneiendommer, adresser, bygninger, bruksenheter, hjemmelshavere med mer, og er landets offisielle register for informasjon om dette. Alle objektene/tabellene i matrikkelen er koblet sammen ved hjelp av nøkler. Eiendomstabellen i matrikkelen er for eksempel koblet mot bygninger som beskriver hvilke bygg som befinner seg på hvilken eiendom. Samtidig er eiendomstabellen også koblet mot en hjemmelshavertabell som dermed beskriver hvilke personer og organisasjoner som eier hvilke eiendommer. Dette gjør det mulig å søke frem informasjon fra matrikkelen, enten med utgangspunkt i eiers navn, kommune, gårds- og bruksnummer, adresse eller bygningsnummer.

GIS-kapittel 2 2015.indd 67

Eiendomsid

Pnr/Orgnr

Andel

Hjemmelsforhold

2.40 Relasjon mellom eiendom og hjemmelshavere ved hjelp av nøkler.

FESTER

utgjør store datamengder og derfor setter store krav til båndbredde.

WEB MAP SERVICE Det er utarbeidet ulike tjenester for utveksling av geografisk informasjon over internett. Den mest brukte er en ISO-standard som heter Web Map Service (WMS), og er inndelt i fire hovedelementer; •

•

Web-baserte tjenester Stadig flere GIS-brukere ønsker i større grad å hente data til sine analyser og produkter direkte over internett fra de som forvalter de dataene man har behov for eller via andre former for skytjenester. Fordelene med dette er flere. Man sparer blant annet lagringsplass og kostander med å drifte serverne, men viktigst er nok at man da til enhver tid får tak i de mest ajourførte og beste dataene. Det medfører også noen utfordringer ved at geografisk informasjon ofte

Areal

•

GetCapabilities WMS fungerer slik at brukeren eller klienten først sender en forespørsel til en server, også kalt tjeneren, om hva tjenesten tilbyr. Serveren responderer med en såkalt XML-fil, som sier noe om ulike formater, referansesystemer og kartutsnitt som er tilgjengelige, i tillegg til selve stien hvor kartet kan hentes. GetMap På grunnlag av responsen fra serveren sendes en ny forespørsel om å hente et kart. Denne bestillingen tar for seg blant annet geografisk utsnitt, ønskede layers og ønsket format. Kartutsnittet leveres som en bildefil. GetFeatureInfo Gir oss egenskaper for et objekt i kartbildet, i form av en tekstfil eller XML-fil. I motsetning til de to forrige metodene er det ikke påkrevd at en WMS-tjeneste støtter denne metoden, men det er ofte hensiktsmessig at det er mulig å hente informasjon om objekter i kartbildet så flere WMS-tjenester gir oss slike muligheter.

18.01.2016 15:18:11

Web-baserte tjenester

hjelp av WMTS ferdig cachede bildefliser. Det betyr at WMTS ofte vil være raskere siden bildene allerede er forhåndsprosessert. WMTS egner seg veldig bra for å distribuere kartdata som ikke endrer seg ofte, for eksempel bakgrunnskart slik som topografisk norgeskart.

WEB FEATURE SERVICE WMS gir oss kun en grafisk representasjon, et kartbilde, og ikke de reelle dataene. For å bruke de faktiske dataene, og ikke bare et kartbilde, må vi benytte oss av en annen standard, som kalles Web Feature Service (WFS). Bruk av WFS-tjenester gjør det mulig å distribuere geodata som vektordata i GML-format. WEB COVERAGE SERVICE Web Coverage Service (WCS) brukes blant annet når det ønskes å distribuere rasterdata, slik som for eksempel temperatur over tid, snødybder eller høydemodeller.

2.41

2.41 Web-karttjenester gir raskt og enkelt tilgang til store mengder kartdata. Kilde: agsandrew / Shutterstock.

•

GetLedgendGraphic Forespørselen gir oss tilbake et bilde av tegnforklaringen for lagene i tjenesten. Som for GetFeatureInfo så er heller ikke påkrevd at en WMS-tjeneste skal støtte denne metoden.

WEB MAP TILE SERVICE Web Map Tile Service (WMTS) kan på sett og vis sammenlignes med WMS, men i motsetning til at man ved WMS mottar et stort bilde mottar man ved

GIS-kapittel 2 2015.indd 68

GEOPROSESSERINGSTJENESTER I likhet med enten data, WFS-tjenester, eller kartbilder, WMS-tjenester over nettet, kan det også tilbys såkalte geoprosesseringstjenester på samme måte. Slike tjenester er satt opp for å løse en spesifikk oppgave eller analyse. For eksempel kan det være en tjeneste som mottar en koordinat og ut fra denne posisjonen gjør en analyse for å finne alle barnehager innenfor 15 minutters reisevei. Tjenesten kan blant annet returnere en liste over barnehagene med adresser, eller et kart som viser de valgte barnehagene samt reisevei til disse. PORTALER OG KARTKATALOGER Mens WMS-tjenester er relativt enkle å implementere, er WFS-tjenester vesentlig mer krevende. Imidlertid tvinger et stadig økende behov for et felles oppdatert informasjonsgrunnlag denne utviklingen frem. For tilgjengeliggjøring av kartdata til de store massene av brukere, er internett den beste løsningen

18.01.2016 15:18:12

2 – SYSTEMENE

2.42 Teknologiske trender. Foto: staticnak / Shutterstock.

2.42 i dag, distribusjon med fysiske lagringsmedia koster for mye og er problematisk med tanke på implementering i ulike applikasjoner. Flere portaler tilbyr i dag WMS-tjenester og veldig mye data er i dag tilgjengelig som slike tjenester. WFS-tjenester er mindre utbredt, men er nødvendig å bruke hvis man ønsker å bruke dataene til for eksempel analyser så det antas at det blir mer og mer data tilgjengelig også som WFS-tjenester. Siden stadig mer geografisk informasjon blir tilgjengelig gjennom nedlastning og gjennom tilgjengelige tjenester blir det nødvending å ha gode løsninger for å finne fram til de riktige dataene og tjenestene. Derfor er det opprettet metadatakataloger hvor man kan søke etter data. En slik løsning er Geonorge sin kartkatalog over data tilgjengelig gjennom Norge digitalt-samarbeidet.

GIS-kapittel 2 2015.indd 69

Teknologiske trender Det 21-århundre har vært en tid preget av høy innovasjon innenfor utvikling og bruk av nye teknologiske løsninger. IKT analyseselskaper gjør årlige analyse av disse teknologi-trendene, og ved inngangen til dette ti året ble det fra analyseselskapet Gartner Consulting pekt på fire såkalte megatrender i det kommende 10-årsperspektivet (Gartner Consulting, 2010): • • • •

industrialisering av IKT økt omfang av tjenester som deles av flere økt grad av sosial samhandling og informasjonsdeling på nettet grenseløs mobilitet

Disse teknologitrendene er senere splittet opp og konkretisert for kortere planperioder for å vise

18.01.2016 15:18:14

Teknologiske trender

hvordan de påvirker bedriftenes strategiske planlegging. Disse trendene har stor betydning for hvordan vi bruker geografiske data og informasjonssystemer. Nedenfor omtales derfor disse trendene nærmere med utgangspunkt i hvordan dette påvirker og muliggjør enda bedre utnyttelse av geografiske informasjonssystemer.

2.43 Kartjenester deles på mobile plattformer. Foto: Tsyhun / Shutterstock.com

INDUSTRIALISERING AV IKT Med Industrialisering av IKT tenkes det i første omgang på bruk av hyllevare infrastruktur og standardløsninger. Dyre tilpassete løsninger for den enkelte bedrift vil bli unødvendige. Dette vil øke konkurransen og presse prisene på IKT-tjenester. I en slik kontekst vil åpne standarder bli stadig viktigere, fordi det vil redusere risikoen for feilinvesteringer og leverandør binding. Med andre ord handler dette om å bruke etablerte teknologiske løsninger på en smart måte som gjøre at vi sparer tid og kostnader i det daglige arbeidet. Bruken av 3D-printing er en del av denne industrialiseringen som forventes å øke. Dette markedet vokser som en følge av at 3D printerne blir billigere og at bruksområdene i industrien blir bedre kjent.

2.43

Dette vil føre til at 3D-printing blir en levedyktig og kostnadseffektiv produksjonsmetode for fysiske modeller. Nye løsninger for betaling for ulike tjenester via smarttelefoner og databrikker skaper nye muligheter for hvordan bedriftene kan ta betalt for sine tjenester. Etter hvert forventes det også at avanserte algoritmer gjør systemene mere intelligente og lærende. På denne måten kan de i større grad forstå sine omgivelser og handle tilsynelatende selvstendig.

ØKT OMFANG AV TJENESTER SOM DELES AV FLERE Bruk av sky-teknologi/tjenester gjør det mulig å effektivt dele, formidle og anvende all tilgjengelig informasjon. Både i yrkesmessige og private arenaer finnes det en mengde tilbydere av skytjenester. Disse samhandlingsrommene gjør det mulig å motta, dele og bearbeide dokumenter, rapporter og informasjon på en langt mer effektiv måte enn tidligere. Fordelen med skyløsninger er at de gjør informasjon og programmer tilgjengelig når som helst og hvor som helst på ulike teknologiske plattformer. Delte tjenester vil også være billigere fordi flere deler på kostnadene, og tjenestene er således effektiviserende. Enklere verktøy, ofte kalt apper, som er tilpasset telefoner og nettbrett gjør det mulig å anvende og ajourføre geografiske data på en ny måte. Geografiske data blir altså sanntidsinformasjon som er enkelt tilgjengelig for brukerne i nettverket. Omfanget av tjenester som deles av flere er økende og i en bedriftsmessig kontekst må følgende spørsmål stilles; •

•

GIS-kapittel 2 2015.indd 70

hva trenger min bedrift av geografiske data? Hvordan sikrer vi at dette er sanntidsinfo som er tilgjengelig for våre medarbeidere når de trenger det? et sentralt spørsmål er hvorvidt bedriften selv skal ajourføre geografiske data eller om det viktigste er at vi har kompetanse til å anvende og

18.01.2016 15:18:19

2 – SYSTEMENE

•

bare ha tilgang til informasjonen? Hva er mest mulig effektivitet for pengene? hvordan kan vi på en kosteffektiv måte analysere strukturerte og ustrukturerte data i og utenfor bedriften på en slik måte at vi kan bruke disse til å øke vår innsikt og verdiskapning? hvordan har vi en god forståelse av hva som er «forretningshemmeligheter» og hva som er åpen informasjon av våre masterdata? Her tenkes det på at man må ha et bevist forhold til hva som man deler med andre via skyløsninger

Som det fremgår av siste punkt ovenfor vil det være store utfordringer med sikkerhet og personvern med stadig større bruk av skyløsninger. Mye kan derfor tyde på at de fleste bedrifter på et tidspunkt vil komme til en erkjennelse om at 100% sikre løsninger ikke er mulig. Dette forventes å føre til økt bruk av risikoanalyser og risikoreduserende tiltak. Altså at man i større grad tar stilling til hva som er akseptabel risiko etter iverksatt tiltak.

GRENSELØS MOBILITET Utviklingen går altså mot at jobb og fritid blir mer og mer integrert. Fleksibiliteten i samfunnet kan sies å øke. Dagens mobile plattformer som lesebrett og smarttelefoner gjør at e-post fra jobb kan behandles mens man streamer en film eller ser på TV. Dette skaper forventninger i samfunnet om at e-poster eller innlegg på sosiale medier besvares raskt. Likeledes er geografisk informasjon noe man anvender hele tiden på mobile plattformer. Etter hvert vil industrialiseringen også komme dit at GIS-analyser som tidligere var både tid- og ressurskrevende å gjennomføre vil bli utført på enkle mobile plattformer. Dette vil igjen sette krav til mottageren av en slik enkel GIS-analyse i forhold til å evaluere og forstå innholdet opp imot kvaliteten på de data som analysen bygger på.

ØKT GRAD AV SOSIAL SAMHANDLING OG INFORMASJONSDELING PÅ NETTET En av trendene er at bruken av e-post taper mer og mer terreng for sanntidsinformasjon gjennom sosiale medier. Avstanden mellom den yrkesmessig og private arena er også i ferd med å bli stadig mindre. Åpenheten i samfunnet forventes altså å øke og skape grobunn for læring, innovasjon og utvikling. Dette gjør at bedrifter aktivt må være flinke til å anvende sosiale medier til samhandling og informasjonsdeling. Mye informasjon er ferskvare og det er ofte viktig at den kommuniserer hurtig uten for mange mellomledd. Fokuset vil altså være på behovene for informasjon og hvordan man skal betjene disse i ulike sammenhenger og på ulike plattformer.

GIS-kapittel 2 2015.indd 71

18.01.2016 15:18:19

Skyte- og øvingsfelt – Forsvarets klasserom

Geografiens språk i vår tidsalder 2. utgave

GIS

Geografiens språk i vår tidsalder 2. utgave Utvikling av det faglige rom ved Krigsskolen

www.fagbokforlaget.no

Knut Grinderud Anders C. Haavik-Nilsen Halvard Bjerke Øystein Sanderud Per Gunnar Ulveseth Øyvind Mauseth Steinar Nilsen Magnus Fjetland Alexander Steffensen Ingvill Richardsen

ISBN 978-82-450-1995-7

Omslag riktig rygg.indd 1

26.01.2016 09:55:39