BGGG.01.036

Ruumiandmete analüüs

3 AP (24P + 16S + 80e)
5.-22.n.
referaat, eksam
osaliselt e-õppena

Kursuse sihtrühm:

Geograafia magistriõppe (3+2 õppekava) kohustuslik kursus.
Valikainena soovitatav ka teiste erialade ruumiandmete kasutajatele, kellel on olemas algteadmised GIS-idest.

Kursusel osalemiseks

tuleb registreeruda ÕIS-is ning meilida oma WebCT 6 kasutajanimi õppejõule (õigeaegselt registreerunutele saadetakse meilitsi ka vastavad instruktsioonid).

Kursuse eesmärgid:

anda süstemaatiline ülevaade kaasaegsetest ruumiandmete analüüsi meetoditest ning sooritada rida praktilisi harjutusi valitud meetodite paremaks omandamiseks ja kasutuskogemuse saamiseks.

Kursuse lühikirjeldus:

Õppekursuse teoreetilises osas antakse ülevaade geograafilisest ruumikäsitlusest ja selle modelleerimise geoinformaatikas kasutatavatest võtetest, mis tuginevad erinevatele arvutigeomeetria algoritmidele ning geostatistika meetoditele. Selle õppimiseks kasutatakse peamiselt iseseisva töö e-õppe põhiseid võtteid, mida toetavad 4 seminari (6., 8., 10., 12. nädalal).
Praktikumides tutvutakse mõnede tüüpiliste ülesannete lahendamise võimalustega, kasutades tarkvarade Idrisi ja ArcGIS erinevaid versioone ning lisandeid. Ülesannete ja tarkvara osas saab üliõpilane (sõltuvalt oma huvidest ja võimetest) teha teatud valikuid.
Individuaaltöö oluliseks osaks on valitud meetodi (meetoditegrupi) iseseisev põhjalikum omandamine. Selle põhjal koostatakse referaat (esitlus), mida kaasõppuritele tutvustatakse seminaris. Seal tuleb ka oponeerida üht kaasüliõpilase referaati; umbes pool eksamihindest kujuneb jooksva töö (aktiivsus e-õppes, seminarid, ettekanne, oponeerimine) baasil.

Oodatav õpitulem:

Kuna kursusel osalejad on erinevate ootuste ja lähteoskustega (õppetöö realiteetidest tingituna), siis on ka tulemused eeldatavasti erinevad.
Inim- ja loodusgeograafia magistrandid, kes osalevad kohustuslikus korras ning kelle geoinformaatika-alased lähteteadmised ja -oskused on nõrgad, peaksid omandama geograafia õppekavale vastava ülevaate ruumiandmete analüüsi peamistest võtetest ning saama vajadusel abi magistritöö koostamise metoodilises osas.
Geoinformaatika ja kartograafia magistrandid, kellelt eeldatakse paremat geoinformaatika-alast tublidust ning kellele esitatakse praktilises osas ka suuremaid nõudmisi, peaksid lisaks eeltoodule olema võimalised neid võtteid ka praktiliselt rakendama ning - nende matemaatilisi tagamaid mõistes - meetodeid ka kohandama.
Kursust valikainena kuulajad (senise kogemuse põhjal tüüpiliselt teiste erialade doktorandid, kes tavaliselt on huvitatud aine mingi osa sügavamast omandamisest), oskavad lisaks sellele näha oma eriala probleeme ning võimalikke lahendusi veidi laiemalt ja teise nrga alt.

PROGRAMM

I SISSEJUHATUS

Kursuse eesmärk ja struktuur. Kirjandus. Tarkvara.

Andmeanalüüsi erinevad käsitlused. Matemaatika ja matemaatilised meetodid. Kvantitatiivgeograafia, arvutigeograafia (computer geography) ja arvutusgeograafia (geocomputation).

Eukleidiline ja mitteeuklidiline ruum. Mudelruum ja selle meetrika. Kaugus. Mõõtkava. Topoloogia. Geomeetrilised teisendused.

Ruumiandmed ja nende spetsiifika. Dimensionaalsus ja mõõtkavalisus. Diskreetne ja pidev lähenemisviis; geo-objektid kui hägused hulgad. Ruumiandmete mudelid.

II RUUMIANDMETE GEOMEETRIA

Arvutusgeomeetria tüüpülesanded. Algoritmi efektiivsus. Geomeetriline otsing. Joonte lôikumine. Punkt polügonis. Polügonide pindala. Polügoni tsentroid ja skelett.

Polügonide kattuvusülesanded vektor- ja rastermudeli korral. Boole'i kaardid ja loogilised tehted nendega. Kaardialgebra (kitsamas mõttes) ja kaardikalkulaatorid. Kontekst- ja kaugusoperaatorid. Kartograafiline modelleerimine kui kaardialgebra laiemas mõttes.

Joone generaliseerimine. Ruumiline silumine (filtrid). DEM, selle tulempinnad ja -jooned. TIN, selle loomisalgoritmid, kasutus. Thiesseni polügonid, nende loomisalgoritmid, kasutus.

Võrgustikud ja teevaliku ülesanded nendes. Lühima tee leidmine. Kaubareisija ülesande erinevad variandid ja nende lahendamise võimalused.

Kuju ja tekstuuri analüüs. Kompaktsusel põhinevad mõõdud. Määramatusel põhinevad mõõdud. Naabrusindeksid. Ideaalsed fraktalid ja nende dimensiooni määramine. Mõõtude normeerimine ja süntees. Tarkvaralised võimalused kuju ja tekstuuri analüüsiks.

III RUUMIANDMETE STATISTIKA

Geostatistika (ruumiliste andmete statistika) lähtealused. Autokorrelatsioon. Ruumiline autokorrelatsioon. Korrelogrammid ja variogrammid, nende struktuur. Statistilised fraktalid ja nende dimensiooni mõõtmine.

Ruumiline interpolatsiooni eeldused ja kasutatavad meetodid. Kriging, selle alaliigid. Areaalide interpoleerimine.

Trendpinnad, nende kirjeldamine polünoomide ja Fourier' ridadega. Jääkpinnad. Fourier' teisendus.

Punktimustrid, nende kirjeldamise ja analüüsi meetodid. Punktimustrite genereerimine. Territoriaalne representatiivsus.

Seosed ruumiliste nähtuste vahel. Positsioonilised ja mittepositsioonilised kooskõlakordajad. Punktimustrite kovariatsioon. Ruumiline regressioon.

Rühmitamismeetodid ruumiandmete korral. Klasteranalüüs. Kujundite äratundmine. Faktoranalüüs, selle R- ja Q-skeemid.

Aegruumilised read, nende analüüs ja genereerimine. Aegruumilise rea faktoranalüüs. Markovi ahelad. Rakk-automaat.

IV RUUMIANDMETE GEOGRAAFIA

Aja ja ruumi üldiste käsitluste areng kui alus vastavate geograafiliste käsitluste arengule. Geograafiline ruum, selle kogemuslikud (experiential) ja formaalsed mudelid. Teoreetiliste mudelite roll geograafias.

Gravitatsioonimudel ja teised ruumilise interaktsiooni mudelid. Keskuskohtade teooria. Ruumilise leviku mudelid. Perkolatsiooniteooria.

Neutraalsed maastikumudelid. Maastikusimulaatorid. Aineringe mudelid ja protsessisimulaatorid. Virtuaalreaalsus.

Õppekirjandus

Põhiline:
Roosaare, J. Ruumiandmete analüüsi kursuse materjalid. Paiknevad õppekeskkonnas WebCT 6.
Iseseisvaks tööks:

Remm, K. Ruumiliste loodusandmete statistiline analüüs. Käsikiri Tartu Ülikooli geograafia instituudis [soovitavalt uusim versioon, mis saada pdf-failidena sisevõrgus].
"Ruumiandmete analüüsi kursuse materjalides" osundatud teosed vastavalt valitud seminariteemale.

Praktilised tööd
(praktikumide juhendid ja andmefailid õppekeskkonnas WebCT)

Ruumilised päringud vektor- ja rasterandmetest.
Kuju ja tekstuuri analüüs vektor- ja rasterandmetest.
Kaardialgebra ja kartograafiline modelleerimine.
Digitaalse kõrgusmudeli koostamine.
Digitaalse kõrgusmudeli analüüs.
Transpordivõrgustiku analüüs.
Eesti rahvastiku raskuskese ja selle muutumine ajas.
Valitud riigi hüpsomeetrilise kõvera koostamine.
Markovi ahelate ja automaatide teooria rakendamine maakasutuse muutuste uurimisel.
Variogrammide koostamine ja analüüs. Kriging.

1.08.2007