Ανάπτυξη εκπαιδευτικού υλικού για δειγματοληψία σε περιβάλλον γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών

Abstract

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξή εκπαιδευτικού υλικού για εφαρμογή των κυριότερων μεθόδων χωρικής δειγματοληψίας σε περιβάλλον γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών. Το υλικό αυτό αποτελείται από χωρικά δεδομένα και αναλυτικές οδηγίες εφαρμογής των δειγματοληπτικών μεθόδων και μπορεί να αποτελέσει μέρος της σειράς ασκήσεων του υποχρεωτικού προπτυχιακού μαθήματος Γεωγραφία και Ανάλυση Χώρου που διδάσκεται στο 6ο εξάμηνο της σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Οποιαδήποτε προσέγγιση - επέμβαση στο χώρο συνδέεται άμεσα με την έννοια της γεωγραφικής μελέτης. Συστατικά μέρη κάθε γεωγραφικής μελέτης αποτελούν, ο καθορισμός του προβλήματος, η διαδικασία από στοιχεία σε πληροφορία και τα συμπεράσματα. Η διαδικασία από στοιχεία σε πληροφορία δημιουργεί και συνδυάζει την απαραίτητη πληροφορία για την επίλυση του προβλήματος, όπως αυτό ορίστηκε και οριοθετήθηκε στο πρώτο βήμα της μελέτης, στον καθορισμό του προβλήματος. Τελικά η υλοποίηση του στόχου της μελέτης, οι εναλλακτικές προσεγγίσεις και οι απαντήσεις στα ερωτήματα που τίθενται στο πρώτο βήμα αποτελούν τα συμπεράσματα της μελέτης, τα οποία με τη σειρά τους μπορούν να λειτουργήσουν σαν νέα δεδομένα για επανεξέταση, επέκταση, αναθεώρηση του υπάρχοντος προβλήματος (αναδραστικός μηχανισμός). Όπως γίνεται αντιληπτό βασικό μέρος κάθε μελέτης είναι η συλλογή των στοιχείων που θα επεξεργαστούν, θα αναλυθούν και τελικά θα αποδώσουν τη χρήσιμη πληροφορία. Τα στοιχεία μπορεί να προέρχονται από υπάρχουσες συλλογές – αρχειακές καταγραφές ή να αποτελούν παρατηρήσεις – μετρήσεις δηλαδή να προέλθουν από εργασίες πεδίου. Στις περισσότερες περιπτώσεις η δυνατότητα να συλλέξουμε χαρακτηριστικά του συνόλου των στοιχείων που μας ενδιαφέρουν είναι πολύ δύσκολο έως αδύνατο. Με την τεχνική της δειγματοληψίας καθίσταται δυνατό, συλλέγοντας χαρακτηριστικά από μερικά στοιχεία και εξάγοντας συμπεράσματα για τα χαρακτηριστικά του συνόλου των στοιχείων, με ορισμένα όρια αβεβαιότητας. Κύριος στόχος της εργασίας είναι η παρουσίαση και εφαρμογή των δειγματοληψιών σε έναν χάρτη χρήσεων γης, ώστε λαμβάνοντας δείγματα με τις διάφορες μεθόδους να εκτιμηθούν τα ποσοστά των χρήσεων γης του χάρτη. Η εφαρμογή αναπτύχθηκε με αναλυτικό τρόπο (κατά βήματα) με σκοπό να είναι εύκολα εφαρμόσιμη από σπουδαστές, μιας και αποτελεί εκπαιδευτικό υλικό. Η διαδικασία εφαρμογής τους δεν απαιτεί κάποιες ιδιαίτερες γνώσεις σε περιβάλλον γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών αλλά παράλληλα φέρνει σε επαφή τους σπουδαστές με κάποιες βασικές λειτουργίες των ΓΣΠ. Προηγούμενες εργασίες σχετικές με το θέμα εφαρμογής δειγματοληπτικών μεθόδων στο πλαίσιο της διδασκαλίας τους, ως βασικές μέθοδοι συλλογής στοιχείων, ήταν οι περισσότερες αναλογικά σχεδιασμένες, δηλαδή χωρίς τη χρήση ΓΣΠ στην εφαρμογή τους αλλά απευθείας στον τυπωμένο χάρτη και μία εξ αυτών ήταν σχεδιασμένη σε ΓΣΠ, στο πακέτο ArcCIS 8, με προβλήματα συμβατότητας στις πιο σύγχρονες εκδόσεις του λογισμικού πακέτου που βρίσκονται εγκατεστημένες στο κέντρο Γεωπληροφορικής της Σ.Α.Τ.Μ. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας αναπτύσσονται βασικές έννοιες της δειγματοληψίας και της επαγωγικής στατιστικής, αναλύονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που παρουσιάζονται από τη χρήση δειγμάτων έναντι της καθολικής απογραφικής μεθόδου και έπειτα αναφέρονται οι κυριότερες χωρικές δειγματοληπτικές μέθοδοι, τα πλεονεκτήματα – μειονεκτήματά τους, οι τρόποι εφαρμογής τους. Επίσης αναφέρονται οι σχέσεις για τον υπολογισμό του μεγέθους του δείγματος συναρτήσει του επιλεγόμενου επιπέδου εμπιστοσύνης και περιθωρίου σφάλματος. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίνονται ορισμοί, χαρακτηριστικά και βασικές λειτουργίες των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών. Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσεται αναλυτικά η εφαρμογή των δειγματοληπτικών μεθόδων, δίνονται στοιχεία για τα θεματικά επίπεδα του χάρτη – υπόβαθρο και παρουσιάζονται οι λειτουργίες των διαφόρων εργαλείων που χρησιμοποιούνται. Για την εκτίμηση του μεγέθους του δείγματος και την εξαγωγή κάποιων στατιστικών συμπερασμάτων οι απαραίτητοι υπολογισμοί έχουν γίνει σε φύλλο excel, έτσι ώστε να δίνεται η δυνατότητα αλλαγής των παραμέτρων υπολογισμού του μεγέθους του δείγματος βάσει των απαιτήσεων ακρίβειας. Συγκεκριμένα υπολογίζονται τα διαστήματα εμπιστοσύνης και το τεστ x². Η εργασία ολοκληρώνεται με τη παράθεση παρατηρήσεων που προέκυψαν από την εφαρμογή των δειγματοληψιών.

The objective of the present dissertation is the development of an educational tool for applying the main methods of spatial sampling using Geographic Information Systems GIS. This tool is comprised by spatial data and detailed directions of sampling methods’ application. Gathering data, analyzing and processing them is the significant part of every study that will attribute to the useful information. These data may originate from already existent compilation and records or from field project. In most cases, the potential of gleaning characteristics of the total of the data that we are interested in, it is not so easy. By using the sampling method is being possible to draw conclusions for the statistic population, within uncertainty limits. The aim of the dissertation is the presentation and the application of sampling in a land use map using different sampling methods to estimate the rates of land uses. The application was integrated in an analytical way (by steps) in order to facilitate students. Despite the fact that the application processes do not require technical knowledge of Geographical Information Systems, the students are introduced to the basic functions of GIS. The first chapter of the dissertation presents the basic concept of sampling and inferential statistics. The pros and cons of sampling towards board census methodology are examined. The main spatial sampling methods and their application methods are mentioned. Finally, the mathematic relations for the calculation of the size of the sample in relation to the chosen confidence level and error are presented. At the second chapter, terms, characteristics and basic concepts of Geographical Information Systems are being introduced. Finally, at the last chapter, the application of sampling methods (simple random point sampling, systematic point sampling, stratifying point sampling, random transect sampling and systematic transect sampling) is studied in detail. Information is given for the layers of the map and the functions of the tools used are presented. In order to estimate the size of the sample and to draw some statistical conclusions, the necessary calculations were made in EXCEL, which allows the introduction of calculation parameters of the size of the sample based on the requirements of precision set. The dissertation is completed by displaying some comments and remarks on the sampling applications.