1. óra: A számítógéppel kezelhető térkép fogalma, jellemzői
1. óra: A számítógéppel kezelhető térkép fogalma, jellemzői. Az adatgyűjtések csoportosítása a grafika számítógépes megjelenítése alapján: vektoros és raszteres elsődleges és másodlagos adatgyűjtések. A raszteres adattípus jellemzői. A szkennelés technológiája. A számítógéppel kezelhető térképeket két nagy csoportra osztjuk: digitális másolattérkép és digitális térképei adatbázis. A különbség a kétféle térkép között, a látható rajzolat mögötti adatszervezés szintje, azaz a grafikus elemek közötti kapcsolatleírás megléte vagy hiánya. A digitális másolattérkép az analóg térkép digitális másolata, a rajzi elemek között kapcsolatleírás nincs, így kiegészítő szöveges adatok is csak feliratként jelenhetnek meg a térképen. (Nem tekintendő kapcsolatnak az ábrák tematikák szerinti összegyűjtése egy rétegre.) Ez a térképmű első lépcsőfoka lehet a térképi adatbázis kialakításának. Előnye a hagyományos térképpel szemben az, hogy állaga nem romlik tovább, számítógéppel kezelhető, sokszorosítható. Passzív háttér-képnek használható tájékozódásra, valamely vizsgált jelenség, alakzat helyét és kiterjedését láttatja. A digitális térképi adatbázis olyan szervezett adattartalmú térképmű, amely a térképi alakzatokat nem vonalelemekként értelmezi, hanem mint egyedileg „megszólítható”, valamely tulajdonság alapján összeszervezett vonal-együttest, vagy egyedi pontot ún. objektumot kezel, ezeket egyedi azonosítóval látja el, és kapcsolatukat a környezetükhöz leírja. A vonalak, pontok, azaz a grafikus elemek közötti kapcsolat a topológia, az objektumok közötti kapcsolat az adatmodell kialakítása, ami rendszerszervezési feladat. A számítógéppel kezelhető térképek jellemzői: -
elektronikus adatmegjelenítés, változatos dokumentáció készítésének lehetősége elvileg korlátlan tartalom, elektromos adattárolás folytonos, törésmentes térábrázolás az objektumok kialakításával és azok térbeli kapcsolatleírásával sokrétű térbeli elemzés lehetőséget: így a térinformatika alapját, geometriai rendjét biztosítja.
A grafikus adatok a digitális leképzése vektor és raszter alapformában történik. A térképezés céljára készített közvetlenül nyert vektoros és raszteres adatokat elsődleges, a már meglévő hagyományos térképműn számítógépes megjelenítése céljából végzett méréseket másodlagos adatgyűjtéseknek nevezzük. Ez utóbbihoz tartoznak a már elkészített térképi adatbázisok felhasználása is. A térképkészítés céljából végzett mérések csoportosítása a nyert adattípus grafikus megjelenítése szerint: Elsődleges adatgyűjtések Vektor-elemek
Raszter-elemek
Földi mérések (geodéziai mérések) Fotogrammetria, centrális vetítési eljárással készült felvétellel
Fotogrammetria digitális felvétellel Távérzékelés
GPS mérések
1
Nagyméretarányú digitális térképezés Másodlagos adatgyűjtések Vektor-elemek
Raszter-elemek
Táblán végzett digitalizálás
Szkenneléssel végzett digitalizálás
Meglévő adatbázisok átvétele
Meglévő adatbázisok átvétele
A raszteres adattípusokkal (tesszellációval) kapcsolatos fogalmak: -
származtatás geometriai alapegysége, a geometriai felbontás dinamikai felbontás (bitmap, szürke mérések, színes mérések) a fedvény fogalma a tárolási és megjelenítési helyigények tömörítések koordináta rendszerek műveletek fedvényen és fedvények között vektorizálás
A raszteres digitalizálás, azaz a szkennelés technológiája I. Eszköz- és szoftver paraméterek Automatikus digitalizáló eszközrendszerek: - elektronikus síkágyas- vagy dobszkenner, - letapogató fej, - vezérlő egység (hardver + szoftver). Az eszközök rendkívüli változatosságot mutatnak a forgalmi árak függvényében, ezért egy átlagos szkenner általános működését mutatjuk be. Szkennelésnél a síkágyra vagy dobra helyezik a rajzot, és az ún. letapogató fejre szerelt fényforrásból jövő fény (fehér fény vagy lézer) lassan letapogatja az egész felületet. A letapogató fej optikai rendszeréből kilépő fénysugarat a rajzolat átengedi, vagy visszaveri, majd ezt a fény-nyalábot tükrök és prizmák segítségével négy részre osztják. Három fénysugár interferencia tükrön, majd kék, zöld és vörös színszűrőkön keresztül jut el a színszűrők által kijelölt fotoelektronsokszorozóba. Itt átalakulnak analóg (sárga, bíbor és cián) elektromos jelekké. A jelekből ezután többszörös átalakítás után a felhasználó által helyesnek tartott színkép alakul ki, amelyet a negyedik sugárnyaláb felhasználásával (a szükséges fekete színmennyiség meghatározásával, képélesség állításával és egyéb beállítások, keverések végzésével) véglegessé tesznek. Eszköz- és szoftverjellemzők felsorolása: Geometriai felbontás, azaz annak a rácsnak a geometriai mérete, amely az információ alapegysége, a rácsegység. Egysége a dpi (dots per inch), azaz az 1 inch-re eső pontok száma. Dinamikai felbontás: azaz a rácsfedettség, ami a rácsegységen áthaladó fénymennyiség értéke. A képpontok intenzitás értékének tárolási helye meghatározó. Az 1 bit-en tárolt érték ún. fekete-fehér mérést jelent. Az így előállt térkép az ún. bit térkép. 2
1. óra: A számítógéppel kezelhető térkép fogalma, jellemzői Szürkeség mérés esetén 8 bit tárolási helyen 256 féle szürke-fokozat állítható elő. Színes kép színfokozatainak mérésére a három alapszín mindegyike min. 8 bit tároló helyen 3x256 színárnyalattal már elfogadható minőséget biztosít. Az adatok tömörítése: lineáris, areális és lánckódos tömörítések. A szkennelt adatok megjelenítéséhez szükséges a képernyő geometriai felbontásának és tárolási kapacitásának ismerete. II. A feldolgozandó térkép előkészítése és vizsgálata - Tartalmi, minőségi ellenőrzés: aktualitásra, és a rajzolat minőségének, kopásának vizsgálata. - A papírlap (térképlap) fizikai teherbíró képességének vizsgálata (a digitalizáló eszköz típusának megfelelően); ne legyen gyűrt vagy szakadt stb., mert egy dobszkenner használatakor a forrásanyag tönkremehet. - Az automatikus leképzés miatt a fölösleges szennyeződésektől (radírgumi, morzsa, stb.) célszerű a rajzolatot megtisztítani, továbbá a vonal-telítettséget (különböző feketedésű vonalrészek) biztosítani. Ezzel az előkészítéssel a feldolgozásnál jelentős időt takaríthatunk meg. A várható geometriai pontosság becslése: - a forrástérkép pontossági minősítésének értelmezése, - az alapanyag méretváltozásának becslése, - a digitalizáló eszközök és szoftverek paramétereinek elemzése (geometriai felbontás beállítása, tömörítési forma kiválasztása, dinamikai felbontás meghatározása, stb.) A végrehajtandó feladat alapján döntés a tartalom végleges formájáról, azaz raszteres vagy vektoros állomány lesz a végeredmény. Az utóbbi esetben további döntések szükségesek a rétegkiosztásra, jelkulcs- és fontkészlet használatára, a várható pontosság elfogadására, a geometriai és attribútum adatok hozzáférése és bedolgozása tekintetében, valamint a minőségellenőrzés és eredményközlés formáiban. A nagyméretarányú térképek esetében a végtermék nagyon nagy százalékban vektoros formátumú, ezért a továbbiakban csak a vektoros adatokból szerkeszthető másolattérkép előállításával és minőségének vizsgálatával foglalkozunk. III. A szkennelés végrehajtása -
Az eszközparaméterek beállítása után az adatfelvételezés végrehajtása. Raszter-editálás. A raszteres állomány vektorossá alakítása képernyő-digitalizálással ITR szoftverrel. Szoftverparaméterek beállítása, transzformálás EOV rendszerbe. Javítás, pótlás; esztétikai javítások elvégzése. A tervezett méretarány beállítása; geokód felvétele (ha szükséges), jelkulcsok és a feliratok elhelyezése. - Ellenőrző próbarajz készítése, javítás. Minőség-ellenőrzést az alábbiak figyelembe vételével végezhetjük A felsorolás csak az elkészült digitális másolattérkép ellenőrzésére vonatkozik. Az így ellenőrzött állományból szerkesztett térképi adatbázis vizsgálatát később tárgyaljuk. 3
Nagyméretarányú digitális térképezés -
Ismételt digitalizálással végzett mintavétellel. Közvetlen méréssel, mintavétellel. Statisztikai módszerekkel. Tételes terület ellenőrzéssel. Réteg-ellenőrzésekkel, tartalmi teljesség vizsgálatával.
Az ellenőrzés minden lépését dokumentálni kell. IV. Eredményközlés -
Rajzi formátum, analóg térkép készítése. Adatcsere-formátumok létrehozása. Műszaki dokumentáció készítése. Archiválás.
Az adatgyűjtő és megjelenítő (feldolgozó) eszközök paramétereinek hatása a szkennelt kép további feldolgozására Adatgyűjtés Példaként egy 1:1000 méretarányú, (60x80) cm régi szelvény méretű térképlapot szkennelünk 500 dpi, 300 dpi és 100 dpi geometriai felbontással (1. táblázat):
Geometriai felbontás dpi
Képpont méret
Térképi méretaránynak megfelelő természetes méret
500
0,05 mm
5 cm
300
0,08 mm
8 cm
100
0,25 mm !
25 cm
1. táblázat A térképi vonalvastagságot 0,8 mm-nek tekintve, a vonal leképzését a különböző dpi esetében, valamint az (1x1) mm térképi terület leképezéséhez szükséges képpont mennyiségét a 2. táblázat mutatja: Geometriai felbontása dpi
Vonal
Terület
500
~4
20 x 20
300
~2
12 x 12
100
0,7 ~ 1!
4x4
Képpont darabszám
2. táblázat A 100 dpi-vel szkennelt kép esetében a szkennelési képpont-méret meghaladja a rajzolási vonalvastagságot, ezért ez a leképezés geometriai torzítással jeleníti meg az 4
1. óra: A számítógéppel kezelhető térkép fogalma, jellemzői eredetei képet, ezért kerülendő! Ezt az értéket a továbbiakban csak az összehasonlítás kedvéért szerepeltetjük. Megjelenítés A képernyő-digitalizálás (vektorizálás) pontosságát a képernyőpontok pozícionálhatósága szabja meg, ami egyrészt a képernyő felbontóképességétől másrészt a kép nagyíthatóságától függ. Mivel a képernyőfelbontás rögzíthető és egy eszköz esetében rögzített érték, a képernyő-vektorizálás pontosságának lehetősége a szoftveres nagyításban rejlik. A különböző felbontású képernyőkön ezért döntő a megjelenítés méretaránya. A következő összeállításban (3. táblázat) a 500 dpi, 300 dpi, és 100 dpi–vel szkennelt állomány egy részét mutatjuk be, az előbbi (80x60) cm-es szelvény egy teljes sorának képpont darabszámával: Szkennelési dpi
A szelvény egy sorának képpontszáma
Pontméret (mm)
500
16.000 pont
0,05
300
10.000 pont
0,08
100
3.200 pont
0,25
3. táblázat A következő 4. táblázatban bemutatjuk, hogyan szűkül (átlagolódik) az információ a megjelenítés során abban az esetben, ha a teljes szelvénytartalmat jelenítjük meg a képernyő egészén különböző dpi esetében. Megadjuk a képernyő méreteit (becsült értékkel), és a képernyő-képpont méreteket is. A táblázat utolsó oszlopaiban az egy képernyő pontra „zsúfolt” (átlagolt) szkennelt képpontok darabszámát adjuk meg. Képernyő felbontás
Képernyő méret
Képernyő képpont mérete
500 dpi
300 dpi
100 dpi
Szkennelt pontszámok [db]
800 * (600)
21' ~ (43x31) cm
~ 0,5 mm
20
12
4
1024 * (760)
21' ~ (43x31) cm
~ 0,4 mm
16
10
3
800 * (600)
14' ~ (27x19) cm
~ 0,3 mm
20
12
5
640 * (480)
14' ~ (27x19) cm
~ 0,4 mm
25
16
4
4. táblázat A táblázatból látható, hogy a teljes szkennelt állomány megjelenítése a képernyő egészén a szkennelt állomány kicsinyítésével történhet. A megjelenő kép - a képernyő felbontások függvényében - képpontonként 20-4 pontból álló információ (intenzitás) összegzés eredménye. Az információvesztés jelentős, ha nem tudjuk a kiértékelést szoftveresen segíteni nagyítással. Elfogadható az 1 képpont = 1 szkennelt pont megfeleltetés, de biztosabb és kevésbé fárasztó kiértékelést ad a nagyítás, amelynek feltétele:
5
Nagyméretarányú digitális térképezés
K dpi Tdpi
≥1
ahol - Kdpi - a képernyőfelbontást, - Tdpi - a térkép-szkennelés felbontását jelenti. A képernyőfelbontások a példákban 50-85 dpi közöttiek, tehát a 300 dpi-vel szkennelt nagyméretarányú vonalas térképi állományt minimum 4-6 szorosára célszerű nagyítani a megbízható eredményű további vektoros feldolgozás, a képernyő-vektorizálás végrehajtásához. Összefoglalva megállapítható, hogy a képernyő-digitalizálás alapvető pontosságát a szkennelés geometriai felbontása adja, és ezt a pontosságot tartani lehet olyan kiértékelési technológiával, amely a Kdpi/Tdpi >= 1 viszonyt támogatja. A szkennelés geometriai felbontásának meghatározására célszerű meggondolni, hogy túlzottan magas érték nem ad jobb eredményt egy körültekintően megválasztott kisebb értéknél, de óriási memória-terhelést okoz. Vonalas kataszteri térképek esetében egy 300 dpi-vel szkennelt és gondosan kiértékelt állomány pontossága megegyezik a szabatos felbontású - azonos méretarányú - táblás digitalizálás végeredményével.
6
