MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV GEOINFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ
DIGITÁLNÍ TÉMATICKÉ MAPY MONGOLSKA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
2008
LUKÁŠ HOŠEK
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Digitální tématické mapy Mongolska zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:........................................
PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl v první řadě poděkovat svojí matce za neuvěřitelnou trpělivost při mém studiu. Stejné poděkování za stejnou trpělivost, užitečné rady a pomoc patří Ing.Martinu Klimánkovi a Ing.Jindřichu Kynickému. Chtěl bych také poděkovat svému bratrovi a své přítelkyni za psychickou podporu.
2
Abstrakt Lukáš Hošek Digitální tématické mapy Mongolska Tato bakalářská práce pojednává o postupu digitalizace analogového podkladu za použití aplikace ESRI ArcGIS Desktop 9.2 – ArcMap. Výsledná mapa je určena pro terénní práce spojené s projektem Mongolia, který probíhá do roku 2016 a je organizován českými vysokými školami ve spolupráci s Technickou universitou v Ulánbátaru. Postup prací byl následující: skenování analogového podkladu z atlasu za použití dostupné techniky, skládání jednotlivých snímků do jednoho rastru v programu GIMP 2.2, vložení rastrového podkladu do projektu ArcMap, připojení vrstvy World Map a následná editace jednotlivých liniových a polygonových vrstev a vytvoření legendy. Klíčová slova: Digitalizace, atlas, mapa, editace, linie, plocha, rastr Abstract Lukáš Hošek Digital thematic maps of Mongolia This bachelor work is describing how to digitalize a analog map by using ESRI ArcGIS Desktop 9.2 – ArcMap aplication. Final product is dedicatet for terrain works in project Mongolia witch is runnig till year 2016. This project is organised by czech universities in cooperation with Technical Univesity of Ulan Bator. Work flow was following: scanning of analog atlas, using available technic, attaching simple scans together using GIMP 2.2, inserting a rastr source into ArcMap project with World Map layer and editation of polyline a polygone layers and creating a key.
Key words: Digitizing, atlas, map, editing, polyline, polygon, rastr
3
Obsah 1. Úvod 2. Cíl práce 3. Postup prací 4. Zdroje dat 5. Mongolsko jako země 5.1 Základní údaje o Mongolsku 5.2 Historie Mongolska 5.3 Přírodní podmínky 6. Tvorba podkladového rastru 6.1 Aplikace GIMP 2.2 6.2 Kompletace snímků 7. ESRI a aplikace ArcGIS Desktop 9.2 8. Georeferencování 8.1 Pojem georeferencování 8.2 Georeferencování rastrového podkladu 9. Digitalizace linií 9.1 Editace linií v modulu ArcMap 9.2 Vlastní digitalizace linií 10. Digitalizace ploch 10.1 Tvorba shapefile a topologie 10.1.1 Pojem topologie a její určení v ArcMap 10.2 Editace ploch 11. Tvorba legendy a příprava k tisku 11.1 Překlad analogové legendy 11.2 Zpracování legendy 11.3 Export mapy 12. Diskuze 13. Závěr 14. Summary Použitá literatura a prameny
1 2 3 4 5 5 5 6 7 7 7 9 10 10 10 11 11 11 13 13 13 13 16 16 16 17 19 20 21 22
4
1. Úvod Tato bakalářská práce vznikla za spolupráce Ústavu geoinformačních technologií a Ústavu geologie a pedologie Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity. Původní zadání mé bakalářské práce se týkalo školního lesního podniku, konkrétně tvorby digitální pedologické mapy. Jelikož jsem musel na půl roku přerušit studium a tento projekt byl časově omezen, byl Ing.Martin Klimánek, jakožto vedoucí mé práce nucen tento projekt zadat někomu jinému. V době tvorby nového zadání, byl Ing.Klimánek kontaktován Ing.Jindřichem Kynickým. Ten se účastnil expedice Mongolsko 2004 a jejich dalších ročníků. Tento studentský projekt navazoval na Mongolsko 2000 – 2003. Založili ho studenti a profesoři přírodovědeckých oborů Masarykovy univerzity a Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně. Tyto univerzity měly tříletou smlouvu s Technickou univerzitou v Ulaanbaataru. Tímto bylo umožněno tehdejším studentům třetích a čtvrtých ročníků získat podkladové materiály, na jejichž základě byla vyhotovena výzkumná zpráva v podobě odborné publikace. Jednotlivé části projektu se zabývaly například výskytem platiny a paladia v bazických horninách, původem alkalických hornin a karbonatitů v rámci méně konsolidované zemské kůry Mongolska, paleontologií dinosauřích „badlands“ pouště Gobi a další. Celkem se jednalo o jedenáct dílčích projektů. Z těchto jedenácti projektů se pět přímo týkalo geologie a několik dalších s tímto vědním oborem úzce souviselo. Byly tedy značně závislé na znalosti geologických podmínek dané oblasti. Výraznou komplikací se ukázal být fakt, že tyto údaje se nenachází v digitální formě. Ing.Kynický měl k dispozici Národní atlas Mongolské lidové republiky, který však vzhledem ke své velikosti značně nevhodným pro práci v terénu, nemluvě o tom, že se jedná o poměrně vzácnou raritu. Jelikož spolupráce mezi Technickou univerzitou v Ulaanbaataru a naší univerzitou trvá, vznikla nutnost vytvoření digitální formy těchto dat. Vzniklo tak zadání této bakalářské práce.
1
2. Cíl práce Cílem práce je zhotovení digitální geologické mapy Mongolska, která bude vhodná pro práci v terénu, usnadní orientaci studentů i ostatních členů výzkumných týmů, kteří se zúčastní expedic do Mongolska. Dále by měla být snadno aktualizovatelná v navazujících terénních pracích, které budou probíhat do roku 2016.
2
3. Postup prací Postup prací byl logicky odvislý od dostupnosti podkladových dat a jejich zpracování. Analogovým zdrojem geologických dat byl atlas, který poskytl Ing.Jindřich Kynický (viz kapitola 4. Zdroje dat). Tento atlas bylo nutno naskenovat a jednotlivé části zpracovat pro jejich následné zpětné spojení, čímž došlo k vytvoření podkladového rastru vhodného k práci v aplikaci ArcMap. Dále bylo nutno rastr georeferencovat a nad ním vytvořit nové datové vrstvy. Jednalo se o vrstvy linií a ploch, které reprezentují jednotlivé geologické zlomy a geologické celky. Pro tvorbu vrstvy ploch bylo nutno přeložit legendu atlasu z mongolštiny do češtiny. Tato část byla poměrně problematická a je popsána níže. Po vytvoření liniových vrstev byla vytvořena vrstva pro plochy. V souvislosti s tím byla určena topologie. S digitalizací ploch souviselo přiřazování atributů jednotlivým plochám. Poté již mohla být vytvořena legenda, která je základem pro porozumění mapě.
3
4. Zdroje dat Základním zdrojem pro vytvoření digitální mapy byl Národní atlas Mongolské lidové republiky, který byl zapůjčen Ing.Jindřichem Kynickým. Tento atlas vznikl za spolupráce Mongolské akademie věd a Akademií věd tehdejšího SSSR. Jeho vytvoření předcházelo množství expedic pořádaných předními mongolskými a sovětskými vědci z oblasti geologie, paleontologie, biologie a dalších. První z nich proběhla v roce 1967. Na jeho konečné podobě se podílelo zhruba tři sta mongolských a sovětských vědců a odborníků, pracujících v sedmdesáti vědeckých týmech a organizacích. Vzhledem k nestandardnímu formátu (45 x 60 x 2 cm) bylo obtížné, respektive nemožné, zajistit dostatečně velký plošný skener. Jelikož se jednalo o pravděpodobně jediný výtisk v České republice, bylo jakékoliv rozdělení na časti nebo jiná nevratná změna nepřípustná. Vzhledem k tomuto faktu nebylo možné použit bubnový skener, jaký se běžně používá pro snímání map velkých formátů. Konečným řešením tedy bylo snímání podkladů ručním skenerem formátu A4, který je součástí výbavy počítačové učebny B03 na LDF. Konkrétně se jednalo o hp Scanjet 4600. Použitým programem byl Irfan View. Digitálním podkladem byla datová vrstva WordMap, která je součástí aplikace ESRI ArcGIS Desktop 9.2 – ArcMap (viz kapitoly 7. ESRI a aplikace ArcGIS Desktop 9.2 a 8. Georeferencování).
4
5. Mongolsko jako země 5.1 Základní údaje o Mongolsku Mongolsko (oficiální název je Stát Mongolsko) se nachází ve střední Asii. Hraničí s Ruskem a Čínskou lidovou republikou a má rozlohu 1 566 500 km², což je více než dvacetinásobek rozlohy České republiky. Při této rozloze a počtu obyvatel 2,7 miliónu patří mezi nejřidčeji osídlené státy (hustota osídlení je 1,8 obyvatel / km²). Hlavní město je Ulánbátar, ve kterém bydlí zhruba jedna třetina obyvatelstva. Stát je rozdělen na 21 regionů (z toho 3 města, včetně Ulánbátaru). Dále se Mongolsko dělí na Vnější a Vnitřní Mongolsko, které je autonomní součástí Čínské lidové republiky. Většinu obyvatelstva tvoří Mongolové a menšinově Kazaši. Oficiálním jazykem je mongolština a náboženstvím buddhismus. Státním zřízením je republika. Měna se nazývá tugrik. Mongolsko se v mezinárodních otázkách snaží zůstat neutrální.
Obr.1. – Mongolská vlajka (vlevo) a státní znak (vpravo) 5.2 Historie Mongolska Území Mongolska bylo od dávných dob obýváno nomádskými kmeny, které se občas spojovaly ve větší celky. První z nich se nazýval Xiongnu a byl založen Modu Shanyuem a Mete Khanem v roce 209 př.n.l. Toto spojení ohrožovalo zejména čínskou dynastii Qin a dalo tak podmět ke stavbě Velké čínské zdi. Během dvanáctého století našeho letopočtu se náčelníkovi později známému jako Čingis Chán podařilo sjednotit kmeny od Mandžuska po Altaj a započal s budováním Mongolského císařství. To bylo největší říší v historii světa. Rozprostíralo se od území dnešního Polska po západní Koreu a od Sibiře po dnešní Vietnam. Po jeho smrti se však postupně rozpadlo na čtyři království, která se dále rozdělovala.. Dalších několik století bylo Mongolsko zmítáno mocenskými boji mezi jednotlivými frakcemi, spolu s výpady z Číny. Ty roku 1691 vyústily v nadvládu čínské dynastie Qing, která trvala až do roku 1911, kdy došlo v Číně k revoluci. V závislosti na pádu vládnoucího rodu vyhlásilo Mongolsko nezávislost. Po Říjnové revoluci v Rusku v roce 1917 bylo hlavní město Mongolska okupováno čínskými jednotkami, které byly vyhnány „Krvavým“ baronem Ungem. Ten původně na Sibiři bojoval proti Rudé armádě. Nakonec byl chycen a popraven Rudou armádou v roce 1921. To vedlo k zrušení feudálního systému a spojenectví Mongolska s komunistickým Ruskem. Za trvání Mongolské lidové republiky (1924 – 1992) byl znárodněn majetek, ničeny buddhistické chrámy a perzekuováni „nepřátelé lidu“.
5
V letech 1938 - 1945 bylo Mongolsko zapojeno do Sovětsko – Japonské hraniční války, která byla v podstatě rozhodnuta bitvou o Khalkin Gol roku 1939 (měla také zásadní vliv na průběh 2. Světové války). Mongolská lidová republika se rozpadla v roce 1990 a transformace v demokratický stát byla ukončena v roce 1992. 5.3 Přírodní podmínky Z hlediska přírodních podmínek je velká část státu tvořena náhodní plošinou s průměrnou nadmořskou výškou nad 1500 metrů nad mořem. Nejvyšším bodem je hora Chüjtun (4 374 m), nacházející se v Mongolském Altaji. Nejnižším místem je jezero Choch núr (532 m) v severovýchodní části země. Kromě Mongolského Altaje se v zemi rozkládají pohoří Východní Sajan, Changaj na severu a západě. Na jihu a východě je to Gobijský Altaj. Jihovýchod zaujímá poušť Gobi. Mezi horami na západě leží mnoho bezodtokých jezer, které tvoří tzv. Jezerní pánev. Patří mezi ně jezero Uvs núr, které je největší v zemi (3 350 km²), Char Ur núr, Chjargas núr a Ačit núr. Další velké jezero se nachází na severu – Chövsgöl núr (2 6220 km²). Celý sever Mongolska je protkán poměrně hustou říční sítí. Největší řeky jsou Orchon a Selena, odvádějící vodu do ruského jezera Bajkal. Východem protéká řeka Cherlen. V jižní oblasti se stálé vodní toky prakticky nenacházejí. V Mongolsku jsou značně rozšířeny sedimentární, přeměněné horniny. Dále jsou zde zastoupeny vulkanické a plutonické asociace alkalických a vápenato – alkalických sérií. Ty se nacházejí hlavně v poklesových strukturách podél planetárních švů a masivních hlubinných zlomových zón.
6
6 Tvorba podkladového rastru 6.1 Aplikace GIMP 2.2 GIMP neboli GNU Image Manipulation Program je freeware aplikace určená k práci s rastrovými daty. Je použitelný pro prosté malování, i pro úpravu digitálních fotografií na profesionální úrovni. 6.2 Skenování podkladu Jak již bylo řečeno pro snímání atlasu byl použit školní skener (hp Scanjet 4600) a freeware program (Irfan View), volně stažitelný na internetu. Pro vytvoření geologické mapy bylo pořízeno osm snímků. Ty se musely částečně překrývat, aby tak bylo možné jejich zpětné spojení. Jelikož nebylo možné zajistit přesnou kolmost respektive vodorovnost, vznikly v jejich vzájemné poloze odchylky, které bylo nutno odstranit. Pro dosažení maximální přesnosti barev bylo nutno nastavit vždy stejné parametry skeneru. Pro vytvoření kvalitního snímku se ukázalo dostatečné nastavení 256 barev 8 bit, 300 dpi s konstantním přesvětlením plochy 205 jednotek. 6.3 Kompletace snímků Jednotlivé snímky bylo třeba upravit tak, aby se zmenšila jejich velikost a tím i usnadnila a zrychlila práce s nimi. Větší rastrové soubory jsou totiž značně náročné na kapacitu RAM paměti. Toto bylo provedeno pomocí nástroje Ořez obrázku nebo nastavení rozměrů plátna. Některé časti bylo také nutno otočit. Byly totiž přetočeny vůči původní poloze o 90˚. Tato změna vznikla díky poloze scanneru vůči atlasu při jejich snímání. Operace se provedla nástrojem Rotace vrstvy nebo výběru. Následná kompletace jednotlivých částí spočívala v přenesení jedné vrstvy tzv. plovoucí nad vrstvu druhou. Pak byla snížená její průhlednost a v dostatečném zvětšení byly slícovány. Jak již bylo uvedeno, nebyly vrstvy v přesně kolmé poloze. Proto byly pootočeny a částečně zkoseny nástroji Rotace vrstvy a nebo výběru a Změna perspektivy vrstvy nebo výběru. I poté se vyskytovaly drobné odchylky, ty jsou však vzhledem k měřítku celého rastru zanedbatelné. Nejproblémovější částí byl střed atlasu (viz Obrázek 2.). Stránky, respektive mapa byla posunuta o 1 – 2 mm a mezera mezi potiskem byla 7mm.. Proto musely být snímky této častí upraveny před samotnou kompletací. Byly oříznuty přesně podle hrany konce tisku, pak byla tato část oříznuta a znovu spojena s druhou polovinou.
7
Obr.2. – Ukázka středové části atlasu Následně byla průhlednost plovoucí vrstvy zvětšena zpět na 100% a byla ukotvena k podkladové vrstvě. Tímto způsobem byly spojeny všechny části do jediného rastrového souboru o velikosti 32MB.
Obr.3. – Konečná podoba rastrového podkladu
8
7. ESRI a aplikace ArcGIS Desktop 9.2 Společnost ESRI, Inc. vznikla v Kalifornii v roce 1969 a původně se jednalo o konzultační skupinu. V sedmdesátých letech dvacátého století se začala specializovat na vývoj principů GIS a jejich využití. V osmdesátých letech minulého století se firma plně začala soustředit na vývoj software a v roce 1981 uvedla na trh první GIS ArcInfo. Z něj byl v roce 1986 vyvinut model pro stolní počítače PC ARC/INFO. V roce 1990 vydala firma ESRI produkt s názvem ArcView GIS, kterého se prodalo přes 300 000 kopií. V následujících letech uvedla firma na trh produkty SDE (pro správu prostorových dat), ArcInfo pro Windows NT, MapObjects, DAK a ArcExplorer (pro prohlížení geografických dat). Roku 1999 vydala ESRI ArcIMS, což byl první software schopný integrovat lokální data v prostředí internetu. Posledním produktem byl ArcGIS 9 Desktop, v současné době je k dispozici veze ArcGIS 9.2. Program ArcGIS 9 byl vytvořen firmou ESRI a uveden na trh v roce 2004. Uživatelské rozhraní tohoto software se skládá ze čtyř propojených aplikací: ArcMap, ArcCatalog, ModelBuilder a ArcToolbox. ArcMap umožňuje provádět operace potřebné pro kartografii, prostorové analýzy a editaci. ArcCatalog je určený ke správě GIS dat, např.: mapy,glóby a modely. ArcToolbox je sada nástrojů pro zpracování prostorových dat, jejich správu a konverzi. Všechny práce nutné k vytvoření digitální mapy byly provedeny v aplikaci ESRI ArcGIS Desktop 9.2 – ArcMap.
9
8. Georeferencování 8.1 Pojem georeferencování Pod pojmem georeferencování se rozumí připojení rastrového obrazu do souřadného systému. Publikace Co je ArcGIS definuje georeferencování jako: „Přiřazení geodetických souřadnic rastrové datové sadě (např. snímku nebo skenované mapě). Georeferencování umožňuje zobrazovat a analyzovat rastrová data společně a dalšími geografickými daty.“ MITCHELL, A. -- BOOTH, B. ArcGIS 9. Co je ArcGIS? [překlad anglického manuálu]. Redland: ESRI, 2005. 125 s. ISBN 1-58948-132-1, strana 118. 8.2 Souřadný systém WGS 84 Jedná se o globální souřadný systém. Počátek toho systému je ve středu gravitačního pole Země a referenční poledník je shodný s nultým poledníkem. Používá elipsoid WGS 1984 a zobrazení UTM (Universal transverse mercator), což je konformní válcové zobrazení. Osa je totožná se zemskou osou, osa X je dána průsečíkem referenčního poledníku a rovinou rovníku. Osa Y je kolmá na osu X. 8.3 Georeferencování rastrového podkladu Hlavním problémem při georeferencování podkladového rastru byl fakt, že samotný atlas nebyl k žádnému souřadnému systému vztažen. Vzhledem k tomu, vznikly poměrně velké odchylky vůči datové vrstvě World Map, která je součástí ArcMapu. Tato vrstva obsahuje hranice všech států, eventuelně jejich vnitřního členění, města, vodní plochy a toky, obydlené oblasti a hlavní rovnoběžky, rovník a hranice polárních kruhů. Tyto údaje jsou poskytovány v závislosti na dostupnosti geografických dat z jednotlivých států. Z tohoto důvodu například v Mongolsku zcela chyběla říční síť, vodní plochy a další důležité atributy vhodné k použití při georeferencování.. Samotné georeferencování bylo prováděno nástrojem Georeferencing. Princip spočívá v označení určitého bodu v rastru a jeho protějšku ve vrstvě World Map. Jednalo se o body snadno identifikovatelné, jako je styk hranice státu a hranice jednotlivých regionu. Tímto způsobem bylo označeno sedmnáct bodů. Pro zpřesnění bylo označeno dalších patnáct vnějších bodů, které nebyly jednoznačně určitelné jako předešlé body. Byly to zejména výrazné výběžky státních hranic a v několika případech i řek, které končily přesně na hranici Mongolska. Obdobným způsobem bylo přiřazeno devatenáct vnitřních bodů. Jednalo se o styk hranic hlavních regionů, kterých je dvacet jedna. Tři z nich se týkají měst. Celkově bylo tedy označeno padesát jedena bodů. Pak byla tato data rektifikována, aby bylo možné je použít i v jiném programu, než je ArcGIS. Při georefernecování byla data také transformována polynomem třetího řádu. Tím bylo dosaženo dalšího zmenšení odchylky rastru vůči vrstvě World Map.
10
9. Digitalizace linií 9.1 Editace linií v modulu ArcMap Prvním krokem při editaci linií v programu ArcMap bylo vytvoření samostatného souboru, takzvaného shapefile. Ten musí být umístěn ve stejném adresáři, ve kterém jsou všechna ostatní data. Tento byl vytvořen pomocí aplikace ArcCatalog (viz výše). Při jeho tvorbě je nutno zadat název nové vrstvy, nadefinovat typ nové vrstvy, tedy jedná – li se o linie, body nebo plochy. V tomto případě tedy linie (polyline). Pak pomocí funkce Edit určit souřadný systém. Ten musí být shodný se souřadným systémem, ve kterém jsou georeferencována data. V tomto případě tedy WGS 84. Po vytvoření tohoto souboru, musí být přidán do zpracovávané mapy. To se provede pomocí nástroje Add data. Po spuštěni tohoto nástroje stačí v nabídce najít nově vytvořený shapefile, označit jej a potvrdit jeho připojení. Samotná editace linií byla provedena pomocí nástroje Editor. Po spuštění editace (Start edit), pomocí Sketch tool musí být označeny jednotlivé linie v lomových bodech, tak, aby byly uzavřeny. V průběhu editace je vhodné provést zálohování nástrojem Save edit. Ukončení se provede potvrzením možnosti Stop Editing. 9.2 Vlastní digitalizace linií Digitalizace byla provedena podle výše uvedeného postupu, jelikož součástí mapy jsou i geologické zlomy, bylo nutno vytvořit dva soubory shapefile. První má název zlomy a sloužil k naeditování právě těchto zlomů do digitální mapy. Po konzultaci s Ing.Kynickým byla nastavena černá barva, která se standardně používá pro znační takovýchto zlomů. Tloušťka linie je dva body. Před samotnou digitalizací bylo nejprve nutno nastavit přichycování linií, neboli Snapping. Tato funkce zabraňuje tvorbu nežádoucích volných konců a křížení linií v případě, kdy sebe mají navazovat. Pro tento případ bylo zvoleno uchycení na hranu, konec a na uzel linií ve vrstvě zlomy. Vzhledem k velikosti zpracovávaného území, bylo postupováno podle jednotlivých regionů. Při tvorbě linií, které reprezentují hranice jednotlivých geologických celků byl postup obdobný. Nejprve bylo nutno pomocí ArcCatalogu vytvořit nový Shapefile nazvaný linie. Pro snadnou identifikaci a zvýraznění byla použita svítivá zelená barva. Tloušťka linií je jeden a půl bodu. I u této vrstvy bylo nutno nastavit chytání. Nastavení této vlastnosti musí být provedeno pro každou takovouto vrstvu samostatně. Při nastavování chytání byla označena vrstva linie a vrstva státních hranic (Country boundaries) z vrstvy World Map. Postup práce při tvorbě linií tvořící hranice jednotlivých geologických celků byl obdobný jako při editaci zlomů. Tato práce byla výrazně ztížena v okolí státních hranic. Jak bylo napsáno výše, při georeferencování vznikly v těchto oblastech odchylky mezi státní hranicí zobrazenou rastrovým podkladem a státní hranicí ve vrstvě World Map. Tyto nesrovnalosti byly při zvětšení, které muselo být poměrně velké, aby byly linie digitalizovány co nejpřesněji, dobře patrné. V těchto částech mapy se musely jednotlivé linie interpolovat. Celá digitalizace linií byla náročná časově, zabrala zhruba čtyřicet hodin čistého času a vzhledem k velikosti a množství jednotlivých částí také vyžadovala vysokou míru soustředění.
11
Obr.4. – Ukázka digitalizace linií Na Obr.4 je ukázka konečné digitalizace linií. Zelené linky jsou hranice geologických oblastí, černé značí geologické zlomy.
12
10. Digitalizace ploch 10.1 Tvorba shapefile a topologie Tvorba ploch byla v některých částech shodná s tvorbou linií. Bylo nutno vytvořit shapefile, který byl připojen k patřičnému souřadnému systému (WGS 84). V tomto případě se však jednalo o typ plocha neboli polygon. Tato vrstva byla pojmenována plochy. Následně byla tato vrstva vložena do zpracovávané mapy v aplikaci ArcMap. Před samotnou editací ploch bylo nutno určit vzájemnou topologii linií a ploch jimi určených. 10.1.1 Pojem topologie a její určení v ArcMap Topologie je nemetrická geometrie, která řeší otázky vzájemné polohy geometrických obrazců. Toto se provedlo pomocí nástroje Editor. V jeho základní nabídce lze vybrat možnost More editing tools a v nich funkci Topology. Tím se zobrazila nástrojová lišta. Poté byla spuštěna editace, jako cílová vrstva označena plochy a nástrojem Edit tool byl označen výřez, který obsahoval celou zpracovávanou oblast. Následně byla určena topologie pomocí funkce Construct features, která se nachází na nástrojové liště Topology a editace byla uložena. Tím byly určeny vzájemné polohové vztahy linií a ploch. 10.2 Editace ploch Před editováním ploch bylo třeba v atributové tabulce vytvořit nové pole pro zadávání atributů. Atributová tabulka se otevře v menu, které zobrazí po kliknutí pravým tlačítkem myši na název patřičné vrstvy, v tomto případě vrstvy plochy. Zde se nachází nabídka Open attribute table. Poté co se zobrazila atributová tabulka se nové pole přidalo pomocí kliknutí na Options a Add field a zadat název nového pole a jeho typ (Geo_plochy, text, délka řetězce 20 znaků). Samotná editace ploch se prováděla pomocí nástroje Edit tool. Tím se označily polygony, kterým měl být přiřazen stejný atribut. V atributové tabulce pak byla vybrána možnost Selected, která zobrazila jen vybrané polygony a do vytvořeného pole zapsat novou hodnotu. Pro rychlejší postup stačilo vypsat jen první řádek, zkopírovat ho příkazem Ctrl+C a postupně vkládat do dalších řádků příkazem Ctrl+V. Pro urychlení práce byly polygonům přiděleny jen kódy tvořené arabskou a římskou číslicí. Jejich význam je popsán v kapitole 11. Tvorba legendy. Jakmile byly tyto atributy přiřazeny všem polygonům, bylo možno pomocí Properties vrstvy plochy přiřadit barvy. V záložce Symbolgy byla vybrána možnost Categories a v nabídce Value filed název pole, které bylo přidáno do atributové tabulky (Geo_plochy). Pak se tlačítkem Add all values do tabulky zobrazily všechny typy ploch, které byly předtím vytvořeny. Stav před doplněním barev a symbolů viz. Obr.5.
13
Obr.5. – Kódování polygonů Poté bylo nutné přiřadit jednotlivým kódům barvy. Plochy s kódem začínající stejnou arabskou číslicí měly stejnou barvu a lišili se v symbolech určených arabskou číslicí. Barvu lze nastavit pro několik ploch naráz. V Properties se pomocí klávesy Shift označili všechny plochy začínající stejnou arabskou číslicí, pak se na ně kliklo pravým tlačítkem myši a v zobrazeném menu se vybrala možnost Properties for Selected Symbol(s). Obdobně se nastavily symboly zobrazené nad výplní ploch, jen bylo nutno postupovat jednotlivě. Po kliknutí na symbol plochy se otevřelo menu, v němž byla vybrána možnost Properties, přidána vrstva a nastavena jako Marker Fill Symbol. Po kliknutí na tlačítko Marker se otevřelo další menu, ve kterém byl vybrán symbol odpovídající co nejvíce symbolům v atlase a nastavena jeho velikost (pět bodů). Dále byla nastavena jeho barva a jejich rozmístění ve vrstvě a odsazení (Offset). Rozmístění může být dvojího typu rovnoměrné (Grid) nebo nahodilé (Random). Bylo použito rovnoměrné rozmístění s rozestupy osm bodů. Rozestupy se nastavují v záložce Fill properties možnost Separation. Zde se také nastavuje odsazení, čímž bylo dosaženo toho, že se symboly zobrazily v legendě zhruba uprostřed symbolu barvy. Jelikož symboly byly různých tvarů, bylo odsazení vždy jiné. Tímto způsobem byly vytvořeny všechny plochy na mapě. Konečný výsledek viz. Obr.6. Poté bylo možno odstranit rastrový podklad, který značně zatěžoval paměť počítače. Dále byla odstraněna vrstva linie, protože její zobrazení znepřehledňovalo samotnou mapu a hranice jednotlivých masívů jsou patrné i bez ní.
Obr.6. – Konečná digitalizace ploch 14
Tím byla dokončena digitalizace geologických celků a bylo možno připravit mapu k tisku. Elektronická podoba mapy umožňuje její další zpracování a nastavení vizualizace dle potřeb uživatele.
15
11. Tvorba legendy a příprava k tisku 11.1 Překlad analogové legendy Součástí snímků pořízených při snímání atlasu byly i ty, na kterých je zobrazena jeho legenda. Tu bylo nutno přeložit z mongolštiny do češtiny, což se ukázalo poměrně problémovým úkolem.Původně byla na popud Ing.Kynického navázána spolupráce s Uondon Majigsuren z Ulánbátarské technické university. Té jsem e-mailem poslal nasnímanou legendu, s žádostí o přeložení. Technické vybavení její university však neumožnilo otevření těchto souborů. Po několika bezvýsledných pokusech, při kterých byly snímky komprimovány různými způsoby jsem o překlad požádal Ing.Kynického. 11.2 Zpracování legendy Samotná legenda má dvě, respektive tři části. První je systematika hornin dle jejich stáří. Tato část zahrnuje padesát typů kombinací hornin. Ty jsou značeny v atlase barevně a písemně (viz. Obr.7.).
Obr.7. – Ukázka analogové legendy 1 Toto barevné schéma bylo zachováno dle možností i v digitální podobě. Druhá část je systematika magmatických hornin. Ty jsou rovněž značeny barevně a písemně. Jedná se o pět typů hornin. Třetí část legendy zahrnuje symboly, které jsou zobrazeny nad barevným schématem (viz. Obr.8). Určuje tři třídy hornin. Horniny hlubinné, výlevné a sedimentární. Toto dělení celkově zahrnuje čtrnáct typů hornin, jejich asociací a sérií.
16
Obr.8. – Ukázka analogové legendy 2 Prvních padesát pět typů hornin (označených barvou) bylo označeno arabskou číslicí od 1 – 55 a zbývajících čtrnáct číslicí římskou. Jejich kombinace pak byly zapisovány do atributové tabulky (viz. výše). V konečném řešení se ukázalo nejlepší nenahrazovat tyto kódy přeloženým textem a ponechat je jako popisky u jednotlivých ploch. Místo toho se k legendě vložil textový dokument s překladem. Popisky (Label) byly pro export mapy vypnuty, ale v při práci s elektronickou mapou je lze kdykoliv zapnout. 11.3 Export mapy Pro přípravu k tisku je nutné přepnout do zobrazení layout, kde je možno nastavit formát papíru, vložit legendu, směrová růžice a další atributy náležející k mapě. Formát papíru, jeho otočení a další vlastnosti se zobrazí v menu File, Page and Print Setup. Vzhledem k velikosti výsledné mapy a legendy byla zvolen formát A1. Dále byla zatržena možnost Landscape, čímž se papír otočil na šířku. V menu Insert se postupně vložila směrová růžice (North Arrow), nadpis (Title), legenda (Legend), měřítko (Scale bar a Scale text) a textový dokument, obsahující překlad legendy. Ten se vložil jako Object. Jelikož se jedná o dvě stránky textu, bylo nutno tuto operaci provést dvakrát. Při vkládání legendy bylo nutné nastavit počet sloupců, ve kterých bude zobrazena (15) a velikost jednotlivých polí. Poté co byly všechny tyto části vloženy, bylo měřítko mapy nastaveno 1 : 5 000 000. Tím mapa dostala svoji finální velikost a její ostatní části mohly být rozmístěny pod a nad ni. Nadpis se umístil nad mapu, kde se automaticky vystředil. Měřítko vzdálenosti bylo zmenšeno tak, aby nejmenší jednotka byla sto kilometrů a spolu s měřítkem mapy a směrovou růžicí umístilo pod pravý dolní roh mapy. Překlad legendy byl situován do levé spodní časti a vedle něj samotná legenda. Posledním krokem před exportem mapy bylo vložení textového pole obsahující tiráž. Textové pole se vkládá ve stejném menu jako všechny předchozí části. Samotný export mapy se provede v menu File, Export map. Zde se pouze nastaví cílový adresář, název souboru, jeho formát a rozlišení. Standardně se používá formát TIFF,
17
s rozlišením 300dpi. Posledním krokem je kliknutí na tlačítko Uložit. Vzhledem k velikosti výsledného souboru je tato operace celkem zdlouhavá. Tímto byl ukončen export mapy a tím i její tvorba.
18
12. Diskuze Při tvorbě této bakalářské práce jsem postupoval podle požadavků na výsledný produkt, technických možností a dostupnosti informací. Výsledkem je mapa, která splňuje cíl práce uvedený na začátku. Je tedy vhodná k pracím v terénu, je aktualizovatelná a je možné ji v případě potřeby vytisknout. Během práce na ní jsem použil Národní atlas Mongolské lidové republiky, skener hp Scanjet 4600, freeware Irfan View, GIMP 2.2 a aplikace ESRI ArcGIS Desktop 9.2 - moduly ArcMap a ArcCatalog. Použití jednotlivého hardware a software bylo dáno především jeho dostupností. Co se týče skeneru, snažil jsem se zajistit takový, který by umožnil snímání celého atlasu, ale jak jsem uvedl výše, nebylo to možné. Řešení naskenování atlasu stolním skenerem by se mohlo jevit jako řešení náhradní, ale z praktického hlediska se ukázalo nejschůdnějším. Navíc mi umožnilo seznámit se s programem GIMP 2.2, který by jinak asi unikl mé pozornosti. Jeho největší výhodu vidím v tom, že je tak říkajíc „user friendly“. Stejného a možná lepšího efektu při kompletaci jednotlivých snímků by pravděpodobně dalo dosáhnout třeba v programu COREL Draw, ale z vlastní zkušenosti vím, že jeho zvládnutí může být časově náročné. Navíc program GIMP je freeware a lze ho tedy volně stáhnout z internetu. Aplikaci ArcGIS Desktop 9.2 jsem zvolil ze dvou důvodů. Prvním je její všestrannost a vhodnost pro práce, které jsem prováděl. Druhý je ten, že jsem s tímto programem byl blíže seznámen v rámci volitelného předmětu. Samotná digitalizace mapy probíhala dle možností daných tímto software a myslím, že na jejich posloupnosti se nedá změnit nic významného. Georeferencování jsem prováděl s maximální přesností, která byla dána velikostí pixelu v rastrovém podkladu. Při příliš velkém přiblížení se styk jednotlivých hranic rozmazával, takže přiřazování těchto bodů je zatíženo, dle mého názoru těžko odstranitelnou chybou, která však v celkovém měřítku nemá příliš velký význam. Při digitalizaci linií jsem byl postaven před obdobný problém. Logické by bylo použít největší rozumné přiblížení. Jak už jsem uvedl na závěr kapitoly 10. Digitalizace ploch, je práce s rastrem této velkosti a rozlišení náročná na operační paměť počítače. Z toho důvodu načítání jednotlivých částí zabere poměrně velké množství času. Zvláště pokud jej porovnám s časem nutným k samotnému provedení jednotlivých „kliků“. Volil jsem tedy kompromis, kdy jsem mohl značně přesně digitalizovat linie, ale nebyl jsem nucen strávit více času čekáním, než bylo nezbytně nutné. Za předpokladu výkonnějšího počítače, nebo menšího rastru, respektive zpracovávaného území bych pravděpodobně dosáhl lepšího výsledku. Práce s polygony pro mě byla zajímavá z toho hlediska, že jsem se naučil nové postupy přiřazování atributů. Ty mi při vyhledávání a opravě polygonů, které jsem napoprvé přehlédl ušetřili dost času a námahy. Samotné zapisování do atributové tabulky je časově náročné, zvláště při počtu polygonů v řádu několika tisíců a množství kombinací, které jsou dány barevným schématem a symboly jednotlivých hornin. Dokončení mapy zahrnující vytvoření náhledu a její export pro tisk bylo poměrně snadné a jednalo se spíše o dodržení několika standardů.
19
13. Závěr Závěrem mohu říci, že výsledná mapa je vhodná pro použití v praxi a splnila tedy cíle, které byly stanoveny. Její tvorba byla časově a psychicky náročná, ale vzhledem k objemu nových poznatků a zkušeností, které jsem získal, byla vložená energie více než adekvátně.
20
14. Summary This bachelor work was made in cooperation with Department of geology and pedology Mendel University of Agriculture and Forestry in Brno. It is dedicated for terrain use in Mongolia project, wich is running till 2016. First step was gathring analog data from National Atlas of the Mongolian People’s Republic and scanning them with hp Scanjet 4600. After that a GIMP 2.2 aplication was used to attached scans togather to create final rastr. GIMP 2.2 is freeweare and it could be downloaded from internet. Digitazing were done by ArcMap aplication, with using icluded layer World Map. First the rastr image was added a georeferenced with World Map layer. By using Arc Catalog was created shapefile linie (with atribut polyline) and also added into the project. By editing polylines upon image were created layer, wich is containig borders of geological massives. In the Arc Catalog was made another shapefile, called plochy (polygone) and added into project. After that was necessary to create a toplogy. By Edit tool was marked area including image and clicked on Construct feature button.When the toplogy was complete, it was possible edit polygones using Edit tool a Atribut table. The color scheme was almost same as in the analog atlas. After all this the last step was to create a key and prepare the map for printing.
21
Použitá literatura a prameny MITCHELL, A. -- BOOTH, B. ArcGIS 9. Co je ArcGIS? [překlad anglického manuálu]. Redland: ESRI, 2005. 125 s. ISBN 1-58948-132-1 Národní atlas Mongolské lidové repubilky, hlavní redaktor D. Doržgotov, vydalo nakladatelství Gzzueg Erdem v roce 1988 http://mapserver.mendelu.cz/wiki/index.php/ArcGIS http://en.wikipedia.org/wiki/Mongolia
22
