GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ

JAROSLAV SMUTNÝ

GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY MODUL CN02

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

© Jaroslav Smutný, Brno 2007

OBSAH 1 Úvod .............................................................................................................. 4 1.1 Cíle ....................................................................................................... 4 1.2 Požadované znalosti ............................................................................. 4 1.3 Doba potřebná ke studiu....................................................................... 5 1.4 Klíčová slova ........................................................................................ 5 2 Úvod do GIS ................................................................................................. 6 2.1 Seznam oblastí, v kterých se dá GIS využít ......................................... 7 2.2 Definice GIS......................................................................................... 9 2.3 Prostorová data ................................................................................... 11 2.4 Geografické prvky .............................................................................. 13 2.5 Geometrický popis geoprvku ............................................................. 14 3 Datové modely ............................................................................................ 32 3.1 Sestavování datových modelů ............................................................ 32 3.2 Klasické datové modely ..................................................................... 34 3.3 Rastrový datový model....................................................................... 35 3.4 Vektorový datový model .................................................................... 37 3.5 Nespojené modely .............................................................................. 39 3.6 Topologický model............................................................................. 40 3.7 Tématická složka vektorového modelu .............................................. 41 3.8 Časová složka vektorového modelu ................................................... 43 3.9 Hybridní datový model....................................................................... 43 3.10 Objektově orientované datové modely............................................... 44 4 Struktura aplikace GIS ............................................................................. 46 4.1 Úvodní studie...................................................................................... 47 4.2 Vývoj logického datového modelu..................................................... 48 4.3 Sběr dat............................................................................................... 48 4.4 Správa dat ........................................................................................... 50 4.5 Analýzy nad daty................................................................................ 51 4.5.1 Dotazování a prostorové analýzy ......................................... 51 4.5.2 Dotazy na mapové objekty a tabulky atributů...................... 51 4.6 Prostorové dotazy ............................................................................... 52 4.7 Prezentace dat..................................................................................... 58 4.8 Finanční náklady na GIS .................................................................... 58 4.8.1 Hardware pro GIS ................................................................ 59 4.8.2 Software pro GIS.................................................................. 60 5 Případové studie......................................................................................... 69 5.1 Geografický informační systém liniových staveb .............................. 69 5.1.1 Využití GIS pro vedení silničního a dálničního pasportu .... 69 5.1.2 Vedení tramvajového pasportu prostředky GIS ................... 73 5.2 Využití GIS při vedení územně plánovací dokumentace ................... 78 5.2.1 Podklady pro tvorbu ÚPD .................................................... 79

2

6

7 8

9

5.2.2 Navržená struktura informačního systému ÚPD ..................80 5.3 Zhodnocení..........................................................................................94 Modelování nad GIS...................................................................................94 6.1 Základy optimalizace na síťovém grafu..............................................95 6.2 Ford-Fulkersonův algoritmus pro minimální cestu v síti....................98 6.3 Řešení Úlohy obchodního cestujícího...............................................101 6.4 Řešení problému obchodního cestujícího metodou Kohonenovy neuronové sítě ...................................................................................104 Trendy vývoje GIS ...................................................................................106 Úvod do práce s produkty firmy ESRI...................................................107 8.1 ArcGIS ..............................................................................................107 8.2 ArcExplorer.......................................................................................110 Závěr ..........................................................................................................117 9.1 Doporučení pro tvorbu GIS...............................................................117 Shrnutí ........................................................................................................119 Studijní prameny ........................................................................................119 Seznam použité literatury..................................................................119 Odkazy na další studijní zdroje a prameny .......................................121 Kontrolní otázky ...............................................................................121

3

1 1.1

Úvod Cíle

Materiál je určen pro všechny zájemce, kteří se chtějí seznámit s problematikou GIS a v rámci své odbornosti tyto systémy využívat a rozvíjet. GIS znamená technologii ve zpracování dat, vyžaduje tedy změny v myšlení širší technické veřejnosti. Důsledky využití pro zvyšování produktivity práce v mnoha oborech lidské činnosti lze dnes jen tušit, bezpochyby však budou velmi významné. Záměrem předloženého materiálu je v celé šíři nastínit možnosti a různorodost této moderní informační technologie. Cílem je seznámení čitatelů se současným stavem v oblasti geografických informačních systémů. Poznamenejme jen, že tyto kapitoly vznikly za velké podpory pracovníků příslušných firem a společností, kteří se na nich podíleli zejména předáním svých zkušeností a zapůjčením firemních a propagačních materiálů. Za to jim patří poděkování. Je nutné konstatovat, že v podvědomí širší technické veřejnosti jsou GISy systémem zejména pro správu geografických dat. Lze se však domnívat, že evidenční stránka problému je pouze nutným základem. Dle názoru autora síla GISů je zejména ve využití dobře zorganizovaných dat k modelování různých problémů a situací. Jak již je patrné z popisu některých konkrétních programů na zpracování GIS, tento trend nabývá na intenzitě. Z těchto důvodů v dalších kapitolách skript jsou popsány vybrané matematické metody, pomocí nichž lze modelovat určité mezní a kritické situace. Jde zejména o některé optimalizační a strategické modely založené na teorii operačního výzkumu, zejména pak analýzy realizované na síťovém grafu. V dalším textu jsou pak filozofickým způsobem prezentovány alternativní metody založené na některých moderních trendech naší doby. Je samozřejmé, že rozsah skript neumožňuje detailně se věnovat všem těmto metodám. Záměrem je spíše upoutat čitatelovu pozornost a informovat ho formou zjednodušeného matematického popisu o existenci a možnosti využití těchto metod nad platformou GIS. Přesto se lze domnívat, že i čitatel, který se nikdy s obdobnou problematikou nesetkal, se po přečtení těchto skript náležitě v dané problematice zorientuje a své znalosti dále rozšíří studiem dalších materiálů. Lze doufat, že skripta se stanou zdrojem inspirace pro novou generaci odborníků, jejichž úkolem bude hromadné zavádění nových metod v praxi.

1.2

Požadované znalosti

V této kapitol se seznámíte se základními pojmy. Není bezpodmínečně nutné je umět beze zbytku vysvětlit. Je však naprosto nutné, abyste pojmy pochopili. Bude to potřeba nejen pro další probíranou látku, ale i pro vaše vyjadřování k dané problematice.

4

1.3

Doba potřebná ke studiu

Ke studiu jsou zapotřebí kolem 15-20 hodiny. Není vhodné, číst všechny pojmy současně, to by bylo náročné na vstřebání. Doporučujeme tedy studovat tento materiál po menších částech ve více časových jednotkách. Jednotlivé pojmy jsou mezi sebou provázány a tak je nutné, abyste vždy přečetli i příslušné odkazy. Vzhledem k tomu, že se jedná o základní pojmy, budete se asi v průběhu studia dalších kapitol k této kapitole vracet.

1.4

Klíčová slova

geoprvek, mapa, datový model, geografické informační systém, síťový graf

5

2

Úvod do GIS

Informační technologie je uznávaná jako jeden z nejvýznamnějších inovačních faktorů současnosti. Zachytit trendy v informatice, aplikovat je do různých oborů vyžaduje prostředí, které je přizpůsobeno k implementaci. Některé aplikace jsou přístupné širokým skupinám uživatelů, jiné jsou podmíněny dostupností věcných, znalostních a finančních prostředků. Jedna z informačních technologií, která vyžaduje sofistikovaný přístup, jsou geografické informační systémy (GIS). Vývoj geografických informačních systémů v dnešním pojetí začal prakticky na počátku 60. let, kdy se formovaly první týmy odborníků z různých vědních oborů, snažících se využít výpočetní techniku k integraci dat z rozličných zdrojů, k jejich společné analýze a k prezentaci výsledků v takové podobě, aby je bylo možné použít jako podklad k rozhodování. Za první skutečně funkční geografický informační systém je považován „The Canadian Geographic Information System (CGIS)“, implementovaný v letech 1966-71. Dodnes se jedná o jednu z největších aplikací geografických informačních systémů, žádná jiná zatím nepokryla obdobně rozsáhlou oblast na tak detailní úrovni. CGIS dnes zahrnuje asi 10 000 digitálních map zachycujících rozložení více než stovky různých údajů. Pokud budeme trvat na tom, že GIS musí umožňovat provádění prostorových analýz dat, pak tato aplikace představovala na dlouhou dobu i jediný plnohodnotný geografický informační systém. V následujícím období dochází k rozvoji především počítačových mapovacích systémů, které jsou určené především k ukládání a manipulaci s prostorovými daty s cílem generovat jejich grafickou reprezentaci v podobě map, dosahujících co nejvyšší kartografické přesnosti a vizuální kvality. Hlavní nevýhodou těchto systémů je, že ač shromažďují velké objemy prostorových dat, nejsou schopné s nimi provádět jakékoliv hlubší analýzy. Poněkud v ústraní v tomto období stojí druhý směr vývoje, který klade důraz především na prostorovou analýzu. Teprve na počátku 80. let se objevují nové programové systémy, určené pro zpracovávání geografických dat, včetně jejich prostorových analýz a umožňující široké uplatnění geografických informačních systémů. K nejznámějším patří ARC/INFO firmy ESRI. Ještě před nedávnou dobou nebyly v našich zemích GIS technologie velmi rozšířeny, výkonná výpočetní technika a sofistikovaný software byly nedostupné. Prudká změna nastala na počátku 90 let v období ekonomické transformace, zlepšila se dostupnost ke špičkovým technologiím. To však neznamená, že samotné pořízení špičkových produktů zajistí jejich efektivní využití v širokém spektru aplikací na ekonomické problémy. Zatímco technické disciplíny, například v síťových odvětvích technické infrastruktury, zachytily poměrně rychle trend aplikací GIS technologií, ekonomické systémy jsou „zatím“ v defenzívě. Omluvou je snad to, že topologické-geometrické operace, popis a vizualizace prostorových informačních systémů, prostorová analýza a modelování technických systémů jsou lépe přizpůsobeny technickému řešení nežli ekonomickým analýzám a tradičním ekonomickým teoriím. Většina aplikací v řídící praxi se v současné

6

době soustřeďuje na dokončení projektů prostorové pasportizace, evidence a na integraci GIS do podnikových informačních systémů. Podpora specializovaných firem na GIS technologie při zaškolování uživatelů je poměrně silná, významná a efektivní. Rozvíjí se i spolupráce se školami. Přechod z plošného nasazení výpočetní techniky a integrovaná řešení IS na časoprostorové rozhodovací procesy snad budou následovat v blízké budoucnosti. Pro realizaci záměru aplikace GIS je třeba splnit dvě hlavní podmínky. První zasahuje do teoretické oblasti a představuje integrování identifikovaných nosných problémů do modelových procedur GIS, druhá podmínka představuje volný přístup k datům ve vybraných oblastech. Zatímco prvou oblast lze pokrýt např. spoluprací s domácími a zahraničními vysokými školami a dalšími výzkumnými ústavy, které se zabývají analýzou vybraných rozhodovacích procesů, druhá oblast, která představuje spolupráci s praxí, je dosud málo rozvíjená. Dnešní GISy mají většinou k absolutní dokonalosti daleko. Jsou sice schopné zpracovávat prostorová data, ale na úrovni, která se zatím příliš nevzdálila úrovni ručního zpracování. Umožňují sice přístup k datům, ale nedávají k dispozici vhodné nástroje pro získání všech informací v datech obsažených. Uživatel musí GISu přesně zadat, co potřebuje. A to je čím dál obtížnější. Stále větší část reálného světa, ve kterém žijeme, je reprezentována prostřednictvím dat v masivních, dnes již často multimediálních databázích. V takové situaci je nereálné očekávat, že uživatel bude vědět přesně „CO“ má hledat, „KDE“ to má hledat a „KDY“ to má hledat. Jediným řešením této situace je vyvinout vhodné technologie, které by měly přetransformovat zdroje dat na potřebné informace a tyto informace pak dále efektivně využívat. Vytvoření takových technologií je úkolem blízké budoucnosti. Jeho splnění se však neobejde bez využití nejnovějších poznatků z oblasti umělé inteligence, paralelního zpracování dat, neuronových sítí a dalších.

2.1

Seznam oblastí, v kterých se dá GIS využít

Využití GIS systémů přichází v úvahu v celé řadě oblastí lidských činností. Uveďme si alespoň některé z těchto oblastí: •

Státní správa

Státní správa a samospráva je relativně velkou oblastí potenciální aplikace GISů. Všechny tradiční oblasti státní správy mohou tyto systémy používat pro řešení svých problémů. Běžné by bylo využití GISů pro potřeby územního plánování, evidence nemovitostí, vyměřování některých typů daní, evidencí a správu majetku, správu dopravní infrastruktury, veřejné městské dopravy, při organizaci požární a záchranné služby, policie apod. •

Územní plánování

Do GISu je možné vložit také mapy znázorňující rozčlenění města na zóny a dále mapy znázorňující existující územní plán. To může přinést celou řadu výhod. Pokud například hledáme údaje o určité parcele, stačí zadat její číslo, případně adresu a GIS poskytne údaje o tom, do které zóny je tato parcela 7

začleněna a jaké je do budoucna plánované její využití. Dále tato aplikace umožňuje vyhledávat vhodné parcely pro určitou činnost, jako například vyhledat všechny parcely, které jsou větší než zadaná velikost a je na nich plánován např. lehký průmysl. A v neposlední řadě může GIS sloužit jako velice silný podpůrný nástroj pro tvorbu územního plánu. •

Doprava

GIS může poskytovat celou řadu výhod i při řešení problémů z oblasti dopravy. Obvyklou oblastí aplikací může být plánování a údržba dopravní infrastruktury, nebo optimalizace městské hromadné dopravy, případně i dálkové přepravy, plánování přepravy nadměrných a nebezpečných nákladů. Do této oblasti lze také zahrnout zcela nové aplikace, směřující např. k navigaci vozidel pomocí systémů umístěných přímo ve vozidlech (tzv. AVL systémy - z angl. Automatic Vehicle Location). •

Správa zdrojů

Geografické informační systémy je možno s výhodou použít i pro správu přírodních zdrojů. Těmto aplikacím se říká „informační systémy pro správu zdrojů“ (angl. Ressource Management Information Systems - RMIS). Tyto systémy integrují různými metodami získané údaje o přírodních zdrojích a na základě jejich zpracování a analýzy poskytují podklady pro rozhodování správcům přírodních zdrojů. •

Záchranné služby

Dispečeři záchranných služeb jsou zodpovědní za včasnou a bezchybnou reakci na nouzové volání. Ke své práci využívají celou řadu podkladů, jako jsou papírové mapy, kartotéky, databáze, vlastní znalosti, v nichž jsou zaznamenány potřebné informace, jako jsou důležité adresy a telefonní čísla, adresy majitelů nemovitostí, registry nebezpečných látek. Geografický informační systém může významně pomoci při orientaci v těchto podkladech, získávání potřebných informací o místě události apod. Začít lze například tak, že po zavolání systém automaticky zobrazí dispečerovi mapu s vyznačením adresy volajícího (zjištěné na základě jeho telefonního čísla) a bezprostředního okolí tohoto místa. Zatímco dispečer přijímá hlášení a organizuje odeslání záchranné jednotky, může z mapy vyčíst další potřebné informace, například o místech s nebezpečnými látkami apod. Dále může GIS pomoci při navádění vozidel do místa neštěstí, a to ať už jednotek vyjíždějících z garáží, tak i jednotek rozmístěných v terénu (v případě policejních vozů). •

Maloobchod

GISy mohou sloužit pro výběr nejvhodnějších míst pro obchodní střediska. Do GISu jsou uložena demografická data, socioekonomická data o potenciálních zákaznících, údaje o potenciálních konkurenčních obchodech a mapa jízdních časů, z které lze stanovit velikost spádové oblasti. Na základě těchto údajů se pak provede vlastní výběr nejvhodnějších lokalit. GISy mohou být také využívány pro správu supermarketů (sledování a řízení rozmístění zařízení a zboží, sledování pohybu zákazníku po supermarketu), optimalizaci rozmístění skladovacích kapacit a pro optimalizaci jejich zásobovací sítě. •

Inženýrské sítě

8

Správci inženýrských sítí mohou patřit k největším uživatelům geografických informačních systémů. GISy lze použít jednak pro správu dat o sítích, jednak pro modelování reakcí sítí na změnu poptávky, na poruchy a nečekané události apod. •

Životní prostředí

Jedná se o historicky první oblast užití geografických informačních systémů. GISy lze zde použít pro potřeby inventarizace přírodních zdrojů, dále pro potřeby modelování přírodních procesů, jako je eroze půd, šíření znečistění nebo modelování šíření povodňové vlny v povodí řeky při náhlém přívalu dešťových srážek. •

Finance

V této oblasti může být GIS využíván obdobným způsobem jako v oblasti maloobchodu, tedy pro vyhledávání míst vhodných pro umístění nových poboček např. bank nebo pojišťoven. V oblasti pojišťovnictví lze například GIS využít pro vyhledávání oblastí se zvýšeným resp. sníženým pojišťovacím rizikem (oblasti ohrožené povodněmi, zemětřesením, svahovými sesuvy, zvýšeným výskytem požárů nebo vyšší kriminalitou, případně nehodovostí). K tomu jsou ale zapotřebí komplexní databáze obsahující jednak údaje o kriminalitě, nehodovosti, geologii, vývoji počasí, hodnotách nemovitostí apod. •

Správa daní

Tato aplikace využívá existence digitálních katastrálních map a na ně navázaných dat o nemovitostech. Z této digitální databáze, obsahující všechna potřebná data, lze vypočítávat daňové zatížení jednotlivých majitelů nemovitostí. Rovněž aktualizace a zpřístupnění těchto informací veřejnosti je velice efektivní. •

Archeologie

V oblasti archeologie může GIS například pomoci s vyhledáváním lokalit s potenciálním výskytem archeologických nálezů. Objevují se již aplikace, kdy autoři sestavili kriteria pro vyhledávání lokalit (orientace a velikost sklonu svahů, vzdálenost od řeky, poloha vůči jiným význačným bodům, apod.) a výsledkem analýzy bylo vykreslení mapy potenciálních archeologických nálezů. •

Armádní a bezpečnostní oblast

GIS se ve vojenské oblasti může využívat opět pro řešení celé řady úloh. Jedná se například o použití digitálních modelů terénu v leteckých simulátorech, leteckých navigačních systémech, zbraňových systémech , systémech velení a v systémech určených pro plánování akcí letectva.

2.2

Definice GIS

Pojem geografický informační systém (zkr. GIS, angl. Geographic Information System) je běžně používán pro označení počítačových systémů orientovaných na zpracovávání geografických dat, prezentovaných především

9

v podobě různých map. Jednoznačná a všeobecně přijatelná definice pojmu GIS v současné době stále ještě neexistuje. Většina definic, které byly doposud sestaveny (a jsou jich desítky), je silně poznamenána prostředím, z něhož jejich autoři pocházejí. Jednou z příčin této situace může být i skutečnost, že různí autoři definic vnímají tento pojem na odlišných úrovních. V zásadě lze rozlišit tři úrovně chápání pojmu GIS [40]: ¾ GIS jako software ¾ GIS jako konkrétní aplikace ¾

GIS jako informační technologie

Na první uvedené úrovni je pojem GIS stavěn naroveň programovým produktům pro budování GISů. Používání pojmu GIS v této souvislosti je nesprávné. O jakémkoliv programovém produktu lze přinejlepším prohlásit, zda je nebo není vhodný pro budování GISů. Nicméně je skutečností, že ani ten nejlepší programový produkt pro budování GISů nezaručuje, že s jeho pomocí vytvořenou aplikaci bude možné označit jako GIS. A naopak, i s pomocí programového produktu, o kterém (většinou především jeho konkurenti) prohlašují, že v žádném případě není GIS, je možné vytvořit aplikaci, která bude mít podstatné rysy GISu. Používání pojmu GIS v druhé rovině, tj. GIS jako konkrétní aplikace, je zcela oprávněné, a pojem GIS je zde možné poměrně snadno definovat. V odborné literatuře je možné najít mnoho různých definic. Za nejvhodnější lze považovat definici GISu takto [1, 15, 16]: „GIS je funkční celek vytvořený integrací technických a programových prostředků, dat, pracovních postupů, obsluhy, uživatelů a organizačního kontextu, zaměřený na sběr, ukládání, správu, analýzu, syntézu a presentaci prostorových dat pro potřeby popisu, analýzy, modelování a simulace okolního světa s cílem získat nové informace potřebné pro racionální správu a využívání tohoto světa.“

Obr. 2.1 Grafické znázornění GIS

10

Nejtěžší je definovat pojem GIS, uvažujeme-li tyto systémy za informační technologie. V podstatě by se mělo jednat o celkové prostředí, v němž vznikají aplikace GIS. Složkami tohoto prostředí by mohly být nezávislé národní organizace, digitální data, systém standardů, pravidelný výzkum, prostředek pro diskusi problémů, předávání zkušeností atd.

2.3

Prostorová data

Dříve než se začneme zabývat prostorovými daty, bude vhodné si vyjasnit rozdíl mezi pojmy data a informace, tak jak budou tyto pojmy chápány pro potřeby této práce. Hned na úvod je třeba zdůraznit, že hranice mezi těmito pojmy není jednoznačně daná. To, co je jednou považováno za data, může být příště vydáváno za informace a naopak. Obecně to, co vkládáme do databází GISu a co pomocí GISu zpracováváme, bude dále označováno pojmem data. Výsledky zpracování těchto dat GISem budeme označovat pojmem informace. Přitom je nutné si uvědomit, že to, co jednou získáme jako nové informace, může být ihned použito jako vstupní data pro další analýzy (Obr. 2.2).

Obr. 2.2 Tok dat a informací Případně je vztah mezi daty a informacemi definovat dle normy ČSN 36 9001. Definice zní: „Údaj (data) je obraz vlastností objektu, vhodně formalizovaný pro přenos, interpretaci nebo zpracování prostřednictvím lidí nebo automatů. Informace je význam, který člověk přisuzuje údajům (datům).“ V souvislosti s daty se dnes hojně používá i pojem metadata. Definice tohoto pojmu je relativně jednoduchá [2]: „Metadata jsou data, popisující obsah, reprezentaci, rozsah (prostorový i časový), prostorový referenční systém, kvalitu a administrativní, případně i obchodní aspekty využití digitálních dat.“ Jsou to tedy údaje, které potřebuji k tomu, aby byla popisovaná data použita odpovídajícím způsobem, tj. předešlo se jejich chybnému užití.

11

Jak již bylo zmíněno v definici GISu, geografické informační systémy pracují se zvláštním typem dat, a to daty prostorovými. Definic pojmu prostorová data existuje celá řada, např. v [15, 16] je uvedena následující: „Prostorová data jsou jakákoliv data, která obsahují formální polohovou referenci, např. odkaz na buňku rastru. Jedná se např. o data DPZ nebo mapy.“ V dalším textu budeme pracovat s následující definicí: „Prostorová data (angl. spatial data) jsou data, která se vztahují k určitým místům v prostoru, a pro která jsou na potřebné úrovni rozlišení známé lokalizace těchto míst.“ Např. pro geografická data, jako jeden z druhů prostorových dat, je známá geografická poloha místa na zemském povrchu nebo v jeho blízkém okolí, ke kterému se data vztahují a která je daná např. zeměpisnými souřadnicemi. Ostatní data, nespadající do této skupiny, tedy data, pro která není definovaná, nebo alespoň není na potřebné úrovni rozlišení známá, lokalizace v prostoru, označujeme jako neprostorová data. Hranice mezi prostorovými a neprostorovými daty není jednoznačná, je závislá nejen na přítomnosti údajů o prostorové lokalizaci, ale i na jejich úrovni rozlišení a požadavcích konkrétní aplikace. Ale pokud data neobsahují žádný (byť i nepřímý) údaj o lokalizaci a lokalizace nevyplývá ani z kontextu, pak takováto data jsou vždy neprostorová. Údaj, který zajišťuje vazbu dat na konkrétní místo v prostoru se nazývá georeference (v širším slova smyslu; angl. georeference). V ideálním případě touto georeferencí jsou přímo souřadnice na mapě, ale většinou se jedná o údaj, který zprostředkovává prostorovou lokalizaci nepřímo, jako je například adresa, číslo parcely, název státu, okresu, města, městské části apod. Jako synonymum pro prostorová data se často používá pojem geodata (angl. georeferenced data). Přesto, že tyto pojmy ve skutečnosti nemají zcela stejný význam (u geodat je prostor, v němž může být definována jejich poloha, redukován jen na zemské těleso a přilehlé okolí), budou i v této práci používány jako vzájemně zaměnitelné. Geografická data jsou definována různými způsoby. V [10] je uvedena následující definice: „Geografická data jsou data, která mohou být vztažena k místům (definovaným v rámci termínů bod, plocha, objem) na Zemi, především data o přírodních jevech, kulturních a lidských zdrojích.“ Geografická data mohou být rozdělena do dvou základních skupin [18]: ¾ základní data, která jsou nezbytná pro většinu aplikací GISů ¾ aplikačně závislá data, která jsou specifická pro konkrétní aplikaci Základní data mohou zahrnovat základní geodetické sítě pro stanovování geografické polohy, tematická data o místech přírodních objektů, jako jsou řeky, pobřeží a jezera, silnice, železnice, města, administrativní hranice na národní, regionální a lokální úrovni apod.

12

Aplikačně závislá data pokrývají všechny ostatní oblasti geografických dat, která mohou být použita v jednotlivých aplikacích. Jako příklad lze uvést socioekonomická data, data o přírodních zdrojích, případně i účelové verze základních dat (jako například středové linie silnic pro potřeby navigace vozidel). Základní data byla dlouhou dobu pořizována a šířena v analogové formě geodetickými a kartografickými organizacemi. Dnes se postupně převádějí do digitální formy. Pomocí GIS mohou být různým způsobem šířena, užívána, modifikována a kombinována s jinými daty. Vztahovat data o aktivitách a zdrojích k místům v prostoru a monitorovat, případně i předpovídat vývoj v čase je pro moderní společnost nezbytné [18]. Správní orgány nejrůznějších úrovní a stupňů mohou používat geografická data v široké škále aplikací sahající od obrany přes regionální plánování, strategické studie obnovitelných zdrojů energie, správu životního prostředí až po aktivity typu evidence nemovitostí, vyměřování některých typů daní nebo řízení dopravy. Správci inženýrských sítí využívají geografická data pro sledování a řízení těchto sítí. Obchodníci používají geografická data spolu s ekonomickými daty pro určování optimálních zásobovacích tras, vyhledávání potenciálních trhů apod. Správci dopravní infrastruktury používají geografická data při stanovování množství a nákladů na materiály, potřebné při údržbě stávajících a budování nových silničních a železničních tahů. V sektorech, jako je zemědělství, lesnictví, hornictví a správa vodních zdrojů jsou tato data používána při odhadu výnosů a návrhu strategií řízení. V sektoru služeb geografická data využívají například poradenské firmy při návrzích na zvýšení efektivnosti obchodní činnosti, nebo poskytování služeb pro dopravu, turistiku apod. Při statistických šetřeních jsou geografická data využívána při analýzách prostorově závislých společenských jevů, jako jsou kriminalita, zdravotní stav, kvalita bydlení, věkové, profesní i jiné složení populace apod. Geografická data jsou využívána i v široké škále aplikací z oblasti životního prostředí, jako je monitorování a modelování eroze půdy, záplav, znečišťování půdy, vody a vzduchu apod. GISy dovolují nejenom to, aby byla všechna data zaznamenaná v klasických analogových (papírových) mapách zpracovávána v digitální formě, nýbrž umožňují jejich integraci i s jinými druhy prostorových dat (jako jsou například data získaná umělými družicemi Země apod.). Rozsah lidí a institucí zainteresovaných na sběru geografických dat narůstá exponenciálně a stejně se rozšiřuje i trh s digitálními mapami, družicovými snímky, daty ze sčítání lidu, daty o zdravotním stavu obyvatelstva, o přírodních zdrojích, dopravních a inženýrských sítích, o evidenci nemovitostí apod. Stejně tak se rozrůstá i trh s prostředky pro analýzu těchto dat.

2.4

Geografické prvky

Prostorová data se skládají ze všech dat, která se vztahují k prostředí, ve kterém žije člověk, a které mohou být lokalizované v prostoru, případně i čase.

13

Základní entitou popisovanou prostorovými daty je geoprvek (angl. feature), který je možné definovat takto [15]: Geoprvek je základní prostorová entita, která je dále nedělitelná na jednotky stejného typu a která je popisovaná prostorovými daty. Z geoprvků je složeno prostředí, v němž se pohybuje člověk. Příkladem geoprvku může být budova, kterou již nelze rozdělit opět na budovy, ale může být rozdělena na patra, místnosti apod. Jiným příkladem může být studna, silnice, řeka, les, lom, jezero, geografický zlom a pod. Na geoprvky se odkazujeme jedinečnými identifikátory, například adresou, číslem parcely, unikátním kódem a pod. Geoprvky mohou reprezentovat jak objekty reálného světa, tak i abstraktní jednotky, jako jsou například volební obvody, statistické jednotky apod. Ačkoliv mohou být složeny z více částí, mají jedinečnou reprezentaci. Každý geoprvek, má-li být v GISu správně reprezentován a zpracováván, musí být popsán z mnoha hledisek. Z pohledu GISu je velice důležitý popis polohy daného geoprvku v prostoru a jeho geometrických vlastností. Dále musí být popsány negeometrické vlastnosti geoprvku - tzv. atributy (název, pórovitost, hustota, hloubka uložení atd.). V neposlední řadě musí popis geoprvku zaznamenat jeho trvání v čase a jeho vztahy k okolním geoprvkům. Zapomenout nesmíme ani na popis operací, které lze s daným geoprvkem provádět a na specifikaci kvality popisu, která by měla doprovázet každý popis. Popis geoprvku prostorovými daty je proto možné rozdělit na pět základních složek [17]: ¾ geometrickou - zaznamenává lokalizaci geoprvku v prostoru, popisuje přímo jeho geometrické vlastnosti a nepřímo prostorové vztahy s okolními objekty - tzv. topologii (tato složka je někdy v literatuře nepřesně označována jako prostorová data“) ¾ popisnou (někdy též označovanou jako tematickou) – zaznamenává negeometrické vlastnosti geoprvku, jeho tzv. atributy (v některé literatuře je tato složka nepřesně označována jako „neprostorová data“) ¾ časovou - zaznamenává pozici geoprvku na časové ose, tedy dobu jeho existence při daném stavu geometrie a atributů ¾ vztahovou - popisuje jeho vztahy, do nichž geoprvek vstupuje s jinými geoprvky ¾

funkční - popisuje operace, které lze s daným geoprvkem provádět

Jako doplňující složka, která se nevztahuje přímo k popisovanému geoprvku, ale k jeho popisu jako takovému, je složka ¾ kvalitativní - popisuje kvalitu popisu geoprvku.

2.5

Geometrický popis geoprvku

Geometrická složka popisu geoprvků je z hlediska geografických informačních systémů velice důležitá a nemůžeme ji nikdy opomenou, musí být vždy

14

definovaná na požadované úrovni rozlišení. Je s ní svázáno pět okruhů problémů: ¾

prostor

¾

stanovování polohy geoprvků v prostoru

¾

měření vzdáleností

¾

vzájemné prostorové vztahy geoprvků - topologie

¾

prostorové vlastnosti geoprvků

Prostor Definovat pojem prostor je velice obtížné. Samo pojetí prostoru je velice široké, sahá na jedné straně od reálného fyzikálního prostoru (tedy prostoru, který známe ze svých každodenních zkušeností) až po abstraktní prostor na straně druhé. Ten je běžně definován jako množina prvků, která má některé výrazné rysy reálného fyzikálního prostoru. Pro člověka je běžné, že pracuje s různými pojetími prostoru a běžně a bez obtíží mezi nimi přechází. Může si tak volit takové pojetí prostoru, které nejlépe odpovídá řešenému úkolu. Například pokud potřebujeme stanovit plochu parcely, budeme pracovat v tzv. Euklidovském prostoru. Pokud budeme řešit úlohy typu nalezení vhodné trasy pro jízdu mezi dvěma městy po silnici, budeme pracovat s prostorem, kde nás zajímá, která města jsou propojená silnicemi, ale nemusí nám přitom záležet na znalosti přesné polohy měst a silnic.

Obr. 2.3 Matematické prostory Na Obr. 2.3 je schematicky znázorněno hierarchické členění matematických prostorů, tak jak je uvedeno v práci [4]. Na nejnižší úrovni je zde položeno pojetí prostorů jako množin objektů, které jsou bez jakékoliv vnitřní struktury. Uvnitř těchto množin je možné definovat jednoduché relace typu členství. Dále následuje podmnožina prostorů, umožňujících definovat relace mezi dvěma i více množinami. Tento vcelku jednoduchý konceptuální model prostoru je využíván při práci s relačními databázemi. Podmnožinou konceptuálního prostoru relací je prostor funkcí, který umožňuje transformovat

15

každého člena první množiny na člena druhé množiny. Topologické prostory, stojící opět o stupínek výše, se poprvé přibližují k pojetí prostoru, tak jak je vnímán lidmi. Při pohledu na Obr. 2.3 snadno zjistíme, že se topologické prostory dělí na dvě základní skupiny: bodové a algebraické. Zatímco topologie bodů pracuje s okolími, algebraická topologie představuje základ grafů. V topologickém prostoru, pracujícím s body, jsme definovali okolí. Pokud zavedeme do tohoto prostoru i vzdálenost, dostáváme se do podmnožiny tzv. metrických prostorů. Metrické prostory musí splňovat některé podmínky, týkající se měření vzdáleností. Euklidovský prostor, stojící na špici naší hierarchie, zavádí poslední důležitou vlastnost, a tou je směr. Koncepce prostoru v geografických informačních systémech není jednoduchá a plně využívá oné výše naznačené šíře. GISy běžně pracují s celou řadou prostorů. Nejzákladnějším z nich je prostor, v kterém jsou definované geometrické vlastnosti geoprvků. Ten má nejblíže k reálnému fyzikálnímu prostoru. Prakticky vždy se jedná o Euklidovský prostor. Geometrické vlastnosti geoprvků jsou v něm popisované pomocí vhodného souřadnicového systému. Většina dnešních GISů je koncipována pro práci s daty, jejichž poloha je definována v dvourozměrném prostoru, označovaném běžně zkratkou 2D. Používají tedy souřadnice x a y. Některé systémy sice umožňují zadávat ke geoprvkům i třetí souřadnici z, ale zaznamenávají ji jen jako jeden z atributů, a stejným způsobem ji i zpracovávají. Takovéto GISy se obvykle označují jako 2.5D. Jen malá část GISů je schopná pracovat s geoprvky zadanými všemi třemi souřadnicemi. Jedná se o „pravé“ třírozměrné (3D) GISy. Nicméně ani tyto geografické informační systémy neumožňují provádění 3D analýz v plném rozsahu. Z výše uvedeného textu lze shrnout, že geografické informační systémy pracují s různými prostory. Jeden z nich lze považovat za základní, a tím je prostor, v němž je definována geometrická složka popisu geoprvků. Většinou se jedná o Euklidovský prostor. Dále zde existuje celá řada dalších prostorů, v nichž jsou prováděné prostorové analýzy a v kterých jsou případně i poskytované výsledky těchto analýz. Stanovení polohy v prostoru Dříve než můžeme začít s geoprvky pracovat, musíme jednoznačně definovat jejich polohu v prostoru. Polohu je možné stanovovat v zásadě dvěma způsoby: ¾ přímo pomocí souřadnicových systémů (angl. georeferencing) ¾ nepřímo pomocí geokódů (angl. geocoding) V případě přímého stanovování polohy pomocí souřadnicových systémů dále rozlišujeme: ¾ globální souřadnicové systémy ¾ lokální souřadnicové systémy

16

Globální souřadnicové systémy jsou takové, které se používají pro stanovování polohy v rámci velkých areálů (celá Země, stát nebo alespoň velká část státu). Z hlediska plynulosti stanovování polohy se globální souřadnicové systémy dále dělí na kontinuální souřadnicové systémy a diskrétní souřadnicové systémy. Kontinuální souřadnicové systémy jsou založeny na kontinuálním měření polohy geoprvků, bez skokových změn souřadnic a bez přerušování. Globální souřadnicové systémy lze dále definovat ve vztahu k: ¾ zemskému tělesu ¾

k rovině do níž je povrch zemský promítnut

Obvykle se uvádějí dva základní souřadnicové systémy vztažené k zemskému tělesu [18]: ¾

geografický souřadnicový systém (který je v principu sférický), v němž je poloha bodu na zemském povrchu udávána pomocí zeměpisné šířky φ(angl. latitude) a zeměpisné délky λ(angl. longitude). Zeměpisná délka se udává ve stupních, nula stupňů odpovídá Greenwichskému (nultému) poledníku. Zeměpisná šířka se udává rovněž ve stupních, nula stupňů odpovídá rovníku, 90o odpovídá pólům. Geografické souřadnice se někdy ještě doplňují nadmořskou výškou h, udávanou v metrech.

¾

kartézský souřadnicový systém s počátkem ve středu Země, udávající polohu bodu pomocí trojice souřadnic [x,y,z]. Osy x a y leží v rovině rovníku, osa x prochází průsečíkem nultého poledníku a rovníku a osa z je k nim kolmá a obvykle se ztotožňuje s osou rotace Země.

Podstatnou odlišností těchto dvou systémů je, že zatímco v případě geografického souřadnicového systému je poloha definována jen dvěma souřadnicemi a automaticky se předpokládá, že popisovaný bod leží na povrchu Země, tak v případě kartézského souřadnicového systému je poloha bodu popsána třemi souřadnicemi. Výhodou geografického souřadnicového systému je proto jeho jednoduchost, zatímco výhodou kartézského souřadnicového systému je, že s jeho pomocí lze popsat polohu kteréhokoliv bodu, tedy i nad, případně pod povrchem Země. Souřadnicových systémů patřících do této skupiny systémů vztahujících se k rovině je celá řada a souvisí se znázorňováním povrchu Země na mapách. (podrobněji se lze s touto problematikou obeznámit např. v lit. [34]). Např. v naší republice se dnes běžně používá kartografické zobrazení Křovákovo (a jemu odpovídající souřadnicový systém S-JTSK), které bylo vytvořeno speciálně pro bývalou Československou republiku a které respektovalo její protáhlý tvar a polohu na zemském glóbu. Vláda České republiky vydala nařízení č. 116/1995 Sb. , kterým stanovila závazné geodetické referenční systémy, použitelné na území našeho státu: ¾ světový geodetický referenční systém 1984 (závazná zkratka „WGS 84; angl. WorldGeodetic System 1984) ¾ souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální (závazná

17

zkratka „SJTSK“) ¾ souřadnicový systém 1942 (závazná zkratka „S-42“) ¾ výškový systém baltský – po vyrovnání (závazná zkratka „Bpv“) Globální diskrétní souřadnicové systémy vztahující se k rovině se používají prakticky výhradně při práci s rastrovými daty. Je pro ně typické, že se souřadnice mění skokem. Poloha je definována pravidelně rozmístěnými plošnými prvky zpravidla čtvercového tvaru, odpovídajícími jednotlivým buňkám. V rámci rastru je obvykle používán lokální souřadnicový systém, jehož počátek leží zpravidla v levém horním rohu rastru, jedna osa jde ve směru zleva doprava a druhá osa shora dolů. Rozměry buněk se berou jako jednotkové. Souřadnice se udávají ve formě dvojic sloupcových a řádkových indexů. Při praktické práci s rastry v prostředí GISu však se obvykle nepracuje s lokálními diskrétními souřadnicemi, ale většinou je transformujeme do globálního kontinuálního souřadnicového systému. Po té je možné stanovit globální souřadnice jednotlivých buněk. Přitom by mělo platit, že pro celou plochu buňky jsou souřadnice stále stejné (konstantní), odpovídající buďto globálním souřadnicím některého z rohů buňky, nebo středu buňky. Souřadnice se mění skokem při překročení hranice mezi dvěma buňkami. Lokální souřadnicové systémy dělí podle plynulosti změny souřadnic na kontinuální souřadnicové systémy a diskrétní souřadnicové systémy. Lokální kontinuální souřadnicové systémy jsou založeny na kontinuálním měření polohy geoprvků, bez skokových změn souřadnic a bez přerušování. Podle způsobu odvozování polohy geoprvků je dále dělíme na absolutní a relativní Absolutní souřadnicové systémy jsou založeny na stanovování polohy pomocí souřadnic udávajících vzdálenost podél souřadnicových os vzhledem k společnému počátku. Tyto souřadnicové systémy se mohou vztahovat prakticky jen k rovině. V podstatě jsou reprezentovány tzv. lokálním souřadnicovým systémem (v užším slova smyslu), který je definován náhodně zvoleným počátkem a dvěma směry souřadnicových os a který platí jen v omezeném areálu. Použití takovýchto systémů má své výhody i nevýhody. Základní výhodou je, že můžeme měřit prakticky kdekoliv a kdykoliv, nejsme závislí na provedení tzv. připojovacího měření, kterým se připojujeme ke globálnímu souřadnicovému systému (např. souřadnicovému systému S-JTSK). Nevýhodou však je, že je obvykle jen otázkou času, kdy bude nutné navázat tento lokální systém na systém globální. A pak obvykle nezbývá, než znova zaměřit několik bodů, tentokrát v absolutních souřadnicích a pak provést transformaci lokálního systému do globálního, případně provést celé zaměření znovu. Naproti tomu relativní systémy jsou založeny na stanovování polohy geoprvků pomocí souřadnic, udávajících vzdálenost podél dvou zadaných směrů od počátku, který je ztotožněn s některým známým, pevným a snadno rozpoznatelným bodem v terénu (např. roh domu, vchod do domu, apod.).

18

Relativní lokální kontinuální souřadnicové systémy mohou být definovány ve vztahu k rovině nebo k linii. Relativní lokální kontinuální souřadnicové systémy vztahující se k rovině udávají polohu relativně vzhledem k určitým pevně lokalizovaným objektům, jejichž poloha je známá i v absolutních souřadnicích.V podstatě se jedná o modifikaci předešlého případu s tím, že počátek lokálního souřadnicového systému je totožný s význačným bodem na povrchu terénu (např. roh domu, vchod nebo zvláštním způsobem vyznačený bod na stěně domu) a směry a orientace os jsou dány rovněž ve vztahu k význačným směrům na povrchu terénu (např. podél a kolmo ke stěně domu). Takovéto souřadnicové systémy jsou běžně používány při lokalizaci průběhu vedení a ovládacích prvků inženýrských sítí, např. vodovodů a plynovodů (známé tabulky na fasádách domů), případně i podzemních elektrických kabelů vysokého napětí. Nevýhodou těchto systémů je zpravidla neúplný popis průběhu vedení, dále malá přesnost a obtížná transformovatelnost do globálních souřadnic, vyplývající i ze skutečnosti, že prakticky pro každý lokalizovaný bod se zavádí vždy nový lokální souřadnicový systém. K nevýhodám také patří skutečnost, že různí správci různých inženýrských sítí vztahují polohu svých vedení k různým orientačním bodům a jejich mapy se pak obtížně porovnávají, lze-li porovnání vůbec provést. A k nevýhodám také patří i možnost likvidace původního orientačního bodu (např. v důsledku demolice domu) a tím i ztráta „orientace“. Relativní lokální kontinuální souřadnicové systémy vztahující se k linii jsou používané pro stanovování relativní polohy geoprvků vzhledem k výchozímu bodu („počátku“) podél zadané linie (tzv. staničení). Tento souřadnicový systém používají velice často správci dopravních sítí (silnic, železnic, vodních toků). Například podél železnic jsou rozmístěny patníky s vyznačenou vzdáleností od počátku dané železniční tratě. V případě železnic je použití takovéhoto souřadnicového systému asi nejméně problémové. Tratě se konec konců tak často nepřekládají. Daleko horší je ale situace v případě silniční sítě a vodních toků, a to zvláště v souvislosti s přechodem na používání GISů. V zásadě je možné zde rozlišit dva zdroje obtíží: ¾ problematická pravidelná aktualizace souřadnic geoprvků - při úpravách průběhu silnic a vodních toků se zpravidla neprovádí přeměření relativní polohy všech geoprvků vzhledem k počátku ¾ generalizace průběhu liniových prvků v prostředí GISů - generalizace vede obecně ke zkracování linií, takže pokud za této situace začneme zadávat polohu geoprvků (kanálů, parkovišť, uzávěrů inženýrských sítí, atd.) podél obrazu silnice v GISu dle původně zaznamenaných vzdáleností, začnou se geoprvky postupně podél linie vzdalovat směrem od počátku v porovnání se skutečnou polohou V případě nepřímého stanovování polohy již nemluvíme o souřadnicových systémech, ale spíš o systémech geokódů. U těchto systémů ztrácí pojmy globální a lokální na významu, neboť tyto systémy prakticky pracují v topologickém prostoru, kde souřadnice, vzdálenosti, velikosti apod. nemají žádný význam. Z tohoto důvodu zde nebudeme dělení na lokální a globální systémy dále uvažovat. Rovněž pojmy kontinuální či relativní zde nemají

19

žádný význam, tyto systémy jsou již svojí povahou výlučně diskrétní a absolutní. A to samé platí o vztahu k rovině nebo linii. Systémy geokódů jsou založeny na skokové změně polohy. Polohy geoprvků se vztahují k tzv. geokódům. Tyto systémy připouštějí i situaci, kdy je stanovení polohy geoprvku nejednoznačné, resp. kdy není možné polohu geoprvku stanovit vůbec. Polohy geoprvků se v bodovém systému vztahují k předem definovaným bodům. Podle uspořádání těchto bodů lze bodové systémy pro nepřímou lokalizaci geoprvků rozdělit na: a) nepravidelné – bodové geokódy jsou v prostoru rozmístěny nepravidelně. Jako příklad lze uvést definiční body parcel, které mohou sloužit k lokalizaci celé řady geoprvků. Poloha geoprvku se v mapě vyznačí bodem, případně značkou ¾ pravidelné – bodové geokódy jsou rozmístěny v pravidelné síti, nejčastěji čtvercové. Jedná se většinou o umělé systémy, které nemají přímý vztah ke geografické realitě a které nám usnadňují lokalizaci geoprvků v případech, kdy nelze využít přirozené sítě bodů V liniovém systému se poloha geoprvků vztahuje k předem definovaným liniím. V tomto případě lze reálně uvažovat pouze o jediné variantě uspořádání liniových geokódů, a tím je uspořádání nepravidelné. Linie jsou v prostoru uspořádány nepravidelně. Jako příklad lze uvést úseky pozemních komunikací, ulic, rozvodných sítí apod. Poloha geoprvku se vyznačí linií. U plošných systémů se poloha geoprvků vztahuje k předem definovaným plochám. Podle uspořádání a tvaru ploch lze plošné systémy lokalizace rozdělit na: ¾ nepravidelné - plochy jsou rozmístěny nepravidelně. Jako příklad lze uvést doručovací okrsky jednotlivý pošt, charakterizované poštovním směrovacím číslem. Pomocí PSČ je opět možné provádět lokalizaci geoprvků. Poloha takto lokalizovaného geoprvku se v mapě vyznačí celou plochou ¾ pravidelné - plochy mají pravidelný (zpravidla čtvercový) tvar a jsou rozmístěny pravidelně. Jedná se většinou o umělé systémy, které nemají přímý vztah ke geografické realitě a které nám usnadňují lokalizaci geoprvků v případech, kdy nelze využít přirozeně ohraničených ploch, nebo je velikost těchto ploch z hlediska požadavků na přesnost a rozlišení lokalizace geoprvků nepřijatelná, případně takto obcházíme mnohem náročnější a nákladnější tvorbu bodového systému Měření vzdáleností V předchozím odstavci byly při definování prostorů vymezeny zvláštní skupiny prostorů, označovaných jako „metrické“, jejichž význačnou vlastností je možnost měření vzdáleností mezi libovolnými body prostoru. V různých prostorech lze přitom zavádět různé předpisy (tzv. metriky) pro měření vzdáleností. V prostředí GISů se nejčastěji objevují dvě metriky: ¾ Euklidovská, určená pro měření vzdáleností v prostorech s kontinuálními

20

souřadnicovými systémy ¾ „Manhattanovská“, určená pro měření s diskrétními souřadnicovými systémy

vzdáleností

v

prostorech

Euklidovská metrika (též Euklidovská vzdálenost) je definovaná vztahem d i , j = ( xi − x j ) 2 + ( y i − y j ) 2

(2.1)

Jiný způsob měření vzdáleností byl navržen pro město Manhattan. Toto město je známé svojí téměř důsledně pravoúhlou sítí ulic (Obr. 2.4). Z pohledu taxikáře je možné vzdálenosti v tomto "Manhattanovském" prostoru měřit pomocí "Manhattanovské" metriky definované vztahem

d i , j = xi − x j + y i − y j

(2.2)

Tato metrika je vhodná pro měření vzdáleností v oblastech s hustou pravidelnou zástavbou (např. některé čtvrti našich měst), avšak je použitelná jen v případě, že osy souřadnicového systému jsou rovnoběžné s ulicemi.

Obr. 2.4 Mapa Manhattanu Použití takovéto speciální metriky může mít velký vliv na provádění některých typů prostorových analýz. Jak Euklidovská, tak i „Manhattanovská“ metrika splňuje následující podmínky:

•

podmínku symetrie, definovanou vztahem

21

d i , j = d j ,i •

podmínku trojúhelníkové nerovnosti, definovanou vztahem

d i ,k ≤ d i , j + d j ,k Ne ve všech prostorech, se kterými GISy při prostorových analýzách pracují, jsou tyto podmínky splněny. Například při řešení problematiky časové dostupnosti lze snadno ukázat, že v tomto "časovém" prostoru tyto podmínky splněny nejsou. Například podmínka symetrie by předpokládala, že doba jízdy do kopce je stejná jako doba jízdy z kopce. A obdobně lze dokázat i neplatnost trojúhelníkové nerovnosti. Důsledkem toho je, že z výše uvedené mapy časové dostupnosti obecně nelze odečítat jízdní časy mezi libovolnou dvojicí bodů, ale jen mezi počátkem a libovolným bodem, přičemž odečtená hodnota je platná jen pro jízdu směrem z počátku ke zvolenému bodu. Pokud by nás zajímala doba jízdy v opačném směru, museli bychom si vygenerovat novou mapu s počátkem v druhém z dvojice bodů. Tento „časový“ prostor proto nepatří do prostorů metrických. TOPOLOGIE Topologie popisuje vzájemné prostorové vztahy geometrických prvků. V oblasti GISů se tímto pojmem označují přímo vlastní prostorové vztahy geoprvků. V každém moderním geografickém informačním systému je znalost topologie zaznamenaných geoprvků nezbytným předpokladem pro úspěšné zvládání požadavků uživatelů. Např. má-li GIS poskytnout odpověď na otázku "Které parcely leží v okolí konkrétní silnice?" nebo "Jaká je rozloha lesů ležících v okruhu do 100 km od uvažovaného místa výstavby nového závodu?" atd., pak je znalost prostorových vztahů geoprvků víc než nezbytná. Dnešní GISy pracují většinou jen se dvěma souřadnicemi x a y. Jsou to tedy GISy dvojrozměrné a pracují také s dvojrozměrnou topologií. Základními topologickými prvky jsou (viz Obr. 2.5.): ¾ bod (0D objekt) - při studiu topologie se modelují body ¾ linie (1D objekt) - je to čára, která je většinou aproximovaná otevřenou posloupností přímkových úseků (vektorů). První a poslední bod se označují jako počáteční a koncový uzel (angl. nod), mezilehlé body jako vrcholy (angl. vertex). Jednotlivé linie se smí stýkat a protínat jen v uzlech, při studiu topologie se modelují čarami (tzv. hranami grafu) spojujícími počáteční a koncové body linií (tzv. uzly grafu) ¾ polygon (plocha - 2D objekt) - je to uzavřená posloupnost orientovaných linií, které tvoří hranici plochy Pokud bychom brali v úvahu případ, že GIS pracuje se třemi souřadnicemi, pak se situace značně komplikuje, protože linie již nemusí být rovinná a plocha může být také obecně třírozměrná. Navíc nám přistupuje další prvek - 3D objekt. Složitost prostorových vztahů takovýchto objektů způsobuje, že dnes ještě neexistuje komerčně dostupný GIS pracující s trojrozměrnou topologií. Tyto vztahy jsou často studovány s pomocí teorie grafů.

22

Obr. 2.5 Základní topologické prvky Topologie převádí pomocí grafů geometrické problémy do symbolické roviny, kde mohou být snadno vyřešeny. Výsledky zpracování se pak převádějí zpět do světa geometrie a souřadnic. Topologie tak umožňuje zefektivnit celou řadu klasických postupů prostorové analýzy, pro které manipulace se souřadnicovým popisem prvků představuje úzký profil. Topologie tak poskytuje silný nástroj pro manipulaci s fakty o prostorovém uspořádání geoprvků. Základním kamenem pro práci s mapovými podklady (převzatými nebo nově vytvořenými) je kvalitně řešená topologie. Úprava kresby topologickými operacemi zajišťuje stabilitu dat, která je nutnou podmínkou pro další práci s mapovými elementy a provádění analýz. Nástroje používané programy pro tvorbu GIS ke zpracování topologické analýzy pracují se všemi grafickými elementy použitými ve vytvořené mapě. Nástroje pro kontrolu kresby pracují ovšem jen s prvky lineárními. Při topologických operacích na kontrolu kresby jsou nejprve vybrány všechny elementy. Vytvoří se tzv. výběrová množina. Tato může být definována oknem, ohradou nebo jinou metodou či speciálním příkazem. Poté jsou vybrané elementy vyhodnocovány a porovnávány mezi sebou. Toto vyhodnocení probíhá většinou kvadraticky, to znamená, že pokud je ve výběrové množině 100 elementů, pak na zpracování této skupiny je třeba 10 000 operací. S narůstajícím počtem vybraných elementů stoupají samozřejmě i nároky na počet operací. Při příliš velkém rozsahu kresby jsou pak nároky jak z hlediska časového tak i z hlediska využití použité techniky neúnosné. Tuto situaci řeší některé programy tím, že výběrovou množinu je možné rozdělit na podmnožiny ( definovat počet sloupců a řádků ) a tím vytvořit jakousi plošnou síť. Zpracování pak probíhá pouze mezi jednotlivými plochami této sítě. Je však nutno si uvědomit, že příliš „hustá“ síť může vést ke zbytečnému počtu operací, protože některé elementy pak zasahují do více ploch sítě (v nich jsou zpracovávány opět samostatně). Protože lze nástroje na kontrolu kresby považovat za nejdůležitější pro úspěšné vytvoření projektu v přípravné fázi, je nutné se jim věnovat poněkud podrobněji. V další části textu budou uvedeny nejběžnější typy úprav topologie kresby:

23

¾ hledání a úprava duplicitních čar Duplicitní čarou se rozumí element, který má s ostatními elementy totožné souřadnice. Přitom může mít duplicitní čára jiné atributy a může ležet v jiné vrstvě než čára hlavní. Duplicitní čáru lze odstranit nebo přesunout do jiné vrstvy. ¾ hledání podobných čar Za podobné se označují čáry, které jsou umístěny na téže ploše, jsou téměř identické a mají částečný překryt. Kolem těchto čar je vytvořeno pole a je analyzován překryt těchto polí. Překryt se zadává v % a obecně platí, že za podobné čáry se považují ty, u kterých je větší než 60%. Na obr. 2.6 je překryt označen šrafováním.

Obr. 2.6 Překryt podobných čar ¾ hledání zlomků čar Zlomky čar se označují elementy, které jsou v kresbě bez jakékoli vazby na ostatní elementy a mají rozměr menší než zadaná tolerance. Vznikají nejčastěji jako zbytkové chyby při digitalizaci. ¾ snižování počtu vrcholů Po zadání tolerance T jsou analyzovány všechny lomové body v kresbě a pokud je kolmá vzdálenost vrcholu od spojnice koncových bodů menší, dojde k odstranění vrcholu (obr. 2.7).

T

Obr. 2.7 Snížení počtu vrcholů ¾ rozdělení lineárních elementů Tato funkce vyhledává v kresbě všechny průsečíky (nebo logické průsečíky) a vytváří samostatné elementy. ¾ vyhledání rozestupů

24

Rozestup je prázdný prostor mezi koncovými body jednotlivých elementů. Tyto prázdné prostory zabraňují vytváření ploch a musí být z kresby odstraněny. U většiny produktů tato funkce jako jediná z nástrojů pro kontrolu kresby umožňuje většinou rozlišit nadefinovanou prioritu daných geoprvků. Pokud v kresbě ještě nejsou definované geoprvky nebo pokud mají stejnou prioritu, tak je rozestup odstraněn podle obr. 2.8. L/2

L/2

čárkovaně stav po kontrole

Obr. 2.8 Hledání rozestupů Když jsou definované geoprvky s rozdílnou prioritou, tak zůstává nezměněn geoprvek s vyšší prioritou a další se k němu přidruží. ¾ vyhledání přesahů Přesah je vedlejší část lineárního elementu přesahujícího přes průsečík s jiným elementem. Tyto přesahy jsou vyhledávány jako volné koncové body (nenavazují na ně jiné elementy ). Každý mapový podklad, který vstupuje jako zdroj dat do projektu, musí být podroben analýze funkcemi pro kontrolu kresby. Protože podklady vznikají většinou digitalizací nebo kresbou nad rastrovým obrazem a nejsou tvořeny v jedné časové řadě, obsahují značné množství nepřesností. Všechny běžné funkce topologických nástrojů umožňují předzpracování kresby automaticky, takže rozhodující je volba tolerancí pro provedení analýz. Pokud jsou zvoleny nevyhovující nebo příliš radikální podmínky, může to vést ke ztrátě přesnosti nebo k trvalému poškození podkladů. Provedené změny je třeba ihned kontrolovat a pokud nevyhovují, tak vrátit na výchozí hodnotu (vhodná volba paměti pro funkci Undo, či funkce "Commit"-potvrzení a "Rollback"-navrát zpět). Postup zpracování a pořadí jednotlivých etap kontroly a oprav kresby je možné vyjádřit schématem na obr. 2.9. Tučnými čarami je naznačen komplexní logický sled jednotlivých operací při úpravě kresby topologickými operacemi. Tenkými čarami pak jsou naznačeny vazby na jednotlivé topologické operace bez komplexního přístupu operátora. Při použití všech topologických funkcí pro začištění kresby je možné použít funkce ohrady, funkce výběr oknem nebo funkce, kterou se definuje výběrová množina na základě grafických vlastností elementů (barva, umístění v hladině,

25

typ elementu, tloušťka čáry, typ čáry a pod.)

Vyhledání

Vyhledání

zlomků

duplicitních

čar

čar

Další topologic ké operace

Vyhledání podobných čar

Mapový podklad

Vyhledání

Rozdělení lineárních

rozestupů

elementů

Snížení počtu vrcholů

Vyhledání přesahů

Obr. 2.9 Schéma zpracování kontroly a oprav kresby Prostorové vlastnosti geoprvků Prostorové vlastnosti geoprvků lze rozdělit na dvě skupiny, prostorové vlastnosti týkající se jednotlivých geoprvků a prostorové vlastnosti týkající se skupin geoprvků. Prostorové vlastnosti týkající se jednotlivých geoprvků jsou následující: ¾ délka (například úseku silnice nebo řeky, vedení vysokého napětí)

26

¾ rozloha (například jezera, okresu, parcely) ¾ objem (například zásob uhlí, nebo náspu nezbytného pro vybudování silnice) ¾ tvar (kruhový, čtvercový, protáhlý) ¾ nepravidelnost tvaru (například klikatá pobřežní linie) ¾ orientace ¾ střed linie nebo plochy (například střed města, středová linie silnice) ¾ sklon (například svahu) Postupy pro měření těchto vlastností jsou snadné, i když jejich uplatnění není vždy jednoduché. Přesnost jejich stanovení je závislá jednak na použitých přístrojích, jednak na postupech a jednak na měřítku podkladových materiálů. Například délka pobřežní linie jezera bude různá při měření v reálných podmínkách krokováním, pásmem, měřickými postupy a bude odlišná při měření na mapách v měřítku 1 : 100 000 a v měřítku 1 : 1 000. Dále lze tyto vlastnosti zjišťovat pro jednotlivé geoprvky, ale také pro množiny geoprvků stejného druhu (jezera, města, silnice apod.). Pak můžeme zjišťovat statistické charakteristiky těchto vlastností, napříkladprůměrná plocha jezera,minimální a maximální plocha jezera apod. Druhou skupinou jsou prostorové vlastnosti týkající se skupin geoprvků. některé prostorové vlastnosti lze definovat pouze pro skupinu geoprvků stejného druhu. Příkladem mohou být [26, 34]: ¾ vzory prostorového rozložení bodových geoprvků (zda jsou rozptýlené, nebo jsou soustředěné do shluků) ¾ vzory prostorového rozložení plošných geoprvků (zda parcely jednotlivých vlastníků tvoří kompaktní plochy, nebo jsou jednotlivé parcely různých vlastníků vzájemně promíchány) ¾ vzdálenosti mezi bodovými geoprvky (například vzdálenosti mezi jednotlivými obchodními domy, nebo semafory, jízdní časy z různých míst města do jeho středu) ¾ počet sousedních geoprvků ¾ propojení geoprvků ¾ posloupnosti geoprvků s různými vlastnostmi (například posloupnost silnic různých tříd (z dálnice sjedeme na silnici 1. třídy, ale už ne 2. třídy)). Tematická složka popisu geoprvku Tematická složka popisu geoprvku je tvořena tak zvanými atributy (angl. attribute), které popisují negeometrické vlastnosti geoprvků. Každý atribut je obecně tvořen párem: název vlastnosti - hodnota. Název udává, jaká vlastnost geoprvku je hodnotou popisována. Každý geoprvek smí mít pro každý atribut (tedy každou vlastnost) přiřazenu nejvýše jednu hodnotu. Vlastnost, pro kterou

27

má každý geoprvek unikátní hodnotu, je označována jako "identifikační vlastnost" a odpovídající hodnota jako "klíčová hodnota". Hodnoty každé vlastnosti jsou vybírány z určitého definičního oboru, který je někdy nazýván "doména" (angl. domain). Doménou může být např. obor celých čísel, interval na reálné ose, nebo množina možných hodnot apod. Pro různé vlastnosti jsou vhodné různé domény. V zásadě lze rozlišit následující typy domén: ¾ poměr - např. procenta ¾ interval - např. celá čísla z intervalu (0, 10) ¾ pořadí - řadová číslovka ¾ výčet - např. pro typ silnice to může být (dálnice, silnice pro motorová vozidla, 1.tř., 2.tř., 3.tř., polní, neuveden, neznámý) Každý geoprvek smí mít pro každou vlastnost přiřazenu nejvýše jednu hodnotu. To znamená, že je možná i situace, kdy pro danou vlastnost není hodnota definována. Odpovídající doména by měla umožňovat takovouto situaci zaznamenat. Obvykle se tato situace řeší tak, že se do příslušné domény zahrne i hodnota, která neleží v definičním oboru vlastnosti a která pak reprezentuje neexistující údaj. Nejčastěji se k tomuto účelu používají hodnoty typu -99, -1, 0, 99 a pod. Nedefinované hodnoty však způsobují četné problémy při prostorových analýzách, protože většina analytických nástrojů není schopná tyto nedefinované hodnoty adekvátním způsobem zpracovat. Ošetření jejich výskytu je pak většinou věcí konkrétní aplikace. Z hlediska jednoznačného ošetření takovýchto situací by však bylo vhodné, kdyby doména obsahovala více možných hodnot označujících nedefinovanou hodnotu. Přinejmenším by bylo vhodné ošetřit alespoň tyto případy: ¾ hodnota neznámá (nezjištěná) ¾ hodnota neexistuje ¾ hodnota nebyla vložena V případě, že při provádění analýzy budou zjištěny výskyty takovýchto „hodnot“, lze lépe rozhodnout o dalším postupu. Pokud například hodnota neexistuje, pak je nezbytné provést analýzu jen na základě známých hodnot. Pokud je hodnota neznámá, pak je nezbytné ji zjistit. A pokud hodnota nebyla vložena, pak je nezbytné zjistit, zda vůbec existuje, a pokud ano, tak i její velikost. Časová složka popis geoprvku Čas se svojí povahou výrazně liší od geometrických a popisných vlastností geoprvku. Snad především tím, že nemůže být chápán jako složka popisu sama o sobě, ale vždy v těsném vztahu k výše uvedeným vlastnostem.

28

Data uložená v databázích GISů byla dříve dělena do dvou skupin,data aktuální, popisující reálný (aktuální) stav geoprvků, tedy data používaná pro každodenní operace v GISu a na data neaktuální, popisující stav minulý. Problémem dnešních geografických informačních systémů je, že zatím časovou stránku popisu geoprvků v databázích nezachycují, a proto je možné neaktuální data zachovat pouze archivací mimo databáze GISů. Tím je však značně ztíženo jakékoliv další zpracovávání těchto dat v prostředí GISů. Jistým řešením by mohlo být pořízení archivní kopie celé databáze GISu, ale i toto řešení má značné nevýhody. Předně, tímto způsobem jsou archivována veškerá, tedy i aktuální data, dále, takovouto masivní archivaci nelze provádět příliš často, a tak není možné uchovat veškeré změny v databázi. Navíc postupem času vzniká celá řada verzí databází, které platí jen pro určitá časová období. Může tak snadno docházet k chybám při zpracovávání dat. I tato "neaktuální" data mohou mít určitou hodnotu, a to i za situace, kdy s nimi i několik let nikdo nepracuje. Vyplatí se je proto uchovat. Takováto data mohou být použita v různých situacích, například v oblasti životního prostředí tato data umožňují vyhodnocovat změny v čase a hodnotit tak dopady zásahů člověka do přírody. Je proto nutno vytvořit datový model pro GIS, umožňující zpracovávat čas zcela rovnocenným způsobem. Takovýto datový model pro GIS se však musí vyrovnat s celou řadou problémů [34]. Prvním problémem je, že časová osa, kterou je třeba do databází zahrnout, není jedna. Časových os je hned několik. První časová osa zaznamenává tzv. "světový čas", tj. čas změn v reálném světě, druhá osa „indikační čas“, tj. čas zjištění změny, zatímco třetí časová osa zaznamenává tzv. "systémový čas", tj. čas, v němž byly tyto změny zaznamenány v databázích GISu . Za prvé tedy, GIS musí být schopný ve svých databázích postihnout skutečnost, že čas vzniku určitého údaje není totožný s časem jeho indikace (zjištění) a ten není totožný s časem vložení do databáze GISu. Za druhé, již bylo uvedeno, že čas je velice těsně svázán s geometrickým a tematickým popisem geoprvků, a bylo také uvedeno, že obě tyto složky jsou vzhledem ke své rozdílné povaze zpracovávány v databázích GISu odděleně. Vzhledem k tomu, že i z pohledu proměnlivosti v čase se tyto dvě složky výrazně liší, je vhodné pro každou z nich vést časové údaje samostatně. Zavedení času do databází GISu má ještě jeden aspekt, a tím je potřeba vytvořit a průběžně udržovat tzv. stavovou topologii (nebo topologii stavů, angl. state topology). Stavová topologie zaznamenává posloupnost změn geoprvků a je nezbytná, pokud chceme mít možnost vytvořit si obrázek o stavu reálného světa v kterémkoliv okamžiku za dobu, která je popisována databázemi GISu. Např. chceme-li se vrátit o deset let zpět a zjistit hranice parcel v určité oblasti z té doby, musíme mít možnost si zjistit, které parcely v té době existovaly a dále jaký byl aktuální stav jejich atributů (kdo je vlastnil, jaké měly rozlohy, ceny...). A k tomu právě slouží stavová topologie. Obecně ji můžeme chápat jako dvouúrovňovou. Na vyšší úrovni stojí stavová topologie geoprvků, která zachycuje změny v geometrickém popisu geoprvků, na nižší úrovni pak stojí stavová topologie geoprvku, zaznamenávající změny atributů geoprvku. Je zřejmé, že první topologie je jediná pro celý GIS, zatímco druhou je zapotřebí

29

konstruovat pro každý geoprvek zvlášť. Grafické znázornění obou stavových topologií je velice jednoduché, lze ho provést např. pomocí liniového grafu. Posledním problémem je dvojaký charakter času. Čas se může projevovat jednak jako sled diskrétních událostí, jednak jako kontinuální změna. Vše, co bylo až doposud uvedeno, se týká právě „diskrétního“ času. Kontinuální čas nás zajímá nejčastěji v případě modelování v oblasti životního prostředí (například modelování šíření znečištění podzemních vod, modelování šíření škodlivin v ovzduší apod.), kdy jsme schopni pomocí odpovídajících modelů vypočítat aktuální stav v prakticky libovolném čase. Většinou se však i tyto úlohy převádějí na „diskrétní“ případ - modelem se spočítají stavy pro definované časové okamžiky a ty se pak uloží do databází GISu. Je vhodné si ještě vysvětlit vztah mezi dříve popsanou geometrickou topologií a stavovou topologií. Vztah mezi nimi je velice těsný. Chceme-li zkonstruovat geometrickou topologii pro určitý časový okamžik, musíme nejprve pomocí stavové topologie zjistit, které geoprvky a s jakými geometrickými vlastnostmi v té době existovaly a z nich teprve můžeme vytvořit vlastní geometrickou topologii. Navíc je možné ze stavové topologie zjistit, pro jaký časový interval je tato geometrická topologie platná. Složka popisu vztahů Jednotlivé geoprvky mohou vstupovat do vzájemných vztahů s jinými geoprvky. Přitom některé z těchto vztahů mohou být odvozeny z dat, jako například průsečík dvou linií, reprezentujících silnice, nebo překryv dvou ploch jako překryv dvou polygonů apod. Jiné vztahy je nezbytné zadat explicitně jako atributy geoprvků, jako například vlastnické vztahy. Přehled možných vztahů týkajících se prostorové složky popisu geoprvků je uveden v následující tabulce.

Tab. 2.1 Přehled vztahů Zatímco v běžných analogových mapách je většina těchto vztahů obsažena implicitně, uživatel je vnímá intuitivně, tak v digitálních mapách musí být vyjádřeny explicitně, protože počítač nemá žádnou intuici. Počítačové zpracování vzájemných vztahů geoprvků proto vyžaduje doplňující informace popisující tyto vztahy, nebo instrukce jak mohou být tyto informace získány přímo z dat.

30

Některé vztahy, do nichž mohou geoprvky vstupovat, navíc závisí na konkrétním stavu, v němž se nachází zobrazovaná realita. Například v rozvodných sítích může stav ventilů určovat, které části sítí mohou být považovány za jednu logickou jednotku. Za takovéto situace je nezbytné rozlišovat aktuální a potenciální vztahy. V současnosti je této složce popisu geoprvků věnována jen malá pozornost. Funkční složka popisu geoprvků Tato složka je věnována operacím, které je možné provádět s geoprvkem. Tyto operace obvykle vedou ke změně stavu jedné nebo více složek jeho popisu. Operace prováděné s geoprvky lze rozdělit do dvou skupin,operace vztahující se k reálnému geoprvku a operace vztahující se k reprezentaci geoprvku v GISu. Druhá skupina operací v podstatě představuje implementaci operací první skupiny. Jako příklad operací vztahujících se k reálnému geoprvku lze uvést: ¾ změna vlastnictví u nemovitosti ¾ postavení nového domu ¾ zboření domu ¾ přestavba domu ¾ změna příslušnosti obce k okresu ¾ změna názvu obce ¾ spojení dvou obcí ¾ změna vedení rozvodné sítěapod. Tyto operace popisují události v reálném světě. Popisují tedy, jaké činnosti musí předcházet dosažení nového stavu. Jejich přesný popis se v podstatě rovná popisu chování reálného systému. Naproti tomu operace vztahující se k reprezentaci geoprvku v GISu, jako např.: ¾ grafické znázornění ¾ spojení dvou geoprvků do jediného ¾ rozdělení geoprvku na dva nové ¾ archivace geoprvku apod. definují postupy aplikované na geoprvky ve vnitřním prostředí GISu. Přenášejí změny z reálného světa do prostředí aplikace GISu. Pro tuto složku platí obecně stejný závěr, jako v případě složky předešlé. Dnes jí zatím není věnována dostatečná pozornost.

31

3

Datové modely

Dříve než se začneme zabývat datovými modely, je opět vhodné si vyjasnit význam termínů datový model a datová struktura, protože v literatuře se tyto termíny nepoužívají jednotně. Termín datový model bude v dalším textu používán pro označení logické struktury dat z pohledu zobrazení reálného světa v GISu, zatímco termín datová struktura bude používán pro označení logické a fyzické struktury dat v databázi. Nicméně je nutné si uvědomit, že datové modely a datové struktury nejsou vzájemně nezávislé, ale že se navzájem ovlivňují, přičemž v tomto vztahu mají dominantnější roli datové struktury. A to proto, že sebelepší datový model nám není k ničemu, pokud ho nemůžeme promítnout do reálně použitelných datových struktur. Tato skutečnost je dosti nepříjemná, protože pokrok v používaných datových modelech je limitován pokrokem v použitelných datových strukturách. Datové modely i datové struktury použité v databázích GISů by měly splňovat určitá pravidla standardizace s ohledem na předpokládanou velice dlouhou životnost dat (až 50 let a více), protože za tuto dobu se mnohokrát změní technické i programové vybavení, ale data budou stále stejná. Datový model představuje zjednodušený pohled na část reálného světa. Je budován podle určitých pravidel. Datové modelování je proces abstrakce, při kterém jsou podstatné elementy reálného světa zdůrazněny a nepodstatné eliminovány - avšak s ohledem na cíl, který má toto modelování splnit. Vytvoření dobrého datového modelu je velice důležité, neboť tento model hraje významnou roli při určování, která část reality bude reprezentována v databázi, jak bude reprezentována, co s ní lze provádět a jak rychle. A navíc, datový model popisuje nejstabilnější a nejnákladnější součást geografického informačního systému - data.

3.1

Sestavování datových modelů

GISu se obecně říká, že je obrazem reálného světa. Cesta reálného světa do databází GISu ve skutečnosti není tak jednoduchá. Jedná se o zdlouhavý proces o mnoha krocích (viz. Obr. 3.1). ¾ Reálný svět je pozorován pozorovatelem. Ten si vytváří na základě svých vjemů vnitřní (mentální) model tohoto světa. Tento model je velice blízký pozorované realitě, nicméně představuje jisté zjednodušení, neboť pozorovatel není schopen vnímat všechny informace o pozorované realitě (nevidí do domu, nebo za kopec, pod zem, apod.). Může si sice pomoci použitím různých pomůcek a postupů (vejde do domu, obejde kopec, apod.), ale ani tak nikdy nedosáhne 100% shody modelu s pozorovanou realitou. Dochází zde k určité ztrátě informací. Nicméně - tento model postihuje dům jako dům, jezero jako jezero, silnici jako silnici, a to jako třírozměrné objekty měnící se v čase (postihuje tedy i dynamiku reálného

32

světa). ¾

Pokud chce pozorovatel dát tento model k dispozici uživatelům, musí ho nejprve převést do podoby, která umožní jeho šíření a jednoznačnou interpretaci. Za tímto účelem byly vyvinuty postupy, pomocí kterých jsou vytvářeny všeobecně známé mapy. Co z našeho pohledu vytvoření mapy znamená. Za prvé, mapa je dvourozměrná, nenávratně tedy ztrácíme jeden rozměr (dům již nikdy nebude třírozměrný, ale vždy jen plochý) a za druhé - mapa je statická, ztrácíme tedy rozměr času (dynamiku reálného světa) a vezmeme-li v úvahu, že nejkratší interval obnovy map u nás je sedm let, pak to znamená, že vytvořená mapa se bude s plynoucím časem stále více rozcházet se skutečným stavem reálného světa. To vše znamená, že při přechodu z mentálního modelu do mapy došlo k výrazné redukci zaznamenaných informací.

¾ Vytvořenou mapu někdo připevní na digitizér a začne ji postupně převádět do prostředí GISu. Jednotlivé geoprvky na mapě začne nahrazovat třemi základními geometrickými prvky - body, liniemi a polygony - a ty začne rozmísťovat do jednotlivých vrstev. Užitečné informace přitom doplní o celou řadu chyb, vyplývajících z nepozornosti, nepřesnosti, apod. Tak získáme výsledný obraz reálného světa v GISu - obraz světa, složeného z bodů, linií a polygonů, roztříštěného do vrstev, světa dvourozměrného, statického, zaostávajícího za reálným stavem, ochuzeného o mnoho informací, zato obohaceného o značné množství nepřesností a chyb.

Obr. 3.1 Transformace reálného světa do GIS Tento výsledný obraz je velice vzdálený reálnému světu, nicméně, právě na podkladě tohoto obrazu přijímáme závažná rozhodnutí o světě reálném. Jedním z faktorů, které výrazně ovlivňují míru této odlišnosti, je i výsledný datový model v GISu.

33

Při sestavování datového modelu existují dva přístupy [18, 34]: ¾ jevově orientovaný přístup, který se snaží v datovém modelu reprezentovat všechny identifikovatelné geoprvky a jejich vztahy. Následkem toho je výsledný model komplexní, avšak často příliš komplikovaný na to, aby mohl být použit pro konkrétní aplikaci. Pokud tento přístup vychází z mapy, pak je schopen do datového modelu pojmout jen jevy zachycené v mapě. ¾ aplikačně orientovaný přístup sice produkuje datový model minimální komplexnosti, ale zato takový, který bude s velkou pravděpodobností nutné pro každou novou aplikaci modifikovat. Reálná aplikace GISu vyžaduje zvolit vyvážený kompromis mezi těmito dvěma krajními variantami. Datový model by měl být co nejjednodušší, ale měl by přitom předjímat i možné změny požadavků na systém, ke kterým může dojít v blízké budoucnosti a které by mohly klást jisté nároky na změnu (rozšíření) datového modelu. Datové modely používané v GISech lze rozdělit na dvě základní skupiny: ¾ klasické datové modely - jsou to datové modely, které vznikly jako výsledek transformace mapy do GISu. ¾ objektově orientované datové modely - tyto datové modely vznikají přímou transformací vnitřního modelu do GISu. Datové modely lze popisovat a hodnotit různým způsobem, na základě různých kritérií.

3.2

Klasické datové modely

Do této skupiny patří dva základní a jeden kombinovaný datový model, a to: ¾ rastrový datový model ¾ vektorový datový model ¾ hybridní datový model Společným jmenovatelem těchto modelů je, že reálný svět je v nich rozložen na 0 až 2D geometrické prvky - body, linie, plochy. Jakémukoliv prvku z reálného světa, má-li být v GISu zachycen, musí být přiřazen jeden z těchto tří typů geometrických prvků. Např. vodní tok je modelován běžně jako linie, křižovatka dvou silnic jako bod, jezero jako plocha, dům jako plocha a pod. Toto přiřazení je ryze účelové. Např. na mapě dopravních sítí bude řeka reprezentovanou linií, znázorňující plavební čáru, ale na mapě vodních ploch již musí být větší řeka znázorněna jako plocha. Což ovšem znamená, že v databázích GISu bude tato řeka uložena dvakrát. Jednou jako linie, podruhé jako plocha. ´ 34

3.3

Rastrový datový model

Rastrový model vychází z rozdělení rovinného prostoru pravidelnou mříží na jednotlivé dílky, označované jako buňky (angl. cell), které představují nejmenší, dále zpravidla nedělenou prostorovou jednotku (Obr. 3.6.). Základní vlastností tohoto modelu je, že prostorové vztahy mezi prostorovými prvky jsou implicitně obsaženy přímo v rastru. Lokalizace a prostorové vztahy geoprvků nejsou přímo dostupné, v případě potřeby musí být sestaveny agregací buněk náležejících jednotlivým geoprvkům. To však často přináší značné komplikace.

Obr. 3.2 Rastrový datový model Použitá buňka rastru by měla splňovat dvě podmínky: ¾ měla by být nekonečně opakovatelná v rovině ¾ měla by být nekonečně rekurzivně rozložitelná na menší buňky stejného tvaru Splnění první podmínky zaručuje, že lze rastrem bezezbytku reprezentovat rovinnou oblast libovolné velikosti. Splnění druhé podmínky umožňuje použít hierarchické datové struktury pro ukládání rastrových dat. První pravidlo splňují buňky ve tvaru trojúhelníka, rovnoběžníka a šestiúhelníka (Obr. 3.3). Avšak jen první dvě z nich splňují i druhou podmínku. A z nich se v drtivé většině případů používá čtvercová buňka.

35

Obr. 3.3 Tvary základních buněk rastru Rastrový datový model také zavádí své vlastní členění dat. V rastrovém modelu obecně neexistuje popis jedinečných geoprvků, ležících v zájmové oblasti, ale jen popis rozložení jedinečných atributů v této oblasti. Neexistuje zde ani explicitní popis geometrie geoprvků a tím ani nemůže existovat explicitně vyjádřená topologie. Prostorové vztahy geoprvků jsou zde obsaženy pouze implicitně. Při ukládání popisu geoprvků pomocí rastrových dat [15, 16] se v principu postupuje tak, že se celá zájmová oblast rozdělí pravidelnou (nejčastěji čtvercovou) sítí rovnoběžek na buňky. Všechny mají své jednoznačné adresy, dané sloupcovými a řádkovými indexy. Každé buňce se přiřadí určité číslo nebo kód, reprezentující hodnotu atributu, který je mapovaný. Případně lze každé buňce přiřadit i vektor čísel nebo kódů, jehož prvky reprezentují celou skupinu atributů. Výsledkem je zobrazení zájmové oblasti v podobě dvojrozměrné matice, kde každé buňce s daným řádkovým a sloupcovým indexem odpovídá prvek matice resp. vektor hodnot se stejným řádkovým a sloupcovým indexem. Kvalitu zobrazení reálného světa pomocí rastrového datového modelu ovlivňuje několik faktorů: ¾

způsob přiřazení hodnot zobrazovaného atributu jednotlivým buňkám. Hodnoty atributu v jednotlivých buňkách mohou být stanoveny různými způsoby, např. jako bodová hodnota změřená kdekoliv v ploše buňky, aritmetický průměr z několika bodových měření atd.

¾ velikost základní buňky rastru. Obecně platí, že čím je základní buňka rastru menší, tím lépe (přesněji) lze v tomto rastru zachytit průběh hranic jednotlivých geoprvků. ¾ „barevná hloubka“ rastru , nebo též rozlišení, použité pro záznam hodnot atributů. Při práci s rastry se používá pro záznam hodnot sledovaného atributu v jednotlivých buňkách různé rozlišení. Nejčastěji přichází v úvahu následující případy:

•

zaznamenává se jen přítomnost, resp. nepřítomnost atributu (nejčastěji hodnoty „0“ a „1“). V tomto případě mluvíme o tzv. binárních rastrech, pro záznam hodnoty jedné buňky potřebujeme vždy jeden bit

•

v buňce se rozlišuje 256 různých celočíselných hodnot sledovaného atributu. Pro záznam hodnoty jedné buňky rastru potřebujeme v tomto případě jeden bajt. Mluvíme pak o osmibitovém rastru

•

v buňce se rozlišuje cca 1.6 milionu různých celočíselných hodnot sledovaného atributu. Pro záznam jedné buňky

36

potřebujeme tři bajty a rastr obvykle označujeme jako čtyřiadvacetibitový

•

v buňce rozlišujeme téměř neomezené množství reálných hodnot sledovaného atributu (tj desetinných čísel). Pro záznam jedné buňky pak potřebujeme obvykle čtyři, resp. šest bajtů. Rastr označujeme jako kontinuální

Dnes se nejčastěji pracuje s prvními třemi typy rastrových dat. Binární rastry se používají při práci s naskenovanými katastrálními mapami, zdrojem osmibitových rastrů jsou především skenované barevné předlohy a panchromatické letecké a družicové snímky, případně jsou produkované rastrovými systémy při běžných rastrových analýzách, a čtyřiadvacetibitové rastry vznikají nejčastěji jako produkt zpracování multispektrálních družicových snímků.

3.4

Vektorový datový model

Vektorový datový model dnes představuje jeden ze dvou nejrozšířenějších datových modelů, používaných v současných GISech. Vzhledem k tomu, že se jedná i o historicky jeden z nejstarších datových modelů, používaných v GISech, odpovídá tomu i rozsah, v jakém jsou tímto datovým modelem respektovány jednotlivé složky popisu geoprvků. Plně akceptované jsou geometrická a popisná složka, částečně i vztahová (především v oblasti prostorových vztahů - topologie - a v oblasti vztahů, které lze přímo popsat daty - vlastnické a jiné vztahy). Ostatní složky, tedy časová, funkční a částečně i vztahová nejsou do tohoto modelu běžně implementovány a jsou realizovány jinými prostředky.Na rozdíl od rastrového datového modelu zavádí tento datový model schématické členění dat podle geoprvků (viz Obr. 3.4).

Obr. 3.4 Členění popisných dat vektorového modelu Každému geoprvku je v tomto datovém modelu přiřazen jedinečný identifikátor a zcela odděleně jsou vedeny geometrická složka popisu geoprvku a tematické složka popisu, přičemž vazba mezi těmito dvěma složkami je 37

zprostředkována právě pomocí jedinečného identifikátoru geoprvku. Především z důvodu tohoto schematického členění, které se však promítá i do fyzické realizace tohoto modelu, se v oblasti GISů pracujících s vektorovým datovým modelem ujala poněkud zavádějící terminologie, kdy data geometrického popisu jsou označována jako „data prostorová“ a data tematického popisu jako „data neprostorová“. Geometrická složka vektorového modelu Ve vektorovém datovém modelu se pro popis geometrických vlastností geoprvků používají lineární geometrické prvky, tzv. vektory. Vektor je v terminologii GISů orientovaná úsečka, definovaná souřadnicemi počátečního a koncového bodu(viz Obr. 3.5).

Obr. 3.5 Vektor Tyto vlastnosti jsou znázorňovány pomocí tří základních geometrických prvků (Obr. 3.6): ¾ bod - jako vektor nulové délky (vektor, u něhož splyne počáteční a koncový bod) ¾ linie - jako otevřená posloupnost vektorů (v zahraniční literatuře se pro linii používá termín arc (oblouk)). U linie rozlišujeme počáteční a koncový bod, které se běžně označují termínem uzel (angl. nod), a mezilehlé body, které se označují termínem vrchol (angl. vertex). ¾ plocha - je reprezentována svojí hraniční linií, která je uzavřená, popsaná uzavřenou posloupností vektorů, resp. linií. Z hlediska způsobu ukládání geometrické složky popisu geoprvků se vektorové datové modely dělí na dvě skupiny: ¾ nespojené (angl. unlinked) ¾ topologické (angl. topological)

38

Obr. 3.6 Popis geometrických vlastností geoprvků pomocí vektorů

3.5

Nespojené modely

Nejjednodušší formou je tzv. "špagetový model" (angl. spaghetti model). V tomto modelu je každý geoprvek na mapě kódován odděleně ve vektorové formě, bez vytváření vztahů s okolními geoprvky (Obr. 3.11.). Linie se zde mohou křížit prakticky libovolně. Takovýto model je vhodný především pro zobrazování, a proto našel uplatnění především v počítačové grafice a digitální kartografii.

Obr. 3.7 Špagetový model Objevila se i modifikace tohoto modelu, kdy první bod linie byl reprezentován absolutními souřadnicemi, zatímco další body již jen relativními souřadnicemi

39

vzhledem k prvnímu bodu. Prostorové operace s takto uloženými daty jsou však velice náročné na výpočty a proto se tato varianta příliš nerozšířila.

3.6

Topologický model

Základem topologického modelu je záznam linií tvořících mapu ve formě rovinného grafu. Jednotlivé linie odpovídají hranám grafu a jejich počáteční a koncové uzly uzlům grafu (Obr. 3.8). Mezilehlé vrcholy linií nemají při konstrukci vlastního grafu význam.

Obr. 3.8 Topologický model V GISu může být tento graf uložen například tak, že v jedné tabulce jsou uloženy jednotlivé linie (hrany grafu) spolu s počátečním a koncovým uzlem a mezilehlými vrcholy (jejich pořadí určuje orientaci linie), a také spolu s referencí na polygon, nacházející se na levé a pravé straně linie (pohybujeme-li se po ní ve směru její orientace, viz. Obr. 3.9). Uložení topologické informace ve formě grafu velice usnadňuje kontrolu konzistence a detekci chyb a usnadňuje také provádění některých analýz, jako jsou např. analýzy sítí. Volba konkrétních datových struktur pro ukládání geometrické složky je závislá především na způsobu vytváření topologie. Pokud si GIS vytváří topologii jen v případě, že ji potřebuje pro určité zpracování (např. MGE firmy Intergraph), pak je možné geometrické složky geoprvků zaznamenávat přímo v grafické podobě (přesněji v podobě vektorového grafického souboru), a mít je tak kdykoliv k dispozici ve formě vhodné pro zobrazování na monitoru, případně pro vykreslování na výstupním zařízení. Jedinou podmínkou je, aby tyto grafické soubory obsahovaly korektní data umožňující kdykoliv podle potřeby vygenerovat topologii.

40

Obr. 3.9 Uložení topologického modelu v databázi Naproti tomu některé GISy neustále udržují aktuální topologii (např. ARC/INFO firmy ESRI). V tom případě jsou geometrické složky popisu geoprvků ukládány ve speciálních tabulkách, které vedle těchto údajů zaznamenávají i vlastní topologii. Pokud si v tomto případě chceme zobrazit geometrické složky popisu geoprvků, musíme jejich grafickou reprezentaci vygenerovat z těchto tabulek.

3.7

Tématická složka vektorového modelu

Ve vektorovém datovém modelu jsou pro ukládání tematické složky popisu geoprvků používány zejména relační datové struktury. Relační datové struktury (Obr. 3.10) mají blízko k souborově orientovaným datovým strukturám. Na rozdíl od nich však pracují s tabulkami, které mají přesně definovanou strukturu. Každá tabulka má své unikátní jméno. Je opět organizovaná do řádků (záznamů) a sloupců (položek), každá položka však má (v rámci tabulky) své unikátní jméno a přesně definovanou délku. Množina hodnot, z které jsou vybírány hodnoty ukládané v dané položce, je označována jako doména položky. Doménou může být např. množina celých čísel, množina reálných čísel z intervalu (0,1), nebo výčet hodnot (např. (jaro, léto, podzim, zima) by mohla být výčtová doména pro položku s názvem "Roční období"). Další rozdíl oproti tabulkově orientovaným datovým strukturám je, že pro relační datové struktury je typická existence tzv. Systému řízení báze dat (SŘBD; angl. Data Base Management System - DBMS), který zajišťuje jednotnou práci s tabulkami a uživateli poskytuje přesně definované prostředky pro práci s tabulkami. V relačních datových strukturách je dále zaveden mechanizmus logického propojování tabulek. To se provádí prostřednictvím položek v různých

41

tabulkách, které mají shodnou doménu. Takováto propojení jsou však prováděna jen dočasně, v případě potřeby. Jednoduchý příklad je uveden na Obr. 3.10. Máme dvě tabulky, jedna se jmenuje "Parcely" a obsahuje údaje o parcelách, druhá se jmenuje "Vlastníci" a obsahuje údaje o vlastnících. Položky "ID_Vlastník" v obou tabulkách mají společnou doménu a mohou být proto použity pro propojení těchto dvou tabulek. Výsledkem může být např. tabulka z Obr. 3.11. Jedná se o tabulku, která sice v databázi GISu neexistuje, ale která může být kdykoliv na požádání vygenerována. To má za následek podstatnou redukci nároků na paměť. Je jasné, že takto lze spojovat tabulky zcela libovolně, jedinou podmínkou je, aby položky použité pro propojení tabulek měly stejnou doménu (a samozřejmě by bylo vhodné, aby měly i stejný význam, ale to je již věcí uživatele). Ukládání tematických dat pomocí relačních datových struktur doznalo v oblasti GISů největšího rozšíření. Výhodou tohoto řešení je, že GIS může velice snadno využívat existující profesionální relační databázové systémy (jako je dBASE, ORACLE, Informix apod.) a může plně využívat jejich možností.

Obr. 3.10 Relační datové struktury

Obr. 3.11 Propojení dvou tabulek

42

3.8

Časová složka vektorového modelu

Zahrnutí času do databází GISů není jednoduchým problémem, neboť čas zde není možné zahrnout jen jako další veličinu. Čas se v databázích GISů projevuje zprostředkovaně, prostřednictvím proměnlivosti geometrické a tematické složky popisu geoprvku. Zjednodušeně je tato skutečnost znázorněna na Obr. 3.12. Z tohoto důvodu nemůžeme mluvit přímo o datových strukturách používaných pro ukládání časové složky popisu geoprvků, ale o speciálních datových strukturách používaných pro ukládání geometrické a tematické složky a umožňujících zaznamenávat i jejich proměnlivost v čase.

Obr. 3.12 Časové složky vektorového datového modelu Otázky spojené se zahrnutím času do databází GISů jsou dnes ještě pořád spíš předmětem akademických diskusí než konkrétních kroků tvůrců programového vybavení. Z pohledu realizace jednotlivých složek popisu geoprvků poskytuje vektorový datový model lepší podmínky, než rastrový datový model. Zásadní výhodou oproti rastrovému datovému modelu je skutečnost, že zde můžeme pracovat přímo s jednotlivými geoprvky. Ve vektorovém datovém modelu je možné realizovat všechny složky popisu geoprvků. Hlavní nevýhodou je však obtížně udržitelná konzistentnost. Jsou realizovány pomocí různých databází, organizovaných podle odlišných pravidel, pomocí programů, zcela odtržených od geoprvků jako takových. Udržet konzistenci takového „systému“ v průběhu celého životního cyklu je dosti obtížné.

3.9

Hybridní datový model

Tento datový model vznikl z potřeby společného jednotného zpracování vektorových a rastrových dat. Tohoto cíle lze samozřejmě dosáhnout i vzájemnou konverzí dat mezi oběma základními modely (např. konverzí

43

vektorových dat na rastrové a jejich zpracováním společně s původními rastrovými daty), ale takovéto řešení přináší celou řadu obtíží (především konverze rastrová data - vektorová data) a nevýhod. Proto je snahou výzkumných a vývojových pracovníků nalézt obecný datový model, který by ležel někde mezi oběma základními modely a který by byl vhodný pro ukládání dat jak ve vektorové, tak i rastrové podobě [31]. Data by tak byla uložena ve velice kompaktní formě, umožňující efektivní zpracování dat.

3.10

Objektově orientované datové modely

Geografické informační systémy zaznamenávají v posledních letech prudký nárůst popularity. Bylo vyvinuto velké výzkumné a vývojové úsilí zaměřené na zvýšení funkčnosti efektivnosti těchto systémů. Výsledkem byla některá významná zlepšení, ale také odhalení celé řady slabých míst. Značně narostlo množství dostupných dat (např. díky rostoucí rozlišovací schopnosti dat z družic), což vede k problémům s ukládáním a zpracováním těchto dat. Při analýzách se těžiště zpracování postupně přesouvá od prostorově orientovaných analýz k analýzám objektově orientovaným. To vede k potřebě zavedení objektově orientované reprezentace dat. Tento požadavek otevírá zcela novou oblast vývoje technologie GISů. S tak masivními objemy dat je spojen problém, jak v kterémkoliv systému provádět analýzy a podávat výsledné zprávy. Je zde totiž nebezpečí, že uživatel bude zavalen příliš mnoha informacemi. A navíc je obtížné vědět, jakou váhu dát kterému výsledku, protože tyto výsledky nejsou zařazeny do kontextu. Dnešní datové struktury jsou optimalizovány s ohledem na ukládání a rychlost manipulace s daty, aniž by braly v úvahu přesnou reprezentaci reálného světa. Geoprvky jsou redukovány na body, linie a plochy, případně na pixely. Datové struktury kladou důraz v prvé řadě na lokalizaci geoprvků, tematické údaje ukládají zcela odděleně, a tím podstatně stěžují provádění prostorových analýz. Ani vektorový, ani rastrový model v reálném světě neexistují - silnice není linie, města nejsou body, a pixely reprezentují zcela libovolná místa prostoru, bez vyhraněného vztahu ke konkrétnímu geoprvku. Tyto nedostatky lze odstranit jediným možným způsobem - vytvořením a zavedením objektově-orientovaného GISu. Nezbytnost zavedení objektověorientovaného přístupu do zpracování prostorových dat demonstruji na jednoduchém příkladě: Když promítneme pozorovateli snímek krajiny a zeptáme se, co vidí, pak nám určitě neodpoví, že vidí body, linie, nebo dokonce pixely, ale naopak lesy, silnice, údolí, řeky atd. A to je také výchozí platforma pro vývoj objektově-orientovaných GISů (dále jen OOGIS). OOGISy musí pracovat s objekty, které odpovídají konkrétním reálným geoprvkům a popisují je jak po stránce prostorové, tak i tematické, časové, vztahové i funkční. Vznikají tak multidimenzionální entity, umožňující řešit i problémy, které byly při použití dřívějších datových struktur neřešitelné. Jedná se například o překrývající se geoprvky, nebo geoprvky s nejasnou prostorovou hranicí (s "fuzzy" omezením). Příkladem překrývajících se geoprvků může být řeka a údolí. Zatímco v klasických datových modelech řeka rozdělí údolí vždy na dvě části, tak v OOGISu tato situace nepředstavuje žádný problém, protože

44

tyto objekty se sice překrývají v 2D prostoru, použitém pro zobrazování, ale v jiných dimenzích jsou zcela odlišné. Příkladem geoprvků s "fuzzy" omezením může být samo údolí a jeho přilehlý hřbet. Tyto dva geoprvky se opět mohou překrývat, neboť linie, která je odděluje, není přesně a jednoznačně definovaná. OODBMS (objektově orientovaný databázový systém; angl. object oriented databáze management system) poskytuje mnohem přirozenější přístup k budování systémů, protože programové objekty odpovídají přímo objektům reálným. Objekty mohou zachycovat jakýkoliv řád komplexnosti a při použití objektově orientovaného přístupu je proto jednoduché ukládat různé datové typy a jejich komplexní vztahy [31]. Většina dnešních GISů využívá pro ukládání dat relační databáze. Avšak užití relačního přístupu je v mnoha oblastech vcelku nové (uvádí se, že jen 5 % všech dat je dnes uloženo v relačních databázích). V takovém případě se nabízí otázka, zda by nebylo lepší přeskočit používání relačních databází a přejít přímo k objektově orientovaným databázím. OODBMS nabízejí nejlepší rysy moderních technologií. Protože objekty mohou obsahovat zase objekty, lze v OODBMS postihnout prakticky jakkoliv komplexní strukturu dat. Tyto databáze nabízejí přirozený způsob ukládání a vybírání komplexních objektů, uživatelé si mohou definovat své vlastní objekty, umožňující reprezentovat v databázích GISu všechny potřebné typy geoprvků (silnice, ulice, řeky ...). Oblastí vhodných pro použití OODBMS je mnoho a jsou různé. Na úrovni veřejné správy mohou aplikace sahat od monitorování znečištění životního prostředí až po plánování výstavby. V komerční oblasti lze tyto databáze využít např. v realitních kancelářích, kdy k dané nemovitosti lze velice snadno uložit i doprovodný textový popis, fotografii nebo i videozáznam. Popis geoprvků, reprezentovaných v databázích geografického informačního systému je relativně složitý, skládá se ze složek, reprezentovaných daty, dále složek reprezentovaných logickými vazbami a v neposlední řadě ze složek reprezentovaných programovým kódem. Rastrový datový model neumožňuje plnou realizaci popisu geoprvků, navíc jsou zde striktně odděleny složky realizované prostřednictvím dat a složky realizované prostřednictvím programového kódu, pracujícího nad těmito daty. Vektorový datový model umožňuje téměř úplnou realizaci popisu geoprvků, avšak tento popis je roztříštěn do relativně samostatných částí, jako je prostorová databáze, tematická databáze a programový kód. Navíc vnitřní organizace těchto relativně samostatných částí mnohdy plnou implementaci popisu geoprvků ztěžuje. Objektově-orientovaný datový model umožňuje plnou realizaci popisu geoprvků, vyznačuje se vysokou konzistentností popisu geoprvků, jednotlivé složky popisu každého geoprvku vytvářejí organický celek - objekt. Nevýhodou objektově-orientovaného datového modelu je prozatím jeho novost, z které může pramenit jistá nevyzrálost a každopádně omezená nabídka vhodných programových produktů, umožňujících práci s tímto datovým modelem a plnou realizaci všech složek popisu geoprvků.

45

4

Struktura aplikace GIS

Geografické informační systémy je možno chápat na třech úrovních: ¾ GIS jako software ¾ GIS jako konkrétní aplikace ¾ GIS jako informační technologie ¾ technické prostředky, hardware ¾ programové prostředky, software ¾ geografické údaje ¾ personální zdroje, obsluha, uživatelé Pokud má GIS uspokojivě fungovat, je nezbytné tyto komponenty dobře vyvážit. Podcenění kterékoliv z nich může způsobit v konečných důsledcích značné finanční ztráty, případně i opuštění projektu. Zastavme se ještě u jedné nezanedbatelné skutečnosti, a tou je cena GIS systémů. Jejich cena může dosáhnout až k několika milionům korun, v závislosti na jejich rozsahu a to jak po stránce hardware, software a v neposlední řadě informací do takovýchto systémů zadávaných. Není na místě zde uvádět ceny jednotlivých částí GIS systémů, pokusme se alespoň popsat, v jakých relacích se pohybují ceny těchto jednotlivých částí. Všichni jistě víme, že každá informace něco stojí. Jak ukazuje následující obrázek (Obr. 4.1), cena informací může až desetinásobně přesáhnout cenu hardware a software GIS. Tuto skutečnost je třeba mít stále, při pořizování GIS systémů, na paměti. Cena

Data (10:1 až 100:1) Software Obr.(1) 4.1Poměr(1:1 cen až jednotlivých částí GIS 2:1) Hardware

Obr. 4.1 Fáze tvorby GIS

46

Jak bylo patrné v úvodních kapitolách, systémy GIS lze dále dělit podle mnoha kritérií, ale pro seznámení se s filozofií těchto systému je výše uvedené dělení dostačující. Zastavme se dále u tvorby GIS a to z hlediska jak časového tak i logického. Jejich tvorbu lze rozdělit do těchto fází: ¾ úvodní studie ¾ vývoj logického datového modelu ¾ sběr dat ¾ správa dat ¾ analýza nad daty ¾ "prezentace" vyhledaných dat Jednotlivé etapy tvorby GIS by měly následovat v uvedeném pořadí. Jakmile je základní struktura a datová základna GIS vytvořena, dochází k periodické obnově systému (aktualizace dat, modernizace hardware a software). I v tomto případě se jednotlivé etapy mohou prolínat. Je vhodné podotknout, že k výše uvedenému schématu je nutno přiřadit dále i období, v rámci kterého probíhá školení příslušných pracovníků. GIS je nová technologie, která vyžaduje nové přístupy k datům od většiny zaměstnanců. I pro vyspělé uživatele výpočetní techniky je nutná určitá doba než se zorientují zejména ve vyspělých nástrojích pro prostorovou analýzu a dotazování. Příslušná školení musí proběhnout včas, aby uživatelé mohli převzít údržbu celého systému. Popišme si v krátkosti co se pod jednotlivými fázemi skrývá.

4.1

Úvodní studie

Vybudování funkčního systému, který v dostatečné míře uspokojí požadavky uživatele, je finančně a časově náročnou záležitostí. Kritériem je poměr nákladů na systém a zisk, který tento systém přinese. Náklady netvoří pouze prvotní nákup hardwaru a softwaru, ale především obrovské investice do sběru, aktualizace a správy dat, vyškolení personálu, modernizace počítačového a programového vybavení, jeho údržba. Návratnost vložených prostředků se přitom nepočítá na jednotlivé měsíce, nýbrž na roky případně na desetiletí. Úvodní studie musí být proto velmi pečlivá. Výběru definitivního programového i hardwarového vybavení by mělo předcházet vytvoření pilotního projektu pomocí 2-3 předem zvolených produktů. Pilotní projekt představuje experimentální implementaci v malém měřítku, v rámci které jsou testovány techniky, zařízení a subsystémy, které budou použity v plném GIS. Pilotní projekt by měl poskytnout lepší základnu pro výběr systému, otestovat různé metody produkce a přispět k verifikaci celého projektu. Velmi významně může pomoci k identifikaci vad systému, k ohodnocení organizačních problémů a k ohodnocení požadavků na personální zabezpečení. Rovněž může upřesnit časový interval potřebný k převodu dat z konvenční do digitální podoby.

47

Teprve na základě odzkoušení, zhodnocení a diskuse nad pilotními projekty je možno se definitivně rozhodnout pro jeden produkt. Následuje jeho nákup, instalace, výchova pracovníků. Je navržena struktura projektu a organizace dat vzhledem k jejich budoucímu využití (správy, analýzy, prezentace). Následně začíná či pokračuje cyklus sběru dat.

4.2

Vývoj logického datového modelu

Všechna zpracovávaná data musí mít počáteční zdroje a finální využití. Rovněž musí odpovídat reálnému světu mimo počítačový systém. Dobrý datový model je součástí specifikace systému na zpracování dat, ne jejím výsledkem. Proto musí být datový model navržen opravdovým expertem z dané oblasti. Datové modely obsahují objekty specifikované následujícími parametry - typem objektu, geometrií, atributovými daty, vztahy a kvalitou.

4.3

Sběr dat

Podle prováděných průzkumů více než 70% nákladu na projekt GIS spočívá v získávání údajů. Prostorová databáze je hlavní položkou GIS. Typicky jsou prostorové databáze budovány s použitím topografických údajů z národních geodetických a mapovacích agentur. K nim se připojují specifická data projektu. Údaje lze získat z různých zdrojů. Termín primární údaje se někdy používá pro údaje přecházející přímo z měřícího zařízení do prostředí GIS (Obr 4.2). Mezi primární údaje patří údaje z DPZ, údaje z geodetických přístrojů se záznamem v digitální formě, údaje GPS atd. Sekundární zdroje zahrnují zpracování údajů, které již byly kompilovány, ale vyžadují konverzi do počítačem čitelného formátu. Mezi sekundární zdroje patří např. letecké fotografie, digitalizace nebo skenování map (Obr. 4.3). Atributy mohou být importovány z externích zdrojů (databází) nebo mohou být zadány z klávesnice. Sběr dat je tedy základní a zároveň nejdražší etapou budování GIS. Cílem je vytvoření digitální databáze (mapové, atributů), která je základem budoucího systému. Předpokladem úspěšného, efektivního sběru dat je kvalitně připravená metodika a technologie sběru a volba vhodných zdrojů dat. Kompletnost a přesnost databáze určuje kvalitu analýzy a výsledných produktů. Provádění úprav v databázi v průběhu analýz nebo dokonce až při tvorbě tématických map je velmi nákladné, časově náročné a mnohdy i téměř nemožné. Navíc dobře navržená databáze je použitelná i pro více projektů. Zrekapitulujeme-li předchozí odstavce, lze konstatovat, že zdrojem dat jsou všechny dostupné a využitelné soubory informací o zájmovém území, především území (část geosféry) samotné. Jako zdroj dat slouží :

•

mapy ( základní, státní, topografické, tematické, účelové, geografické)

•

plány, náčrty, výkresy

48

•

výstupy z CAD ( mapy a jiné výkresy v digitální formě, digitální modely terénu, aj.)

•

informace z jiných informačních systémů, statistické ročenky, zprávy, slovníky, rejstříky, přehledy, archivní údaje aj.

Metody sběru dat pro GIS lze rozdělit do dvou základních skupin:

•

Získávání dat přímo z reálného světa

•

Přebírání dat z již dříve vytvořených souborů dat

Obr. 4.2 Zdroje primárních dat Protože prostorové údaje představují hlavním komponentou GIS, jejich důležitost stále roste. Stále více údajů je prodávaných, anebo podléhající licenci, obvykle jsou specifickým způsobem udržované a aktualizované. Jiné údaje se naopak zveřejňují, stávají se přístupnými nejrůznějším zájemcům, zvláště prostřednictvím počítačových sítí.

49

Obr. 4.3 Zdroje sekundárních dat

4.4

Správa dat

Správou dat se nazývá soubor technických, technologických a personálních opatření s cílem, co nejlépe organizovat data uložená v počítači, včetně jejich ochrany, zajištění přístupu k nim. Systém musí být otevřený s možností aktualizace dat. Základním atributem geografických dat je prostorovost. Prostorovost dat znamená jejich jednoznačnou polohovou lokalizací pomocí souřadnic ve zvoleném souřadnicovém systému. Souřadnicový systém může být buď třírozměrný nebo rovinný. Třírozměrný systém bývá zpravidla kartézský nebo sférický. Aby byly jednoznačně definované parametry zobrazeny a zabezpečena stejná informační hodnota zobrazovaných elementů, měly by být všechny údaje součástí jednotného referenčního systému. Negrafické údaje GIS jsou uloženy ve formě databázových tabulek, v tabulkách atributů. Jejich svázání s prvky výkresu (map) zajišťuje jednoznačný identifikátor.

50

4.5

Analýzy nad daty

Jedním ze základních cílů budování GIS je zkvalitnění a zrychlení rozhodování. GIS má umožnit řešení problémů, které by bez jeho použití bylo velmi obtížné, ne-li nemožné. Po sběru a vybudování funkční struktury dat přichází fáze jejich vyžívání, fáze analýz. Základní typy otázek, které GIS umí vyřešit se týkají zejména: 1. polohy - dotaz zjišťuje, co se nachází na konkrétním místě 2. podmínky - je třeba vyhledat místo, které splňuje jisté podmínky. 3. trendů - zahrnuje oba předchozí dotazy a zjišťuje změny v analyzované oblasti v průběhu času. 4. prostorového uspořádání - zjišťuje se pravidelné prostorové uspořádání určitého jevu v závislosti na zadaných podmínkách. 5. modelování – např. analýzy typu if.., analýzy na síťovém grafu atd.

4.5.1

Dotazování a prostorové analýzy

Proces dotazování v prostředí GIS se většinou realizuje funkcemi tzv. „dotazovacího manažera“. Tento umožňuje následující druhy dotazů: ¾ Dotazy na mapové objekty, geoprvky ¾ Dotazy na tabulku atributů pomocí databázového jazyku SQL, jde o dotazy typu „které geografické objekty mají definovanou vlastnost apod.“ ¾ Dotazy na mapové objekty a datové tabulky ¾ Prostorové dotazy, jde o prostorové dotazy typu „co se nachází na tomto místě, co se nachází v dané oblasti“ Kromě těchto možností GIS disponuje řadou dalších analytických možností. Ve stručnosti uveďme zejména tyto: ¾ Měřící funkce ¾ Mapová algebra ¾ Analýzy sítí, analýza vzdáleností ¾ Analýzy modelu reliéfu

4.5.2

Dotazy na mapové objekty a tabulky atributů

Před dotazem je nutno vybrat třídu geoprvků a pokud daný druh geoprvku má připojenou tabulku, je možné její zobrazení, či účast na podmínce podle potřeby potvrdit nebo zrušit. Všechny vybrané mapové objekty (geoprvky) vyhovující vyhledávací podmínce se ve vybraném pohledu zvýrazní. Toto zvýraznění je možné nastavit obvykle výběrem barvy, tloušťky čáry apod. 51

Pokud bylo nadefinováno i zobrazení tabulky atributů, při procházení vybranými mapovými prvky se zobrazí v definovaném formátu i tyto tabulky. Součástí dotazu mohou být i dotazy na údaje v tabulkách. Je nutné vybrat databázovou proměnou, relační operátor a údaj, na který se ptáme. Platné relační operátory mohou být následující: =

je rovno

!=

není rovno

>

větší než

>=

větší než nebo rovno

<

menší než

<=

menší než nebo rovno

is NULL

neobsahuje hodnotu

is not NULL

obsahuje hodnotu

Údaje, na které se ptáme, se vypisují z klávesnice nebo se vyhledají ze seznamu hodnot dané databázové proměnné. Sestavené dotazy je možné ukládat, editovat, vyvolávat a rušit. Jak je patrné z výše uvedeného, atributové dotazy lze realizovat různými způsoby. První způsob spočívá v identifikaci jednotlivého objektu na základě jeho jména, označení nebo jiného atributu. Velmi často se také používá jiný způsob. Tento spočívá ve vyhledání určitého počtu objektů splňujících intervalové nebo logické podmínky jednoho nebo i více atributů. K definici dotazu se nejčastěji používá jazyk SQL. Často GIS disponuje uživatelských prostředím k sestavení dotazu, takže operátor ani neví, že pracuje s SQL jazykem. Dále je uveden příklad atributového dotazu. Jde nám o vyhledání všech silnic první třídy, kde za rok 2007 bylo více jak 100 nehod. Pomocí SQL jazyka můžeme psát: SELECT * FORM SILNICE WHERE Trida_sil=1 and Poc_nehod >= 100 and rok= 2007

4.6

Prostorové dotazy

Prostorové dotazy jsou dotazy, pomocí kterých se můžeme dotazovat na prostorové vztahy mezi existujícími geoprvky. Dotazy tohoto druhu jsou tvořeny jako kombinace operátorů a kritérií nutných k vyhledání. Např. operátor "uvnitř" (Inside) a kritérium "ohrada" způsobí vyhledání daných mapových objektů, které se nachází uvnitř dané "ohrady". Jednotlivé kritéria lze uložit a v případě potřeby použití zpět načíst. Většina programů pro vytváření GIS umožňuje definovat následující prostorová kritéria typu:

•

výběrová množina - jde o výběr objektů pomocí ukázání nebo o výběr oknem

52

•

zóna – jde o obalovou zónu kolem zvoleného objektu k níž se vztahují dotazy. K zóně je možné vztáhnout operátory typu uvnitř, vně.

•

ohrada - jde o ohradu kolem zvoleného objektu k níž se vztahují dotazy. I k ohradě je možné vztáhnout operátory typu uvnitř, vně, vně s přesahem.

Předpokládejme, že byla vytvořena zóna 200 m od hydrantu jak je znázorněno na obr. 4.4.

Obr.4.4 Zóna kolem daného objektu (hydrant) Pak je možné vyhledávat např. všechny parcely, které jsou uvnitř zóny. Pro tento případ dotazu je tedy nutné definovat operátor "uvnitř" a kritérium "zóna" na vyhledání všech centroidů uvnitř obalové zóny. Po provedení dotazu se dostaneme do stavu, který vyjadřuje následující obrázek (Obr. 4.5).

Obr. 4.5 Vyhledání centroidů uvnitř vytvořené zóny

53

Další případ nastane jestliže je třeba vyhledat všechny parcely, které jsou vzdáleny od daného hydrantu o více jak 200 m a zároveň méně než 300 m. Na vyhledání těchto parcel je nutno zvolit následující vyhledávací parametry: Operátor: Vně

Kritérium: Obalová zóna 200m

Vzdálenost: 100 m

Mód plochy: Venek

Obr. 4.6 Vyhledání centroidů uvnitř mezikruží

Následující obrázky pak ukazují výsledky dotazů s různými operátory a módy plochy. Příklad 1. Operátor: Uvnitř

Kritérium: Obalová zóna 200m

Vzdálenost: 100 m

Mód plochy: Venek

Obr. 4.7

54

Příklad 2. Operátor: Uvnitř

Kritérium: Obalová zóna 200m

Vzdálenost: 100 m

Mód plochy: Vnitřek

Obr. 4.8

Příklad 3. Operátor: Uvnitř

Kritérium: Obalová zóna 200m

Vzdálenost: 100 m

Mód plochy: Celý vnitřek

Obr. 4.9

55

Příklad 4. Operátor: Ne uvnitř

Kritérium: Obalová zóna 200m

Vzdálenost: 100 m

Mód plochy: Vnitřek

Obr. 4.10 Příklad 5. Operátor: Ne uvnitř Vzdálenost: 100 m

Kritérium: Obalová zóna 200m Mód plochy: Celý vnitřek

Obr. 4.11

Příklad 6. Operátor: Uvnitř

Kritérium: Obalová zóna 200m

56

Vzdálenost: 100 m

Mód plochy: Vně

Obr. 4.12

Příklad 7. Operátor: Uvnitř

Kritérium: Obalová zóna 200m

Vzdálenost: 100 m

Mód plochy: Vně celá plocha

Obr. 4.13

57

Postup při nastavení prostorových dotazů: 1. Vybere se typ mapového prvku 2. Definují se dotazy na tabulku atributů 3. Vybere se Operátor 4. Zvolí se vzdálenost definující prohledávanou plochu 5. Vybere se mód plochy

4.7

Prezentace dat

Poslední fází budování GIS je prezentace dat. Prezentace se děje buď pouhým výběrem požadovaných dat, nebo demonstrováním výsledků analýz. Data lze prezentovat v digitální formě (interaktivně) na obrazovce počítače (terminálu) nebo ve formě grafické. Ke zpřístupnění digitálních dat uživateli GISu slouží tzv. prohlížečky, jednoduše ovladatelné programové produkty, pomocí nichž "surová" data z počítače efektně zobrazí na obrazovce počítače. Pomocí prohlížečky se dají provádět také jednodušší analýzy. K vybraným objektům lze zobrazit rastrové obrázky (fotografie), záznamy videa a animace, případně i zvuky. Grafické výstupy představují především tematické mapy, plány, výkresy, tabulky, atlasy, statistické přehledy, databázové reporty, realizované na plotru (vektorovém či rastrovém) a tiskárně. Velmi důležitým zlomem v činnosti každé firmy využívající data zorganizovaná formou GIS je poskytnutí dat prostřednictvím internetu/intranetu. Tento způsob zpřístupnění databáze GIS je vhodný pro uživatele, kteří vyžadují možnost prohlížení dat formou interaktivního přístupu do databáze a zároveň je pro ně vyhovující jak prostředí standardního web serberu, tak skutečnost, že možnosti práce s GIS daty jsou pevně dány. Z technického hlediska vyžaduje tento přístup k datům GIS na straně správce GIS zřízení serveru, určeného pro zprostředkování kontaktu mezi klienty a geografickou databází. Data, která takto budou přístupná, možné způsoby jejich zobrazení a funkce, které bude mít uživatel k disposici, definuje správce geografické databáze na základě požadavků uživatelů. Způsob této definice závisí na použitém prostředku.

4.8

Finanční náklady na GIS

Cílem toho bodu je uceleným způsobem zrekapitulovat náklady, s kterými musí firma, která se rozhodne budovat GIS počítat. Náklady spojené s budováním GIS můžeme rozdělit do tří základních kategorií: ¾ Technické a programové vybavení

58

Do nákladů na technické a programové vybavení zahrnujeme především nákupní ceny počítačů (serverů a pracovních stanic), zařízení na zálohování dat, digitizérů a tiskových zařízení jako jsou plotry a tiskárny. Do nákladů na programové vybavení zahrnujeme ceny operačních systémů, programů k realizaci geografického informačního systému a programů na vytváření databází. K těmto nákladům je nutno připočíst určité doplňkové výdaje na zaplacení přepravních nákladů a pojištění, DPH apod. Často se zapomíná na poměrně nákladný materiál typu kabeláž, různý doplňkový materiál a především na vybavení kanceláří (stoly, židle, skříňky). ¾ Vybudování báze dat Do nákladu na vybudování databáze patří všechny náklady vynaložené na vytvoření databáze GISu. Jde o náklady na konverzi papírových map a dokumentů do digitálního formátu databáze GIS. Atributová data spojená s těmito mapami jsou obvykle ručně přepisována z existujících kartoték. Již dříve pořízená data v elektronické podobě jsou přes datové mosty přetahovány a konverzovány. Je vhodné podotknout, že vytvoření databáze je finančně i časově velmi náročné. ¾ Údržba systému Náklady spojené s údržbou zahrnují výdaje spojené s probíhajícími činnostmi a podporou GIS po instalaci. Do této kategorie patří náklady na školení zaměstnanců, podporu a údržbu technického a programového vybavení, správa systému, nejrůznější materiál a především na aktualizaci databáze GIS.

4.8.1

Hardware pro GIS

V současné době jsou GIS k dispozici na různých počítačových platformách od personálních počítačů (PC) přes pracovní stanice až po víceuživatelské systémy. GIS vyžadují specializované periferie pro vstup a výstup údajů. Všechny tyto komponenty mohou pracovat v počítačových sítích. Víceuživatelské systémy se používají v oblasti státní správy a řídících orgánů, hlavně se vzhledem na jejich vhodnost pro zpracovávání velkého objemu údajů. Jsou tedy vhodné pro práci s velkými databázemi. Pracovní stanice (minipočítače) jsou nejpopulárnější hardwarovou platformou pro GIS. Jejich základem jsou obvykle rychlé procesory, pracující pod operačním systémem Unix a s přístupem na velké pracovní disky. Využívají také monitory s velkou rozlišovací schopností pro grafický výstup. Vzhledem k pokroku ve výkonnosti procesorů jsou nyní personální počítače také vhodné pro práci s GIS. Velmi často se taktéž využívají pro řízení grafických periférií jako např. digitizéry, ve větších systémech.

59

Mimořádně důležité jsou i kvalitní periferní zařízení. Digitizér je zařízení umožňující snímat průběh čar z analogového podkladu(např. mapy) a zjišťovat souřadnice bodů (čar). Skener je zařízení pro konverzi analogového podkladu do digitální formy rozčleněním obrazu na obrazové elementy. Plotry se používají k vytváření analogových (papírových) kopií map, případně jiných grafických výstupů (obrazy, grafy). Existují tři hlavní skupiny - pérové, tryskové a elektrostatické. Tiskárny se používají na výstup textů nebo méně kvalitních (základních) grafických výstupů. Používají se velmi často a dovolují předběžnou kontrolu údajů, resp. výstup tištěné textové podoby výsledků analýz. Počítače většinou komunikují mezi sebou s využitím speciálních propojení v počítačových sítích. Takto mohou být vytvořeny lokální sítě. Avšak možný je i kontakt vzdálených uživatelů pomocí telefonních linek a modemů. Lokální sítě - local area network (LAN), umožňují sdílení údajů anebo odeslání souborů na tiskárny. Lokální sítě LAV mohou být pomocí telekomunikačních linek propojeny do globálních sítí - wide area network (WAN). Vzhledem k vysokým požadavkům na výkonnost a kvalitu je hardwarové vybavení pro GIS relativně drahé. Spojení několika počítačů do počítačové sítě ulehčuje integraci údajů a umožňuje zároveň efektivnější využití zařízení.

4.8.2

Software pro GIS

K nejznámějším dodavatelům software pro GIS patří kalifornská společnost ESRI. Jde v současné době o největšího světového výrobce software pro geografické informační systémy (GIS). Vlajkovou lodí společnosti je produkt ArcGIS. ArcGIS Desktop poskytuje kompletní software pro GIS a je k dispozici ve třech úrovních (tj. licencích): ArcView, ArcEditor a ArcInfo, které se liší různou úrovní funkcionality. Záleží na konkrétním uživateli, které produkty ArcGIS bude potřebovat pro svůj geografický informační systém, ArcGIS poskytuje prostředky pro zajištění jakéhokoli GIS, od jednouživatelského systému po rozsáhlý systém, který zpřístupňuje geografická data a analýzy nejen pracovníkům organizace, ale prostřednictvím internetu i široké veřejnosti. Součástí systému ArcGIS jsou komponenty pro serverovou část rozsáhlého GISu, stejně jako software pro GIS do terénu. Aktuální verze systému ArcGIS je 9.1. Software ArcView je základním produktem řady ArcGIS Desktop, která se vyznačuje jednotným a snadno ovladatelným grafickým uživatelským rozhraním ve stylu Microsoft Windows, podporou průmyslových i řady formálních standardů, rozšiřitelností a uživatelskou přizpůsobitelností. ArcView je výkonným samostatným nástrojem GIS pro jednoduché aplikace, ale zejména vstupní branou k ArcGIS, integrované a škálovatelné sadě softwarových produktů pro GIS. ArcGIS se skládá z produktů ArcView, ArcEditor (pokročilejší editační nástroje, topologie), ArcInfo (plná funkcionalita GIS), ArcIMS (řešení pro internet) a ArcSDE (řešení pro správu geografických dat v relační databázi). Svými nástroji mohou tyto další produkty ArcGIS obohatit ArcView o možnosti víceuživatelské editace,

60

pokročilých analýz, webových služeb a výkonnou správu prostorových databází.

Obr. 4.14 Schéma systému ArcGIS

Mezi součásti ArcView patří katalog pro prohlížení a správu dat, možnost transformace souřadnicových systémů a tvorby metadat, upravitelnost pomocí vestavěného VBA, nové editační nástroje, podpora statických anotací, vylepšené kartografické nástroje, přímý přístup k datům na internetu a další. ArcView tvoří tři desktopové aplikace: ArcMap, ArcCatalog a ArcToolbox. V aplikaci ArcMap můžete data zobrazovat, dotazovat se na ně, provádět nejrůznější analýzy, vytvářet výkresy a tisknout výsledné mapy. ArcCatalog nabízí nástroje pro správu, tvorbu a organizaci geografických a tabelárních dat. V aplikaci ArcToolbox máme k dispozici základní nástroje pro konverzi dat. S použitím těchto tří aplikací je možné provádět nejrůznější úlohy GIS, od nejjednodušších až po ty složitější, včetně geografických analýz, prostorových operací, základní editace dat, tvorby map a správy geografických dat. Software ArcView slouží především k zobrazování a analýze dat GIS a k tvorbě mapových výstupů, avšak disponuje i základními nástroji pro tvorbu, správu a editaci dat. Software ArcView je primárně určen jako pracovní stanice pro náročnější uživatele rozsáhlejšího víceuživatelského systému. ArcView lze s úspěchem nasadit i jako samostatný software GIS pro menší projekty nebo jednodušší aplikace.

61

ArcEditor je řešení pro pořizování, editaci a správu geografických dat ve formátu shapefile, geodatabáze a dalších. ArcEditor obsahuje všechny možnosti, které se dají najít v ArcView, a dále umožňuje stanovit chování geodatabáze (topologie, podtypy, domény, geometrické sítě). Jeho součástí jsou i nástroje pro tvorbu metadat, zkoumání a analýzy geografických dat a mapování. V případě, že máme přístup do DBMS prostřednictvím ArcSDE, máte možnost pomocí software ArcEditor editovat a udržovat víceuživatelskou geodatabázi s kompletní správou verzování, např. včetně identifikace a řešení konfliktů mezi jednotlivými verzemi, provádění oddělené editace a správy historie. ArcMap je centrální aplikace ArcGIS Desktop, která slouží pro všechny mapově orientované úlohy včetně kartografie, prostorových analýz a editace dat. ArcMap je aplikace, která poskytuje kompletní funkcionalitu pro tvorbu map. Aplikace ArcMap poskytuje dva různé pohledy na mapu, tedy zobrazení geografických dat a zobrazení výkresu mapy. V zobrazení geografických dat se pracuje s geografickými vrstvami a lze zde měnit symboliku, analyzovat a kompilovat datové sady GIS. Rozhraní tabulky obsahu napomáhá organizovat a ovládat vlastnosti vykreslení datových vrstev GIS v datovém rámci. Zobrazení dat je jakýmsi oknem do datových sad GIS, které je dispozici pro danou oblast. V zobrazení výkresu mapy je možné pracovat s mapovými stránkami, které obsahují nejen rámce geografických dat, ale i další mapové prvky, jako jsou legendy, měřítka, severky a referenční mapy. ArcMap slouží pro tvorbu mapových kompozic připravených pro tisk a publikaci. Celé uživatelské rozhraní ArcGIS Desktop je lokalizováno do češtiny. S rozvojem firmy roste i velikost databáze a úměrně s ní také počet jejích uživatelů. I přes některé výhody klasického souborového uložení dat je v takovém případě vhodné přejít na používání tzv. relační databáze (RDBMS). Relační databáze vám totiž umožní využít velkou řadu výhod, které tento způsob uložení dat přináší. RDBMS poskytuje širokou škálu nástrojů pro správu dat, stejně jako nástroje pro jejich analýzu. Výhodou použití relační databáze je také fakt, že umožňuje mít všechna data uložena na jednom místě, díky čemuž se správa dat ve vaší organizaci stává přehlednější a lépe organizovanou. Kromě popisných (atributových) dat lze do databáze uložit i vektorová či rastrová geografická data. Vzniká tak tzv. „geodatabáze“. Právě možnost uložení všech těchto typů dat v jediné databázi — a to v prakticky libovolném množství — umožňuje díky své struktuře a otevřenosti technologie ArcSDE. ArcSDE (Spatial Database Engine) je klient/server technologie firmy ESRI pro ukládání a správu prostorových dat v prostředí uživatelem zvoleného relačního databázového systému (RDBMS). Takto uložená data pak dodává do ArcGIS Desktop, ArcIMS a jiných aplikací a stává se tak klíčovou komponentou ve víceuživatelském systému ArcGIS. Poskytuje otevřené aplikační programové rozhraní, které umožňuje provádět rychlé a efektivní prostorové operace nad rozsáhlými, sdílenými geografickými databázemi. Z hlediska architektury systému funguje ArcSDE jako tzv. „middleware“, neboť zprostředkovává požadavky mezi klientem a serverem. Výhodou této třívrstvé architektury je zejména vysoká výkonnost celého GIS systému díky 62

rozdělení aplikačních úloh mezi databázový server, klienta a ArcSDE aplikační server. Další výhodou je možnost nezávislého vývoje kterékoliv z těchto vrstev (server - middleware - klient). ArcSDE nachází uplatnění všude tam, kde je zapotřebí spravovat objemnou geografickou databázi, jejíž data jsou současně editována a využívána velkým počtem uživatelů. Možnosti systému ArcGIS Desktop (ArcView, ArcEditor, ArcInfo) lze dále rozšířit přidáním specializovaných rozšiřujících modulů – nadstaveb. Každá nadstavba se v rozhraní ArcGIS Desktop prezentuje novým panelem funkcí a nástrojů. Při práci s nadstavbou tedy uživatelé zůstávají ve svém obvyklém prostředí a pracují se svými daty tak, jak jsou zvyklí. Ovládání funkcí a tlačítek jednotlivých nadstaveb se neliší od způsobu ovládání obvyklého v ArcGIS Desktop. Sestava ArcGIS Desktop + nadstavba tvoří tedy kompaktní pohodlně ovladatelný systém. Funkčnost jednotlivých rozšiřujících modulů se nemění v závislosti na tom, s jakou úrovní ArcGIS Desktop jsou využívány. V dalším textu jsou uvedeny nejzákladnější. ArcGIS 3D Analyst Rozšíření 3D Analyst přináší do GIS třetí rozměr. Pomocí 3D Analyst je možné na základě měřených výšek vytvořit podrobný model reliéfu včetně ostrých lomů, náspů apod. Data o reliéfu a všechna další data GIS se pak zobrazí ve 3D prostřednictvím speciální aplikace ArcScene nebo ArcGlobe, které jsou součástí 3D Analyst. 2D vrstvy získají prostorový tvar na základě modelu reliéfu, navíc je možné jednotlivé 2D prvky „vytáhnout“ nad či pod úroveň terénu podle údaje v atributové tabulce (budovy, ohrady, studny, vrty). Terén lze texturovat prostřednictvím leteckého nebo družicového snímku. Na povrch snadno lze rozmístit 3D modely objektů, jako jsou budovy (jsou-li vytvořené v externím programu, pak včetně textur fasád a střech), stromy, auta apod., dále můžete nastavit vzhled oblohy (barevné přechody, mlha…). Výsledkem je přehledný třírozměrný model zájmového území, který můžete prohlížet z libovolného úhlu, anebo se nad ním interaktivně proletíte. Přitom je možné stále možnost dotazovat se na vlastnosti prvků a provádět výběry na základě podmínek stejně, jako v prostředí aplikace ArcMap. Celý model může být předán širšímu okruhu zájemců prostřednictvím otevřeného formátu VRML či dat publikovaných pro prohlížečku ArcReader, která je dostupná zdarma, a to i v české lokalizaci. Jinou variantou předání informace o území je záznam průletu ve formátu video. Mimoto poskytuje 3D Analyst nástroje, které jsou užitečné pro analýzu reliéfu – např. výpočet sklonu, expozice svahu či kubatury, profil po linii, nalezení nejstrmější cesty, analýza viditelnosti, stínování reliéfu apod. Informaci o reliéfu je možné konvertovat z formátu TIN (nepravidelná síť trojúhelníků) do rastrového formátu či do formy vrstevnic. Model reliéfu může být ze souboru měření vytvořen také interpolačním algoritmem. Obecně lze uvedenými metodami zpracovat nejen data výškopisná, ale i data o výskytu jakékoli jiné veličiny (teplota, znečištění, výskyt těžkých kovů apod). 3D Analyst je významným pomocníkem ve všech případech, kdy je třeba v řešení územní situace zohlednit průběh reliéfu a aspekty plynoucí z jeho tvaru. 3D Analyst se proto uplatňuje u většiny uživatelů GIS, zejména pak v oblasti územního plánování, hydrologie, ochrany přírody, výzkumné geologie, těžebního průmyslu, telekomunikací, vojenství a

63

civilní ochrany, archeologie, lesnictví, zemědělství, státní správy a samosprávy a dalších oborech. ArcGIS Network Analyst ArcGIS Network Analyst je softwarová nadstavba ArcGIS Desktop, která umožňuje provádět prostorovou analýzu na síti. Používá speciální datový model, pomocí něhož mohou uživatelé snadno vytvořit z dat v geografickém informačním systému sítě a provádět nad nimi síťovou analýzu. Dále je pomocí nadstavby ArcGIS Network Analyst možné dynamicky modelovat reálné podmínky na síti (dopravní omezení, rychlostní limity, váhová omezení, podmínky pro dopravu v jakékoliv části dne a další). Software ArcGIS Network Analyst je užitečným nástrojem pro uživatele, kteří potřebují kvalitní zpracování síťové analýzy v prostředí GIS. ArcGIS Network Analyst lze využít v mnoha oblastech, které zahrnují dopravu, logistiku, péči o zdraví, bezpečnost, vzdělávání, utility, místní správu a samosprávu, obchod a mnoho dalších. ArcGIS Network Analyst je určen k vytvoření cestovního itineráře, určení nejkratšího spojení, nalezení nejbližšího střediska (obsluhy), stanovení trasy z bodu do bodu, vymezení oblastí pro obsluhu, nalezení optimální trasy, analýzám podle potřebného času, výpočtu matice vzdáleností. Spatial Analyst Jedním z nejdůležitějších přínosů nadstavby Spatial Analyst je možnost vytvářet data v rastrovém formátu a analyzovat souvislosti mezi různými typy geografických dat – v rastrovém i vektorovém formátu. Spatial Analyst otevírá cestu k využití těch dat, která popisují spojitě se měnící veličiny, jako např. nadmořská výška, sklon, teplota, tlak, srážky, znečištění apod. a umožní vám vytvořit rastrovou vrstvu prostřednictvím interpolace hodnot naměřených v diskrétních bodech zkoumaného území. Zároveň lze v rámci nadstavby Spatial Analyst pracovat i s klasifikovanými rastry (např. rastr vyjadřující způsob využití půdy apod.), či takové rastry vytvářet (převodem z vektorového formátu nebo kategorizací spojitých dat). Prostřednictvím logických dotazů, kombinací různých rastrových i vektorových dat a pomocí nejrůznějších algoritmů prostorové analýzy, jež poskytuje Spatial Analyst, získáme nové informace o území. Příkladem výstupů takových operací mohou být oblasti vybrané na základě daných kritérií (zemědělská půda v nadmořské výšce větší než 750 m apod.), sklon a expozice svahu, vyhodnocení časové řady (území s největším nárůstem znečištění za posledních 10 let), hranice povodí, nejvhodnější trasa pro průchod daným územím, místa viditelná z dané pozorovatelny a další. Spatial Analyst tedy umožňuje vytvářet nové informace o území, a tím přispívá k hlubšímu porozumění vztahů v území a přijímání fundovaných rozhodnutí. oblasti využití Spatial Analyst je vhodný pro každého uživatele GIS, který potřebuje analyzovat a popisovat spojitě se měnící veličiny, jako např. nadmořská výška, sklon, teplota, tlak, srážky, výskyt znečištění, chorob apod. Spatial Analyst se proto uplatňuje u většiny uživatelů GIS, zejména pak v oblasti zemědělství, hydrologie, ochrany přírody, výzkumné geologie, těžebního průmyslu, meteorologie, telekomunikací, vojenství, archeologie, lesnictví, zdravotnictví, státní správy a samosprávy a dalších oborech. 64

Geostatistical Analyst Geostatistika je taková statistická metodika, která do zpracování zahrnuje i geografické souřadnice zpracovávaných údajů. Geostatistical Analyst je prvním nástrojem, který přináší sofistikované metody z oblasti geostatistiky přímo do prostředí GIS pro koncové uživatele. Na základě údajů naměřených na několika místech zájmového území umožňuje Geostatistical Analyst předpovědět hodnoty spojitě se měnící veličiny, např. nadmořské výšky, teploty, tlaku, srážek, znečištění, kyselost půdy apod. na ploše celého tohoto území. K dispozici jsou jak stochastické tak deterministické metody. Při vytváření předpovědních map prostřednictvím sofistikovaných interpolačních algoritmů spočívá kvalita výsledků především ve správném nastavení vstupních parametrů. Geostatistical Analyst nabízí velmi názorné a interaktivní prostředí, v němž uživatel snadno porozumí datům, se kterými pracuje, odhalí jejich závislosti, anomálie a trendy a zvolí nejvhodnější nastavení procesu interpolace. Kromě vlastního vytváření datových vrstev je pamatováno také na kontrolu a zhodnocení přesnosti využité metody i nástroje pro názornou vizualizaci získaných výsledků. Geostatistical Analyst je tedy nástrojem, který z měřených údajů umožňuje vytvářet datové vrstvy pro GIS na profesionální úrovni. Geostatistical Analyst je řešením pro pracoviště, která potřebují analyzovat a popisovat spojitě se měnící veličiny, např. nadmořskou výšku, tlak, signál vysílače, výskyt znečištění, chorob, nezaměstnanosti apod. Geostatistical Analyst se proto uplatní u většiny uživatelů GIS, zejména pak v oblasti zemědělství, hydrologie, ochrany přírody, výzkumné geologie, těžebního průmyslu, meteorologie, klimatologie, telekomunikací, lesnictví, zdravotnictví, státní správy a samosprávy. Pro specialistu z oboru geostatistiky, ale i pro ostatní uživatele GIS se zájmem prohloubit své znalosti je práce s Geostatistical Analyst doslova zážitkem, neboť tato nadstavba zpřístupňuje složitý obor velmi názornou a srozumitelnou formou. ArcGIS Data Interoperability Nadstavba ArcGIS Data Interoperability přináší možnosti přímého čtení a využití více než 60 běžných vektorových datových formátů včetně mnoha nově vyvinutých specifikací GML. Pomocí této nadstavby můžete dodávat vaše GIS data v mnoha formátech. Datové sady různých typů, jako je např. S57 (navigační datové sady), datové sady CAD s rozšířenými atributy entit, datové sady MapInfo, a GML soubory hlavního státního mapového díla mohou být zobrazeny a použity přímo v prostředí ArcGIS Desktop. Tato nadstavba dále formuluje poskytování GIS dat ostatním v mnoha exportovaných vektorových datových formátech (podporovaných je více než 50 formátů). Nadstavba Data Interoperability rovněž poskytuje sadu nástrojů pro transformaci dat pro tvorbu převodníků pro komplexnější vektorové datové formáty. Tato nadstavba byla vytvořena ve spolupráci dvou firem: ESRI a Safe Software, která je jedním z hlavních poskytovatelů produktů pro interoperabilitu v oblasti GIS. Nadstavba ArcGIS Data Interoperability je vyvinuta na základě populárního produktu firmy Safe Software Feature Manipulation Engine (FME). Pomocí nadstavby ArcGIS Data Interoperability mohou uživatelé:

65

¾

využít přidanou podporu mnoha datových formátů GIS pro přímé použití v ArcGIS, např. v aplikacích ArcMap, ArcCatalog nebo při zpracování prostorových dat,,

¾

připojit se ke zdroji a přímo číst mnoho běžných datových formátů (např. TAB, MIF, E00, GML atd.) a využít možnost připojení k nejrůznějším typům databází,

¾

pomocí pracovního prostředí FME definovat komplexní sémantické překladače dat,

¾

připojit spolu s prvky atributová data nejrůznějších tabulkových formátů a databází a pracovat s nimi

¾

exportovat jakoukoli třídu prvků do více než 50 výstupních formátů (např. do GML) a vytvořit rozšířené překladače pro uživatelské výstupní formáty.

ArcGIS Publisher ArcGIS Publisher je nadstavba, která umožňuje publikovat data a mapy, které byly vytvořeny v prostředí ArcGIS Desktop. Pomocí nadstavby ArcGIS Publisher je možné pro jakýkoli dokument aplikace ArcMap vytvořit soubor ve formátu „publikovaná mapa“ (.pmf). Tyto publikované mapy pak můžete sdílet s jakýmkoli počtem dalších uživatelů, kteří si je zobrazí ve volně dostupné aplikaci ArcReader. Formát PMF je vhodný i pro rozšíření mapy na webu nebo intranetu prostřednictvím nadstavby ArcMap Server pro ArcIMS. ArcGIS Survey Analyst Pomocí ArcGIS Survey Analyst je možné spravovat komplexní databázi geodetických měření jako ucelenou část GIS a opakovaně ji aktualizovat podle nových měření v terénu. Relativní přesnost a chybu v systému měření lze zobrazit pro jakékoli naměřené místo. Uživatelé mohou navíc propojit prvky v GIS databázi se zaměřenými body v databázi měření a upravit polohu prvků tak, aby odpovídala geodetickému zaměření. Uvedení ArcGIS Survey Analyst je důležitým krokem v oboru GIS. S velkou pravděpodobností se bude používat na všech pracovištích GIS, aby se zajistil postupný růst prostorové přesnosti GIS pomocí geodetických měření. ArcGIS Tracking Analyst Nadstavba ArcGIS Tracking Analyst umožňuje periodický příjem dat o poloze nebo vlastnostech prvků. Díky tomu je možné sledovat trasu pohybu prvků a změny hodnot atributů jednotlivých míst během určité doby. ArcGIS Tracking Analyst zahrnuje zobrazení bodů a trasy (v reálném nebo pevném čase), barevnou symbolizaci času (zobrazení stáří dat), interaktivní playback manažer, akce (založené na atributových nebo prostorových dotazech), zvýraznění, potlačení, podporu linií a polygonů, přehrávání s časovými histogramy, vykreslování přídavné časové symbologie, časová okna pro správu mnoha vrstev s časově závislými daty, časové odsazení pro porovnání průběhu událostí, animační soubory, „datové hodiny“ pro dodatečné analýzy.

66

ArcGIS Schematics Nadstavba ArcGIS Schematics automatizuje proces databázově řízených grafických prezentací schémat a geoschémat. Bez ohledu na typ sítě (elektrická, plynovodní, telekomunikační nebo jiná) generuje ArcGIS Schematics na požádání její grafy a schémata. Schéma je názorným zobrazením jakékoli GIS sítě. Tato nadstavba umožňuje vykreslovat strukturu sítě v mnoha grafických podobách a výsledná schémata umístit do dokumentace nebo mapy. ArcPress ArcPress je nadstavba aplikací ArcView, ArcEditor a ArcInfo, která slouží k tisku map. Jedná se o rasterizační program (RIP) firmy ESRI, který zpracovává mapy ve standardních grafických výměnných formátech do tiskových souborů stolních i velkoformátových tiskáren. Mapy velkého formátu často obsahují ohromné množství dat, složité popisy, a extrémně velké rastrové obrázky. Takto komplikované grafické výstupy je často velmi obtížné nebo časově náročné tisknout na běžných kancelářských tiskárnách a plotterech. Úlohou nadstavby ArcPress pro ArcGIS je v prostředí GIS připravit vysoce kvalitní mapy k tisku rychle a bez zvláštních nároků na paměť nebo jiný hardware tiskárny. ArcPress učiní z počítače uživatele tiskový procesor, který umožní tisknout na vaší tiskárně plynule a bez nutnosti jejího drahého hardwarového rozšiřování. ArcScan Nadstavba ArcScan pro ArcGIS přidává k editačním možnostem ArcEditor a ArcInfo editaci rastrů a digitalizaci skenovaných obrazů. Používá se pro generování dat z naskenovaných vektorových map a rukopisů, což výrazně zjednodušuje proces získávání dat. Pomocí ArcScan pro ArcGIS můžete provádět úlohy typu konverze rastru na vektor včetně editace rastrů, přichytávání na rastr, ručního sledování kresby v rastru a dávkové vektorizace. ArcGIS Nadstavba ArcGIS StreetMap poskytuje mapy států v podrobnosti uliční sítě a s možností lokalzizace kterékoliv adresy v pokryté oblasti. ArcGIS StreetMap automatizovaně spravuje, vykresluje a popisuje prvky jako jsou význačné body a pamětihodnosti, ulice, parky, vodní plochy a další. ArcGIS StreetMap dokáže lokalizovat téměř kteroukoliv adresu jak při interaktivním zadání jednotlivé adresy, tak hromadně ze souboru adres ArcReader ArcReader dovolí uživatelům k takto vytvořeným interaktivním mapám přistupovat, dotazovat se na data a tisknout mapu. ArcReader si může kdokoli zdarma stáhnout ze stránek firmy ESRI. V rubrice download najdete verzi lokalizovanou do českého jazyka. ArcReader lze nainstalovat na každý počítač 67

s operačním systémem Windows a okamžitě si prohlížet si mapy vytvořené pomocí ArcGIS a publikované pomocí nadstavby ArcGIS Publisher. Dokumenty vytvořené v aplikacích ArcGIS mohou přistupovat k mnoha datovým typům (shapefile, coverage, geodatabáze, CAD soubory, tabulky, rastry, služby ArcIMS, které poskytují internetové mapové servery a další), je možné v nich využít pokročilé symboliky a nastavit chování mapy. Jakýkoli dokument aplikace ArcMap lze s použitím nadstavby ArcGIS Publisher snadno převést do formátu PMF a následně ho sdílet s uživateli aplikace ArcReader. Mnoho webových stránek ArcIMS (např. server Geography Network) poskytuje mapy čitelné aplikací ArcReader (ve formátu PMF). Smyslem aplikace ArcReader je umožnit co nejširšímu okruhu uživatelů sdílet a zobrazovat mapy vytvořené uživateli ArcGIS. Mapy si tak může přečíst každý, nejen uživatel licence ArcGIS. ArcReader může být nainstalován na jakémkoli počtu počítačů v organizaci bez navýšení nákladů. Aplikace ArcReader je určena pro ty, kteří chtějí mapu prohlížet, dotazovat se na geografická data, zobrazovat různé vrstvy mapy, zkoumat ji pomocí základních nástrojů GIS a tisknout ji. ArcReader je sestaven ze stejných komponent jako ostatní aplikace ArcGIS a sdílí s nimi stejný vzhled a uživatelsky přívětivé rozhraní ve stylu Windows, takže kdokoli, kdo má zkušenosti s prací v operačním systému Windows, nebude mít s ovládáním aplikace ArcReader problémy. Image Analysis Image Analysis pro ArcGIS rozšiřuje prostředí ArcGIS o nástroje pro využití leteckých a družicových snímků v GIS. Uživatel ArcGIS může nyní přímo v prostředí, ve kterém je zvyklý pracovat se svým GIS, využít intuitivní a snadno ovladatelné nástroje pro přípravu snímků k vyhodnocení i pro vlastní analýzu snímků v souvislosti s dalšími shromážděnými daty. Potenciál nástrojů, které Image Analysis poskytuje, uspokojí i náročného uživatele. Pokud by však přesto nastal požadavek tyto funkce rozšířit či upravit, pak vede cesta (tak jako v celém ArcGIS) přes Visual Basic.

68

5

Případové studie 5.1

Geografický informační systém liniových staveb

V dnešní době rozsáhlého zpracovávání informací, jsou stále více kladeny požadavky na jejich kvalitu i kvantitu a formu uchovávání a získávání. Na kvalitních informacích je založena schopnost ekonomického a efektivního fungování většiny podniků a institucí. Ne jinak je tomu v silniční a kolejové dopravě, kde je potřeba vést určitý systém evidence komunikací jak z hlediska polohy, tak i s ohledem na přehled o základních prostředcích příslušné dopravní sítě, který by pomohl zvyšovat plynulost jízdy, snižovat poruchovost, nehodovost, provádět údržbu, opravy a projektování tratí s menšími náklady. Jedná se o velké množství údajů o objektech prostorově rozmístěných v rámci určitého území, města, instituce nebo státní správy. Správci inženýrských sítí, velké průmyslové podniky se bez GIS prakticky nemohou obejít. Postupně s dalším růstem výkonnosti počítačů se dostaly ke slovu "velké" GIS v oblasti monitorování životního prostředí, modelování jeho časového vývoje nebo koncepčního plánování. Z hlediska odborného můžeme GIS definovat jako "počítačový systém používaný pro shromáždění, údržbu, editaci, zobrazování a vykreslování údajů o reálných objektech rozmístěných na prostoru, který lze popsat souřadnicemi vztaženými k zemskému povrchu". V další části textu jsou uvedeny dva konkrétní příklady výstavby geografického informačního systému z oblasti liniových staveb včetně teoretických úvah a nástinu řešení.

5.1.1

Využití GIS pro vedení silničního a dálničního pasportu

Datový model pasportu silniční dopravní sítě je založen na uzlovém lokalizačním systému. Jde o matematický model zobrazující silniční síť jako graf, kde vrcholy jsou uzlové body a hrany tvoří úseky jednoznačně určené těmito uzlovými body. Uzlové body jsou situovány ve význačných místech na silničních komunikacích. Jsou to především křižovatky silnic a dále pak některá specifická místa, mezi které patří také hranice administrativních jednotek, počátky a konce jednotlivých komunikací apod. Úseky jsou tvořeny spojnicemi mezi dvěma sousedními uzly, ležícími na totožném tahu sledované komunikace. Každý úsek a uzlový bod má svoje jedinečné a nezaměnitelné označení. Veškeré jevy týkající se silniční, či dálniční sítě, jsou jednoznačně charakterizovány svým staničením na úseku. Orientace na úseku je pak dána pořadím uzlových bodů.

69

V datovém modelu jsou pak evidovány následující údaje: ¾ Uzlový lokalizační systém – slouží pro jednoznačnou lokalizaci jevů. Obsahuje popis uzlů a úseků dopravní sítě, propojení dopravních směrů u složitých křižovatek apod. ¾ Neproměnné parametry – patří mezi ně: 1) Geometrické vedení trasy komunikací – směrové a výškové řešení komunikace 2) Pasportizační popis komunikací. Tento popis zahrnuje šířkové uspořádání, dále pak popis krytu komunikací, ochranných zdí a svodidel, stromořadí, dále pak vybavení komunikace (parkoviště, čerpací stanice motoresty, zastávky MHD apod.) 3) Evidence a popis křižovatek (typ, tvar, dopravní směry, signalizace apod.) 4) Evidence a popis podloží a konstrukčních vrstev komunikací 5) Evidence dalších objektů – k této položce patří podrobný popis a evidence mostů, nadjezdů, podjezdů, železničních přejezdů, přívozů a tunelů. ¾ Proměnné parametry – do této kategorie patří technický stav komunikací získaný diagnostickým měřením. Evidované jsou zejména údaje typu únosnost, drsnost, podélná nerovnost, příčné nerovnosti, poruchy vozovky apod. ¾ Dopravní inženýrství – představuje údaje typu výkonnost komunikací, údaje ze sčítání dopravy apod. ¾ Evidence stavební činnosti – evidence oprav a rekonstrukcí na komunikacích, údržba apod. Každý objekt nemusí být v celé trase "jednolitý" (t.j. nemusí být použita jediná „technologie“ - např. typ krytu vozovky), proto je nutno celou trasu rozdělit na jednotlivé úseky podle těchto technologií v bodech jejich změny (dle staničení trasy) a to pro každý objekt (pro každou vrstvu) zvlášť. K této činnosti je výhodné využít možností modulu, který každý větší GIS obsahuje, tzv. dynamické segmentace. Tato umožňuje ze vstupních dat vytvářet řídicí síť, která již automaticky váže lineárně vztažené informace k mapě. Tato síť je složena z grafických prvků a z napojených databázových vět. Dynamická segmentace podporuje jak bodové, tak i liniové prvky. Navržený systém musí umožňovat zobrazení dat a provádět prostorové analýzy trojím způsobem: 1) Přímým ukázáním na daný objekt, o kterém chceme uložené údaje znát 2) Vyhledáním požadovaných objektů za použití dotazovacího jazyka SQL 3) Vyhledáním objektů za pomoci obalových zón

70

Název mapového prvku Vodorovné značeníplná čára Vodorovné značeníčárkovaná čára Dopravní značka

Vrstva

Šířka

Typ

Element

Značka

Poznámka Databázové tabulka 5 4 2 0 line string Čára představující plnou čáru na dálnici Bez databázové tabulky 6 4 2 2 line string Čára představující čárkovanou čáru na dálnici Bez databázové tabulky 21

Dopravní značkazákazová Dopravní značkavýstražná Dopravní značkainformativn í Dopravní značkapopis Reklamapovolená

21

Reklama povolenápopis Reklama nepovolená

32

Reklama nepovolená -popis Ostatní zařízení

34

Ostatní zařízenípopis

Barva

21 21

22

4

0 0 cell S fotografií Databázová tabulka ZNACKA 4 0 0 cell S fotografií Databázová tabulka ZNACKA 4 0 0 cell Databázová tabulka ZNACKA 4 0 0 cell S fotografií Databázová tabulka ZNACKA

41

4 0 0 text Číslo druhu dopravní značky Databázová tabulka ZNACKA 4 0 0 cell Legální reklamy na dálnici Databázová tabulka REKLAMA 4 0 0 text Legální reklamy na dálnici Databázová tabulka REKLAMA 4 0 0 cell Nelegální reklamy na dálnici Databázová tabulka REKLAMA 4 0 0 text Nelegální reklamy na dálnici Databázová tabulka REKLAMA 4 0 0 Cell

42

Bez tabulky 0 0

31

33

4

Bez tabulky Tab. 5.1 Kategorie „Dopravní značení“

71

Text

značka značka značka značka

Značka

Značka

Značka

Značka - svislá dopravní značka Poř. č. Sloupec 1 Tah 2 SSUD

Typ Char Char

Délka 5 3

Poznámka Číslo dálnice Číslo SSÚD

5

Číslo stavby

3

Stavba

Char

4

Km

Real

5

Cislo

Char

6

Staničení dopravní značky Číslo značky

6

Druh

Char

10

Druh značky

7

Poznamka

Char

20

Poznámka

Tab. 5.2 Svislá dopravní značka

REKLAMA - reklama na dálnici Poř. Sloupec č. 1 Tah 2 SSUD

Typ

Délka

Poznámka

Char Char

5 3

Číslo dálnice Číslo SSÚD

5

Číslo stavby

3

Stavba

Char

4

Km

Real

5

Povoleno

Char

1

Je reklama povolena

6

Firma

Char

32

Adresa a název firmy

7

Poznamka

Char

20

Poznámka

Staničení reklamy

Tab. 5.3 Reklama Výsledky dotazů lze pomocí prostředků GIS uložit v textovém formátu a dále zpracovávat pomocí jiného softwarového vybavení a v něm pak vybraná data prezentovat formou tabulek a grafů. Jako příklad tvorby příslušných datových struktur slouží tab. 5.1 až 5.3 představující kategorii „Dopravní značení“ Tato kategorie obsahuje vodorovné a svislé dopravní značení, případně reklamy na dálnici. U svislého dopravního značení se předpokládá, že ke značce bude připojena i fotka. Mapové objekty kategorie „Dopravní značení“ jsou uvedeny v tab. 5.1. Zde je třeba si uvědomit, že pod označením dopravní síť si lze představit libovolnou infrastrukturu, která bude mít charakter sítě a skládá se z uzlů propojených úseky sítě. Do modelů lze zařadit rozličné obecné typy sítí jako jsou například rozvodné sítě plynu, elektrické energie, sítě telekomunikační a počítačové a do určité míry i sítě služeb. Model dopravní sítě tedy obsahuje uzly (rozvětvení komunikací, ale i zdroje, sklady a prodejny ) a úseky (definují možnosti přepravy mezi uzly). Je třeba si uvědomit, že dopravní síť je pevnou částí dopravního systému. Proměnou část dopravního systému představují dopravní proudy mezi jednotlivými uzly. Ty jsou určeny např. svými intenzitami.

72

5.1.2

Vedení tramvajového pasportu prostředky GIS

Velmi výhodným se ukazuje využití GIS také v další oblasti liniových objektů (tramvajová síť, železniční tratě, metro apod.). Pro tramvajovou síť měst, kterou je možno celou zobrazit do jedné mapy, může být použití GIS zvláště velmi přínosné. Vytvořené datové tabulky přímo napojené na digitální mapu vhodného měřítka (nejlépe 1:1000) vytvoří komplexní přehled pasportu tratí, který umožni ekonomické provádění údržby, oprav, výměny konstrukcí či úplnou rekonstrukci. Navíc rychle a efektivně takový systém vyhledává potřebná data, snižuje nároky na archivaci. Je třeba podporovat snahu, aby mezi podniky sdílející stejné zájmové území s dopravním podnikem (např. silniční údržba, plynárny, teplárny, vodovody a kanalizace, telekomunikace apod.) existoval stejný systém GIS. Potom by mohlo dojít mezi nimi k propojení do počítačové sítě, čímž by se mohly případné opravy nebo rekonstrukce naplánovat najednou. To by pomohlo nejen těmto podnikům z hlediska ekonomického, ale také občanům z hlediska menšího počtu uzávěr, či městu z pohledu estetického (jednotný výkop apod.). K většímu rozšíření mezi těmito institucemi, které jsou většinou dotovány, zatím, bohužel, brání velké počáteční výdaje na hardware i software. Zde by se však mělo myslet dopředu a zvážit ekonomický přínos pro nejbližší budoucnost. Tramvajová trať [21, 22] se skládá z několika (i relativně) nezávislých faktorů, které nás zajímají z hlediska pasportizace (směrové poměry, výškové poměry, kolejnice, kolejová podpora, další objekty atd.). Aby ke každému objektu mohly být připojeny datové tabulky odlišných struktur, což vyplývá z toho, že objekty jsou různého typu, je vhodné je také ve výkresu (t. j. digitální mapě) reprezentovat samostatně. Byly proto rozděleny do jednotlivých vrstev, kde mají tvar směrového řešení trasy. Tyto vrstvy je možno zobrazit jednotlivě i dohromady. Zobrazení je možno provádět buď přímo podle čísel vrstev, což je rychlejší, nebo podle jejich jmen, což je přehlednější. Pro další vylepšení orientace, ve které vrstvě se právě nacházíme, je vhodné jednotlivým vrstvám přiřadit barvy s odpovídajícím číslem. Každý objekt nemusí být v celé trase "jednolitý" (t.j. nemusí být použita jediná technologie), proto je nutno celou trasu rozdělit na jednotlivé úseky podle těchto technologií v bodech jejich změny (dle staničení trasy) a to pro každý objekt (pro každou vrstvu) zvlášť. Rovněž k této činnosti je výhodné využít možností dynamické segmentace. Ze vstupních dat se vytvoří řídicí síť, která již automaticky váže lineárně vztažené informace k mapě. Tato síť je složena z grafických prvků a z napojených databázových vět. Celá struktura informačního systému je zřejmá z tabulky č. 5.4. Popis je proveden z hlediska struktury rozdělení vrstev do skupin. Rozdělení do skupin respektuje tematické třídění a je jej možno v případě potřeby změnit. Rozdělení je provedeno z pohledu mapového podkladu tak, aby mohly být definovány objekty týkající se jednotlivých částí mapy: linie trati, ostatních objektů náležících k trati (není je potřeba zaměřovat - jsou součástí katastrální

73

mapy) a dle potřeby další vrstvy mapy, které by mohly být zajímavé pro další změny ve vedení trasy apod. Vytvořený projekt kromě grafických dat (map) obsahuje i další soubory, které bude informační systém používat. Jsou to databázové tabulky, grafické soubory (obsahující řezy, pohledy apod.), rastrové soubory (obrázky), textové soubory (případné další informace o objektu) a multimediální data (zvuk, obrázek, video). Část datových struktur navrženého GIS je presentována v tabulkách 5.4 až 5.13.

Tématické rozdělení Pr oje kt

Hladina

Název

Kód

Číslo

Třída objektu

vrstvy

Prostorové

Druh objektu

SP

1

Směrové poměry

Lineární

VPM

2

Výškové poměry

Lineární

Tramvajový

KOL

3

Kolejnice

Lineární

svršek

POD

4

Podkladnice

Lineární

KPD

5

Kolejová podpora

Lineární

KL

6

Kolejové lože

Lineární

ZAD

7

Zádlažba

Lineární

OTS

8

Objekt tramvajového

Lineární

Tramvajová trať

Tramvajová síť

řešení

(Značka)

svršku

Další tram.

ZD

9

Zvláštní drážní konstrukce

Lineární

Tramvajový

SPD

10

Typ spodku

Lineární

spodek

ODV

11

Odvodnění

Lineární

Tram. objekty

ZAS

12

Značka

Značka

Zastávka OOP

objekty

13

Ostatní objektu

Lineární

Tramvajového spodku

(Značka)

Tab. 5.4 Tématické rozdělení tramvajové trati V průběhu provozu informačního systému mohou samozřejmě nastat v pasportu tratí změny. Aktualizace může proběhnout v několika rovinách. Pokud se jedná o změny, které zachovávají původní body změn technologie, stačí jen jednoduše změnit údaje v databázi. Další možností je, že se úplně změní vedení trasy.

74

Směrové poměry Údaj 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Název údaje MS_LINK MAPID TRAT LINKY OD_KM DO_KM OSOVA_VZDA SPECIFÏKA DELKA PRAVA_LEVA POLOMER ALFA TECNA Z PRECHODNIC PREVYSENI POZNAMKA

Typ NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER NUMERIC NUMERIC NUMERIC CHARACTER NUMERIC CHARACTER NUMERIC NUMERIC NUMERIC NUMERIC NUMERIC NUMERIC CHARAKTER

Délka 10 10 50 20 10 10 7 30 12 1 14 10 12 10 10 3 255

Desetinná místa 0 0

Délka 10 10 50 20 10 10 30 7 7 6 10 10 10 255

Desetinná místa 0 0

6 6 4 0 3 6 3 3 3 0

Tab. 5.5 Směrové poměry Výškové poměry Údaj 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Název údaje MS_LINK MAPID TRAT LINKY OD_KM DO_KM SPECIFÏKA K_POC_STAN OD_POC_STA POLOMER TECNA Y ALFA POZNAMKA

Typ NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER NUMERIC NUMERIC CHARACTER NUMERIC NUMERIC NUMERIC NUMERIC NUMERIC NUMERIC CHARACTER

6 6 3 3 0 3 3 6

Tab. 5.6 Výškové poměry Svršek Údaj

Název údaje

Typ

Délka

1 2 3 4 5 6 7 8

MS_LINK MAPID MI_IMAGE TRAT LINKY OD_KM DO_KM SPECIFÏKA

NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER CHARACTER NUMERIC NUMERIC CHARACTER

10 10 14 50 20 10 10 30

Tab. 5.7 Tramvajový svršek

75

Desetinná místa 0 0

6 6

Kolejnice Údaj

Název údaje

Typ

Délka

1 2 3 4 5 6 7

MS_LINK MAPID TRAT LINKY OD_KM DO_KM Typ_kol

NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER NUMERIC NUMERIC CHARACTER

10 10 50 20 10 10 20

Desetinná místa 0 0 6 6

Tab. 5.8 Typy kolejnic Podkladnice Údaj 1 2 3 4 5 6 7

Název údaje MS_LINK MAPID TRAT LINKY OD_KM DO_KM Typ_podk

Typ NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER NUMERIC NUMERIC CHARACTER

Délka 10 10 50 20 10 10 20

Desetinná místa 0 0 6 6

Tab. 5.9 Typy podkladnic Zádlažba Údaj 1 2 3 4 5 6 7

Název údaje MS_LINK MAPID TRAT LINKY OD_KM DO_KM Zadlazba

Typ NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER NUMERIC NUMERIC CHARACTER

Délka 10 10 50 20 10 10 20

Desetinná místa 0 0

Délka 10 10 50 20 10 10 50 5 3 30 20 40

Desetinná místa 0 0

6 6

Tab. 5.10 Zádlažba Zastávka Údaj 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Název údaje MS_LINK MAPID TRAT LINKY OD_KM DO_KM NAZEV DELKA_OSTR NAST_HRANA POVRCH PRISTRESEK POZNAMKA

Typ NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER NUMERIC NUMERIC CHARACTER NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER CHARACTER

Tab. 5.11 Zastávka

76

6 6 1 0

Křížení sítí Údaj 1 2 3 4 5 6 7

Název údaje MS_LINK MAPID TRAT LINKY STANICENI KRIZ_SITI POZNAMKA

Typ NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER NUMERIC CHARACTER CHARACTER

Délka 10 10 50 20 10 20 20

Desetinná místa 0 0 2

Tab. 5.12 Křížení sítí Odvodnění tratě Údaj

Název údaje

Typ

Délka

1 2 3 4 5 6 7

MS_LINK MAPID TRAT OD_KM DO_KM TYP_ODV Poznamka

NUMERIC NUMERIC CHARACTER NUMERIC NUMERIC CHARACTER CHARACTER

10 10 50 10 10 20 20

Desetinná místa 0 0 0 0

Tab. 5.13 Odvodnění tratě V tomto případě zrušíme stávající linii trasy a provedeme vykreslení nové. Pak vytvoříme z grafických prvků linie objektů a vložíme do tabulkových struktur těchto objektů nové údaje. Třetí případ nastane tehdy, když se na stávající trati provedou úpravy s tím, že nedojde k zachování původních bodů změn technologie. V tomto případě se provede změna údajů v datových strukturách pomocí vestavěných funkcí tzv. "Segment manageru". Zobrazit informace o objektu i v tomto konkrétním případě můžeme trojím způsobem: 1) Přímým ukázáním na objekt, o kterém chceme uložené údaje znát 2) Vyhledáním požadovaného objektu(ů) za pomocí podmínek, které umožňuje SQL dotaz v informačním systému o území "SELECT * FROM + odkud + WHERE + logický výraz". K tomu se využívá dialogové okno Objekt/Dotazy. Dialogové okno nabízí také nastavení pro zobrazení výsledků dotazů jako lokalizaci, zvýraznění objektů, použití ohrady pro lokalizaci nebo zvýraznění a další 3) Třetím typem jsou dotazy s využitím obalové zóny. Jde o velmi efektivní nástroj pro analýzu dat, který kombinuje předchozí možnosti s prostorovým vymezením Výsledek dotazu je možné uložit jako zprávu (report) a dále zpracovávat pomocí jiného programového vybavení např. Excel a v něm data prezentovat pomocí grafů nebo tabulek. Obalové zóny lze ukládat nejen do souboru, ale také přímo do výkresu a vytvářet z nich nové objekty nesoucí například statistické informace. Díky velmi podrobnému členění databázových tabulek lze zadávat bohatě strukturované dotazy.

77

5.2

Využití GIS při vedení územně plánovací dokumentace

Tato část je věnována využití GIS při vedení územně plánovací dokumentace. Součástí kapitoly je příklad sestavení datového modelu. Územní plánování soustavně a komplexně řeší funkční využití území, stanoví zásady jeho organizace, věcně a časově koordinuje výstavbu a jiné činnosti ovlivňující rozvoj území. Územní plánování vytváří předpoklady k zabezpečení trvalého souladu všech přírodních, civilizačních a kulturních hodnot v území, zejména se zřetelem na péči o životní prostředí a ochranu jeho hlavních složek – půdy, vody a ovzduší. Vedení územně plánovací dokumentace /ÚPD/ vyžaduje zpracování velkého množství grafických a textových dat. To je velmi obtížné bez využití výpočetní techniky a vhodného softwarového vybavení, tedy geografického informačního systému (dále GIS). Z hlediska odborného můžeme GIS definovat jako „počítačový systém používaný pro shromáždění, údržbu, editaci, zobrazení a vykreslování údajů o reálných objektech rozmístěných na prostoru, který lze popsat souřadnicemi vztaženými k zemskému povrchu“. Informační systém ÚPD musí být projektován tak, aby poskytoval následující služby:

•

Pořízení, editaci a zobrazení geografických dat

•

Prostorové analýzy hodnoceného území

•

Zpracování strategického plánu rozvoje (časově-prostorové modelování) apod.

Svým zaměřením je GIS ÚPD určen zejména pro potřeby hlavního architekta města nebo obce, volených orgánů, stavebních úřadů a jiných organizací k usnadnění posuzování konkrétních rozvojových záměrů z hlediska platné územně plánovací dokumentace. Zabezpečuje tedy [21, 23]: 1. výběr lokalit podle zadaných atributů a kritérií, vytváření katalogů požadovaných ploch nebo staveb pro vybraný účel 2. modelování etap rozvoje (strategický plán) v návaznosti na hodnocení všech složek, které rozvoj etap ovlivňují:

•

finanční prostředky

•

velikost ploch, které se otvírají pro investory při zainvestování jednotlivých funkčních systémů:

•

doprava

•

technická infrastruktura

•

zeleň, životní prostředí

•

geologické poměry, atd.

3. možnost vytváření opakujících se výstupů ve formě matric (text, tabulky, grafika)

78

4. průběžné doplňování a aktualizace informací o území – na základě zpracovaných průzkumů a rozborů, vlastních průzkumů terénu a místních šetření 5. materiály pro komunikaci s veřejností a zvolenými orgány – jednoduchá grafická schémata pro vyjádření územně plánovacích záměrů 6. materiály pro komunikaci s regionálními a nad-regionálními systémy 7. materiály pro potřebu propagace

5.2.1

Podklady pro tvorbu ÚPD

Podklady pro tvorbu ÚPD lze získat po uzavření smlouvy mezi pořizovatelem (nebo vlastníkem) a zpracovatelem GIS ÚPD. Lze je rozdělit zhruba do pěti skupin: 1. skupina: Soubor polohopisu Digitální mapy města – poskytuje zpracovateli projektu Městská geodetická kancelář, která je referátem Odboru městské informatiky. V případě, že nejsou k dispozici při zpracování ÚPD digitální podklady, je možné využít např. katastrálních map v sáhovém měřítku 1:2880 nebo v dekadickém měřítku 1:2000 (1:1000). Tyto mapy lze pak digitalizovat a transformovat do používaného souřadnicového systému. 2. skupina Databázový soubor katastru nemovitostí – (soubor popisných informací). Jde o soubor ve vhodném databázovém formátu, který pro řešené území obsahuje pro všechny parcely informace z registru nemovitostí. 3. skupina Soubor technických sítí – data tohoto druhu poskytne zpracovateli projektu ÚPD oddělení informatiky Odboru technických sítí. 4. skupina Soubor výškopisu – pokud pro dané území existuje. V opačném případě se podle měřítka zájmového území může převzít např. z map SMO-5. 5. skupina Podklady územně plánovací: Soubor kladolistů – soubor obsahuje kladolist 1:5000, 1:2000, 1:1000 a 1: 500 dle Základní mapy velkého měřítka (ZMVM) včetně označení mapových listů měřítka 1: 5000. Kladolist 1:500 může být použit pro stanovení hranic základních ploch při dělení velkých ploch (lesy ZPF), které mají více jak 100 vrcholů. Soubor hranic – soubor obsahuje hranice města, katastrálních území, urbanistických obvodů a městských částí i s jejich názvy a číselnou identifikací. Soubor hranic řešeného území

79

Soubor údajů o parcelách – obsahuje informace o druhu pozemku (kultuře) Soubory územního plánu města (pouze výřezy dle hranic pro předávání digitálního území) - jde o následující soubory: stabilizované základní plochy návrhové základní plochy stabilizovaná doprava návrhová doprava ochranné režimy kódy a IPP základních ploch knihovny uživatelských plochy knihovny uživatelských čar ochranných režimů a návrhové a stabilizované dopravy databázový soubor informací o základních plochách aktualizovaný soubor názvů ulic Základní plochy – jde o plochy, které pokrývají celé zájmové území, určují stávající nebo plánované využití daného území. V digitální podobě jsou to uzavřené objekty (shape, complex shape). Každá ZP má jednoznačnou identifikaci, která zahrnuje určení, v kterém urbanistickém obvodě leží, zda se jedná o plochu návrhovou či stabilizovanou a pořadové číslo v daném urbanistickém obvodě. Ke každé takové ploše tedy existují atributová data, kdy klíčem je výše popsaná identifikace.

5.2.2

Navržená struktura informačního systému ÚPD

Možná navržená struktura geografického informačního systému územně plánovací dokumentace je v zjednodušené formě prezentována v následujících tabulkách. Celý územní plán je rozdělen do 5 základních kategorií dle tabulky 5.14 index ÚZEMNÍ PLÁN kategorie

Zastavitelné plochy Volné plochy Obsluha území Inženýrské sítě Ochranné režimy

Tab. 5.14

80

KATEGORIE ZASTAVITELNÉ PLOCHY ke každé zastavitelné ploše jsou připojeny tyto databázové položky: databázová Typ poznámka tabulka [jednotky]

„

PLOCHA

Real

plocha zastavitelné plochy [m2]

OBVOD

Real

obvod zastavitelné plochy [m]

INDEX

Real

index zastavitelné plochy [%]

Tab. 5.15 kategorie ZASTAVITELNÉ PLOCHY Třída mapových prvků

databázová tabulka

poznámka

plochy bydlení „BYDLENI“

M_CAST

název městské části

BYDLENI

typ bydlení-plněn z číselníku

STARI

stáří zástavby [rok]

ST_STAV

stavební stav

VYSKA

výška zástavby [m]

TYP

typ zařízení - plněn z číselníku

plochy občanské vybavenosti „OBC_VYB“

sport, rekreace DRUH „SPORT_REKREA “

druh sportoviště-plněn z číselníku

zvláštní plochy „ZV_PL“

DRUH

druh zvláštních ploch-plněn z číselníku

výroba, technická zařízení „TECH_ZAR“

DRUH

druh zařízení-plněn z číselníku

statická doprava „ST_DOPR“

TYP

typ dopravy- plněn z číselníku

KAPACITA

kapacita dopravy [počet vozidel]

PROPUSTNOST

propustnost dopravy [počet vozidel/24h]

Tab. 5.16

81

číselníky ZASTAVITELNÉ PLOCHY TYP BYDLENÍ T_BYDLENI

rodinné domy bytové domy

Tab. 5.17 TYP OBČANSKÉ VYBAVENOSTI OB_VYB

administrativní správa-OÚ administrativní správa-MÚ administrativní správa-FÚ administrativní správa-KÚ zdravotnické zařízení-nemocnice zdravotnické zařízení-poliklinika zdravotnické zařízenínemocnice+poliklinika Ubytování kulturní zařízení-divadlo kulturní zařízení-muzeum kulturní zařízení-knihovna kulturní zařízení-kino kostel komerce školství-ZŠ školství-SOU školství-SPŠ školství-MŠ školství-VŠ objekty policie objekty CO objekty vojenských útvarů objekty požární zbrojnice

Tab. 5.18

82

DRUH SPOTOVIŠTĚ A REKREACE SPORT_REKREA

sportovní hala sportovní stadion sportovní bazén rekreační camp horský relaxační prostor lázně

Tab. 5.19

DRUH ZVLÁŠTNÍ PLOCHY ZV_PLOCHA

plochy skládky plochy lomu

Tab. 5.20

DRUH TECHNICKÉHO ZAŘÍZENÍ TECH_ZAR

průmysl-strojírenský průmysl-chemický průmysl-těžební průmysl-textilní

zemědělská výroba-rostlinná zemědělská výroba-živočišná

Tab. 5.21

TYP STATICKÉ DOPRAVY ST_DOPRAVA

železniční stanice autobusové nádraží parkoviště garáže

Tab. 5.22

83

KATEGORIE VOLNÉ PLOCHY ke každé volné ploše jsou připojeny tyto databázové položky: databázová tabulka Typ poznámka

„

[jednotky] PLOCHA

Real

plocha volné plochy [m2]

OBVOD

Real

obvod volné plochy [m]

Tab. 5.23

kategorie VOLNÉ PLOCHY třída mapových objektů

databázová tabulka

poznámka

městská veřejná zeleň „MEST_ZEL“

TYP

typ veřejné zeleněplněno z číselníku

krajinná zeleň „KRAJ_ZEL“ TYP

typ krajinné zeleněplněno z číselníku

produkční plochy „PRODUKCE“

DRUH

druh obhospodařování

vodní plochy „VOD_PL“

NAZEV

název vodní plochy

DRUH

druh vodní plochyplněno z číselníku

VYUŽITI

způsob využití vodní plochy-plněno z číselníku

SPRAVCE

správce vodní plochy

OBJEKTY

popis objektu na vodní ploše

NAZEV

název vodního toku

OBJEKTY

popis objektu na vodním toku

SPRAVCE

správce povodí

SPLAVNOST

splavnost vodního tokuplněno z číselníku

vodní toky „VOD_TOK“

Tab. 5.24

84

číselníky VOLNÉ PLOCHY DRUH MĚSTSKÉ VEŘEJNÉ ZELENĚ DRUH_ZEL

veřejná zeleň parky hřbitov

Tab. 5.25 DRUH KRAJINNÉ ZELENĚ DRUH_ZEL

lesy liniová zeleň

Tab. 5.26 DRUH OBHOSPODAŘOVÁNÍ OBHOSPOD

orná půda pastvina sady louka zahrada vinice chmelnice

Tab. 5.27 DRUH VODNÍ PLOCHY DR_VOD_PL

rybník vodní nádrž přehrada

Tab. 5.28 VYUŽITÍ VODNÍ PLOCHY VYUŽITÍ

produkce vodní zdroj rekreace

Tab. 5.29

85

SPLAVNOST VODNÍHO TOKU SPLAVNOST

splavná nesplavná

Tab. 5.30 KATEGORIE INŽENÝRSKÉ SÍTĚ kategorie INŽENÝRSKÉ SÍTĚ třída mapových prvků

Databázová tabulka

poznámka [jednotky]

vodovod „VODA“

kanalizace „KANAL“

plynovod „PLYN“

elektrické vedení „ELEKTRIKA“

sdělovací vedení „TELEKOM“

teplovod „TEPLOVOD“

produktovody „PRODUKTOVODY“

DRUH

druh vodovodního řádu-plněno z číselníku

DIMENZE

dimenze vedení [mm]

MATERIÁL

materiál vedení

STÁŘÍ

stáří vedeni [rok]

SPRÁVCE

správce vedení

OBJEKTY

objekty umístěné na vedení

DRUH

druh vedení kanalizace-plněno z číselníku

DIMENZE

dimenze vedení [mm]

SPRAVCE

správce vedení

OBJEKTY

objekty umístěné na vedení

DRUH

druh vedení plynovodu-plněno z číselníku

DIMENZE

dimenze vedení [mm]

MATERIAL

materiál vedení

SPRAVCE

správce vedení

OBJEKTY

objekty umístěné na vedení

DRUH

druh el. vedení-plněno z číselníku

OBJEKTY

objekty umístěné na vedení

SPRAVCE

správce vedení

TYP

typ sdělovacího vedení-plněno z číselníku

DRUH

druh vedení sdělovacího vedení-plněno z číselníku

DIMENZE

dimenze vedení [mm]

SPRAVCE

správce vedení

OBJEKTY

objekty umístěné na vedení

TYP

typ teplovodního vedení-plněno z číselníku

VEDENI

druh teplovodního vedení-plněno z číselníku

DIMENZE

dimenze vedení [mm]

SPRAVCE

správce vedení

OBJEKTY

objekty umístěné na vedení

TYP

typ vedení

DRUH

druh teplovodního vedení-plněno z číselníku

DIMENZE

dimenze vedení [mm]

SPRAVCE

správce vedení

Tab. 5.31 86

číselníky INŽENÝRSKÉ SÍTĚ DRUH

DRUH VODOVODU užitková pitná

Tab. 5.32 DRUH

DRUH KANALIZACE jednotná oddílná-dešťová oddílná-splašková výtlačný řád

Tab. 5.33 TYP

TYP PLYNOVODU VVTL VTL STL NTL

Tab. 5.34 TYP

TYP ELEKTRICKÉHO VEDENÍ VVN VN NN

Tab. 5.35 TYP

TYP SDĚLOVACÍHO VEDENÍ místní dálkové

Tab. 5.36 VEDENI

DRUH VEDENÍ SDĚLOVACÍHO VEDENÍ výkop kabelovedení kabelovedení s komorou radioreleové trasy

Tab. 5.37

87

TYP

TYP TEPLOVODU místní dálkové

Tab. 5.38 DRUH

DRUH TEPLOVODU parní potrubí horkovodní teplovodní

Tab. 5.39 TYP

TYP PRODUKTOVODU nadzemní podzemní

Tab. 5.40 KATEGORIE OBSLUHA ÚZEMÍ kategorie OBSLUHA ÚZEMÍ třída mapových prvků silnice a dálnice

městské komunikace „MEST_KOM“

účelové komunikace „UCEL_KOM“

veřejná doprava „VER_DOPR“

databázová tabulka

poznámka

KATEGORIE

silniční kategorie-plněno z číselníku

SIRKA

šířkové uspořádání [m]

PLOCHA

celková plocha komunikace v rámci kat.území [km2]

SPRAVCE

správce komunikace

TYP

typ komunikace - plněno z číselníku

SIRKA

šířkové uspořádání [m]

PLOCHA

celková plocha komunikace v rámci kat. území [km2]

SPRAVCE

správce komunikace

TYP

typ komunikace-plněno z číselníku

SIRKA

šířkové uspořádání [m]

SPRAVCE

správce komunikace

TYP

typ veřejné dopravy-plněno z číselníku

88

[jednotky]

pěší a cyklistické stezky „STEZKY“

DRUH

druh stezky-plněno z číselníku

železniční trať „ZELEZNICE“

KATEGORIE

kategorie železniční tratěplněno z číselníku

NAZEV_TR

označení tratě

RAD

železniční řád-plněno z číselníku

KOLEJE

počet kolejí-plněno z číselníku

TRAKCE

trakce tratě-plněno z číselníku

VLASTNIK

vlastník železniční tratě

PROVOZOVATE provozovatel železniční tratě L vodní doprava „VOD_DOPR“

letecká doprava „LET_DOPR“

TYP

rozdělení dopravy-plněno z číselníku

PLAVBA

druh PLAVBY-plněno z číselníku

DRUH

druh dopravy-plněno z číselníku

OBJEKTY

letištní objekty

Tab. 5.41

číselníky OBSLUHA ÚZEMÍ KATEGORIE

SILNIČNÍ KATEGORIE dálnice silnice I.třídy silnice II.třídy silnice III.třídy

Tab. 5.42

89

TYP

TYP MĚSTSKÉ KOMUNIKACE rychlostní komunikace sběrná komunikace obslužná komunikace obslužná komunikace s tramvají sběrná komunikace s tramvají obslužná komunikace s krajnicí

Tab. 5.43

TYP ÚČELOVÉ KOMUNIKACE TYP

lesní

polní

Tab. 5.44

TYP

TYP VEŘEJNÉ DOPRAVY tramvaj trolejbus autobus metro

Tab. 5.45

DRUH

DRUH PĚŠÍ A CYKLISTICKÉ STEZKY místní regionální

Tab. 5.46

KATEGORIE

KATEGORIE ŽELEZNIČNÍ TRATĚ celostátní regionální vlečka speciální dráha

Tab. 5.47

90

ŘÁD

ŘÁD ŽELEZNIČNÍ TRATĚ I. řád (44 mil hr. t/rok) II. řád (31 - 44 mil hr. t/rok) III. řád (18 - 31 mil hr. t/rok) IV. řád (10 - 18 mil hr. t/rok) V. řád (5 -10 mil hr. t/rok) VI. řád (2,5 - 5 mil hr. t/rok) VII. řád (1,25 - 2,5 mil hr. t/rok) VIII.řád (0,5 -1,25 mil hr. t/rok) IX. řád méně jak 0,5 mil hr. t/rok)

Tab. 5.48

KOLEJE

POČET KOLEJÍ ŽELEZNIČNÍ TRATĚ jednokolejná dvoukolejná více kolejná

Tab. 5.49 TYP ŽELEZNIČNÍ TRAKCE TRAKCE

závislá (elektrická) nezávislá (motorová, akumulární a další

Tab. 5.50

TYP

TYP VODNÍ DOPRAVY osobní nákladní

Tab. 5.51

PLAVBA

DRUH PLAVBY umělý kanál splavný tok

Tab. 5.52

91

TYP LETECKÉ DOPRAVY TYP

osobní nákladní

Tab. 5.53 KATEGORIE OCHRANNÉ REŽIMY kategorie OCHRANNÉ REŽIMY třída mapových prvků

databázová tabulka

poznámka

administrativní „ADMIN_HR“

TYP

typ ochranného režimuplněno z číselníku

kulturní „KULT_HR“

TYP

typ ochranného režimuplněno z číselníku

technický „TECH_HR“

TYP

typ ochranného režimuplněno z číselníku

Tab. 5.54 TYP PŘÍRODNÍCH OCHRANNÝCH REŽIMŮ TYP

ložiska nerostných surovin dobývací prostory nerost.surovin vodní zdroje,studna hranice ochrany artézských vod popis k ochr.využitelných přír.zdr. zvl.chráněná území přírody a krajiny ochr. pásmo zvl.chr. území př.a krajiny významný krajinný prvek ÚSES lokální biokoridor ÚSES lokální biocentrum ÚSES regionální a nadreg. biokoridor ÚSES reg. a nadreg. biocentrum plochy nejvýznamnější zeleně dle vyh.10/94 volné plochy se zvláštním režimem rekreační oblasti

Tab. 5.55

92

TYP

TYP ADMINISTRATIVNÍCH OCHRANNÝCH REŽIMŮ katastrální hranice hranice města hr.urbanistických obvodů hr. městských částí hlavní stavební čára

Tab. 5.56

TYP

TYP KULTURNÍ OCHRANNÝCH REŽIMŮ městská památková rezervace och.pásmo městské památkové rezervace chráněné soubory a areály arch.památek Plocha pam. chráněných staveb popis k ochraně památkových a kulturních hodnot

Tab. 5.57

TYP

TYP TECHNICKÝCH OCHRANNÝCH REŽIMŮ ochr.pásmo plyn.VVTLa VTL vč.SKAO ochr. pásmo tepelných napáječů (JEDu) ochr. pásmo elektr.vedení VVN a VN ochr. pásmo vodních toků a nádrží ochr. pásmo radioreleových tras ochr. pásmo dopr.staveb(žel.,dálnice) ostatní technická ochranná pásma PHO vodního zdroje I.stupně PHO vodního zdroje II.stupně vnitřní PHO vodního zdroje II.stupně vnější PHO vodního zdroje III. stupně PHO zdrojů znečištění ochrana zvláštních zájmů

Tab. 5.58

93

5.3

Zhodnocení

Závěrem této kapitoly je nutno konstatovat, že je potřebné zachovat efektivní přístup k datům (z hlediska jejich třídění a vyhledávání) na základě návrhu efektivních datových struktur pro textová a numerická data. Celý systém musí být tvořen jako zcela otevřený, neboť v průběhu jeho využívání se vždy vyskytnou požadavky, které nebyly zahrnuty ve fázi analýzy a přípravy základní funkční verze GIS. Dále veškeré komponenty GIS musí být schopny pracovat se standardními formáty jak grafických tak textových dat tak, aby byla zajištěna plná datová kompatibilita různých programových produktů použitých v rámci budovaného GIS. Pořízení kvalitní mapové báze může být velkou počáteční investicí, na níž se nevyplatí šetřit, a vzhledem k tomu, že její vybudování může trvat i několik let, je důležitá otázka průběžné aktualizace již vytvořených částí mapové báze. Nutným předpokladem zavedení GIS do podniku, který není možno podcenit, je organizační zabezpečení systému spojené téměř vždy s potřebou změny tradičních organizačních struktur tak, aby celý systém obsluhovali kvalifikovaní pracovníci. Podmínka předcházejícího bodu a fakt, že rozšíření GIS v podnicích a oblasti státní správy je stále větší, klade požadavky na výchovu stále více především mladých kvalifikovaných lidí. Proto je velmi vhodné, aby se s výukou tvorby a práce s těmito systémy počítalo na školách stále ve větší míře. Domnívám se, že alespoň základní minimum znalostí práce s těmito systémy by neměli získávat jen vybraní specialisté (studenti geografických oborů), ale všichni vysokoškolsky a středoškolsky vzdělaní mladí lidé používající jako jeden z pracovních nástrojů mapu (stavaři, geologové, ekologové, správci inženýrských sítí aj.).

6

Modelování nad GIS

Z předchozích kapitol je zřejmé, že nejvýkonnější geografické informační systémy obvykle disponují mocnými nástroji na zpracování a analýzu geografických (prostorových a atributových) dat, dále pak na analýzu blízkosti a souvislosti, tvorbu a analýzu digitálního modelu terénu, geometrická měření a výpočty, případně nástroji na realizaci modelů na bázi síťové analýzy. Geografické informační systémy se dnes využívají zejména pro inventarizaci, správu, případně pro analýzy a modelování v rámci určitého území. Lze se však domnívat, že evidenční stránka problému je pouze nutným základem. Síla geografických informačních systémů je zejména ve využití dobře zorganizovaných dat k modelování různých problémů a situací. Jak již je patrné z popisu některých konkrétních programů na zpracování GIS, tento trend nabývá na intenzitě. V současné době je většina geografických modelů založena na předpokladu, že kterýkoliv daný proces lze vyjádřit matematickým zápisem nebo souborem takových zápisů. Sestavují se tak různé druhy modelů. Modely jsou přiblížením mechanismu, dle kterého fungují reálné jevy. Čím jednodušší je jev, tím snazší je formulování jeho mechanismu matematickými prostředky. K základním používaným modelům patří: 94

¾ Logické modely – ty vycházejí ze základních axiomů logiky a řídí se pravidly binární Booleovy algebry. Jejich výsledky jsou vyjádřeny jako diskrétní, resp. alternativní veličiny (pravda /nepravda) ¾ Deterministické modely - popisují jevy ve smyslu fyzikálních zákonů. Základním jejich předpokladem je tvrzení, že fyzikální síly řídící proces jsou známy a vše, co je požadováno, je shromáždit odpovídající data. Přesnost těchto modelů závisí na kvalitě nashromážděných dat a nedefinovaných parametrech modelu. ¾ Stochastické modely – popisují jevy ve smyslu fyzikálních zákonů. Na rozdíl od deterministických modelů je alespoň jedna ze vstupních veličin nebo alespoň jeden z parametrů vyjádřen jako pravděpodobnostní proměnná. Výsledky těchto modelů jsou pravděpodobnostní funkce. Vhodně kalibrované stochastické modely pak mohou vyjadřovat prognózy modelovaných jevů pomocí např. středních hodnot výsledných rozdělení. ¾ Optimalizační a strategické modely – jde převážně o modely založené na teorií operačního výzkumu. Do této oblasti patří řada metod a analýz založených např. na síťovém grafu, lineárním a nelineárním matematickém programování. K nejznámějším modelům patří problematika modelování dopravních sítí. Součástí této oblasti jsou také modely hromadné obsluhy (zásobovací modely), modely dopravních proudů apod.

6.1

Základy optimalizace na síťovém grafu

Mnoho užitečných algoritmů operační analýzy má svůj teoretický základ v teorií grafů. Jde především o algoritmy pro řešení úloh, jejichž modelem je orientovaný, případně neorientovaný graf. K nejznámějším úlohám, pro které může být tato teorie užitečná jsou následující: ¾ Vyhledání optimální cesty (trasy) mezi dvěma nebo více místy dopravní sítě. Trasa může být vyhledána na základě předem daných podmínek, jako např. trasa s nejkratší délkou, trasa s nejmenšími náklady apod. Nejkratší cestou rozumíme cestu, která má nejmenší délku ze všech možných cest mezi počátečním a koncovým vrcholem ¾ Nalezení nejdelší či nejdražší cesty v síťovém grafu, tj. obecně nalezení cesty nejvyšší hodnoty, která může být kritickou cestou vzhledem k době trvání složitého projektu ¾ Nalezení času rozšíření poruchy, infekční nákazy nebo poplašné zprávy v určité oblasti apod. ¾ Nalezení uzavřené trasy v dopravní síti, tzv. „úloha obchodního cestujícího“. Tato úloha znamená problém nalezení uzavřené cesty, která vede přes všechny vrcholy grafu a má minimální délku ¾ Nalezení oblasti, jenž je dostupná z jednoho místa (uzlu) dopravní sítě, tj. vyřešení dopravní obslužnosti oblasti (úloha je často známá pod názvem úloha čínského pošťáka). Praktickými aplikacemi této úlohy jsou roznáška pošty, svoz komunálního odpadu, zametání silnic apod. ¾ Nalezení nejspolehlivějšího spojení v síti

95

V úvodu je nutné definovat alespoň některé základní pojmy. Pro podrobnější seznámení se z danou problematikou lze doporučit zejména odbornou literaturu [7, 12, 19], z které autor skript čerpal. Optimalizace na síťovém grafu se vztahuje zejména na tzv. dopravní systémy. Pod pojmem dopravní systémy rozumíme jak tradiční dopravní odvětví (železniční, silniční, letecká a lodní doprava), tak i např. systémy vnitropodnikové dopravy (mezioperační doprava ve výrobních závodech, doprava poštovních zásilek, pokud připustíme i dopravu nehmotných zásilek, lze za dopravní systémy považovat telefonní a počítačové sítě). Každý reálný přepravní systém má svou vlastní dopravní infrastrukturu. Ačkoliv konkrétní systémy mohou být diametrálně odlišné, pokud je posuzujeme z hlediska technologie dopravy zásilek, mají určité společné vlastnosti. Např. se skládají z množství místně vzdálených uzlů vzájemně propojených úseky dopravní sítě, po kterých se uskutečňuje požadovaná přeprava zásilek. Tato společná vlastnost, která je nezávislá na technologii přepravy zásilek, je důležitá pro jednotný popis dopravních systémů a pro návrh společných metod a algoritmů řízení, které jsou použitelné pro řadu různorodých aplikací v praxi. Pojem logistika pak představuje zprostředkování přísunu zboží a služeb od zdrojů ke spotřebitelům. Logistika tedy představuje jistou složku průmyslu a obchodu, přičemž její důležitost s rozvíjející se dělbou práce a objemem výroby neustále roste. Protože mnoho vztahů a souvislostí v teorií dopravních a komunikačních systémů je často výhodnější popsat grafickou formou než slovně, logicky dochází k propojení s teorií grafů. Grafem se dá tedy popsat jak komunikační síť, tak i pracovní proces probíhající v reálném čase. Pro dopravní úlohy je možné za objekt zkoumání považovat dopravní soustavu, která by zahrnovala existující infrastrukturu dopravních cest, soubor technického vybavení a personálního obsazení všech funkcí, tedy celý soubor prostředků, které zabezpečují proces přemísťování hmotných nebo nehmotných elementů (např. cestujících, zásilek nebo zpráv). Pro prvky zvoleného systému není nutné vždy uvažovat všechny jejich vlastnosti, ale jen vlastnosti důležité pro řešenou úlohu. Výběr pouze významných vlastností prvků systému je procesem abstrakce. Jak při zanedbání vazeb vybraného systému na jeho okolí (ostatní části objektu zkoumání), tak při zanedbání podružných vlastností prvků systému přijímáme vědomě nebo nevědomě určitá zjednodušení, která někdy mohou ovlivnit výsledek řešení. Po stanovení objektu zkoumání je třeba sestavit model vybraného systému. Znamená to zvolit vhodný způsob popisu systému a jeho reprezentaci v počítači. Vztah objektu zkoumání, systému a jeho modelu je naznačen na obr. 6.1 Dopravní sít' představuje pevnou část abstraktního dopravního systému i reálných dopravních systémů. Uzly dopravní sítě mohou reprezentovat například stanice na železniční síti, města a křižovatky na silniční síti. Úseky dopravní sítě potom mohou znamenat reálné traťové úseky na železnici, případně silnici. První část popisu dopravního systému tvoří údaje o dopravní síti, která představuje pevnou část dopravního systému. Z hlediska návrhu

96

údajových struktur je to asi část nejobtížnější a zároveň nejzajímavější, protože musí vyhovovat řadě rozličných požadavků.

Obr. 6.1 Vztah objektu zkoumání, systému a jeho modelu

97

Podobně jako v teorii grafů můžeme uspořádání sítě popsat různými způsoby, jejichž výhodnost bude záviset na charakteristikách sítě a požadovaných metodách zpracování. Výhodnost přitom můžeme posuzovat z hlediska nároků na paměť anebo z hlediska rychlosti a efektivnosti zpracování údajů. Asi nejjednodušším způsobem popisu dopravní sítě bude seznam úseků sítě, ve kterém budou uvedeny identifikátory počátečního a koncového uzlu. Dalším způsobem reprezentace je incidenční matice, která ukazuje, se kterými uzly je každý úsek sítě incidentní nebo jinými slovy udává nám koncové uzly každého úseku. V incidenční matici jsou údaje pro každý uzel zapsány v jednom řádku a pro každý úsek v jednom sloupci. Prvky označující koncové uzly mají hodnotu 1, ostatní prvky matice mají hodnotu 0. Třetí možností je sestavení matice sousednosti, ve které je vyjádřena sousednost uzlů sítě. Řádky a sloupce matice odpovídají uzlům sítě a prvky matice mají hodnotu l, jestliže odpovídající uzly jsou sousední a hodnotu 0 v opačném případě. Cesta v teorii grafů představuje sled, ve kterém se žádný vrchol nevyskytuje vícekrát. Nejkratší cestou pak rozumíme cestu, která má nejmenší délku ze všech možných cest mezi počátečním a koncovým vrcholem. Délka nejkratší cesty se nazývá vzdáleností. K řešení této problematiky byla vyvinuta celá řada různých algoritmů. Není cílem skript všechny tyto algoritmy vyjmenovat a popsat. Nicméně je vhodné na některé poukázat a osvětlit jejich princip. Snad nejznámějším algoritmem pro výpočet minimální cesty v síti je Ford-Fulkersonův algoritmus.

6.2

Ford-Fulkersonův algoritmus pro minimální cestu v síti

Nejčastější výpočty na síťovém grafu představují výpočty cest mezi dvěma danými uzly. Vyhledání nejkratší cesty z jednoho uzlu do druhého uzlu sítě představuje poměrně jednoduchou optimalizační úlohu [33]. Předpokládejme, že máme část silniční mapy, představující graf s uzly vi (křižovatkami) a hranami hij (silničními úseky), které křižovatky spojují. Ohodnocení hran wij představuje vzdálenosti uzlů od sebe v km. Ke zjednodušení předpokládejme, že tato vzdálenost je v obou směrech stejná. Tomu tak nemusí být vždy, například pokud některé úseky jsou jednosměrné, nebo v důsledku sklonu úseků je různá doba překonání vzdálenosti mezi těmito úseky. Úkolem je nalézt nejkratší cestu mezi zvoleným uzlem sítě va a jiným uzlem sítě obecně označeným vt. Hledáme tedy cestu A, spojující uzel v0 s uzlem vt, tj. posloupnost hran A = h0i, h1p, ….., hqj, hjt,

(6.1)

w(A) = w0i + wip + ….. + wqj + wjt = minimální

(6.2)

pro kterou platí, že

Tento algoritmus lze rozepsat do tří kroků. V prvním kroku si označíme vrcholy grafu (vi, pro i=1, 2, 3 … n). V síti si vybereme libovolně zvolenou

98

cestu ze vstupního vrcholu va do výstupního vrcholu vt. Pak vrcholy na této cestě ohodnotíme proměnnou veličinou ui následovně: 1. Vstupní vrchol má veličinu ua=0 2. Hodnoty proměnných veličin pro ostatní vrcholy vzniknou jako součet uj = ui + wi,j Ve druhém kroku hledáme takovou cestu z vrcholu vi do vrcholu vj, pro kterou platí

(u

x≠ j y= j

j

− u i ) > ∑ wx , y ,

(6.3)

x =i y ≠i

kde wx,y je ohodnocení hran cesty z vrcholu vi do vrcholu vj. Nalezneme-li takovou cestu, změníme hodnotu proměnné veličiny uj na hodnotu uj* = wi,i+1 + ui < ui+1. Poznamenejme, že tvoří-li tuto dílčí cestu v grafu pouze jedna hrana zjednoduší se výraz na tvar

(u

j

− u i ) > wi , j .

(6.4)

Takto (krok 3) postupujeme tak dlouho, dokud existuje alespoň jeden vrchol, pro který je možné hodnotu proměnné veličiny uj snížit. Touto postupnou minimalizací dílčích cest v grafu nalezneme nejkratší cestu z vrcholu va do vrcholu vt. Výhodou tohoto algoritmu je jednoduchost, efektivnost a přehlednost výpočtu. Popsaný postup má jistou nevýhodu v tom, že algoritmus nemusí být jednoznačně určen. To může vést k většímu počtu výpočetních a porovnávacích operací, než je nezbytně nutné. Je vhodné podotknout, že výše popsaný algoritmus je možné modifikovat pro úlohy hledání maximálního toku v síti. Proto profesor Dantzig realizoval drobnou úpravu tohoto algoritmu. Tato úprava spočívá ve stanovení jednoznačného vztahu pro určování proměnných uj, který má tvar

u l = min i , j (u i + wij ) ,

(6.5)

v němž se hledá minimum přes všechna i, pro než je ui definováno, a přes všechna j pro něž vj dosud není definováno. Použití tohoto vztahu však poněkud modifikuje i ostatní kroky výpočetního algoritmu. Proměnné ui, jejichž hodnoty již byly stanoveny se modifikovat již nebudou. Z toho však plyne, že jakmile určíme proměnnou ui uzlů vj, není nutné v dalších výpočtech uvažovat ty hrany, které do uzlu vi vstupují. Pro výpočet je tedy vhodné používat tabulky. Tabulka bude mít tolik sloupců, kolik má odpovídající síť uzlů. V prvním řádku těchto sloupců se uvádí postupně vypočtené hodnoty proměnných ui. Výpočet se začíná stanovením hodnoty ui=0 uzlu, který bude vstupem. Ve druhém řádku jsou indexy jednotlivých uzlů a v dalších řádcích vždy dvojice čísel, z nichž první bude indexem uzlu, do něhož vstupuje hrana vystupující z uzlu uvedeného v záhlaví sloupce, a druhé bude ohodnocení této hrany. Těchto dvojic bude v každém sloupci uvedeno

99

tolik, kolik hran z daného uzlu (sloupce) vystupuje k ostatním uzlům. Výpočet je realizován následujícím způsobem: 1. Začíná se určením hodnoty ui jednoho z uzlů, který byl zvolen (ui=0). K určení hodnoty daného kroku se používá rovnice 5. Přitom však uvažujeme pouze sloupce v nichž jsou již vypočteny hodnoty ui. Vyhledáme příslušné minimum a vepíšeme je do prvního řádku odpovídajícího sloupce uzlu vi. 2. Hranu, která vytvořila toto minimální spojení označíme (při ručním způsobu řešení např. orámováním, v našem případě označeno tučným písmem). 3. Nakonec vyškrtneme z celé tabulky ostatní hrany směřující do uzlu vi, jehož ohodnocení jsme právě zjistili. Takové hrany jsou uvedeny ve třetím a v dalších řádcích tabulky a mají první číslo shodné s indexem uzlu, který byl právě ohodnocen Tento výpočetní algoritmus je výhodný v tom, že vyhledává nejkratší spojení nejenom mezi zvolenými dvěma uzly, ale mezi prvním zvoleným uzlem a všemi ostatními uzly zkoumané sítě. Tyto nejkratší vzdálenosti jsou představovány proměnnými ui druhého ze zvolených uzlů (nebo všech požadovaných uzlů). Výpočetní algoritmus je možné ukončit, jakmile byla určena hodnota ui druhého ze zvolených uzlů. Výše uvedený algoritmus je prezentován v na obr. 6.2 a v tabulce 6.1, kde budeme hledat nejkratší cestu mezi uzlem v6 a v9. Podotkněme, že předpokládáme, že komunikace je obousměrná. Jak je vidět z tab. 6.1 z uzlu 6 do uzlu 9 vede nejkratší cesta dlouhá 54 km a tato cesta jde přes hrany h65, h51, h12, h23, h39. 18

21

7

6

11

19

17

10

8

11

16 1

7 5

2

9

9

12

12 28

14 4

3

Obr. 6.2 Graf ilustrativního příkladu s devíti uzly

100

16

24

vi 17 i 1 j(kij) 2 (16) 4 (12) 5 (7) 6 (19) 7 (11)

6.3

33 42 24 10 0 18 39 54 2 3 4 5 6 7 8 9 1 (16) 2 (9) 1 (12) 1 (7) 1 (10) 1 (11) 2 (11) 2 (24) 3 (9) 4 (28) 2 (18) 4 (15) 5 (10) 2 (17) 7 (21) 3 (12) 4 (18) 9 (12) 3 (28) 6 (10) 7 (18) 6 (18) 9 (16) 8 (16) 8 (11) 5 (14) 8 (21) 9 (24) Tab. 6.1 Výpočet nejkratší cesty

Řešení Úlohy obchodního cestujícího

Uvažujme tedy úplnou dopravní síť se střediskem 0 a ostatními uzly 1, 2, . . ., n. Nechť cuv je délka úseku (u,v); potom můžeme úlohu obchodního cestujícího na této síti formulovat takto: Minimalizujte n

n

∑∑ c

uv

.xuv

(6.6)

u =1 v =1

za podmínek n

∑x

uv

=1

u = 0,1, …, n

=1

v= 0,1, …, n

v =1 n

∑x

uv

u =1

∑∑ x

uv

≤ S − 1,

u∈S v∈S

S ⊂ {1,2,..., n}

a kde symbolem S označujeme počet prvků množiny S. xuv ∈ {0,1}, u = 0, 1 …,n, v= 0,1,…n V tomto modelu výraz (6.6) vyjadřuje celkovou délku projetých úseků, první podmínka vyjadřuje, že do každého uzlu sítě vozidlo přijede práv jednou, podmínky druhá vyjadřuje, že z každého uzlu sítě vozidlo odjede právě jednou a poslední podmínky zabezpečuje, že použité úseky budou tvořit jedinou okružní jízdu. Pro symetrickou úlohu obchodního cestujícího, jež odpovídá úloze obchodního cestujícího v neorientované dopravní síti, kde je matice {cuv} ohodnocení úseků symetrická, můžeme použít jednoduššího modelu s přibližně polovičním počtem proměnných. Dnes existuje mnoho klasických i nových metod použitelných k řešení problému nalezení optimálního řešení „Úlohy obchodního cestujícího“. Značný počet těchto metod je použitelný pouze u sítí s malým množstvím uzlů (cca 50 až 100). Snad nejstarší metodou je Croesova metoda [7].

101

U této metody se vychází z nějakého počátečního řešení v podobě množiny použitých úseků dané sítě. Ohodnocení úseků dopravní sítě jsou transformována tak, aby zůstalo zachováno uspořádání všech přípustných řešení vzhledem k hodnotám účelové funkce a aby použité úseky byly ohodnoceny nulovými hodnotami. Nepoužité úseku jsou ohodnoceny nezápornými nebo zápornými reálnými čísly, vyjadřujícími o jakou hodnotu by se účelová funkce v prvním případě zvýšila, ve druhém případě snížila, pokud by se podařilo zavést příslušný úsek. Protože množinu použitých úseků je v této metodě možné měnit jen tak, aby úseky tvořily jednu jízdu procházející právě jednou každým uzlem, vynutí si obecně zavedení úseku se záporným ohodnocením další úseky, které již nemusí mít záporné ohodnocení. Hodnota účelové funkce získaného řešení se bude potom od hodnoty předchozího řešení lišit o součet ohodnocení nových úseků. Princip metody je tedy ve vybrání takového úseku se záporným ohodnocením, jehož zavedením do řešení a provedením všech nutných změn se hodnota účelové funkce nového řešení sníží. V dalším kroku jsou ohodnocení použitých úseků opět transformována a celý postup je opakován, dokud není zjištěno, že zavedení žádného úseku se záporným ohodnocením současné řešení nevylepší. Další metodou dříve velmi používanou pro řešení „Úlohy obchodního cestujícího“ je dynamické programování [7, 19]. Metoda spočívá v postupném výpočtu nejkratších cest spojujících vybrané uzly a procházejících uzly specifikované množiny. Výpočet nejkratších cest je prováděn nejprve pro množiny mohutnosti 1, pak 2 atd., dokud neobdržíme nejkratší okružní jízdu, začínající a končící ve středisku a procházející všemi uzly dané sítě. Další z efektivních metod jsou např. aplikace známé metody větví a hranic, aplikace simplexové metoda apod. Jak bylo již dříve uvedeno, výše uvedené metody jsou vhodné pro sítě s malým počtem uzlů. V praxi často stojíme před úkolem optimalizovat dopravní sítě s velkým počtem uzlů. Často se proto přechází na metody, kde nalezené řešení nebude zcela optimální, ale hodnoty účelové funkce se k optimálnímu řešení blíží. Opět podotkněme, že existuje celá řada přístupných metod, velmi stručně vzpomeňme např. algoritmus postupného zvětšování, nejvýhodnějšího souseda, nejvýhodnějšího úseku, frekvenční algoritmus postupného zvětšování apod. V dalším textu bude velmi stručně popsán algoritmus velmi úspěšné „Metody nejbližšího souseda“. Předpokládejme, že i1, i2, …,ik jsou uzly zařazené do trasy, W = V - [ i1, i2, …ik] jsou uzly nezařazené do trasy, V jsou uzly dopravní sítě, k je krok algoritmu a i naposledy zařazený uzel. Výpočet je realizován následujícím způsobem: 1. Položíme i = i1 = 1, W = [2, 3, …, n] a k = 1, pak přejdeme na bod 2. 2. Je-li k < n, je možné nalézt cij = min{ciq }, položíme postupně k = k + 1, i = q∈W

ik = j, W= W – {j} a opakujeme bod 2. Je-li k = n, položíme in+1 = 1 a ukončíme výpočet s tím, že řešení je dáno posloupností uzlů i1, i2, …,in ,in+1.

102

Příklad použití tohoto algoritmu, který byl převzat z literatury [7, 33] na řešení „Úlohy „obchodního cestujícího, jejíž síť má matici znázorněnou v tabulce 6.2 má řešení na obr. 6.3. 1

2

3

4

5

1

0

2

3

4

5

2

2

0

2

3

6

3

3

2

0

4

6

4

4

3

4

0

9

5

5

6

6

9

0

Tab. 6.2

1 4

2 5 3

Obr. 6.3 Výsledné řešení úlohy obchodního cestujícího metodou nejbližšího souseda Dnes existuje celá řada dalších matematických progresivních algoritmů, které nejsou dostatečně využívány. Tyto nebylo dříve možné používat z důvodu malé výkonnosti výpočetní. V současné době se tyto algoritmy plně nevyužívají z důvodu malé informovanosti technické veřejnosti, přestože tyto metody mohou poskytnout lepší programátorský komfort, možnost výpočtu komplexnějších řešeni atd. Jde například o různé typy perspektivních heuristických metod např. Metoda mravenčích kolonií (ACO) k využití v oblasti svozně-rozvozních úloh. Ukazuje

103

se také, že bude výhodné zaměřit se na začlenění různých kvalitativních metod (umělé inteligence, fuzzy set, rough set apod.) do příslušných algoritmů apod.

6.4

Řešení problému obchodního metodou Kohonenovy neuronové sítě

cestujícího

V dalším textu bude prezentována aplikace neuronových sítí k řešení optimalizačních úloh na síťovém grafu. Jde o aplikaci samo-organizujících se neuronových sítí, tedy o neuronové sítě, které nepotřebují k trénování učitele. To znamená, že algoritmus sítě nemá informaci o tom, jaké váhy jednotlivých prvků sítě jsou správné, na rozdíl od sítí s dopředným šířením. Hlavním představitelem jsou tzv. Kohonenovy neuronové sítě. Jejich základní vlastností je schopnost realizovat zobrazení zachovávající topologií tréninkové množiny dat. Kohenenova síť byla vyvinuta finským profesorem T. Kohonenem na univerzitě v Helsinkách v polovině osmdesátých let [25, 27]. Základní ideou Kohonenových neuronových sítí je to, že jsou samoorganizující. Přijatá data z okolí jsou nejprve transformována do vektorů, které se zakódují do neuronové sítě. Spoje mezi neurony vedou pouze mezi sousedními neurony. Základní Kohonenův model vychází z tohoto poznatku a je proto většinou dvoudimenzionální i když algoritmus obecně také umožňuje vícedimenzionální uspořádání výstupních neuronů. Kromě vstupní vrsty u tohoto modelu existuje jen výstupní vrstva. Počet vstupů, které přicházejí do neuronu, je roven počtů vstupů do Kohonenovy sítě. Váhy těchto vstupů slouží k zakódování vzorů, které reprezentují předložené vzory. Vlastní přenosovou funkci tento model prakticky nemá, neboť jedinou operací, kterou neuron realizuje, je výpočet vzdálenosti (odchylky) předloženého vzoru od vzoru zakódovaného ve vahách daného neuronu. Výstupní neurony jsou mezi sebou vzájemně propojeny, ale jen se sousedními neurony. Každý vstup je spojen s každým neuronem mřížky. Výstup z neuronu v podstatě neexistuje. Každý neuron je přímo výstupem. Počet výstupu je tedy roven počtu neuronů. Počet neuronů závisí na dané aplikaci. Obecně ovšem platí, že čím je větší počet neuronů, tím je pokrytí vstupního prostoru znalostí lepší. Prodlouží se však čas výpočtu. Kohonenovy sítě lze využívat zejména k optimalizaci na síťovém grafu, k řešení problémů ruksaku a rozvrhu, k realizaci shlukové analýzy apod. Dále bude stručně popsán nástin aplikace Kohonenovy neuronové sítě k řešení problému obchodního cestujícího. Mějme tedy síť, která je složena ze dvou skupin neuronů. V první skupině každý neuron je spojen s každým neuronem této skupiny a hodnoty vah závisí na vzdálenosti mezi neurony. Každá „váha“ r(i,j) mezi neurony i a j je dána rovnicí r [i, j ] = e

( − d (i , j )) 2⋅ν

,

(6.7)

kde d(i,j) je Eulerova vzdálenost mezi neurony i a j, ν je parametr učení (>0).

104

Každý neuron druhé vrstvy je spojen s každým neuronem z první skupiny. Obě dvě skupiny mají stejnou topologii. Poznamenejme, že w je váhová funkce pro spojení těchto dvou skupin. Výpočet probíhá následovně: •

Vstupní vektory budou dvourozměrné. To znamená, že neurony první vrstvy mají atributy X a Y, což jsou souřadnice jednotlivých uzlů dopravní sítě (měst, křižovatek apod.). Konečné řešení představuje stav, kdy všechny uzly dopravní sítě jsou propojeny tak, že jde o nejkratší cestu.Umístíme k neuronů rovnoměrně v kruhové seskupení, přičemž k představuje počet neuronů první skupiny. Vstupem neuronové sítě budou souřadnice odpovídajících uzlů dopravní sítě. Druhá skupina počítá dva neurony, Xi and Yi (n = 2). Inicializace všech vah bude realizována náhodnými hodnotami

•

Vezmeme náhodný uzel a vložíme jeho souřadnice do vstupních neuronů (Xi and Yi hodnoty).

•

Nalezneme j-tý neuron, pro který platí vztah

(X

− wxj ) + (Yi − w yj ) = min , 2

i

2

(6.8)

kde wxj je váhová hodnota mezi neurony Xi a neurony Yj (j platí pro první skupinu neuronů). Obdobně platí pro wyj. Základní vztah pro výpočet je dán následující rovnicí

∑ (N n

− wnj )

2

n

= min ,

(6.9)

kde Nn je n-tý vstup neuronové hodnoty •

Modifikujeme všechny váhy w pro všechny i neurony první skupiny dle vztahů wxi = wxi + η ⋅ rij ⋅ ( X i − wxi )

(6.10)

w yi = w yi + η ⋅ rij ⋅ (Yi − w yi ) ,

(6.11)

kde η parametr učení. Tento parametr řídí rychlost učení. Na začátku se stanoví jeho hodnota na jedničku a během učení se snižuje na nulu. Tím se také dosáhne toho, že ze začátku se váhy adaptují rychleji a ke konci pomalu. Pro všechny i-té neurony první skupiny a pro všech n neuronů druhé skupině platí vztah wni = wni + η ⋅ rij ⋅ ( N n − wni )

(6.12)

V dalším kroku jsou sníženy hodnoty ν, η a přepočítány váhy r. •

Znovu opakujeme krok 2.

Velmi důležitou operací je počáteční inicializace váhových vektorů (vah). Jak bylo uvedeno v bodě 1, na začátku trénování byly všechny váhové vektory nastaveny na malé náhodné hodnoty. K tomu se využívá náhodného generátoru. Jde o jednu z možných metod. Nicméně jde o velké zjednodušení, které často přináší velké problémy s konvergencí výpočtu.

105

Jinou možností jak nastavit lépe váhy je přiřadit všem váhovým vektorům stejné konstantní hodnoty. Na začátku trénování tedy budou všechny váhové vektory směřovat stejným směrem a budou mít stejnou šanci pro reprezentaci vzoru. Často se přidává na začátku trénování ke vstupním vzorům také náhodný šum, aby se podařilo rozprostřít vektory po celé trénované oblasti a využít tím více neuronů. Je také možné přiřadit do každého neuronu vlastní prahovou hodnotu, která udává stupeň úspěšnosti nebo neúspěšnosti při vybírání nejlepšího odpovídajícího neuronu pro předkládaný vzor. Jestliže bude neuron vybrán správně, zvýší se hodnota tohoto prahu. V opačném případě se tato hodnota sníží. Tím se dává šance na úspěšné zvolení i nadbytečným neuronům a zlepšuje se pokrytí trénovacího prostoru. Často se z důvodu vyšší úspěšnosti používá také Kohenenova síť, která pracuje s pomocí učitele. Při klasifikaci neznámého vzoru se najde váhový vektor, který je k danému vzoru nejblíže a tedy náš vzor bude patřit do stejné třídy jako nalezený vektor. Existuje několik modifikací pod názvy LVQ1, LVQ2 a LVQ3. Jednotlivé metody se od sebe liší mechanismem hledání nejlepší hranice mezi třídami.

7

Trendy vývoje GIS

Geografické informační systémy se budou vyvíjet i v budoucnu. Tento vývoj bude zachovávat řadu základních rysů GIS a bude v souladu s obecnými trendy v oblasti výpočetní techniky a internetu. Mezi významné faktory, které budou ovlivňovat vývoj GIS, patří např. tyto: •

GIS se bude vyvíjet od databázového přístupu směrem ke znalostnímu přístupu. GIS bude mnohem více než databáze. Kromě prostorových datových sad budou uživatelé GIS pracovat s mapami, s modely zpracování dat a pracovních toků, případně s datovými modely víceúčelových metadat, což umožňuje sdílení těchto znalostí s ostatními uživateli.

•

GIS se budou spojovat a znalosti území budou sdíleny prostřednictvím webu. Uživatelé budou navzájem sdílet a replikovat aktualizace svých systémů a bude vzrůstat využití a propracovanost internetu. Na stále větší měrou distribuované schopnosti GIS se bude nahlížet jako na integrální součást GIS.

•

Jednotlivé GIS budou stále propojenější ve volně provázaném prostředí internetu. GIS se rychle stává rámcem pro integrovaný přístup k informacím o území, které budou vytvářeny, udržovány a publikovány na mnoha nezávislých místech.

•

GIS jsou již ve své podstatě distribuované. Do budoucna bude i práce na všech úlohách GSI. Kromě publikování a sdílení dat budou uživatelé těžit z výhod internetu při kompilaci, aplikaci a řízení znalosti o území.

106

8

Úvod do práce s produkty firmy ESRI

Na úvod této kapitoly je potřeba říci, že není možné, a ani to není cílem tohoto materiálu, vysvětlit a popsat veškeré možnosti programů od firmy ESRI. K tomuto účelu slouží speciální manuály ke každému programu. Cílem této kapitoly je poskytnout čitateli základné informace o prostředí programu ArcGIS a ArcExplorer a osvětlit čitateli prostředky pro otevření a zobrazení GIS dat.

8.1

ArcGIS

V rámci této kapitoly se seznámíte s prostředím ArcGIS a jeho základním ovládání. Programový produkt ArcGIS jak již bylo dříve vzpomenuto má tři úrovně: ¾ ArcView umožňuje prohlížet, organizovat, analyzovat, editovat a dokumentovat data. Je nezákladnějším a nejjednodušším modulem ArcGIS. ¾ ArcEditor má všechny funkce jako ArcView a navíc nástroje pro editaci shapefilů a geodatabází. ¾ ArcInfo je nejvyšší (a také nejdražší) verzí GIS software od firmy ESRI. Obsahuje všechny funkce výše zmíněných komponent a obsahuje řadu dalších pokročilých nástrojů pro práci s geodety.

ArcView, ArcEditor i ArcInfo jsou složeny ze tři částí, které mohou pracovat samostatně i společně. Jde o tyto: ¾ ArcCatalog slouží k organizování a uspořádávání dat používaných v GIS. Tuto aplikaci lze přirovnat např. k programu Průzkumník či Total Commander, které se používají pro běžné nakládání se soubory v počítači. ArcCatalog je tedy takový průzkumník, vytvořený speciálně pro organizaci GIS dat – databází, map a metadat. Umožňuje náhledy těchto dat před jejich otevřením. Umožňuje nastavení rychlého přístupů k vybraným skupinám dat, které se zobrazí v jako složky v navigačním stromu. ¾ ArcMap se používá k prohlížení a editaci geografických dat. Umožňuje vytváření profesionálních map, grafů, projektů a zpráv. Načítání dat je umožněno přímo v prostředí ArcMapu a nebo (doporučeno) přetažením dat z okna ArcCatalogu. Při vytváření map se může práce uložit jako mapový dokument, soubor s koncovkou *.mxd. Geografická data jsou v mapě zobrazována jako vrstvy, každá vrstva obsahuje pouze jeden typ dat (bod, linie nebo polygon…). Seznam všech zobrazovaných vrstev je v poli Table of Content – Obsah, který je situován v levé části okna v základním nastavení, lze ho však posunout do jiného místa okna. Důležité je i pořadí vrstev v Obsahu, první vrstva od shora se zobrazuje navrchu a ostatní vrstvy jsou dle svého pořadí zobrazovány pod ní. To znamená, že při nesprávném zvolení pořadí vrstva nemusí být všechna data viditelná. ¾ ArcToolbox představuje aplikaci umožňující vykonávat GIS analýzy na pokročilejší úrovni. Ve verzi 9.0 je ArcToolbox již součástí ArcMapu i

107

ArcCatalogu) a nejeví se jako samostatná část. Jedná se o soubor nástrojů pro vytváření, propojování, exportování a importování dat různých formátů. Data se kterými chceme v ArcToolbox pracovat můžeme opět přetáhnout myší z ArcCatalogu nebo můžeme data vyhledat pomocí funkce prohledávání v Toolboxu (Browse). Do této aplikace mohou být přidány další nástroje vytvořené uživatelem ve formátu *.exe nebo *.dll. Aplikace obsahuje více než 140 nástrojů a umožňuje konvertovat všechny hlavně používané formáty prostorových dat.

Obr. 8.1 Prostředí ArcCatalog Poznamenejme, že vlastní práci začínáme většinou otevřením ArcCatalogu. Pro otevření této i ostatních dvou částí programu existuje několik možností: 1) Z nabídky Start – Programy – ArcGIS – ArcCatalog (při standardní instalaci programu) 2) Pokud je vytvořena ikona na ploše – double click Pokud již existuje vytvořen nějaký projekt – soubor s koncovkou „*.mdx“ je možné double clickem rovnou otevřít projekt v ArcMapu. ArcCatalog obsahuje ikony, kterou můžete otevřít ArcMap a ArcToolboxu. V ArcMapu jsou ikony na otevření ArcCatalogu a ArcToolboxu.

108

Obr. 8.2 Prostředí ArcMap

Obr. 8.3 Prostředí ArcToolbox Další prostředky na prohlížení a dotazování jsou podobné jako u ArcExploreru a budou vysvětleny v další kapitole. 109

8.2

ArcExplorer

Ne každý má přístup k plnému GIS systému na úrovni např. ArcGIS. Každý zájemce si však může stáhnout program ArcExplorer od firmy ESRi. Jde o inteligentní prohlížečku geografických dat se zahrnutím prostorových analýz. GUI

Tabulka obsahu Mapový displej

Přehledová mapka Měřítková lišta

Obr. 8.4 Základní prostředí programu ArcExplorer ArcExplorer je 32-bitová Windows desktop aplikace od firmy ESRI, vybudovaná technologií MapObjects. Má snadno ovladatelné grafické uživatelské rozhraní (GUI). Uživatel s touto aplikací pracuje pomocí tlačítek a rozvinutelných menu. V levé části je umístěna tzv. „Tabulka obsahu“. Tato tabulka obsahu má dva režimy - lokální a WWW. Lokální režim lze použít při práci s daty na vlastním disku počítače nebo lokálním serveru, WWW režim umožňuje pracovat s geografickými daty na Internetu. Následující obrázek ukazuje seznam témat v zobrazení a také způsob jakým se vykreslují (legenda). Každé téma (vrstva) se může podle potřeby zapnout pro vykreslování nebo vypnout, uživatel může libovolně měnit pořadí vykreslování. Ťuknutím pravým tlačítkem myši na téma v tabulce obsahu se nabídne menu s některými frekventovanými funkcemi. Tlačítko Toggle Display of Explorer View (Přepnout obrazovku na mapové okno) schová legendu, a tak se zvětší plocha pro vlastní mapu. Je vhodné podotknout, že pod tabulku obsahu si můžete nechat vykreslit přehledovou mapku, která ukazuje zmenšený mapový displej v celém rozsahu.

110

Vyberete si, které téma chcete do této přehledky vykreslovat. Červený obdélník ukazuje výřez z aktuální mapy.

Obr. 8.5 Tabulka obsahu Ve spodní části okna zobrazení je možno nechat vykreslit měřítkovou lištu, která má tři části. Vlevo jsou dvě číselné hodnoty představující odečet souřadnic polohy kursoru vzhledem k počátku mapy. Tato čísla jsou dána v mapových jednotkách. Jsou to jednotky, v nichž má uživatel data uložena. Mapové jednotky mohou být desetinné stupně, metry nebo stopy. Uprostřed lišty je měřítko mapy a vpravo stupnice měřítka. Jednotky stupnice měřítka si lze zvolit, nabízí se metry, kilometry, stopy nebo míle.

V charakteristikách mapového displeje je možné si vybrat barvu pozadí okna zobrazení, barvu pro výběr, co se stane po stisku klávesy Escape (činnost pokračuje bez přerušení, zastaví se tvorba celého zobrazení nebo pouze právě vykreslované vrstvy), zda lze zobrazení posunovat pomocí šipek na klávesnici a jestli chcete mít kolem zobrazení rámeček. ArcExplorer umí zobrazit celou řadu vektorových a rastrových dat (témat). Témata je možné zobrazit pomocí tlačítka Add Theme to View (Přidat téma do zobrazení). Po kliknutí na tento nástroj se objeví adresářová struktura, ve které si vyberete požadovaná data. Arcexplorer podporuje následující vektorové formáty: • Shapefiles ArcView (soubory tvarů) • coverages ARC/INFO • coverages PC ARC/INFO • layers SDE Zároveň je možné také otevřít rastrové formáty následujících typů: •

Windows bitmap (*.bmp, *.dib)

111

• • • • • • •

TIFF = tag image file format (*.tif, *.tff, *.tiff) ERDAS (*.gis, *.lan) BIL = band interleaved by line (*.bil) BIP = band interleaved by pixel (*.bip) BSQ = band sequential (*.bsq) IMPELL RLC = run-lenght compressed (*.rlc) Sun rasterfiles (*.rs, *.ras, *.sun)

ArcExplorer je vhodný prostředek pro prezentaci vašich geografických dat, jelikož obsahuje řadu funkcí usnadňujících jejich prohlížení. Pohyb po zobrazení Vám usnadní nástroje Pan (Posun) a Zoom (Lupa). Zobrazení můžete posunovat libovolným směrem nebo na západ, sever, jih a východ. Můžete využít lupu na plný rozsah, aktivní téma, na předchozí rozsah nebo zvětšovací a zmenšovací lupu.

Obr. 8.6 Nástroje pro zobrazení Nástroj Maptips (Popis map) slouží k umísťování popisek do plovoucích oken. K popisu je možné vybrat hodnoty z libovolného sloupce atributové tabulky.

Obr. 8.7 Nástroje pro popis map ArcExplorer má několik nástrojů, které usnadňují prohledávání geografické databáze. Nástroj Identify Features on Theme (Identifikuj prvky tématu) vypíše o prvku informace z atributové tabulky. Tabulka s informacemi o daném prvku se zobrazí po ťuknutí levým tlačítkem myši na tento prvek. Pomocí nástroje Find Features in Active Theme (Hledej prvky v aktivním tématu) lze najít prvky se zadanou hodnotou. Hledanou hodnotu lze zadat celou, její začátek nebo libovolnou část. ArcExplorer vypíše do tabulky v jakém tématu, v jakém poli a jaká hodnota byla nalezena. Uživatelem nalezený prvek je možné nechat zablikat, posunout do středu zobrazení nebo zvětšit.

112

Obr. 8.8 Nástroje pro výběr prvků

Obr. 8.9 Nástroje pro hledání prvků Nástroj Query Builder vyhledá prvky, které vyhovují zadané logické podmínce. U nalezených prvků vypíše hodnotu všech nebo zvoleného pole z atributové tabulky. Vybrané prvky je možné nechat barevně odlišit a zaměřit na ně zvětšovací lupu. Zvolený vybraný prvek lze nechat zablikat, posunout do středu zobrazení nebo zvětšit. Záznamy o vybraných prvcích je možno uložit do souboru. Výběr prvků se zruší buď tlačítkem Clear Selection (Zruš vybrané),

113

které najdete v dialogovém okně, nebo automaticky po zavření okna pro výběr. U vybraného tématu je možné si nechat zobrazit statistické charakteristiky zvoleného pole.

Obr. 8.10 Query Builder Tyto data je možné prohlížet pomocí nástrojů Pan (Posun) a Zoom (Lupa). Lze také využívat nástroj Identify Features on Theme (Identifikuj prvky tématu). V tabulce obsahu je seznam témat, která jsou v daném měřítku viditelná. Když si uživatel stáhne data na svůj disk, může s nimi pracovat v lokálním režimu a využívat všechny možnosti, které Vám tento režim nabízí. Velmi užitečnou funkcí v GIS je tzv. geokódování. Proces geokódování je přístupní přes tlačítko Toto tlačítko poskytne v liniovém tématu uliční síti požadovanou adresu. Tato uliční síť musí mít minimálně pět atributových sloupců – název a počáteční a koncové číslo na pravé i levé straně. Další funkcí, která se hodně používá je zobrazení legendy k danému tématu. Po stisknutí tlačítka Theme Properties (Charakteristiky tématu) se zobrazí okno s názvem tématu a použitým typem legendy. Obě tyto vlastnosti je možné změnit. Témata je možno vykreslit všechny stejným symbolem, jedinečnou hodnotou, třídami nebo je popisovat zvolenou hodnotou z atributové tabulky. Po změnách je možné se vrátit k standardně nastavenému jedinému symbolu. Poslouží Vám k tomu tlačítko Clear Thematic Clasification (Zruš klasifikaci tématu). U stejného symbolu (Single Symbol) je možné si zvolit různé charakteristiky v závislosti na typu dat:

114

• • •

Bod - barvu, velikost, úhel natočení a styl (kolečko, čtverec, trojúhelník, křížek nebo písmo). Pokud uživatel změní styl písmo, musí také vybrat font a znak. Linie - barvu, tloušťku a styl (plná, čárkovaná, tečkovaná, čerchovaná nebo čerchovitá) Polygon - styl a barvu výplně, tloušťku a barvu obvodové linie.

Barvu si uživatel vybírá z palety základnách barev nebo definujete svoji.

Obr. 8.11 Dotazování a klasifikace Pokud chcete prvky tématu rozdělit do tříd (Class Breaks), je nutné vybrat pole, z kterého se prvky budou slučovat. Je možné určit počet tříd, počáteční a koncovou hodnotu barevné škály. U bodových a liniových symbolů také rozmezí velikostí a u polygonových tématů lze opět zrušit vykreslování obvodových linií.

Obr. 8.11 Rozdělení témat do tříd

115

Volba Popis (Labels) popíše prvky hodnotami z vybraného sloupce databáze. Při výběru máte k dispozici dvě možnosti - Standard nebo Popisy bez přesahů (No Overlapping Labels). Lze si vybrat font, velikost, styl, umístění, barvu, úhel natočení písma a případně podtržené nebo přeškrtnuté písmo. Můžete odstranit duplicitní popisy a vykreslovat jen popis nebo také prvky. Prvky se vykreslí tak, jak jsou nastaveny u stejného symbolu. U volby standard jsou popisky umístěny podle preferencí, které jste si zadali v dialogovém okně Charakteristiky tématu. Tato metoda je vhodná pro prvky s velkou plochou, kde nedojde k překryvu nebo velkému nahuštění popisů. Pokud zobrazujete anotace z ARC/INFO coverage nebo SDE hladin, můžete použít sloupec s hodnotami odsazení X a Y. Dále se nabízí volby: zalomit (splined), roztáhnout (fitted), otočit (flipped) a natočit (rotation angle). Aby jste zamezili překrytí popisů, vyberte volbu No Overlapping Labels maps. ArcExplorer se pokusí vyřešit problém překryvů a nahuštění. Tato volba je užitečná pro popis spojitých prvků, jako je třeba uliční síť. Popiska se může podložit barevnou maskou.

Obr. 8.12 Popis Pro každé téma je možné nastavit maximální a minimální měřítko vykreslování. Téma se potom vykresluje pouze v jeho intervalu. Nástrojem Measure (měření) je možné změřit vzdálenost mezi vybranými prvky. Tlačítko Save View (Uložit zobrazení) uloží vykreslená témata do projektu. V adresářové struktuře si můžete zvolit, kam se projekt uloží a jak se bude jmenovat. Vytvořený projektový soubor bude mít příponu .aep. Projekt se zavře po kliknutí na ikonu Close ArcExplorer View (Zavřít projekt ArcExploreru)

116

Podotkněme, že grafické okno s vykreslenými geografickými daty můžete uložit do souboru EMP (pokud vykreslujete pouze vektorová data) nebo EMP (pokud vykreslujete také rastrová data). K otevření hotového projektu slouží ikona Open View (Otevřít projekt). Pokud si uživatel chce své zobrazení vytisknout, použije ikonu Print (Vytisknout). Vytiskne se aktuální výřez Vašeho zobrazení včetně legendy, měřítka, severky, datumu a Vámi zadaného nadpisu. Pro stažení dat z Internetu na svůj lokální disk je možné použít nástroj Retrieve Vector Data (SHP format) (Stáhne data jako shapefile). Zadáte, zda chcete lokalizovat data v aktuálním rozsahu, dvojnásobném nebo čtyřnásobném a určíte adresář, kam se mají umístit. Všechna právě stažená témata si můžete okamžitě nechat vykreslit do lokálního módu nebo si je nechat pro pozdější využití. ArcExplorer Vám nabízí seznam, do kterého můžete přidat své oblíbené webovské stránky s geografickými daty. Pokud Vám během stěhování dat na váš disk dojde trpělivost, můžete tento proces zrušit. Práci uživateli usnadní nápověda, která se dá vyvolat z menu Help (Nápověda) lze vyvolat klasické záložky Contents(Obsah), Index (Rejstřík) a Find (Vyhledat). Navíc je zde možnost zobrazit webovské stránky s informacemi o firmě ESRI a jejích produktech. Konkrétně pak lze zobrazit stránku o ArcExploreru, dále stránku s technickou podporou a některými geografickými daty z celého světa, které se dají v ArcExploreru zobrazit.

9

Závěr 9.1

Doporučení pro tvorbu GIS

Typický analytický projekt GIS vyžaduje, aby byly stanoveny cíle projektu, vytvořen návrh databáze, která bude obsahovat data potřebná k řešení problému. Dále je potřeba použít funkce GIS k vytvoření analytického modelu, který povede k řešení problémy. Nakonec je potřeba prezentovat výsledky. 1. krok, stanovení cílů

117

V prvním kroku projektu je nutné stanovit jeho cíl. Je dobré si promyslet následující otázky: • • • •

Jaký problém vlastně chci řešit? Jak je řešen v současné době? Lze jej úspěšně řešit prostředky GIS? V jaké podobě mají být výsledky projektu prezentovány? Pro koho bude analýza prováděna? Pro jaký typ lidí? Budou data použita k dalším účelům? Jaké jsou na ně požadavky?

Tento krok je velmi důležitý, neboť odpovědi na tyto otázky ovlivní záměr projektu a způsob provedení analýzy. 2. krok, vytvoření projektové databáze

Druhým krokem je vytvoření datových struktur pro daný projekt. To probíhá v několika krocích: • •

• • • •

Návrh datových struktur Tento krok vyžaduje identifikaci prostorových dat, která budeme potřebovat na základě požadavků analýzy. Stanovení potřebných atributů prvků, vymezení hranic studované oblasti a volbu souřadného systému. Shromáždění a zpracování dat pro databáze Tento krok zahrnuje digitalizaci dat, jejich konverzi z jiných systémů a formátů, ověření dat a opravu chyb. Správa datových struktur Správa databáze zahrnuje ověření systémů souřadnic a doplnění sousedních vrstev

Podotkněme, že vytváření projektové databáze je rozhodující a časové nejnáročnější částí projektu. Úplnost a správnost použitých dat v analýze určuje správnost výsledků. 3. krok, analýza dat

V tomto kroku jde o vlastní analýzu dat. Analýza dat má v prostředí GIS široké rozpětí od jednoduchého mapování až po komplexní prostorové modely. Model je reprezentací skutečnosti použitý k simulaci procesu, k předpovědi výsledků nebo analýze problému. V prostorovém modelu se jedna nebo více kategorií GIS funkcí aplikuje na prostorová data. Většinou se jedná o následující funkce: • • •

Geometrické modelovací funkce - výpočet vzdáleností, generování obalových zón, výpočet ploch a průměrů. Překryvné modelovací funkce – překrývání datových sad, účelem je nalézt místa, kde se navzájem překrývají. Modelovací funkce – zabývají se vztahem k sousedním objektům, alokace, vyhledání cest a rozdělení na oblastí.

4. krok, prezentace výsledků

118

Tento krok prezentuje výsledky analýzy. Ve většině případů je výsledek GIS analýzy nejlépe převeditelný na mapě. Případné grafy o vybraných datech je možné vytisknout odděleně a vložit je do dokumentů vytvořených jinými aplikacemi nebo je případně vložit přímo do mapy.

Shrnutí V tomto modulu jste se seznámili se základními pojmy z problematiky Geografických informačních systémů. V tomto okamžiku byste se tedy měli orientovat v dané problematice. Dále byste měli být schopni se vyjadřovat v odborných termínech. Rovněž jste se naučili vytvářet datové struktury pro potřeby GIS a vypočítat nejkratší cestu na síťovém grafu. V závěru materiálu jste se seznámili s pracovními prostředími některých programů z oblasti GIS. O tom jak používat konkrétní aplikace GUIS, jak provádět analýzu nad daty v GIS se dozvíte v mnoha dalších pramenech. Určitě lze doporučit publikace firmy ESRI Press. Tato společnost vydává velké množství učebnic, které Vám pomohou se studiem konkrétních softwarových aplikací. Tyto výukové texty jsou doplněny CD disky s daty, která jsou potřebná ke cvičení.

Studijní prameny Seznam použité literatury [1] Burrough, P. A.: Principles of geographical information systems for land resources assessment. Clarendon Press. Oxford, 1986 [2] Břehovský M., Jedlička K.: Úvod do geografických informačních systémů, přednáškové texty [3] Cenek, P.; Janáček, J.; Klíma, V.: „Optimalizace dopravních a spojových procesů"; VŠDS Žilina; Žilina, 1994 [4] DaCosta, R.: Object database technology in GIS. Mapping Awarness & GIS in Europe, č. 3, roč. 7, 1993. Str. 44-45. [5] Graham, I.: Object Oriented Methods. Addison – Wesley, Cambridge, 1995. 475 stran [6] Hauf, M. a kol.: Geodézie. SNTL - nakladatelství technické literatury, Praha, 1989. 565 stran [7] Herring, J. R.: TIGRIS: Topologically integrated geographic information system. In. Chrisman, N. R. (ed.): AutoCarto 8. Proceedings of Eighth International Symposium on Computer-Assisted Cartography. ASPRS. Baltimore, 1987. Str. 282-291. [8] Janáček, J.: Operační analýza I. Bratislava, Alfa (1985) [9] Kolář, J.: Geografické informační systémy 10. Vysokoškolské skriptum. Vydavatelství ČVUT Praha, 1997. 150 stran

119

[10] Maguire, D.J.; Goodchild, M.F.; Rhindt, D.W.: Gographical Information Systems.; Vol. I: Pronciples. Vol. II: Applications. Longman Scientific&Technology. London, 1991 [11] Martinec, I.: Kombinatorická metoda řešení okružních dopravních ú1oh. Ekonomicko-matematický obzor 15, č. 3, (1979), s. 320-341 [12] Mason, D. C., Townshwnd, J. R. G.: Research related to geographical information systems at the Natural Environment research Council's Unit for Thematic Information Systems. Int. Journal of GIS, č. 2, roč. 2., 1988. str. 121-141 [13]

Nečas, J.: „Grafy a jejich použití"; SNTL, Praha, 1978

[14] Parker,R.G., Rardin,R.L.: Discrete Optimization, Academic Press, San Diego, 1988 [15] Rapant, P.: Problémy spojené se zavedením času do databází GISů. Referát přednesený na mezinárodní konferenci „GIS v zemědělství a lesnictví 97“ [16] Rapant, P.: Geografické informační systémy - oč běží? Sborník referátů z konference GIS Ostrava 96. VŠB-TU Ostrava, Ostrava, 1996. Str. 97-103 [17] Rapant, P.: Proč objektově-orientovaný GIS (pohled z jiné strany). Sborník referátů z konference s mezinárodní účastí GIS Ostrava 97. VŠB-TU Ostrava, 1997. Str. 23-29 [18] Rapant, P.: Úvod do geografických informačních systémů, skriptum, Ostrava 2002, 112 s. [19] Skýva, L., Janáček,J., Cenek,P.: Energeticky optimální řízení dopravních systému Praha, Nadas, 1987 [20] Smutný J.: 11. Urban Geographic System of Rail Transport by Arc/Info, ESRI European User Conference 9/1996, London (UK), pp. 3 [21] Smutný J.: Using GIS in Urban Transport Services, Safety the Environment in the 21st Century, 23-27 November 1997, Tel Aviv Israel, pp. 496-501 [22] Smutný J.: Geografický informační systém pasportu tramvajových tratí, V mezinárodní konference TU VŠB, str. 193 - 200, 1998, ISBN 12114855,1 díl [23] Smutný J.: Využití GIS při vedení územně plánovací dokumentace, V mezinárodní konference TU VŠB, str. 88 - 94, 1998, ISBN 1211-4855, 2 díl [24] Smutný J.: GIS pasportu tramvajových tratí, InfoGeo, 1/98, str. 50-55, ISSN 1211-1082, MK ČR 7202 [25] Smutný J.: Využití moderních matematických postupů při modelování nad GIS, GIS Ostrava 99, VI. mezinárodní konference TU VŠB, str. 56 66, 1/1999, ISSN 1211-4855 [26] Smutný J., Janoštík D.: Using GIS for Management of Communal Waste Salvage, 3th Historical Cities Sustainable Development – The GIS

120

as Design and Management Support, Histocity 99, Siracusa, Italy, 5/1999, CD – disk, pp. 6 [27] Smutný J.: Logistics Analyses By Utilizing of Neural Network, DPPGIS 99 – Dopravní plánování v prostředí geoinformačních systémů, Dopravní fakulta Jana Pernera – Evropské centrum pro architekturu a informační technologie – MŠMT ČR – Ministerstvo dopravy a spojů ČR, Praha, 10/1999, CD disk [28] Smutný J., Janoštík D.: Using GIS for Management of Communal Waste Salvage, Histocity book – The best of 1998-2000 Network Research on The Historical Cities Sustainable Development using GIS, Dipartimento di Processi e Metodi dell’ Universita degli Studi di Firenze, 2000, ISBN 88-8125-178-7, pp. 93 – 96 [29] Tabourier,Y.: All shortest distances in a graph. An improvement to Dantzig´s inductive algorithm. Discrete Mathematics, 4, 1973, str. 83-87 [30] Tarjan,R.E.: DataStructures and Network Algorithms. Society for Industrial and Applied Mathematics. Philadelphia, 1983 [31] Ullman,J.P.: Principles of Database Systems. Computer Science Press, Rockville, 1982 [32] Vrána, R.: Historical data as an axplicit component of land information systems. Int. Journal of GIS, č. 1, roč. 3., 1989. Str. 33-50. [33]

Walter, J. a kol.: Operační výzkum. 192 s. SNTL/ALFA. Praha, 1973

[34] Janošík D.: Aplikace moderních metod operační analýzy v prostředí GIS, disertační práce, 2004

Odkazy na další studijní zdroje a prameny www.arcdata.cz www.esri.com www.esri.com/esripress www.esri.com/training

Kontrolní otázky •

K čemu GIS slouží a pro koho jsou GIS vhodné ?

•

Jaké jsou definice GIS ?

•

Jaké modely v GIS rozeznáváme ?

•

Co je to geprvek (feature) ?

•

Co je to topologie ?

•

Jak se v GIS dotazujeme ?

•

Jaké jsou nejznámější algoritmy pro výpočet nejkratší cesty ?

•

Jak se vypočítá nejkratší cesta na dopravní síti ?

121