GIS a pozemkové úpravy Data pro využití území (DPZ)
Josef Krása Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, Fakulta stavební ČVUT v Praze
1
Papírová mapa Nevymizela v době GIS systémů
(Stále základní pomůcka terénních prací a měření i strategických jednání.) Mapa a účely v GIS: Podklad digitální databáze Nástroj při práci s GIS (terén, …) Výstup z GIS projektu Má základní atribut – souřadný systém, klad a měřítko.
(V souvislosti s digitálními daty často měřítko zmiňováno, ale vlastně nemá smysl v digitálním vyjádření – myslí se jím obvykle právě původní měřítko papírových map z nichž byla databáze (např vektorová) odvozena. Měřítko GIS soubor získá až zas při přípravě papírového výstupu projektu.) Ekvivalent papírové mapy v GIS rastrový (DRG) vektorový (DLG)
Papírová mapa Ekvivalent papírové mapy v GIS rastrový (DRG)
Zdroj: http://www.cuzk.cz/
Papírová mapa Ekvivalent papírové mapy v GIS vektorový (DLG)
Zdroj: http://www.cuzk.cz/
Papírová mapa Ekvivalent papírové mapy v GIS vektorový (DLG)
Zdroj: http://www.cuzk.cz/
Papírová mapa Ekvivalent papírové mapy v GIS kombinace rastru a vektoru
Zdroj: http://www.cuzk.cz/
GEOREFERENCE
GEOREFERENCE Mapa není jen obrázek – musí být „zakotvena“ v realitě
(Každá) lokalizace objektů na Zemi GEOREFERENCE Aby byly užitečné – georeference musí být trvalé (třeba i problém plovoucích zemských desek) Každá georeference má své rozlišení – přesnost lokalizace
GEOREFERENCE Ukázky:
Systém Místní jména
Působnost Různá
Metrický? Ne
Příklad ČR, Praha, Podolí,
Rozlišení Různé dle typu objektu
Poštovní adresa Globální
Ne
Poštovní schránka
Telefonická oblast
Státy
Ne
+420, 2, 317, …
Různé
Katastr
Místní, státní
Ne
Parcela č. 120 01, k.ú. Aš
Velikost pozemku
Poledníky, rovnoběžky
Globální
Ano
119°45‘ W 34°40‘ N
„nekonečně“ přesný
UTM
Samostatné Zemské zóny
Ano
563 146 E 4356732 N
„nekonečně“ přesný
S-JTSK, …
Národní systém Ano
X= -697 200 Y= -1 020 546
„nekonečně“ přesný
GEOREFERENCE – MĚŘENÍ ZEMĚ (φ,λ) Přesná lokalizace = GIS. Problém? nepravidelný zemský tvar Země = nepravidelný geoid. (rotující okolo těžiště) Mapová aproximace = rotační elipsoid (spheroid = ne koule!)
Rovnoběžky (Rovník = 0): • Severní a jižní šířka (φ)
= Úhel mezi kolmicí k povrchu elipsoidu a rovníkem
Poledníky (Greenwich = 0): • Vých. a záp. délka (λ)
= Úhel mezi poledníkem k a nultým poledníkem
Zdroj obrázku: http://kartoweb.itc.nl
GEOREFERENCE – MĚŘENÍ ZEMĚ (φ,λ) Přesná lokalizace = GIS. Problém? nepravidelný zemský tvar Země Mapová aproximace = rotační elipsoid (spheroid) Definice elipsoidu: střední poloměr a zploštění f = (a-b) / a ~ 1/300
Pro georeferenci – stanovení souřadnic (úhlů) φ a λ používány různé elipsoidy – tzv. DATUM (dříve často i s různým středem, mimo těžiště Země, proto na 1 místě nesouhlasí φ a λ měříme-li v různých projekcích)
Několik důležitých elipsoidů (v GIS = datums): Elipsoid
Poloměr (m)
Zploštění
Využití (projekce)
WGS 84
6378137
1/298.257223563
GPS systémy, UTM
Bessel (1841)
6377397.155
299.1528128
S-JTSK
Krassovsky 1940
6378245
298.3
S-42
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) Převod souřadnic elipsoidu (φ, λ) do roviny mapy (x, y) Mapa je plocha. Rastr je plocha stejných buněk, snímek je plocha. Na rovinném snímku koule je střed bez zkreslení, ale kraje ubíhají.
Proto zavedeny projekce do kartézského systému souřadnic. X= f Y= g
(φ, λ) (φ, λ)
(a odpovídající zpětné rovnice) Nejjednodušší: Neprojektovaná projekce (Plate Carrée) X= φ, Y= λ
Plate carrée projekce – rovnoběžky a poledníky jako souřadnice x,y
Zdroj: http://kartoweb.itc.nl
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) Převod souřadnic elipsoidu (φ, λ) do roviny mapy (x, y) Projekce jsou: Podle zkreslení plochojevné (equivalent) délkojevné (v daném směru) konformní = úhlojevné Podle konstrukce kuželové azimutální válcové sečné tečné
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) Převod souřadnic elipsoidu (φ, λ) do roviny mapy (x, y) Výběr projekce je podmíněn požadavky na zkreslení:
Tečná:
Sečná:
Zdroj obrázku: http://kartoweb.itc.nl
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR
Historicky to byly: S-JTSK (Křovák) = Gaussovo dvojité úhlojevné kuželové zobrazení v šikmé poloze (výpočet značně komplikovaný) S-42 (Gauss-Krüger) = úhlojevné válcové příčné zobrazení elipsoidu do roviny bez použití referenční koule Dnes to jsou: • S-JTSK (Křovák) – v GIS jako EastNorth • WGS 84 (nejen elipsoid)
• UTM - úhlojevné válcové příčné Mercatorovo zobrazení • ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSK Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR S-JTSK (Křovák) = Gaussovo dvojité úhlojevné kuželové zobrazení v šikmé poloze (výpočet značně komplikovaný) Besselův elipsoid do roviny prostřednictvím referenční koule (R = 6 380,7 km - Gaussova) Z koule na sečný kužel, aby se eliminovalo délkové zkreslení (0,9999) 1922 nejprve katastrální mapy, později i pro mapy tzv. definitivního vojenského mapování od roku 1968 - Základní mapa ČSSR, S-JTSK kartograf. pól: φ=59°42’42,7“, λ=42°31’31,4“ od F.
Dnes již transformace z ostatních syst. podporovány většinou velkých GIS software V GIS obvykle jako S-JTSK / Krovak East North (nebo „Krovak Negative“) , záměna os x a y za matematický standart y(sever)-X, x(východ)-Y. Pak jsou obě záporné a pro celou ČR platí Y<X
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSK ČÚZK uvádí: Souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální (S-JTSK): S-JTSK je závazným geodetickým referenčním systémem na území ČR dle nařízení vlády č. 430/2006 Sb. v platném znění. V prohlížecích a stahovacích službách jsou podporovány souřadnicové referenční systémy reprezentované EPSG kódy 5514 a 5221 s matematickou orientací souřadnicových os (osa x směřuje na východ, osa Y směřuje na sever, na území ČR jsou obě souřadnice záporné)
Název dle EPSG
Kód EPSG Poznámka
S-JTSK / Krovak East North 5514
použito Křovákovo zobrazení, matem. orientace os, definováno od nultého poledníku Greenwiche
S-JTSK (Ferro) / Krovak East North
použito Křovákovo zobrazení, matem. orientace os, definován od nultého poledníku Ferro
5221
EPSG databáze je mezinárodní databáze parametrů požadovaných k jednoznačnému identifikování souřadnicového systému, definování transformací a konverzí.
Meridiánová konvergence V ArcGIS lze využít příkaz CALCULATE GRID CONVERGENCE ANGLE. Konvergence se pohybuje od 9,6° na západě po 4,5° na východě, přičemž průměr činí 7,3°.
Zdroj: http://tvorbamap.shocart.cz
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSK Základní mapy (ZM10) – odvozené (a v ČSSR civilní = deformované)
Na okrajích mapového rámu najdeme nomenklatury sousedních mapových listů. Na mapách vydaných po roce 1993 najdeme již kilometrovou síť S-JTSK a zeměpisnou síť. Síť S-JTSK je na rámu vyznačena průsečnicemi příslušné osy s rámem a hodnotou souřadnice v km a v mapě průsečíky této kilometrové sítě. Na rámu je vyznačena zeměpisná síť na Besselově elipsoidu ve stupních a minutách (pozor - tyto souřadnice nejsou totožné se souřadnicemi WGS84 uváděnými v GPS přijímačích.)
Podklad pro digitální ZABAGED Klad: Měřítko
Výchozí mapa
Dělení
Počet listů
1 : 200 000
Příklad označení
Počet listů v ČR
24
19
1 : 100 000
ZM200
2×2
4
24-1
59
1 : 50 000
ZM100
2×2
4
24-11
211
1 : 25 000
ZM50
2×2
4
24-111
787
1 : 10 000
ZM10
5×5
25
24-11-01
4555
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSK Základní mapy (ZM10) – odvozené (a v ČSSR civilní = deformované)
Na okrajích mapového rámu najdeme nomenklatury sousedních mapových listů. Na mapách vydaných po roce 1993 najdeme již kilometrovou síť S-JTSK a zeměpisnou síť. Síť S-JTSK je na rámu vyznačena průsečnicemi příslušné osy s rámem a hodnotou souřadnice v km a v mapě průsečíky této kilometrové sítě. Na rámu je vyznačena zeměpisná síť na Besselově elipsoidu ve stupních a minutách (pozor - tyto souřadnice nejsou totožné se souřadnicemi WGS84 uváděnými v GPS přijímačích.)
Podklad pro digitální ZABAGED Klad:
Zdroj obrázků: http://tvorbamap.shocart.cz
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSK Státní mapy (SMO-5) – odvozené
Mapové listy všech měřítek jsou obdélníky v síti S-JTSK a tedy mapový rám nekoresponduje s poledníky. Poledníková konvergence se směrem na západ zvětšuje a tedy zeměpisný sever bude svírat se svislým rámem mapy větší úhel.
Klad: Měřítko
Výchozí mapa
Dělení
1:5 000
Příklad označení
Rozměr listu
Rozměr území
Náchod 7 - 3
0,5 × 0,4 m
2500 × 2000 m
1:2 000
1:5 000
2×2
Náchod 7 - 3/1
0,625 × 0,5 m
1250 × 1000 m
1:1 000
1:2 000
2×2
Náchod 7 - 3/11
0,625 × 0,5 m
625 × 500 m
1:500
1:1 000
2×2
Náchod 7 - 3/111
0,625 × 0,5 m
312,5 × 250 m
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-42 Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR S-42 (Gauss-Krüger) = úhlojevné válcové příčné zobrazení elipsoidu do roviny bez použití referenční koule
1952 pro Topografickou mapu ČSSR, vojenské
0. poledník
využívá Krasovského elipsoidu systém sférických dvojúhelníků po 6° (od postupně otáčeného válce dotýkajícího se podél poledníku) základní poledník přímkový a délkojevný rovník přímkový a délkojevný obrazy poledníků sinusoidy, rovnoběžek paraboly Relativně přesná projekce vyjádřitelná přímými rovnicemi
Rovník
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-42 Na území ČR padnou dva listy milionové mapy světa M-33 a M34, přičemž do listu M-34
náleží relativně velmi malá část našeho státního územ í východně od Opavy, tj. za 180 meridiánem. Pro mnohé aplikace z oblasti GISů lze s výhodou uvažovat území pouze 3. pásu, s mírně asymetrickým rozšíření za 180 meridián.
Zdroj : http://tvorbamap.shocart.cz
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-42 Topografické mapy (vojenské) – VGHMÚř Dobruška - Geografická služba AČR Klad:
Měřítko
Výchozí mapa
Dělení
Počet listů
1 : 1 000 000
Rozsah listů z. šířka a délka
Příklad označení
4° 6°
M-33
1 : 500 000
MMS
2×2
4
2° 3°
M-33-A
1 : 200 000
MMS
6×6
36
40´ 1°
M-33-XXXVI
1 : 100 000
MMS
12 × 12
144
20´ 30´
M-33-144
1 : 50 000
TM100
2×2
4
10´ 15´
M-33-144-A
1 : 25 000
TM50
2×2
4
5´ 7´30´´
M-33-144-A-a
1 : 10 000
TM25
2×2
4
2´30´´ 3´45´´
M-33-144-A-a-4
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-42 Topografické mapy (vojenské) – VGHMÚř Dobruška - Geografická služba AČR Podklad např. pro digitální DMÚ25
(distribuováno i v S-JTSK, ale po mapových listech dle S-42)
Základní tematické vrstvy jsou: - vodstvo - komunikace - potrubní, energetické a telekomunikační trasy - rostlinný a půdní kryt - sídla, průmyslové a jiné topografické objekty - hranice a ohrady - terénní reliéf
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR
Dnes to jsou: • S-JTSK (Křovák) – v GIS jako EastNorth • WGS 84 (nejen elipsoid)
• UTM - úhlojevné válcové příčné Mercatorovo zobrazení • ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989 • ČÚZK souřadnicové systémy http://geoportal.cuzk.cz/(S(4htfxkomymoy1tomgyemfhom))/Default.aspx?mode=TextMeta&side =sit.trans&text=souradsystemy Souřadnicové referenční systémy - INSPIRE http://geoportal.cuzk.cz/(S(4htfxkomymoy1tomgyemfhom))/Default.aspx?mode=TextMeta&text =INSPIRE_ref_systemy&side=INSPIRE_dSady&head_tab=sekce-04-gp&menu=411 Transformace souřadnic http://geoportal.cuzk.cz/(S(4htfxkomymoy1tomgyemfhom))/Default.aspx?head_tab=sekce-01gp&mode=TextMeta&text=wcts&menu=19
GEOREFERENCE – WGS 84 Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR World Geodetic System (WGS) je používán zejména ve spojení s technologií globálních pozičních systémů pod názvem GPS; ty jsou využity v moderních navigačních systémech. Tento globální souřadnicový systém se však díky své univerzálnosti velmi rychle zařazuje mezi geodetické a kartografické standardy jednotlivých zemí světa. WGS je geocentrickým souřadnicovým systémem; znamená to, že střed jeho souřadnicové soustavy je umístěn do hmotného středu Země. Vychází z toho, že kolem Země po přesně určených trajektoriích obíhají satelity, které jsou přesně časově synchronizovány. Z polohy tří a více satelitů vůči pozorovateli je možné velmi přesně určit nejen jeho polohu, ale i nadmořskou výšku. Z družicových měření byly rovněž zpřesňovány parametry referenčního elipsoidu - v současnosti je používán elipsoid s označením WGS84. Pro převod zeměpisných souřadnic do rovinných je používáno zobrazení UTM (Universal Transverse Mercator).
http://tvorbamap.shocart.cz/kartografie/systemy.htm
GEOREFERENCE – WGS 84 Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR
Souřadnice WGS84 vycházejí ze souřadnic zeměpisných, polohu tedy určíme pomocí zeměpisné délky, šířky a výšky. Šířka nabývá 0°–90° na sever od rovníku a 0°–90° na jih od rovníku. Délka pak nabývá hodnot 0°–180° na západ od nultého poledníku a 0°–180° na východ od nultého poledníku. Nultým poledníkem ve WGS84 je „IERS Reference Meridian“, ležící 5,31 úhlových vteřin východně od „Greenwich Prime Meridian“
https://cs.wikipedia.org/wiki/World_Geodetic_System
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) - UTM Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR UTM = úhlojevné válcové příčné Mercatorovo zobrazení sečné
dříve pro vojenské mapy USA a NATO, dnes běžně 60 pásů (zón) po 6 stupních úhlojevné, od Gauss-Kr. se liší: používá Hayfordův elipsoid + WGS 84 základní poledníky pásů nejsou délkojevné (měř. 0.9996 ) pouze mezi 80. rovnoběžkami polární oblasti od 79°30’ - UPS (Universal Polar stereographic)
GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) - UTM Česká republika – zóna 33N
Každá z 60 zón má vlastní kartézský souřadný systém E (východ) a N (sever) Každý střední poledník E=500 000 Severní polokoule: rovník N=0 Jižní pol.: rovník N= 10 000 000 (tak je zabráněno záporným souřadnicím) Na okrajích zón je vždy mapováno cca o 40 km dále – překryv zón, v oblasti některých měst či státních hranic větší. Použití:
řada papírových (např. turistických) map zemí Západní Evropy má kilometrový UTM grid
Topografické mapy ČR – nová vydání obsahují síť UTM. Projektovaná data řady zemí. Práce s GPS
Závěrečná doporučení Souřadnicové systémy používané pro výdej souborů rastrových a vektorových dat ČÚZK:
Používejte v detailu (tedy KPÚ) úhlové souřadnice (GPS) Můžete použít pro mapky celé ČR Zóna 34 - nepoužívejte Nepoužívejte Používejte mapky celé ČR! Nepoužívejte
GIS a pozemkové úpravy 2015
[email protected] http://storm.fsv.cvut.cz
Děkuji za pozornost
Josef Krása Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, Fakulta stavební ČVUT v Praze
33
