UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta Katedra aplikované geoinformatiky a kartografie
VYUŽITÍ GIS PRO ANALÝZU CYKLOTRAS V OKRESE PŘÍBRAM Bakalářská práce
Cyril Mrva
květen 2010
Vedoucí bakalářské práce: Mrg. T. Hudeček, Ph.D.
Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně a že jsem všechny použité prameny řádně citoval. Jsem si vědom toho, že případné použití výsledků, získaných v této práci, mimo Univerzitu Karlovu v Praze je možné pouze po písemném souhlasu této univerzity. Svoluji k zapůjčení této práce pro studijní účely a souhlasím s tím, aby byla řádně vedena v evidenci vypůjčovatelů. V Praze dne 21. května 2010
........................................................... Cyril Mrva
Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval vedoucímu mé práce doc. Mgr. Tomáši Hudečkovi, Ph.D. za věnovaný čas během konzultací, cenné rady a připomínky a trpělivost.
Využití GIS pro analýzu cyklotras v okrese Příbram Abstrakt Cílem této práce je analyzovat komunikace v okrese Příbram z hlediska vhodnosti pro cyklistickou dopravu a vytvořit tak podklady pro navrhování optimálního vedení cyklotras. V první části je provedena rešerše legislativy v oblasti dopravy. Další části jsou věnovány analýze možností a funkcí geoinformačních systémů a návrhu vlastního řešení. Závěr práce je pak věnován aplikaci získaných dat a návrhu nových cyklotras. Klíčová slova: cyklistika, geoinformatika, analýzy sklonitosti, vzdálenostní analýzy, cenové povrchy, síťové analýzy, návrhy cyklotras
Use of GIS for analysis of cycling in the district of Příbram Abstract This work is focused to analyze communications in the district of Příbram in terms of suitability for bicycle transportation and to create a basis for designing the optimal guidance of cycle routes. First part is dedicated to recherche legislation in sphere of Other sections are devoted to an analysis options and functions of geoinformation systems and design a proper solution. The conclusion is devoted to the application obtained data and to the design of new cycle routes. Keywords: cycling, geoinformatics, slope analysis, distance analysis, cost surfaces,network analysis, cycle routes designing
OBSAH Přehled použitých zkratek
7
Seznam obrázků tabulek a grafů
8
1 Úvod
9
2 Cyklistická doprava
10
2.1 Legislativa......................................................................................................................... 10 2.2. Cyklogenerel.................................................................................................................... 10 2.3 Klasifikace komunikací pro cyklisty ............................................................................... 11 2.4 Značení a číslování tras .................................................................................................... 12 2.5 Softwarové produkty pro cyklisty..................................................................................... 12 3 Nástroje a metody analýzy v GIS
15
3.1 Volba software.................................................................................................................. 15 3.2 Možnosti GIS pro navrhování cyklotras ........................................................................... 15 3.2.1 Tvorba a typy DMT ....................................................................................................... 16 3.2.2 Analýzy rastrových dat .................................................................................................. 17 3.2.3 Síťové analýzy ............................................................................................................... 17 3.2.4 Funkce překrytí.............................................................................................................. 18 3.3 Metodika návrhu nové cyklotrasy..................................................................................... 19 3.3.1 Návrh v rastrovém modelu ............................................................................................ 19 3.3.2 Návrh v síťovém modelu ............................................................................................... 20 4 Postup práce
21
4.1 Datové zdroje.................................................................................................................... 21 4.2 Geodatabáze...................................................................................................................... 21 4.3 Geoprocessing................................................................................................................... 22 4.4 Tvorba DMT..................................................................................................................... 22 4.5 Analýza sklonitosti ........................................................................................................... 23 4.6.1 Reklasifikace komunikací v rastrovém modelu............................................................. 24 4.6.2 Výpočet rastru celkových nákladů................................................................................. 29 4.6.3 Nalezení nejvhodnější trasy v rastru.............................................................................. 29 4.7.1 Příprava dat ve vektrovém modelu ................................................................................ 31
5
4.7.2 Výpočet celkových nákladů ve vektorovém modelu ..................................................... 31 4.7.3 Nalezení nejvhodnější trasy ve vektorovém modelu ..................................................... 31 4.8 Klasifikace stávajících cyklotras ...................................................................................... 32 5 Diskuse výsledků
33
5.1 Porovnání nalezených tras ................................................................................................ 33 5.2 Hodnocení stávajících cyklotras ....................................................................................... 33 5.3 Hodnocení použitch metod ............................................................................................... 36 6 Závěr
38
Seznam zdrojů informací
39
Seznam příloh
41
6
PŘEHLED POUŽITÝCH ZKRATEK TP ČSN
Technický předpis české státní normy
SWOT
Strengths Weaknesses Opportunities Threats = silné stránky, slabé stránky, příležitosti a hrozby
GIS
Geografické informační systémy
KČT
Klub českých turistů
MV ČR
Ministerstvo vnitra České republiky
MD ČR
Ministerstvo dopravy České republiky
GPL
General public licence = všeobecná veřejná licence
ZABAGED
základní báze geografických dat
ZIV
Základní interval vrstevnic
ČÚZK
Český úřad zeměměřičský a katastrální
S-JTSK
Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální, souřadný systém
CAD
Computed aid design = počítačové projektování
DMT
Digitální model terénu
GPS
Global positioning system = globální poziční systém
IDW
Inverse distance weight = Interpolace metodou vážené vzdálenosti
TIN
Triangulated irregular network = Nepravidelná trojúhelníková síť
7
SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK A GRAFŮ Obr. 1 Typy topologických překrytí............................................................................................ 18 Obr. 2 Ilustrace funkce Cost Distance a Cost Path ..................................................................... 19 Obr. 2 Porovnání nových vrstevnic s výškopisem ZABAGED .................................................. 23 Obr. 3 Výpočet sklonitosti pro vektorová data ........................................................................... 23 Obr. 5 Výpočet sklonitosti pro rastrová data ............................................................................. 24 Obr. 7 Převod vektorů na rastr .................................................................................................... 25 Obr. 8 Sloučení rastrů ................................................................................................................ 26 Obr. 9 Výpočet rastru nákladů ................................................................................................... 27 Obr. 10 Postup nalezení nejvhodnější trasy ................................................................................ 30 Tab. 1 Typy komunikací a jejich identifikátory v rastru............................................................. 25 Tab. 2 Reklasifikace komunikací na nové hodnoty ................................................................... 28 Tab. 3 Doporučené hodnoty podélného sklonu a délky stoupání komunikace pro cyklisty ...... 28 Tab. 4 Reklasifikace sklonitosti na nové hodnoty...................................................................... 29 Tab. 5 Klasifikace úseků komunikací ......................................................................................... 31 Tab. 6 Nové třídy pro hodnocení cyklotras................................................................................ 32 Graf 1 Podíl tříd komunikací...................................................................................................... 34 Graf 2 Podíl sklonů .................................................................................................................... 35 Graf 3 Hodnocení cyklotras z hlediska vhodnosti ..................................................................... 36
8
KAPITOLA 1 Úvod Tématem mé bakalářské práce je hodnocení a klasifikace komunikací vhodných pro cyklistickou dopravu pomocí analytických funkcí geoinformačních systémů. Za zájmové území byl vybrán okres Příbram, protože splňoval podmínky zadání práce co se týká členitosti reliéfu, existence značených cyklotras pro analýzu a přítomností všech typů komunikací. Zároveň je tento region velmi nerovnoměrně pokryt sítí značených cyklotras a je zde potenciál pro budoucí rozvoj cykloturistiky. Ve své práci jsem si dal za cíl vytvořit podklady a nástroje, které by byly přínosné při plánování nových cyklistický tras a s pomocí GIS některé nové trasy navrhnout. Hlavními zdroji informací pro moji práci jsou zejména Národní strategie cyklistické dopravy, polohopisná a výškopisná data ZABAGED, online manuál k programu ArcGIS 9.3[1] a vlastní zkušenosti z cyklistiky. Výsledné trasy by měly odpovídat požadavkům komunikací pro cyklistickou dopravu podle technického předpisu TP 179 ČSN 73 6110, který upravuje podmínky pro projektování místních komunikací a požadavkům jednotlivých kategorií cyklistů. Zejména bych chtěl zohlednit tři kategorie cyklistů, které mají dosti odlišné požadavky na vedení cyklotras, které jsou často protikladné proto je obtížné jednoznačné uřčení nejvhodnější trasy. Jedná se o skupiny: rodiny s dětmi, nároční cyklisté vyhledávající jízdu v terénu a silniční cyklisté.
9
KAPITOLA 2 Cyklistická doprava 2.1 Legislativa Cyklistická doprava v Česku se řídí zejména Národní strategií cyklistické dopravy[11], kterou přijala v roce 2004 usnesením vláda České republiky. Dokument specifikuje cyklodopravu z hlediska funkcí na dopravně obslužnou, která má v kompetenci ministerstvo dopravy a turistickou, která je v kompetenci ministerstva pro místní rozvoj. Dále se specifikují cíle, zejména zlepšení bezpečnosti cyklistické dopravy, zlepšení dopravní dostupnosti a využitím cyklistiky pro rozvoj turistického ruchu. Mezi hlavní úkoly, které podmiňují splnění cílů patří koordinace
subjektů
podílejících
se
na
rozvoji
cyklistické
dopravy
na
národní
úrovni(ministerstvo dopravy, ministerstvo pro místní rozvoj, ministerstvo životního prostředí), regionální úrovni(krajské samosprávy) a mikroregionální úrovni(obce, spolky obcí, zájmová sdružení). Dalším dokumentem, kterým se řídí práce při rozvoji cyklodopravy v Česku je technický předpis TP 179 ČSN 73 6110, který přesně stanovuje podmínky pro tvorbu komunikací pro cyklistickou dopravu. Tento dokument je zaměřen zejména na návrh komunikací v zastavěném území
2.2. Cyklogenerel Strategii, cíle, úkoly a podmínky rozvoje cyklistiky v určitém regionu nejlépe popisuje cyklogenerel. Jde o strategický dokument, který nechávají vypracovávat samosprávné orgány pro území svojí působnosti. Cyklogenerel by měl analyzovat stávající stav, zjistit důvody současného stavu, nastínit nebo navrhnout řešení a perspektivy budoucího rozvoje. Velmi často se využívá analýzy SWOT. V současnosti na tvorbě těchto strategických dokumentech pracuje většina krajů, do tvorby podobných dokumentů se také pouštějí jednotlivé obce nebo svazky obcí. Zde je nutné zmínit, že ne všechny subjekty se při tvorbě těchto dokumentů drží zásad stanovených v Národní strategii cyklistické dopravy. Nedodržování zásad se nejvíce projevuje ve špatné koordinaci opatření, které přesahují hranice regionu a nejednotné tvorbě databází polohopisných a atributových dat. Podrobněji o tom tématu pojednává Bílová[3]
10
Při své práci jsem se podrobněji seznámil s cyklogenerelem Středočeského kraje, který byl dokončen v roce 2008. Středočeský kraj je jedním z mála krajů, které mají takovýto materiál dokončen a dostupný pro širokou veřejnost na svých internetových stránkách včetně metodiky a množství mapových výstupů. Dokument je vypracován v souladu s Národní strategií cyklistické dopravy. Řeší koncepčně problematiku rozvoje a návrzích nových tras a opatření spolupracuje s místní samosprávou a občanskými spolky.
2.3 Klasifikace komunikací pro cyklisty Klasifikace byla převzata z cyklogenerelu Středočeského kraje[6]
A. Podle technických parametrů - výběr •
cyklistické stezky - Jsou zásadně odděleny od ostatní dopravy včetně pěší.
•
společné stezky pro chodce a cyklisty - Chodci a cyklisté se nesmí na této stezce vzájemně ohrozit. Jiným účastníkům je tato stezka zakázána;
•
cyklistické trasy - Cyklistická je doprava vedena spolu s ostatní dopravou a trasa je opatřena nezbytným orientačním značením. Při jejím vedení se podle možností dává přednost různými způsoby zklidněným komunikacím, místním komunikacím, silnicím III. třídy s nízkou intenzitou motorové dopravy a účelovým komunikacím;
•
cyklistické pruhy - Cyklistická doprava je vedena po komunikaci společně s ostatní dopravou, ale ve vodorovně odděleném jízdním pruhu. Toto oddělení je provedeno klasickým vodorovným značením, často doplněným barevně odlišeným povrchem vozovky pro cyklisty;
•
komunikace vyhrazená jen pro bezmotorová vozidla - vyznačená dopravní značkou B11
B. Podle významu v síti cyklotras •
1. třídy – jsou označeny jednocifernými čísly, jedná se o trasy mezinárodního nebo meziregionálního charakteru
•
2. třídy – jsou označeny dvojcifernými čísly, jedná se o trasy meziregionálního a vnitroregionálního charakteru
•
3. třídy – jsou označeny trojcifernými čísly, jedná se o trasy vnitroregionálního a meziměstského charakteru
•
4. třídy – jsou označeny čtyřcifernými čísly, jedná se o trasy místního významu
11
C. Podle požadavků cyklistů Požadavky rodin s dětmi • Bezpečná komunikace, s minimálním provozem motorové dopravy •
Atraktivní krajina
•
Možnost občerstvení – odpočívadla s lavičkami, pohostinská zařízení
•
Blízkost turistických cílů
•
Kvalitní značení
•
Přiměřené převýšení a malé sklony
•
Žádná nebezpečná místa – srázy nad řekou, nepřehledná úrovňová křížení se silnicemi, nechráněné železniční přejezdy
•
Bezpečný povrch – asfaltový, beton, tvrdý povrch lesních a polních cest, zámková dlažba
•
Minimum úseků s nutností vést kolo
Požadavky terénních cyklistů •
Hustá síť tras, nemusí být značené v terénu, stačí správné zakreslení do mapy.
•
Trasy vedené v naprosté převaze po lesních a polních cestách
•
Vizuální a pohybová pestrost a harmonické zasazení stezky do krajiny
Požadavky silničních cyklistů •
Komunikace silničního typu
•
Kvalitní asfaltový povrch
•
Delší úseky bez strmých stoupání
2.4 Značení a číslování tras Značením a údržbou cyklotras a cykloturistických tras se na území České republiky zabývá KČT. KČT je také pověřen MV ČR A MD ČR přidělováním evidenčních čísel novým trasám z celostátního registru.
2.5 Softwarové produkty pro cyklisty V dnešní době se již na českém trhu nachází několik produktů, které je možno využít k vyhledávání informací o cyklotrasách nebo k plánování cyklovýletů. Jednotlivé produkty, ale nabízejí velmi rozdílné funkce a liší se zejména v primárním účelu. Jedná se o internetové aplikace dostupné zdarma a o programy, pro stolní a kapesní počítače a mobilní telefony, nabízené za peníze. Do této kategorie lze také zařadit většinu automobilových GPS navigací, které ovšem nejsou pro cyklisty primárně určeny, ale nabízejí volbu trasy po i komunikacích pro nemotorová vozidla
12
Cyklotrasy 2.18 Jedná se o velmi propracovaný trasovač pro cyklisty obsahující podrobné mapové podklady a databázi turistických cílů. Program je určen pro stolní počítače a neumožńuje navigaci. Program je možné vyzkoušet zdarma a mapové podklady jsou dostupné pro Česko i Slovensko. Program nabízí velké množství nastavení při hledání trasy a detailní statistiku nalezené trasy včetně výškového profilu trasy. [4] volby pro výpočet trasy: •
preference cyklotras
•
nejkratší
•
více silnic
•
více terénu
•
nejméně/nejvíce nastoupaných metrů
•
výběr typů komunikací
•
volba váhy parametrů
statistika trasy: •
délka trasy
•
výškový profil
•
převýšení
•
délka stoupaní/klesání
•
čas
•
poměr typů komunikací
•
maximální sklon
•
nastoupané/sjeté metry
Smartmaps Navigator Smartmaps navigator je program nabízející automobilovou, cyklistickou a pěší navigaci pro přenosná zařízení obsahující podrobnou cykloturistickou mapu Česka.Jedná se o univerzální program a nenabízí mnoho možností pro volbu parametrů výsledné trasy. Nabízí také výškový profil a základní statistiku trasy. Funkci vyhledání tras je možné vyzkoušet na internetovém portálu mapy.idnes.cz, kde doplňuje automobilový trasovač. [10] volby pro výpočet trasy: •
méně, více, maximum cyklotras
•
silniční kolo
13
statistika trasy: •
délka trasy
•
výškový profil
•
převýšení
•
délka stoupání/klesání
•
čas
Mapový portál karlovarského a jihomoravského kraje Funkci interaktivního vyhledávače cyklistických tras nabízejí v současnosti pouze dva kraje. Jedná se o internetovou aplikaci pro plánování cyklotras s mapovými podklady na území kraje. Aplikace nabízí možnosti volby obtížnosti a povrchu trasy, dále pak výškový profil a statistiku trasy a zobrazení zájmových bodů podél trasy. [12] volby pro výpočet trasy: •
obtížnost mírná, střední, těžká
•
povrch kvalitní, méně kvalitní, přírodní
•
vynechání nebezpečných úseků
statistika trasy: •
délka trasy
•
výškový profil
14
KAPITOLA 3 Nástroje a metody analýzy v GIS 3.1 Volba software Pro veškeré přípravné editační a analytické práce byl zvolen program ArcMap 9.3 firmy ESRI. Důvodem pro volbu programu byla jeho komplexnost. Ze všech programů na trhu obsahuje nejširší paletu nástrojů a proto je možné provádět veškeré analýzy rastrových i vektorových v jednom prostředí. Odpadá tudíž častý problém s nekompatibilitou vstupních a výstupních formátů dat mezi různými programy. Vektorový datový formát firmy ESRI Shapefile je také nejrozšířenější v institucích státní správy. Jedinou nevýhodou tohoto programu jsou vysoké pořizovací náklady na nákup licence, které začínají od 1500$[2] za nejzákladnější verzi s minimem funkcí. V průběhu práce byla zvažována možnost využití jiných programů pro řešení daného úkolu. Mezi programy, které umožňují analyzovat geografická data, patří také program GRASS GIS[7], který patří mezi opensource programy a je šířen pod GPL licencí. Program GRASS GIS je volně šiřitelný software a finanční náklady na pořízení tohoto programu jsou nulové. GRASS GIS se liší od ostatních volně šiřitelných programů počtem funkcí, které jsou často na srovnatelné úrovni s komerčními produkty a umožňuje práci s vektorovými i rastrovými daty. Proto se použití tohoto programu vhodné pro využití v soukromé sféře a v institucích nedisponujících dostatečnými finančními prostředky. Mezi nevýhody tohoto programu bych zmínil obtíže, které mohou nastat při importu dat v některém z komerčních formátů.
3.2 Možnosti GIS pro navrhování cyklotras V prostředí GIS jsou pro tento účel vhodné síťové analýzy(network analysis), které se využívají pro analýzy časové dostupnosti a nalezení nejrychlejší(nejkratší,nejlevnější) trasy např. pro záchranné složky, při přepravě zboží nebo osob. Další způsob, který je možné využít jsou analýzy vážených vzdáleností(cost distance analysis), které se využívají např. pří analýzách prostupnosti terénu, kdy výsledkem je nalezení trasy s nejmenším součtem nákladů(časových, finančních).
15
3.2.1 Tvorba a typy DMT Zdrojem dat pro tvorbu DMT jsou zejména referenční body pozemního geodetického průzkumu, digitalizované vrstevnice z analogových map, fotogrametrické a radarové snímkování snímkování. Zobrazení spojitého povrchu terénu z těchto dat, ale není možné protože neobsahují údaje v každém bodě povrchu. Proto je potřeba model vytvořit interpolací dat. Druhy interpolace •
Lokální trend – Trend je polynomická funkce, výsledkem je hladký povrch bez lokálních detailů. Povrch nemusí procházet vstupními body.
•
IDW – Interpolace metodou vážené vzdálenosti, počítá hodnoty z bodů do určité vzdálenosti, přičemž vzdálenějším bodům dává menší váhu. Lze nastavit parametry velikosti poloměru a váhy sílu vlivu bodu na interpolovanou hodnotu. Výsledný povrch závisí na zvolených parametrech a prochází vstupními body
•
Spline – Využívá matematické funkce, které vytváří plochu minimálním zakřivením. Čím větší počet bodů zahrneme do výpočtu, tím hladší bude povrch. Nabízí dva způsoby výpočtu. Regularizovaný spline vytváří hladký povrch v závislosti na váze parametru. Tension spline vytváří méně hladký povrch v místě větší hustoty hodnot. Výsledný povrch nemusí procházet vstupními body.
•
Natural neighbour - Metoda je založena na Delauneyovské triangulaci. Vstupní body se spojí nepravidelnou sítí trojúhelníků. Na jejichž liniích se vypočítává nová hodnota. Metoda je vhodná pro pravidelně rozmístěné body
•
Kriging – Geostatistická metoda interpolace, pomocí váženého průměru hodnot z okolí interpolovaného bodu
•
Topo to Raster – Speciální algoritmus pro tvorbu hydrologicky přesného modelu. Kombinuje výše uvedené metody, jedná se o diskrétní spline metodu. Pro zpřesnění výpočtu je možné použít linie vodních toků břehové linie vodních ploch
Vizuální reprezentace DMT: •
Rastrová reprezentace – Je tvořena z buněk o dané velikost, velikost buňky určuje prostorové rozlišení modelu. Rastr je nejčastěji tvořen pravidelnou sítí čtvercových buňek. Atributová tabulka obsahuje rozsah hodnot a počet buněk každé kategorie.
•
Stínovaný reliéf – Z rastrového modelu se vytvoří stínovaný reliéf, přiřazením světlejší nebo tmavších odstínů podle sklonu a orientace ke slunci. Každá buňka kromě barvy také obsahuje údaj o nadmořské výšce.
•
TIN – Reliéf je tvořený sítí nepravidelných trojúhelníků. Každý trojúhelník obsahuje informace o ploše, sklonu, výšce a orientaci.
Výhody a nevýhody rastrové a vektorové reprezentace dat podrobněji v [14].
16
3.2.2 Analýzy rastrových dat V prostředí GIS slouží k analýze a získávání nových dat funkce mapové algebry, využívající matematických a statistických funkcí a logických operátorů. Dělí se na funkce: •
Lokální – Slouží k výpočtu nových hodnot buňky z jednoho nebo více rastrů, kde hodnota buňky je výsledkem vztahu prostorově identických buněk.
•
Fokální – Hodnota buňky se vypočítává z hodnot okolních buněk v rastru. Jsou to zejména analýzy sklonitosti, směru proudění, dále jde o statistické funkce(průměr hodnot, medián, minimum, maximum)
•
Zonální – Funkce se dělí na statistické a geometrické. Statistická funkce umožňuje počítat průměr, medián a další charakteristiky pro území, které patří do zóny definované ve druhé vrstvě. Geometrická funkce slouží výpočtům plochy, obvodu, šířky jednotlivých zón.
•
Globální – Globální funkce slouží k analýzám vzdáleností Dělí se na Euklidovskou vzdálenost, která vyjadřuje vzdálenost vzdušnou čarou. Vypočítává se z prostorového rozlišení buňky. Dále slouží k výpočtu vážené vzdálenosti, která a nalezení nejlevnější cesty(více v kapitole 3.3.1)
Převzato z [14]
3.2.3 Síťové analýzy Síťová analýza je jakákoliv operace řešící problém v síti, jako je dostupnost, kapacita nebo cena průchodu, využívající propojení sítě. V ArcGIS se pro řešení takovýchto úloh používá rozšiřující modul Network Analyst. Který je primárně určen pro řešení problémů a analýzu dopravní sítě . Pro práci je nutné skladovat data v geodatabázi programu ArcGIS. V geodatabázi je pak možné vytvořit síťový dataset, který slouží k provádění analýz. Mezi úlohy, které lze pomocí Network Analyst řešit patří: •
Drive-time analysis - analýza počítající čas potřebný k přesunu z místa na místo v závislosti na zadaných parametrech.
•
Point-to-point routing - navigace z bodu do bodu pomocí itineráře cesty.
•
Route directions - pomocí třídy Turns mohou být vygenerovány tzv. turn by turn mapy jako doplněk k itineráři cesty.
•
Service area definition - výsledkem je "oblast působnosti" pro nějaké zařízení, příkladem může být oblast dojezdnosti vozu záchranné služby v daném čase.
•
Shortest path - nejkratší cesta z místa na místo, případně nejkratší cesta mezi množinou bodů.
17
•
Optimum route - optimální cesta, tedy případ nejkratší cesty, kde se ovšem neminimalizuje vzdálenost ale například čas.
•
Closest facility - nejbližší zařízení.
Převzato z [13]
3.2.4 Funkce překrytí •
Union –Funkce sjednocení je možná pouze mezi polygonovými vrstvami. Výsledná vrstva obsahuje všechny atributy a objekty ze všech vrstev, v místě překrytí jsou vytvořeny nové hranice.
•
Intersect –Funkce průniku je možná mezi liniovými, bodovými i polygonovými vrstvami. V případě. Nová vrstva bude polygonová pouze, když všechny vstupní vrstvy jsou polygonové. Jinak je výsledná vrstva v geometrii nejnižší úrovně vstupních vrstev. Obsahuje pouze území, které se překrývalo ve všech vstupních vrstvách
•
Identity –Funkce ponechá vstupní bez ořezu, pouze přidá objekty do vstupní vrstvy. Jako identity vrstva musí být polygon.
Obr. 1 Typy topologických překrytí [16]
18
3.3 Metodika návrhu nové cyklotrasy 3.3.1 Návrh v rastrovém modelu Pro účel analýzy a návrhu nových tras byla vybrána metoda tvorby cenových povrchů z rastrových dat. V cenovém rastru(Cost raster) hodnota buňky představuje náklady, které jsou nutné pro její překonání. Kromě vzdálenosti nutné k překonání buňky, je to také kombinace vertikálních a horizontálních faktorů. V tomto případě je to vliv sklonu komunikace a typ komunikace. Pro tuto metodu je nejdůležitější nalézt správný matematický vztah pro kombinaci faktorů. Kombinace rastrů je možná pomocí mapové algebry. V programu ArcGIS je k dispozici nástroj Raster calculator, který umožňuje kombinací matematických a logických operátorů dostat ze vstupních dat nové hodnoty, které budou zohledňovat celkovou cenu pro překonání buňky. Pro určení nejlevnější, nejsnazší nebo nejbezpečnější cesty se používá funkce vážených vzdáleností(Cost distance), která využívá hodnot cenového rastru k vypočtení nejmenších možných nákladů z jakéhokoliv místa rastru ke zdroji. Prakticky funkce vážené vzdálenosti kumuluje hodnoty sousedních buněk s nejnižší hodnotou od zdrojového místa, které je zadáno při výpočtu. Zdrojem mohou být rastrová i vektorová data, například sídla, turistické atrakce nebo komunikace. Funkce Cost Path z vážených vzdáleností poté určí nejoptimálnější vedení trasy v rastru. Obr. 2 Ilustrace funkce Cost Distance a Cost Path [11]
19
3.3.2 Návrh v síťovém modelu Pro potřebu nalezení nejoptimálnější trasy mezi dvěma nebo více body ve vektorové síti slouží úloha Shortest Path a v nástroji Network Analyst se nachází pod označením New Route. Podobně jako je tomu u metody vážených vzdáleností je potřeba nejprve ohodnotit liniové úseky z hlediska relativních nákladů na překonání jednotky délky pro jednotlivé kategorie cyklistů. K ohodnocení úseků komunikací a přiřazení nových atributů zohledňujících sklonové poměry a typ komunikace slouží v ArcGIS prostorové analýzy a funkce překrytí(Intersect, Overlay, Identity). Podobně jako Raster Calculator u rastrových dat slouží k výpočtu nových hodnot atributů v atributové tabulce Field Calculator. Ohodnocené úseky komunikací s parametry relativních nákladů pro jednotlivé kategorie cyklistů a vypočtenou délkou úseků tvoří zdroj dat pro tvorbu modelu(Network Dataset) umožňujícího nalezení optimální trasy.
20
KAPITOLA 4 Postup práce 4.1 Datové zdroje V při analýze byla použita výškopisná a polohopisná data databáze ZABAGED: •
Vrstevnice ZIV=2m
•
Silnice 1. tř
•
Silnice 2. tř
•
Silnice 3. tř
•
Neevidovaná silnice
•
Ulice
•
Cesta
•
Pěšina
•
Most
•
Podjezd
•
Přívoz
•
Lávka
Ruční editací byla vytvořena vrstva stávajících cyklotras podle mapových výstupů z Cyklogenerelu Středočeského kraje a polohopisných dat ZABAGED Z polohopisných dat poskytl ČÚZK kvůli rozsahu požadavku více než 100 mapových listů pouze vrstvy komunikací. Výškopis ZABAGED byl získán na Katedře geoinformatiky a kartografie PřF UK .
4.2 Geodatabáze Pro uskladnění dat jsem při své práci používal formát Personal Geodatabase firmy ESRI. Souřadný systém pro data v geodatabázi byl užit S-JTSK Křovák East Nord. Správa této geodatabáze je možná přes aplikaci ArcCatalog, která je součástí softwarového balíku ArcGIS Desktop 9.3. Správa dat v databázi přes aplikaci ArcCatalog je přehlednější než skladování dat v adresářové struktuře na disku. Geodatabázi tvoří dva soubory s názvem databáze příponou ldb a mdb, v kterém jsou uložena veškerá vektorová data a adresář pojmenovaný názvem databáze s koncovkou idb, který obsahuje veškerá rastrová data. Jednotlivé datové vrstvy se neskládají jen z jediného souboru, ale z několika souborů které jsou na sobě závislé a při absenci některého
21
z nich může být daná vrstva nepoužitelná. V geodatabázi je možno vektorové vrstvy(Feature Class) ukládat pro větší přehlednost do datových sad(Feature Dataset).
4.3 Geoprocessing Proces přípravy zpracování, analýzy dat za účelem získání nové informace shrnuje pojem geoprocessing. V prostředí ArcGIS je k tomuto účelu k dispozici grafický nástroj ModelBuilder. Při své práci jsem se snažil tento nástroj vyžívat v maximální míře, protože slouží nejen k vlastnímu procesu zpracování dat, ale je možné každý model uložit se všemi nastaveními funkcí a atributů. Uložený model tak složí ke zrychlení práce při opakovaných úkonech a umožňuje názornou dokumentaci postupu práce.
4.4 Tvorba DMT Pro tvorbu DMT byly použity vrstevnice z výškopisu ZABAGED se základním intervalem vrstevnic 2m a doplňkovými vrstevnicemi po 1m. Data byla získána ve formátu DGN, jedná se o vektorový datový formát firmy Bentley[5] používaný v CAD programech. Vrstevnice byly rozděleny na mapové listy ZM 1:10 000. Provedl jsem tedy přípravné práce, které spočívaly ve spojení jednotlivých mapových listů do jedné vrstvy pomocí funkce Merge. Program ArcGIS je schopen s daty ve formátu DGN pracovat, ale již neumožňuje je do tohoto formátu exportovat. Sloučené vrstevnice byly transformovány do formátu Shp. Pro tvorbu digitálního modelu terénu(DMT) byla použita funkce Topo to Raster, která je z dostupných interpolačních funkcí nejvhodnější pro tvorbu hydrologicky přesného tvaru reliéfu[11]. Rastr byl vytvořen v prostorovém rozlišení 10 metů, s ohledem na možnosti hardwaru. Výpočet pro území celého okresu s velikostí buňky menší než 10 metrů se zřejmě kvůli omezení hardwaru nezdařil. Výpočet byl prováděn na stroji s 2GB RAM Původní vrstevnice z výškopisu ZABAGED na území okresu jsou přerušované a nebylo je možné použít k dalším operacím. Využitím funkce Contour v nástroji Spatial Analyst byly z DTM vytvořeny vrstevnice po 10m pro území okresu. Nové vrstevnice odvozené z DTM(na obrázku č. 3 zelenou barvou) byly porovnány s původním výškopisem ZABAGED(červenou barvou). Porovnáním nebyly zjištěny výrazné odchylky, které by mohli ovlivnit výsledky analýzy sklonitosti, zároveň byla ověřena přesnost DTM s rozlišením 10m
22
Obr. 2 Porovnání nových vrstevnic s výškopisem ZABAGED
4.5 Analýza sklonitosti Výpočet podélného sklonu komunikací byl proveden dvěma způsoby. V obou případech byl počítán sklon v procentech. Na vrstvě silnic byl proveden výpočet s vektorovými daty podle metody Hudečka[8], která spočívá v rozdělení komunikací na úseky v místech křížení s liniemi vrstevnic a následnému přiřazení nadmořských výšek koncovým bodům nově vzniklých úseků. Zpětným přidáním výšky na začátku a konci úseku je možné spočítat převýšení a následně sklon úseku, jelikož program umožňuje automatický výpočet délky úseku v atributové tabulce. Při výpočtu bylo postupováno podle původního záměru, který se podařilo realizovat vytvořením polygonů z vrstevnic získaných funkcí Contour z vytvořeného DTM a uzavřených hranicí okresu. Použita byla funkce Feature To Polygon, vstupními daty byly nové vrstevnice a hranice okresu Příbram. Obr. 3 Výpočet sklonitosti pro vektorová data
23
V případě výpočtu sklonitosti z rastrového DTM je nutné vytvořit nejprve masku silniční sítě, které následně přiřadíme hodnoty nadmořských výšek pomocí funkce Extract by Mask. Poté použijeme funkci Slope, na masku komunikací jejíž buňky obsahují nadmořskou výšku. Protože je šířka komunikace pouze 1 pixel a ostatní buňky mají hodnotu NoData, algoritmus vypočte pouze hodnotu buněk k sobě přiléhajících a výsledkem je podélný sklon komunikace. V případě obráceného postupu by nedošlo k výpočtu podélného sklonu komunikací, ale v místech, kde komunikace vede ve svahu po vrstevnici, by došlo k výpočtu příčného sklonu a tudíž nepřípustným odchylkám od záměru výpočtu podélného sklonu komunikace. Obr. 5 Výpočet sklonitosti pro rastrová data
Z uvedených možností se jeví jako přesnější metoda výpočtu s vektorovými daty, je také dále využitelná pro sítové analýzy. Problém nastává při velké hustotě komunikací a vrstevnic, kdy se komunikace rozdělí na statisíce úseků a rostou nároky na hardware. Provedením výpočtu oběma způsoby a porovnáním výsledků výpočtu podle výše uvedeného postupu, nebyly zjištěny výraznější odchylky. Výpočet sklonu komunikací v rastru byl naopak přesnější v místech s malou hustotou vrstevnic, protože hodnota sklonu byla vypočtena pro každou buňku rastru z interpolovaného povrchu.
4.6.1 Reklasifikace komunikací v rastrovém modelu Výchozí dělení komunikací vychází z atributových dat získaných polohopisných dat a informací v katalogovém listu databáze ZABAGED. Vrstvy komunikací bylo nutné pro další analýzu převést z vektorové do rastrové podoby. K tomu bylo použito funkce Polyline To Raster, hodnoty nového rastru byly určeny podle identifikátoru typu komunikace. Jednotlivé rastrové vrstvy bylo nutné následně překlasifikovat pomocí funkce Reclassify a každé kategorii přiřadit vlastní identifikátor od 1 do 14, aby bylo možné jednotlivé vrstvy sloučit do jednoho rastru a rozlišit jednotlivé typy komunikací. Výsledný rastr byl pojmenován PossibleWay a představuje masku možného pohybu cyklistů v prostoru.
24
Tab. 1 Typy komunikací a jejich identifikátory v rastru
typ komunikace identifikátor silnice 1. třídy 1 silnice 2. třídy 2 silnice 3. třídy 3 neevidovaná silnice 4 udržovaná cesta 5 neudržovaná cesta 6 parková cesta 7 ulice sjízdná 8 ulice nesjízdná 9 pěšina 10 podjezd 11 most 12 lávka 13 přívoz 14 Obr. 7 Převod vektorů na rastr
25
Obr. 8 Sloučení rastrů
26
Obr. 9 Výpočet rastru nákladů
Při výpočtu cenového rastru jsem se podle záměru nastíněnému v úvodu práce pokusil zohlednit tři kategorie cyklistů. Každá z těchto kategorií má odlišné požadavky na sklonitost terénu, povrch komunikací a intenzitu automobilové dopravy. Proto byl pro každou kategorii spočítán vlastní cenový rastr. Nejprve bylo nutné reklasifikovat rastr typů komunikací a zvolit nové hodnoty pro jednotlivé typy komunikací, které by při výpočtu zohlednily preference pro výběr typu komunikace. Protože funkce vážených vzdáleností počítá nejmenší možné náklady, byly u preferovaných komunikací stanoveny hodnoty 1. U ostatních komunikacích byla stanovena penalizace podle míry bezpečnosti a vhodnosti povrchu. Absolutně nevhodným třídám komunikací byla přiřazena vysoká hodnota. V tomto případě byla zvolena hodnota 1000, která je dosti vysoká a slouží jako bariéra, která je při výpočtu trasy obcházena protože není výhodné ji překonávat.
27
Tab. 2 Reklasifikace komunikací na nové hodnoty (zdroj: výpočet autora)
typ komunikace identifikátor rodiny terénní silniční silnice 1. třídy 1 1000 1000 20 silnice 2. třídy 2 20 1000 10 silnice 3. třídy 3 10 20 1 neevidovaná silnice 4 1 5 1 udržovaná cesta 5 1 1 10 neudržovaná cesta 6 5 1 1000 parková cesta 7 2 1 10 ulice sjízdná 8 1 1 1 ulice nesjízdná 9 1000 1000 1000 pěšina 10 10 5 1000 podjezd 11 1 1 1 most 12 1 1 1 lávka 13 1 1 1 přívoz 14 1 1 1
Stejným způsobem bylo postupováno při reklasifikaci povrchu sklonů. Nejprve byly zvoleny intervaly sklonitosti, které vycházejí částečně z TP 179 Navrhování komunikací pro cyklisty a vlastního hodnocení vlivu sklonitosti komunikace na obtížnost pohybu. Vlastní hodnocení vychází z osobních zkušeností autora z jízdy na kole po komunikacích se známým sklonem. Povrch sklonů byl reklasifikován pouze do dvou rastrů, protože možnosti maximálního sklonu pro pohyb silničních cyklistů a rodin s dětmi jsou si blízké. Tab. 3 Doporučené hodnoty podélného sklonu a délky stoupání komunikace pro cyklisty(zdroj:ČSN)
Podélný sklon
max. 3%
4%
5%
6%
10%
12%
Přijatelná délka stoupání
neomezeno
250 m
120 m
65 m
20 m
8m
Pro ohodnocení vlivu sklonu na obtížnost byla experimentálně zvolena funkce cena=[podélný sklon]2/5
28
Tab. 4 Reklasifikace sklonitosti na nové hodnoty (zdroj: výpočet autora)
podélný sklon 0-3% 3-6% 6-10% 10-12% 12-15% >15%
rodiny a silniční terénní 1 1 5 5 15 15 25 25 1000 40 1000 1000
4.6.2 Výpočet rastru celkových nákladů Po překlasifikování komunikací a sklonů bylo nutné obě hodnoty sloučit do rastru, který by zohledňoval celkové náklady. Nejdůležitějším úkolem při této operaci bylo zvolit matematický vztah, který by nejlépe vystihoval vliv obou faktorů celkové náklady v dané buňce rastru. Možný vztah ve své práci nastínil Řehák[15], který udává vztah vstupních faktorů na výslednou cenu buňky jako součin jednotlivých faktorů přičemž každému faktoru dává jinou váhu. Naopak Lemka[9]ve své práci počítá výslednou cenu buňky jako prostý součet dvou rastrů. Při tvorbě vlastního vztahu jsem přihlédl k práci Řeháka, ale bylo potřeba vztah modifikovat pro cyklistickou dopravu. Původní vzorec potlačuje vliv sklonitosti, protože byl vytvořen pro pohyb automobilu
cena=((0,25×([sklon svahu ve stupních]+1))×[typ komunikace])/2
Nový vztah pro cyklistickou dopravu byl experimentálně stanoven s přihlédnutím k vlastním zkušenostem z cyklistiky.
cena=([cost raster sklonitosti]×[cost raster komunikací])/4+1
Pomocí Raster Calculator byly vytvořeny tři výsledné rastry nákladů
4.6.3 Nalezení nejvhodnější trasy v rastru Pro výpočet nejvhodnější trasy je zapotřebí nejprve provést výpočet vážené vzdálenosti(Cost Distance) ze zdroje. Jako zdroj můžou sloužit objekty rastrové nebo vektorové vrstvy. Podmínkou úspěšného výpočtu je, aby zdroj protínal buňky cenového rastru obsahující data. Jako zdroj výpočtu byla vybrána obec Dlouhá Lhota u Příbrami. Obec se nachází v polovině cesty mezi Dobříší a Příbramí a v okolí této obce se nenachází žádná značená turistická trasa
29
která by tyto dvě střediska spojovala. Výsledkem výpočtu je Cost Distance Raster odpovídající povrchu vážených vzdáleností ze zdroje a Backlink Raster udávající směr nejbližší buňky s nejnižšími akumulačními náklady od zdroje[14]. K nalezení nejvhodnější trasy mezi Dobříší a obcí Dlouhá Lhota byla použita funkce Cost Path. Vstupními daty pro výpočet funkce jsou Cost Distance Raster a Backlink Raster a vrstva obsahující cílové místo. Pro každou kategorii cyklistů byl proveden samostatný výpočet. Výpočet se týkal návrhu nové cyklotrasy. Obr. 10 Postup nalezení nejvhodnější trasy
30
4.7.1 Příprava dat ve vektorovém modelu Podobě jako bylo potřeba reklasifikovat rastrová data před výpočtem nákladů, bylo potřeba úsekům s vypočtenou sklonitostí přiřadit jednoznačný identifikátor typu komunikace, který byl potřebný ke správnému ohodnocení úseku. Protože vrstva všech komunikací byla vytvořena spojením několika vrstev funkcí Merge, identifikátory jednotlivých typů nebyly jednotné a nenacházely se v jednom sloupci. Poté bylo možné využít funkci Join Table pro automatické přiřazení nových atributů podle identifikátoru úseku z vytvořené tabulky č.2
4.7.2 Výpočet celkových nákladů ve vektorovém modelu Jednotlivé úseky byly ohodnoceny podle sklonu a typu komunikace stejně jako v případě rastru.Výpočet celkových nákladů na překonání úseku ve vektorovém modelu vychází ze vztahu mezi podélným sklonem komunikace a typem komunikace uvedeném při výpočtu cenového rastru. Použity byly funkce Select by atributes a Field Calculator. Výsledkem je tedy relativní hodnota nákladu pro každý úsek. Pro účel mapové prezentace byly zvoleny tři intervaly pro hodnoty relativních nákladů na překonání úseku. Tab. 5 Klasifikace úseků komunikací(zdroj: výpočet autora)
hodnota nákladů 1-25 26-250 251 a více
typ úseku vhodný méně vhodný nevhodný
4.7.3 Nalezení nejvhodnější trasy ve vektorovém modelu Pro návrh nové trasy slouží v ArcGIS Network Analyst. Nejprve je potřeba vytvořit v geodatabázi Network Dataset v programu ArcCatalog. Poté se musí nastavit Evaluators, hodnoty podle který budou ohodnoceny úseky komunikací. Standardně je jako parametr ceny nastavena délka úseku. Součinem délky úseku a parametru relativních nákladů úseku dostaneme absolutní hodnotu pro každou skupinu cyklistů, potřebnou správnému výpočtu trasy. V Network Analyst byly provedeny výpočty dvou tras pro každou kategorii cyklistů se stejnými cíli jako při návrhu v rastrových datech.
31
4.8 Klasifikace stávajících cyklotras Pro hodnocení a klasifikaci stávajících cyklotras byla využita vektorová vrstva komunikací, která sloužila jako zdroj dat pro nalezení optimální trasy. Pro účel analýzy bylo ještě potřeba přiřadit úsekům, které leží na cyklotrase číslo konkrétní trasy. Toho bylo dosaženo funkcí Spatial Join s parametrem Intersect, kdy byla překrývajícím se úsekům přiřazena hodnota z ručně vektorizované vrstvy cyklotras. Pomocí dotazovací funkce Select by Location – Share line segment with byly vybrány úseky ležící na stávajících cyklotrasách a exportovány do nové vrstvy. V nově vzniklé vrstvě byly pro účely klasifikace cyklotras vytvořeny čtyři třídy sklonů a čtyři třídy komunikací. Nové hodnoty byly přiřazeny úsekům jako nové atributy pomocí funkcí Select by Atributes a Field Calculator. Dále bylo nutné sloučit úseky podle jednotlivých atributů(číslo trasy, třída sklonu, třída komunikace). K tomuto účelu je v software ArcGIS určena funkce Dissolve, která umožňuje kombinací zvolených atributů dosáhnout požadovaných výsledků. Atributová data byla exportována do programu MS Excel a využita k tvorbě grafů. Tab. 6 Nové třídy pro hodnocení cyklotras(zdroj: výpočet autora)
Identifikátor 1 2 3 4
podélný sklon 0-3% 3-6% 6-10% >10%
Třída komunikace I.tř. II.tř III.tř místní a účelová komunikace
Klasifikace tras byla umožněna agregací úseků podle čísla trasy a součtem absolutních nákladů agregovaných úseků pro rodiny, silniční cyklisty a terénní cyklisty. Cyklotrasy byly klasifikovány podle celkových nákladů na průjezd trasou pro jednotlivé kategorie cyklistů. Nejnižší hodnoty nákladů značí nejvhodnější podmínky pro danou kategorii cyklistů při průjezdu konkrétní trasy. Pro prezentaci v podobě grafu byl vytvořen index vhodnosti vydělením absolutních hodnot délkou cyklotrasy.
32
KAPITOLA 5 Diskuse výsledků 5.1 Porovnání nalezených tras Přestože byly při klasifikaci komunikací použity stejné parametry a vztahy mezi sklonem a typem komunikace, návrhy tras ve vektorovém modelu se liší od navržených tras z rastrového modelu. Na daném příkladu návrhu trasy z obce Dlouhá Lhota do Dobříše se liší trasy pro terénní cyklistiku a rodiny s dětmi. Trasa určená silničním cyklistů vyšla u obou návrhů stejně. Je vedena po silnici 3. třídy v celé délce a odpovídá nejkratší možné cestě. Z těchto parametrů vyplývá, že splňuje požadavky pro silniční cyklistiku. Návrh trasy je také shodný s výsledkem hledání v programu Cyklotrasy. Trasy navržené pro terénní cyklistiku se liší ve střední části, kde se návrh z vektorového modelu vyhýbá úsekům s vysokým sklonem a trasa je delší přibližně o 1 km. Obě navržené trasy se zcela vyhýbají automobilové dopravě, z poloviny jsou vedeny po neudržovaných cestách. Z toho vyplývá, že také splňují požadavky pro tuto skupinu cyklistů. Výsledek hledání trasy pro rodiny z dětmi není jednoznačný. Hledání trasy v rastru nabídlo dvě varianty vedení trasy. Delší varianta je z větší části vedena po udržovaných cestách. Kratší varianta je zhruba 3 km vedena po silnici 3. třídy. Návrh vektorového modelu je shodný s návrhem pro terénní cyklisty. Z pohledu požadavků rodin z dětmi se jeví jako nejlepší delší varianta návrhu z rastrového modelu. Výsledky z programu Cyklotrasy se stejně jako u návrhu terénní trasy neshodují zejména kvůli méně detailním podkladům v programu, který neobsahuje všechny komunikace. Rozdíly v návrzích z rastrových a vektorových dat jsou způsobeny zejména mírně rozdílným výpočtem sklonitosti. V rastrovém modelu je počítaná sklonitost pro každou buňku rastru na rozdíl od vektorového modelu, kde byla počítána pro úseky komunikací o různé délce.
5.2 Hodnocení stávajících cyklotras Z analýzy stávajících cyklotras v okrese Příbram vyplynulo, že 54% délky všech značených tras je vedeno po místních a účelových komunikacích s minimálním provozem automobilové dopravy a méně než 1% délky je vedeno po silnicích 1. třídy, kde je vysoké riziko konfliktu
33
s automobilovou dopravou. Z hlediska sklonitosti na 56% délky všech cyklotras nepřekračuje podélný sklon 3%, který je z hlediska bezpečnosti plně v souladu TP 179 ČSN pro navrhování komunikací pro cyklistickou dopravu, ale naopak na 15% délky cyklotras překračuje podélný sklon 6% kde se mohou vyskytovat nebezpečné úseky například v podobě prudkého klesání. Graf 1 Podíl tříd komunikací(zdroj: výpočet autora)
100%
80%
60%
40%
20%
0% s y re as ok tr lý ny ceech vš98 8190 8144 8143 8141 8140 8139 8138 8137 8136 8134 8133 8132 8131 8129 8137 3175 2274 2273 2252 2257 1162 108 302 301 302 11 1 11 ná 74 ova l 11 čís ne
číslo trasy
třída komunikace:
místní a účel. kom.
3. třídy
2. třídy
1. třídy
34
Graf 2 Podíl sklonů(zdroj: výpočet autora)
100%
80%
60%
40%
20%
0% s y re as ok tr l ý ny ceech vš98 8190 8144 8143 8141 8140 8139 8138 8137 8136 8134 8133 8132 8131 8129 8137 3175 2274 2273 2252 2257 1162 108 302 301 302 11 1 11 ná 74 ova l 11 čís ne
číslo trasy
sklon komunikace:
0-3%
3-6%
6-10%
>10%
Z uvedených grafů je možné pozorovat významné rozdíly ve sklonových poměrech a podílech komunikací u jednotlivých tras oproti průměrným hodnotám.Například trasa č.8137 je vedena ze 43% po komunikaci se sklonem větším než 6% Z kombinace podílu sklonů a tříd povrchů vychází i graf č.3, který znázorňuje míru vhodnosti jednotlivých tras pro danou kategorii cyklistů a na základě těchto dat byly stávající trasy klasifikovány. V uvedeném grafu je možné identifikovat trasy, které vykazují vysoké hodnoty a nejsou příliš vhodné ani pro jednu kategorii cyklistů. Představují tak trasy, kde by bylo vhodné zamýšlet se na změně vedení trasy. Jedná se zejména o trasu č.111, která prochází kopcovitým terénem a je vedena z 99% po komunikacích 2. a 3. třídy. trasy pro rodiny s dětmi: 74, 302, 308, 2273, 8131, 8132, 8139, 8140, 8141, 8190, nečíslovaná trasy pro silniční cyklisty: 11, 111, 112, 301, 1062, 1157, 2274, 8133, 8138, 8143, 8144, 8198 trasy pro terénní cyklisty: 3137, 8129, 8137 trasy smíšené: rodiny/silniční: 225, 8136 rodiny/terénní: 2275, 8134
35
Graf 3 Hodnocení cyklotras z hlediska vhodnosti(zdroj: výpočet autora)
10 000
index vhodnosti
1 000
100
10
1 98 81 0 9 81 4 4 81 3 4 81 1 4 81 0 4 81 9 3 81 8 3 81 37 81 6 3 81 4 3 81 3 3 81 2 3 81 1 3 81 9 2 81 7 3 31 75 22 4 7 22 3 7 22 52 22 7 5 11 62 10 8 30 2 30 1 30 2 11 1 11 á an 74 ov 11 ísl č ne
číslo trasy
druh cyklistiky:
rodiny
terénní
silniční
5.3 Hodnocení použitých metod Analýza komunikací byla provedena v rastrovém i vektorovém formátu. Původní záměr byl analyzovat data pouze ve vektorovém formátu. V průběhu realizace bylo ale přistoupeno k možnosti provést analýzu v rastrových dat, která se jevila vhodnější z důvodu menší hardwarové náročnosti a menším množstvím úkonů při přípravě dat. Po provedení vzdálenostních analýz v rastru bylo zjištěno, že další využití těchto dat je problematické a bylo třeba přistoupit k tvorbě vektorového modelu, který je vhodnější k řešení úloh s liniovými objekty na rozdíl od rastrové reprezentace, která je primárně určena k analýze spojitých povrchů. Pro hodnocení úseků byly využity stejné vztahy jako byly použity v rastru, takže bylo možné porovnat výsledky při návrhu nových cyklotras. Porovnáním výsledků bylo zjištěno, že se nepodařilo úplně zamezit při výpočtu sklonitosti v rastrovém modelu hodnotám, které nevyjadřují hodnotu podélného sklonu komunikace, ale sklon svahu. Z tohoto důvodu je výpočet podélného sklonu komunikací v rastrovém formátu méně přesný a pro zvolené měřítko a území nevhodný. Pro řešení úloh v méně členitém reliéfu s menší hustotou komunikací však může poskytnout uspokojivé výsledky s menšími nároky na hardware.
36
V průběhu práce se také potvrdil předpoklad vyšších hardwarových nároků, zejména u operací s atributovými tabulkami s téměř sto tisíci záznamy, kdy bylo často před výpočtem nutné odstranit přebytečné sloupce, nebo rozdělit tabulku. Práce s Network Analystem je mnohem rychlejší než hledání trasy v rastru, zejména protože při změně zdrojových a cílových bodů není potřeba vždy vypočítat nový rastr vážených vzdáleností a rastr vážených směrů. V Network Analystu lze také jednoduše přidávat průjezdní místa trasy a místa, kterým se má trasa vyhnout. Díky těmto vlastnostem je tento nástroj vhodnější jako univerzální trasovač. Funkce Cost Distance a Cost Path je tedy vhodnější na detailní návrh vedení trasy, zejména při tvorbě úplně nové komunikace, kde by byl do výpočtu zahrnut i povrch mimo komunikace.
37
KAPITOLA 6 Závěr Původním záměrem práce bylo, analyzovat vektorová data a vytvořit mapu vhodnosti úseků komunikací pro cyklistiky pomocí kombinace parametrů. Data v takovéto podobě by pak byla využitelná při síťové analýze dostupnosti, nebo plánovače cyklotras. V průběhu prací a při hodnocení dosažených výsledků byla ověřena funkce rastrového a vektorového modelu pro nalezení optimální trasy konfrontací s komerčním produktem. Shoda s programem Cyklotrasy byla dosažena pouze u jednoho návrhu. Návrhy tras z vytvořeného modelu ale lze považovat za uspokojivé. Vektorový model dále posloužil ke klasifikaci komunikací v celém území, vytvoření mapy vhodnosti komunikací a klasifikaci stávajících cyklotras. Pomocí klasifikace byly také identifikovány trasy s vedením, které nevyhovuje ani jedné skupině cyklistů. V případě trasy č. 111 je tento názor potvrzen v návrhové části Cyklogenerelu Středočeského kraje, kde je navrhována změna vedení této trasy. Přestože byly výsledky analýzy a návrhu tras označeny za upokojivé, je zde velmi prostoru k dalšímu zpřesňování modelu, jak z hlediska optimalizace parametrů v modelu a vztahu mezi nimi, tak možností vstupu nových parametrů do výpočtu.
38
SEZNAM ZDROJŮ INFORMACÍ [1] ArcGIS 9.3. Desktop Help, dokumentace k programu [online] : ESRI. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-05-21]. Dostupné z http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?TopicName=welcome [2] ArcView, informace o produktu [online] : ESRI. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-0521]. Dostupné z http://www.esri.com/software/arcgis/arcview/index.html [3] BÍLOVÁ, M. ... [et. al.]. 1. vydání 2007. Jednotná GIS databáze cyklistické infrastruktury, metodika uplatnění výsledků výzkumu [online]. Olomouc: UPOL CDV. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-05-21]. Dostupné z http://www.cyklostrategie.cz/file /6-1-metodika-gis/ [4] CYKLOTRASY [online] Ver. 2.18 : Eaglesoft, datum vydání 13.1.2010. Dostupné z http://www.cyklotrasy.info/index.php?stranka=stazeni [5] Formát DGN(specifikace) [online]. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-05-21]. Dostupné z http://www.gisoft.cz/Bentley/DGN [6] Generel cyklistických tras a cyklostezek na území Středočeského kraje [online]. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-05-21] Dostupné z http://www.kr-stredocesky.cz/portal/odbory/regionalni-rozvoj/cyklogenerel/ [7] GRASS GIS, dokumentace k programu [online]. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-0521] Dostupné z http://grass.itc.it/gdp/tutorials.php [8] HUDEČEK, T. 2008. Akcesibility a dopady její změny v Česku v transformačním období: vztah k systému osídlení [rukopis]. Praha. 2008. 129 s. vč. příloh. Disertační práce na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy na katedře sociální geografie a regionálního rozvoje. Školitel disertační práce Miroslav Marada [9] LEMKA, J., 2009. Návrh cyklostezek a vyhlídkových míst v oblasti Jablunkovska s využitím geoinformačních technologií [rukopis]. Ostrava. 35 s. Bakalářská práce na Fakultě stavební Vysoké školy báňské v Ostravě na katedře městského inženýrství. Vedoucí bakalářské práce Martin Ferko [10]Mapy iDNES.cz - mapa Evropy, mapy České republiky, turistické mapy, cyklomapy [online]. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-05-21]. Dostupné z http://mapy.idnes.cz/
39
[11] Národní strategie cyklistické dopravy, dokumenty [online]. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-05-21]. Dostupné z http://www.cyklostrategie.cz [12] Plánování cyklovýletů [online]. Poslední úpravy 21. 5. 2010 [cit. 2010-05-21]. Dostupné z http://mapy.kr-karlovarsky.cz/cyklotrasy/ [13] SLADKÝ, J., 2007. Optimalizace dat pro analýzu nad sítí v prostředí ESRI geodatabáze [online].
Poslední
úpravy
3.3.
2008
[cit.
2010-05-21].
Dostupné
z
http://www.gis.zcu.cz/studium/pdb/referaty/2007/Sladky_SitovaDataVGDB/ [14] ŠTYCH, P. ... [et. al.]. 2008. Vybrané funkce geoinformačních systémů. 178 s. Praha: CITT Akademie kosmických technologií [15] ŘEHÁK, T., 2006. Problém průchodnosti terénu a nalezení nejlevnější trasy [online]. Poslední úpravy 23. 1. 2007 [cit. 2010-05-21]. Dostupné z http://gis.zcu.cz/studium/apa/referaty/2006/Rehak_NalezeniNejlevnejsiCesty/ [16] Úvod do GIS [online]. Poslední úpravy 14. 4. 2010 [cit. 2010-05-21]. Dostupné z http://www.gis.zcu.cz/studium/ugi/elearning/
40
SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 DVD s elektronickou verzí práce a mapovými výstupy Příloha 2 Zdrojová data ke grafům Mapa 1
Vhodnost komunikací pro cyklistiku rodin s dětmi v okrese Příbram
Mapa 2
Vhodnost komunikací pro silniční cyklistiku v okrese Příbram
Mapa 3
Vhodnost komunikací pro terénní cyklistiku okrese Příbram
Mapa 4
Klasifikace cyklotras v okrese Příbram v roce 2009
Mapa 5
Návrhy nové cyklotrasy Dlouhá Lhota – Dobříš
41
Zdrojová data ke grafu č. 1
číslo trasy nečíslovaná 11 74 111 112 301 302 308 1062 1157 2252 2273 2274 2275 3137 8129 8131 8132 8133 8134 8136 8137 8138 8139 8140 8141 8143 8144 8190 8198 všechny trasy celý okres
1. třídy 1,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 2,9 0,0 2,1 0,8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 5,6 0,0 0,8 1,3
třídy komunikací v % 2. třídy 3. třídy místní a účel. kom. 0,6 38,3 59,5 0,4 82,5 17,1 3,3 4,9 91,8 28,3 71,0 0,7 0,0 100,0 0,0 21,9 27,9 50,1 13,1 41,7 42,4 3,8 11,3 84,9 5,7 91,9 0,3 1,4 96,8 1,0 0,0 0,0 100,0 0,0 0,3 99,7 0,0 50,2 49,8 0,0 0,0 100,0 0,0 15,4 84,6 0,0 0,0 100,0 0,0 2,6 97,4 4,7 35,5 59,8 0,0 72,2 27,8 0,0 0,0 100,0 0,0 0,0 100,0 0,0 0,0 100,0 9,8 37,5 52,7 9,3 40,3 50,4 4,8 46,3 48,9 53,5 19,8 26,6 1,9 97,4 0,7 3,8 0,0 96,2 2,2 17,6 74,6 0,0 16,3 83,7 9,0 36,2 54,0 2,7 6,4 89,6
Zdrojová data ke grafu č.2
číslo trasy nečíslovaná 11 74 111 112 301 302 308 1062 1157 2252 2273 2274 2275 3137 8129 8131 8132 8133 8134 8136 8137 8138 8139 8140 8141 8143 8144 8190 8198 všechny trasy celý okres
0-3% 48,1 51,4 51,3 48,4 93,1 56,4 68,1 52,9 53,8 80,5 49,8 74,5 49,2 68,7 46,2 48,2 57,6 63,0 67,9 66,5 41,1 25,0 55,2 49,8 53,8 41,4 56,7 39,9 54,3 41,4 56,2 49,0
sklony komunikací v % 3-6% 6-10% >10% 41,1 8,3 2,5 39,7 7,6 1,4 38,5 6,6 3,6 35,8 13,5 2,3 6,9 0,0 0,0 27,1 12,9 3,6 21,9 9,6 0,3 27,1 16,4 3,6 27,5 17,2 1,5 16,1 3,1 0,3 44,3 5,9 0,0 19,5 5,4 0,5 30,7 20,1 0,0 9,6 21,7 0,0 20,9 22,2 10,7 30,3 14,6 6,9 35,4 7,0 0,0 24,1 10,0 2,9 25,0 6,7 0,3 19,2 12,2 2,2 28,9 26,8 3,2 31,8 28,1 15,1 32,9 10,6 1,3 32,4 16,2 1,7 31,6 11,4 3,3 26,1 26,7 5,8 30,9 11,0 1,4 33,9 22,0 4,1 27,1 16,8 1,8 39,7 17,1 1,8 29,0 12,5 2,4 26,4 16,2 8,4
Zdrojová data ke grafu č. 3
číslo trasy nečíslovaná 11 74 111 112 301 302 308 1062 1157 2252 2273 2274 2275 3137 8129 8131 8132 8133 8134 8136 8137 8138 8139 8140 8141 8143 8144 8190 8198
rodiny 29,4 15,0 9,7 382,6 4,2 54,5 23,7 5,6 19,2 17,2 1,9 1,7 4,8 2,1 45,9 8,7 2,2 16,8 7,8 3,7 4,1 30,6 17,2 15,5 10,3 49,6 22,9 6,0 21,4 4,4
index vhodnosti terénní silniční 38,3 34,5 12,8 728,4 7,4 1 789,9 92,5 19,7 103,3 48,8 5,4 2,7 11,5 2,1 14,1 3,4 2,6 26,7 13,5 3,8 8,2 3,6 105,6 104,3 43,0 847,0 53,3 37,1 34,9 10,4
1 296,3 2,6 71,0 334,0 1,3 41,1 191,8 55,1 3,0 2,8 2,0 9,5 2,3 12,1 7 669,6 435,5 9,0 49,5 2,5 6,9 4,1 4 329,1 5,5 1 297,4 39,2 116,2 3,5 5,7 191,3 3,7
délka v km 19,6 16,7 5,6 30,5 1,8 39,5 58,7 27,4 6,1 6,7 8,8 17,8 4,1 2,4 9,7 8,1 6,3 19,1 7,8 4,1 5,9 3,7 20,7 14,6 10,9 7,8 11,2 5,6 17,3 9,2
typ trasy rodiny silniční rodiny silniční silniční silniční rodiny rodiny silniční silniční rodiny/silniční rodiny silniční rodiny/terénní terénní terénní rodiny rodiny silniční rodiny/terénní rodiny/silniční terénní silniční rodiny rodiny rodiny silniční silniční rodiny silniční
