GISy geografické informační systémy připo-mínají klasické mapy a plány. Podobně jako ony s sebou nesou velké množství informací. GISy však nejsou pouze digitální kartografií a neomezují se jen na grafickou informaci; spolu s ní nesou celou řadu informací a množství negrafických popisných dat, které je možné dále analyzovat a zpracovávat. Zjednodušeně řečeno: čára, která představuje např. silnici, není ve světě GISů pouhou grafickou entitou, ale obsahuje i řadu dalších údajů týkajících se tohoto objektu.
Co GISY zahrnují?
Geografické informační systémy zahrnují dlouhý řetězec, od shromážďování dat až po jejich další zpracování. GISy lze zjednodušeně chápat jako určitý druh aplikačního softwaru; zahrnují však široké pole od speciálních hardwarových komponent, databázové problematiky, vizualizace, grafiky, vývojových nástrojů, vazby na Internet…
I. Jak se shromažďují data
Alfou a omegou jsou ve světě GISů geografická data, kterými (pokud je nemáme již v nějaké formě k dispozici) musíme systém naplnit. Pořízení geografických dat je poměrně náročná a drahá činnost. Vstupní hodnoty můžeme v zásadě získat digitalizací (např. skenováním) starší papírové mapy, prací přímo v terénu (geodetické zaměřování); určité oblasti lze zachytit také leteckým nebo družicovým snímkováním. Využít můžeme rovněž údaje získané prostřednictvím GPS.
II. Vznik elektronických map
Grafická a popisná data lze ze získaných údajů pořizovat obvykle v jednom z modulů příslušného GISového programu. Software většinou nabízí řadu prostředků pro vstup a úpravu dat např. nástroje určené k načtení výsledků geodetického měření, nebo nástroje pro vektorizaci rastrového podkladu.
Vektorizace obecně znamená převedení rastrové mapy (respektive nasnímaných objektů) do vektorového formátu. Můžeme ji provádět buď ručně (definice příslušných objektů operátorem), nebo poloautomaticky, kdy program sám dokáže určit liniové objekty (silnice, řeky…) a operátor provede kontrolu a přiřazení vlastností objektů (co je co).
Po provedení vektorizace je nutné vyhledat a odstranit topologické chyby (sem patří např. špatná návaznost liniové kresby, duplicitní geometrie či smyčky nebo hroty vzniklé nesprávnou digitalizací). Poslední dobou se objevuje dokonce automatické vyhledávání těchto topologických chyb. Při použití této metody oprav se chyby řadí do fronty a automaticky se zobrazují ve zvoleném detailu.
Vektorizace se týká pouze požadovaných objektů. Prvky, které z hlediska využití mapy nejsou důležité, mohou zůstat v podobě bitmapy pak např. barva může prostě reprezentovat nějaký jev (vegetace, nadmořská výška). Nejčastějším příkladem je pozadí vektorových map, které zůstává podsunuté v podobě rastrového obrázku. Vstupní rastrový obraz může být různých formátů, polotónový, nebo barevný. Pokud budete pracovat s objemným rastrovým souborem, využijete také techniku tzv. mozaikování.
V další fázi nastoupí aplikace určené pro kontrolu a začišťování dat, vytváření uzavřených ploch (objektů), nástroje výpočtu a kontroly výměrů ploch, prostředky, s jejichž pomocí lze objekty automatizovaně propojit s popisnými údaji v databázi apod. V poslední době se klíčovými funkcemi GIS systémů stávají funkce pro inteligentní umísťování geografických prvků a pro inteligentní editaci a kontrolu dat.
Při vytváření mapy většinou klademe důraz na nějaké téma. Např. při tvorbě automapy nás budou zajímat silnice apod. Je zřejmé, že při zpracování specifických témat budeme potřebovat i některé specifické funkce. GIS systémy dnes nabízejí řadu speciálních nástrojů pro vývoj uživatelských příkazů pro tvorbu a editaci dat.
III. Nástroje pro GIS
Architektura GISů
Moderní GISy zpravidla pracují v režimu klient/server. Servery jsou zde obvykle 2. Uživatelská pracoviště jsou on-line propojena jednak s geografickým serverem (který obsahuje vlastní aplikační grafický software včetně grafické části datové struktury) a s databázovým serverem (na kterém je uložena popisná část datové základny).
Základním softwarovým prostředím může být např. systém MGE od firmy Integraph, jako grafický editor lze pak využít MicroStation a relační systém řízené databáze Oracle. Pro prohlížení a analýzu dat uložených v uvedeném projektu MGE lze použít např. produkty GeoMedia (GeoMedia Web Map nebo WistaMap) a doplnit je o speciální aplikační programové moduly.
V případě řešení firmy ESRI je použita technologie SDE představující vysoce výkonný server prostorových dat nad relační databází. Příslušným klientem je pak tzv. ARC/INFO.
Vlastnosti aplikací
Při práci s mapami se zpracovává velké množství dat. Příslušné soubory tudíž mají značnou velikost; proto je nutné, aby aplikace byla jednak sama o sobě dostatečně rychlá, ale především dokázala svižně pracovat s objemnými soubory. Klíčová je rychlost kontaktu s databází. Množství dat také vyžaduje automatizované funkce pro tvorbu a editaci, které zvyšují přesnost a produktivitu uživatelů aplikace.
Hlavním trendem pro řešení problematiky velkých souborů je podpora maximální možné komprimace, která umožňuje pracovat s objemnou grafikou i na běžných počítačích. Velikost většiny map může být několikanásobně zmenšena, a to bez významné ztráty jejich rozlišení. Například komprimaci JPEG formátu naleznete v produktech Image Viewer, I/RAS C nebo Image Analyst.
Zatímco datově objemná rastrová grafika je odpovědná za potíže spojené s vizaulizací mapy, data v databázi reprezentující geografické objekty (respektive vektorovou grafiku) představují nároky na výpočetní výkon.
Objektový přístup
Právě jsme si řekli, že grafická vektorová data bývají uložena v souborech jako tzv. objekty. Podobně jako v objektovém programování, objekt v GISech by měl být čímsi analogickým jevům reálného světa.
Objekty v GISech tedy mohou být např. parcely, budovy, úseky vedení inženýrských sítí, technologická zařízení apod. Objekt lze definovat jako samostatnou jednotku, která o sobě "ví" i řadu dalších informací (metadat), které mimo jiné specifikují množinu operací, jež lze s objektem provádět. Popisné informace mohou být uloženy v databázových souborech typu Access, FoxPro, dBase apod. Bývají podporovány i klient/serverové databáze, jako je Oracle, Informix a další a to buď přímo, nebo prostřednictvím databázového rozhraní ODBC.
Při celkově náročnější správě prostorových dat je stále častěji zvykem využívat standardní relační databáze (např. u ArcView). Např. GeoMedia Pro podporuje takové relační databáze, které jsou průmyslovými standardy, včetně Microsoft Access a Oracle SDO/SC. Ukládání dat (včetně dat prostorových) do snadno přístupné relační databáze umožňuje také snadnou kontrolu přístupu k datům, tedy aktualizaci map a s nimi souvisejících informací.
Co je to projekt?
Pod pojmem "projekt" můžeme ve světě GISů rozumět komplexně uspořádaný datový fond, který odpovídá části území. Data v projektu mohou přitom být rozdělena podle různých hledisek např. podle vybraných územních jednotek, tematicky nebo hierarchicky. Tento způsob zpracování dat můžete nalézt v produktu GrafInfo, pracujícím jako nadstavba CAD systému Microstation. Jiným příkladem projektu je již zmíněný standardní datový model MGE. Obsahuje grafická data odrážející geometrické atributy objektů organizovaných ve výkresových souborech.
Další položkou, kterou projekty obsahují, jsou metadata zaznamenávající popisné atributy objektů uložených v databázových tabulkách. Data projektu mají heterogenní strukturu, což přináší problém dvojího přístupu k datům. Při přístupu více uživatelů současně hrozí kolize při úpravě dat. V MGE je ochrana souběžné editace databáze řešena na úrovni jednotlivých mapových prvků, nikoliv souborů.
Problém kompatibility
Pokud sledujete alespoň trochu dění mezi GISy, jistě vám neuniklo, že jednotlivé systémy se snaží zpracovávat najednou co největší množství datových formátů různých výrobců GIS technologií a technologií pro počítačové mapování obecně.
Není tedy překvapením, když v jednom programu naleznete podporu pro formáty firem ESRI, Bentley Systems, Intergraph, anebo Oracle. V přístupu k datům se objevuje tzv. transparentní přístup k původním datovým formátům různých GIS výrobců uživatel s daty pracuje bez jakékoliv konverze. Např. GeoMedia Pro může v jediném aplikačním prostředí sjednocovat data z formátů: MGE, FRAMME, ARC/INFO, ArcView, Oracle SC, Microsoft Access, MGE Segment Manager a MicroStation dgn.
IV. Pohled uživatele
Většina GISů se dnes přesouvá ze specializovaných pracovišť do oblasti desktopů. Uživatelské rozhraní svým vzhledem a funkcemi odpovídá standardnímu prostředí MS Windows.
Funkčnost GISů
Aby nám digitální mapa poskytla další informace než pouze grafické údaje o zobrazených objektech, potřebujeme řadu specifických funkcí: do této kategorie patří prostorová analýza a dotazování, vytváření prostorových zón nebo tvorba mapových sestav. Důležitá je přehledná správa zobrazených informací (neomezený počet tematických vrstev, zobrazení zvoleným způsobem tedy editor legendy apod.).
Při práci s daty lze využít řadu funkcí pro jejich prostorovou analýzu a prezentaci. Mezi prostorovými operátory nalezneme funkce na vyšetřování dotyku nebo společné hranice a také řadu databázových operátorů včetně statistických funkcí. Různé datové zdroje lze provázat nejen na základě prostorových vztahů, ale také na základě relačně propojených databázových tabulek.
Nezbytnou součástí jsou popisné informace umožňující automatickou regeneraci popisů bodových, liniových a plošných prvků opět na základě modifikace geometrie nebo zdrojových databázových dat.
Inteligentní kurzor
Stejně jako v CAD systémech, i v GISech se začíná prosazovat tzv. inteligentní kurzor. Ten se přichytává na nejbližší vektorové prvky nebo rastrovou kresbu, čímž např. eliminuje složitý proces topologických kontrol, běžně následujících po digitalizaci map.
Nejde ale zdaleka pouze o fázi příparvy map. Při vlastní práci mají pak prvky možnost sdílet geometrii. To se projeví zvláště při editaci, kdy změnou jednoho prvku automaticky přetvoříte geometrii prvků prostorově odvozených. Pokud budete provádět digitalizaci sousedních prvků, můžete využít jejich společnou hranici. V nově napojovaných liniích lze využít automatické vytváření uzlů. Při práci neupravujete pouze grafickou kresbu, ale také inteligentní databázové objekty proto jsou při příslušných operacích automaticky zpracovávány i popisné informace.
Další funkce
Důležité jsou i funkce pro vytváření a správu rastrových dat, analýzu povrchu a tvorbu zón vzdáleností od prvků. Do této kategorie patří i odvozování "povrchu" z hustoty prvků (např. určité kombinaci barev odpovídá les), analýza dostupnosti místa, modelování terénu (což obnáší sklon, orientaci, vytváření vrstevnic, stínování svahu apod.).
Pokud se z roviny přesuneme do 3D, můžeme např. generovat vrstevnice, vypočítávat svažitost terénu či jeho viditelnost, nebo vytvářet řezy. Zajímavé jsou jistě i funkce pro vytváření různých perspektivních pohledů nebo vytváření jednoduchých animací "průletů nad terénem".
Samostatnou kapitolu tvoří efektivní vyhodnocení digitalizovaných leteckých a družicových snímků. Pomocí palety nástrojů pro barevné a prostorové zvýrazňování obrazu se lze rychle orientovat v obrázku. Automatické ohraničení prvků na snímku, multispektrální klasifikace (hodnocení barev, posuzování snímků pořízených v celé škále spektra), nalezení změn mezi dvěma snímky a jejich sumarizace či analýza vegetace patří mezi nejčastější funkce umožňující rychlé zpracování těchto snímků.
Pokračování zítra
