METODY SBĚRU A POŘIZOVÁNÍ DAT PRO MODELY TERÉNU

Transkript

1 Vojenská akademie v Brně Fakulta vojensko technická druhů vojsk katedra vojenských informací o území METODY SBĚRU A POŘIZOVÁNÍ DAT PRO MODELY TERÉNU Václav Talhofer Brno

2 Obsah 1. Sběr a pořizování dat Klasické technologie Zdroje dat Konstrukční práce a Zpracování konstrukčního listu Metody přenesení obsahu podkladových map a Mozaiková montáž b Metoda přímého překreslování podkladů c Překreslení pomocí pantografu Překreslení pomocí vztažné sítě Kartografická předloha mapy a Účel kartografické předlohy b Úplná kartografická předloha c Částečná kartografická předloha d Koncept názvosloví Digitální technologie Zdroje dat Klávesnicový vstup Digitalizace a Digitalizace tabletem b Digitalizace skenováním Klasifikace dat Externí zdroje dat Integrace obrazových dat

3 1. Sběr a pořizování dat Cílem technologické etapy sběru a pořizování dat je získat základní informace o poloze modelovaných objektů a jevů v zadaném referenčním souřadnicovém systému. Vstupními podklady mohou být různorodé materiály v různých matematických základech (v různých zobrazeních), jejichž přehled je zpravidla uveden v úvodním a technickém projektu modelu. Tyto materiály jsou dále uvedenými technikami převedeny do jednotného souřadnicového systému a do zadaného měřítka, resp. do zadané geometrické rozlišovací úrovně. Výsledkem etapy jsou podklady připravené pro následnou vlastní tvorbu mapy nebo, v případě GIS naplňování obsahu databáze. 1.1 Klasické technologie Klasické metody sběru dat probíhají podle zásad stanovených v projekční a redakční přípravě. Zpravidla zahrnují: konstrukční práce, metody přenesení obsahu podkladových map zpracování kartografické předlohy, zpracování konceptu názvosloví. Obsah a rozsah jednotlivých pracovních etap se může částečně lišit podle toho, jaký druh mapy se zpracovává (topografická, tematická, všeobecně zeměpisná), nebo i podle toho, zda se zpracovává mapa původní či odvozená Zdroje dat Základními zdroji polohových a tematických dat jsou zpravidla podkladové mapy. Podkladovými mapami bývají mapy předchozího vydání, mapy jiných vydavatelů (při zachování autorských práv), apod. Podkladové mapy mohou být maximálně stejného měřítka, ve velice výjimečných případech, pokud není k dispozici jiný zdroj, měřítka i menšího, avšak přiměřeně menšího. jejich zobrazení by mělo mít též charakter zobrazení nově vytvářené mapy Konstrukční práce Vlastní tvorba mapy začíná konstrukčními pracemi. Účelem konstrukčních prací je dát nově zpracovávané mapě pevné matematiko geometrické základy v zobrazení, které je stanovené v technickém projektu. Tomuto účelu slouží konstrukční list. Konstrukční list se zpracovává na rozměrově stálé podložce, zpravidla transparentní. Transparentní podložkou může být fólie vyrobená na bázi PVC nebo PET, které mají stálé rozměrové vlastnosti. Základem konstrukčního listu každé mapy je: vnitřní rám mapového listu, rovinná nebo zeměpisná síť s označením hodnot souřadnic této sítě. Odchylky jsou potom u topografických map. Topografické mapy mají konstrukční list většinou doplněný o: 3

4 geodetické body, pokud mapový list leží v pásmu, ve kterém se vyznačuje rovinná síť sousedního poledníkového pásu, potom jsou doplněny i rysky pravoúhlé sítě sousedního pásu, stanoveným způsobem vyznačené hodnoty zeměpisné sítě a Zpracování konstrukčního listu Konstrukční list se zpracovává v rovinných pravoúhlých souřadnicích zobrazení, ve kterém je mapa vytvářena. Přesnost kresby je kontrolována pomocí ideálních teoretických hodnot, které lze vypočítat pro všechny zobrazované prvky. Odchylka od těchto teoretických hodnot musí odpovídat maximální přesnosti grafických prvků, tedy hodnotě 0,1 mm v měřítku mapy. Konstrukční list se pro technologii rytí zpracovává v měřítku vydání mapy. Vlastní zpracování je buďto ruční vynesení na pravoúhlém koordinátografu nebo s využitím výpočetní techniky na vhodném výstupních zařízení Metody přenesení obsahu podkladových map Cílem těchto prací je přenesení obsahu podkladových map a grafických dokumentů určitého matematického zobrazení do nového zobrazení. Jde zde tedy o grafickou transformaci, která se zpravidla řeší: montáží podkladů do konstrukčního listu, grafickými metodami přebírání obsahu podkladových map a Mozaiková montáž Mozaiková montáž je běžná metoda používaná pro geometrickou transformaci podkladových map. Podkladové mapy se fotograficky zmenší do měřítky vydávané mapy a vytvoří se z nich negativní nebo pozitivní transparentní fotokopie (v závislosti na dalších technologických krocích). Takto připravený podklad se postupně montuje na konstrukční list tak, aby průsečíky zeměpisné nebo rovinné pravoúhlé sítě byly totožné. Protože se však jedná o různá zobrazení, ke ztotožnění dochází pouze v nejbližším okolí identických bodů. Proto je nutné podklad postupně rozřezávat na menší části a ty postupně nalepovat na konstrukční list. Vychází se přitom ze schématu uvedeném na následujícím obrázku (Obr. 1-1) Obr. 1-1 Schéma postupu montáže 4

5 Lícování identických bodů musí být co nejpřesnější a nesmí překročit dopustnou chybu 0,2 mm v měřítku vydávané mapy. Vzniklé spáry též nesmí překročit hodnotu 0,2 mm. Při montáži nesmí dojít k překrytu montovaných dílů mezi sebou. Montáží se vyrovnají malé rozdíly ve tvaru a rozměrech sítí. Počet a rozměry jednotlivých dílů montáže se řídí velikostí rozdílů, které je nutné vyrovnat. Proto je vhodné při reprodukci podkladový materiál nepatrně zmenšit. Řezy montovaného materiálu se vždy vedou kolo na směr odchylky, která má být vyrovnána, a tak, aby nedošlo k narušení kresby. Pokud není vyhnutí, řez se vede kolmo ke kresbě.. Řez nikdy nesmí vést těsně podél kresby liniového prvku. Po montáži čárové prvky a obvodové linie plošných prvků musí na sebe plynule navazovat. K lepení se požívá transparentních lepidel, které nenarušují optické vlastnosti podložky konstrukčního listu a montovaného podkladu. Způsob montáže je ovlivněn: typem montovaného materiálu, druhem konstrukčního listu, měřítkem konstrukčního listu. Podle typu může být montovaný materiál pozitivní nebo negativní. Jako pozitivní matriály se montují: filmové diapozitivy podkladových map, soukopie tiskových podkladů na transparentních podložkách, tisky map. Negativní způsob montáže předpokládá montáž filmových negativů zhotovených fotoreprodukcí z podkladových map. Druh konstrukčního listu ovlivňuje výběr typu montovaného podkladu. Do transparentního konstrukčního listu lze montovat jak pozitivní, tak negativní podklady, musí být však transparentní. Montáž se provádí na prosvětlovacím stole. Montovaný podklad je montován zpravidla vrstvou dolů. Z tohoto důvodu se konstrukční list vykresluje stranově obráceně (jako nečitelný pozitiv). Do netransparentního konstrukčního listu lze montovat pouze filmové diapozitivy nebo tisky map. Při montáži je třeba na konstrukčním listě patřičně prodloužit rysky označující zeměpisnou nebo pravoúhlou souřadnicovou síť. V montovaném podkladu se v místech průsečíků vyříznou ze tří stran malé čtvercové otvory, které se před montáží odklopí a po ní ze zaklopí a přilepí (Obr. 1-2) 5

6 Obr. 1-2 Postup montáže netransparentního podkladu Výsledkem montáže je montážní list, který je podkladem pro tvorbu kartografické předlohy. Limitující faktory při mozaikové montáži Mozaikovou montáží není možné převádět obsah podkladových map do nové mapy ve všech případech. Podmínkou je, aby základní podklady stanovené v technickém projektu byly vybrány takové, jejichž kartografické zobrazení umožňovalo mozaikovou montáž. Nejjednodušší je stav. kdy jak podklady, tak i nová mapa mají stejné zobrazení. Potom diference mohou nastat pouze vlivem srážky papíru nebo podložky podkladové mapy či fotografického materiálu. Montáž lze potom provést s minimem nutných řezů. Matematicky lze tento případ definovat jako podobnostní transformaci. Poměrně jednoduchý případ nastává, má-li podkladová a nová mapa zobrazení stejného typu (například kuželové v pólové poloze) avšak je jiného typu zkreslení (ekvidistatní, konformní, ekvivalentní). Zde se potom z matematického hlediska jedná o vztah kolineární, který lze s dostatečnou přesností definovat pouze v omezených prostorech. Proto počet řezů zde bude větší a počet montovaných částí zde poroste. Menší problémy nastávají při používání topografických map pro tvorbu opět topografických map. Protože topografické mapy zobrazují zpravidla menší části terénu a vzhledem k tomu, že tyto mapy jsou převážně v konformních zobrazeních, mozaiková montáž je zpravidla úspěšná i v případě, že podkladové a nové mapy mají naprosto jiné zobrazení. Mapy malého měřítka, tedy převážně všeobecně zeměpisné mapy, zobrazují velké části terénu. Zobrazená zeměpisná síť zde může mít poměrně složitý tvar, a to jak na podkladových, tak i na nových mapách. Zakřivení poledníků a rovnoběžek přitom může mít zcela opačný charakter. V tomto případě mozaiková montáž není možná a je nutné volit jiné způsoby transformace podkladů (Obr. 1-3). 6

7 Obr Případ podkladové a nové mapy, kdy tvorba mozaiky by byla problematická b Metoda přímého překreslování podkladů Pokud je podkladová i nově vytvářená mapa ve stejném zobrazení a ve stejném měřítku, je možno obsah podkladové mapy přímo překreslovat do konstrukčního listu. V tomto případě je nutné mít konstrukční list zhotoven na transparentním materiálu. Při vlastní kresbě se postupně ztotožňují jednotlivá pole zeměpisné nebo rovinné pravoúhlé sítě a obsahové prvky se překreslují do nové mapy. Tím, že se postupně ztotožňují tato pole, vyrovnávají se malé změny rozměrů a tvarů sítí, které jsou dány zejména srážkou podložek. Způsob je v podstatě obdobný mozaikové montáži. S výhodou lze kresbu provádět ihned v daném značkovém klíči nové mapy, včetně uplatňování všech zásad generalizace jejího obsahu. Lze tedy ihned vyhotovovat kartografickou předlohu. Metoda se uplatňuje i při aktualizaci map pomocí revizních originálů, tedy při vytváření kartografické předlohy oprav c Překreslení pomocí pantografu Jednoduchou kresbu nebo kresbu, při níž nejsou kladeny velké požadavky na její přesnost, lze překreslit i pomocí pantografu. Podmínkou je však zde geometrická podobnost mezi podkladovou a novou mapou. Pantograf lze tedy v podstatě použít, pokud obě mapy mají stejné zobrazení a liší se pouze měřítkem. Pantograf je mechanické zařízení pracující na principu geometrické podobnosti. Nejběžnějším typem je pantograf s pólem na konci konstrukce(obr. 1-4). Konstrukce pantografu je taková, že v každé poloze je hrot C na konci ramene AC, kterým se obtahuje situace na původním podkladu v jedné přímce s tužkou T umístěné na rameni BD a pevným pólem P. 7

8 P A T A D C B D B T C Obr Schéma pantografu Na pantografu je nutné před použitím nastavit posunem ramene BT a tužky T poměr zmenšení. Označíme-li d délku ramen PA, resp. AC a u nastavených délek PB, AD a BT, potom podle obr. 4 při pohybu hrotu C platí vztahy: TT PT BT u = = = CC PC PA d ( 1-1 ) Z toho TT u = d CC ( 1-2 ) Poměr TT :CC vyjadřuje poměr zmenšení kresby, kterou objede hrot C a tužka T při nastavení pantografu u. V praxi je tento poměr dán podílem měřítek zpracovávané mapy (měřítka konstrukčního listu) a mapy podkladové. Příklad: Mějme pantograf o délce ramene d = 960 mm. Chceme-li ho použít pro překreslení mapy měřítka 1: do měřítka 1:50 000, je nutné nastavit délku u (v mm): 1: u = 960 = 960 = : Překreslení pomocí vztažné sítě Pokud není možné převést podkladovou mapu montáží nebo použít pantograf, používá se překreslení pomocí vztažné sítě. Vztažnou síť získáme zhuštěním identických polí zeměpisné sítě na podkladové mapě a konstrukčním listu (Obr. 1-5). Obr Překreslení pomocí vztažné sítě 8

9 Pole sítě na konstrukčním listě musí být dostatečně malá, aby kresba volnou rukou podle podkladové mapy byla dostatečně přesná. Kvalitních výsledků lze dosáhnout při délce její strany 5 až 10 mm. Metoda předpokládá konstantní délkové zkreslení v celé délce strany jednotlivého pole. Tento způsob přenesení obsahu podkladové mapy je velice pracný, zdlouhavý a vyžaduje dostatečnou zkušenost a grafickou zručnost pracovníků. Jeho výhoda je však v tom, že lze současně s překreslením vytvářet v konstrukčním listě kartografickou předlohu, pokud se zároveň s překreslováním generalizuje podkladová mapa a nový obsah se vykresluje v novém značkovém klíči. Metoda je použitelná i v kombinaci s mozaikovou montáží při doplňování některých prvků, které nesou v obsahu základní podkladové mapy a do obsahu kartografické předlohy jsou přebírány z doplňujících nebo pomocných podkladů. Přesnost metody překreslování pomocí vztažné sítě je závislá na: přesnosti zhuštění základní geografické sítě na podkladové mapě a konstrukčním listě, chybách v odměření nebo odhadnutí průsečíků přenášených čar se stranami sítě na podkladové mapě, chybách v identifikaci těchto průsečíků na konstrukčním listě, chybami vyplývajícími z nesprávného zákresu uvnitř pole zhuštěné sítě Kartografická předloha mapy Po převedení podkladových map do zobrazení a formátu (rámu) nové mapy se obvykle z montážního listu vyhotoví reprodukčním postupem modrá kyanoptická kopie (modrokopie) na rozměrově stálou podložku, zpravidla na bázi PET nebo PVC. Vyhotovená modrokopie potom slouží ke zpracování kartografické předlohy a konceptu názvosloví. Při grafických metodách přebírání podkladů se kartografická předloha vykresluje přímo do konstrukčního listu a Účel kartografické předlohy Kartografická předloha slouží k sestavení obsahu a vytvoření obrazu nové mapy. Kartografická předloha se vytváří podle směrnic a požadavků stanovených technickým projektem mapy a podle redakčních směrnic a pokynů, které upřesňují obsah nové mapy pro zpracovávaný prostor, v nichž jsou specifikovány jeho geografické zvláštnosti. V celém procesu tvorby mapy kartografická předloha je ústředním článkem, v němž mapa poprvé dostává konkrétní obsah odpovídající jejímu účelu. Jedná se o etapu, ve které je realizován výběr jednotlivých obsahových prvků, jejich generalizace a vykreslení v daném značkovém klíči. Poznámka: Vykreslením kartografické předlohy redaktor sestavuje obsah nové mapy. Proto se v literatuře někdy pracuje s pojmy jako sestavení map, redakčně sestavitelské práce, sestavitelský originál. Tyto pojmy jsou zpravidla používány v civilní kartografii. Ke zpracování kartografické předlohy se kromě modrokopie montážních podkladů používají i další pomocné a doplňkové materiály a podklady, které jsou předepsány redakčními směrnicemi. Ty slouží ke zpřesnění obsahu podkladové mapy nebo doplnění informací, které v podkladové mapy nejsou. V etapě zpracovávání kartografické předlohy se využívají jednoduché metody převedení těchto nových obsahových prvků z doplňkových a pomocných podkladů přímo do kartografické předlohy. Uplatňují se zde zpravidla metody přímého 9

10 překreslení z map stejného měřítka, překreslení pomocí vztažné sítě, redukčního kružítka či použití pantografu. Kartografická předloha se zpracovává v měřítku vydávané mapy. Poznámka: Dříve se kartografická předloha zpracovávala i v tzv. pracovním měřítku, které bylo většinou o 1/2 větší než měřítko vydávané mapy. Pracovní měřítko se používalo tehdy, pokud se pro následné kartografické práce používala technologie kresby. Protože se však v klasických technologiích pro kartografické práce používá technologie rytí a slupování, kartografická předloha se vytváří v měřítku nové mapy. Podle rozsahu prací se zhotovuje: úplná kartografická předloha, částečná kartografická předloha. Kartografickou předlohu není nutné zpracovávat v případě, že měřítko, obsah a způsob znázornění základních podkladů nové mapy nejsou příliš odlišné a podklady přímo mohou plnit funkci předlohy b Úplná kartografická předloha Úplná kartografická předloha obsahuje veškerou náplň mapy včetně její barevnosti, zpravidla však bez názvosloví, které se zpracovává samostatně jako koncept názvosloví. Úplná kartografická předloha je základním podkladem pro zpracování kartografických originálů. Zpracovává se vždy, pokud: jsou podstatné rozdíly mezi způsobem znázornění podkladových map a nové mapy a tím řešení generalizace je poměrně náročné. Uvedené případy nastávají zejména tehdy, mění-li se účel mapy (například z topografické mapy se vytváří mapa všeobecně zeměpisná, z topografické mapy mapa tematická speciální apod.); základní podkladové mapy jsou různorodé a pro zpracovávanou část geografické reality jsou je používáno více podkladovým map; je-li nová mapa zpracovávána technologií rytí. Před vlastním zpracováním kartografické předlohy je nutné seznámit se podrobně s redakční částí technického projektu mapy, redakčně technologickými směrnicemi a pokyny pro daný list mapy a pro jednotlivé obsahové prvky a průvodní záznam. Dále se autor musí seznámit s celkových charakterem území a jeho typickými zvláštnostmi, dále si musí uvědomit rozdíly ve způsobu grafického znázornění geografických objektů a jevů na podkladových mapách a na nové mapě. V souvislosti s tím pak posoudí a zvolí potřebný stupeň generalizace i způsob, jak budou jednotlivé normy generalizace aplikovány pro daný obsah. Technický projekt tyto informace sice obsahuje, autor však musí tyto obecné informace použít pro kartografické modelování dané části terénu. Způsob zpracování předlohy Kartografická předloha se zpravidla začíná zpracovávat na místech s nejbohatším obsahem. Tímto se zajistí optimální grafické zaplnění, které zabezpečí čitelnost mapy. Těmto místům se pak přizpůsobuje stupeň generalizace v ostatních částech mapy a docílí se tím tak absolutního nebo relativního rozložení hustoty zobrazených prvků a jevů v celém listě mapy. Ke zpracování se používají stanovené normy generalizace a vzorníky řešení typických geografických oblastí na daném území nebo vzorových listů, které jsou vždy součástí technického projektu. Úplná kartografická předloha se vykresluje barevně tak, aby byla jednoznačným podkladem pro vyrytí kartografického originálu. Kreslí se vždy ve značkovém klíči vydávané mapy s tím, že: 10

11 kresba může být zběžná, nemusí být dodrženy všechny předepsané rozměry značek a síly čar, kresba musí být polohově správná, všechny prvky musí být polohově přesně umístěné, musí být zakresleno vše, co nová mapa bude obsahovat, aby nebylo nutné se v další zpracování vracet k informačním podkladům. Pořadí kresby jednotlivých prvků Jednotlivé prvky obsahu mapy jsou vykreslovány v pořadí podle svého významu a se zřetelem na vzájemnou vazbu mezi sebou. Je nutné uvážit, že každá mapy je vždy generalizovaným obrazem geografické reality. Z uživatelského hlediska je potom podstatné, aby zde byly zachovány vedle odpovídající polohové přesnosti i topologické vztahy mezi jednotlivými prvky, například aby řeka tekla po správné straně komunikace apod. Prioritou je vodní síť, která tvoří geografickou kostru obsahu, na kterou se váží ostatní objekty a jevy. Vodní síť určuje polohu údolnic a vodních předělů a proto musí být vykreslována před vykreslením reliéfu. Vodní síť se na mapách nikdy neodsunuje. Vzájemný vztah sídel a komunikací vyžaduje zejména na všeobecně zeměpisných mapách přednostní znázorňování sídel. Průběh hranic je často vázán na průběh vodních toků nebo vodních předělů či komunikací. Proto se poloha hranic vykresluje až po vykreslení uvedených prvků. Geodetické body jsou na topografických mapách vykreslovány s maximální možnou přesností, přitom jsou v terénu často umístěné na vrcholech nebo podél komunikací. Proto jsou vykreslovány před vykreslením reliéfu. Uvedené příklady ilustrují složitost správného vykreslení jednotlivých objektů a jevů obsahu mapy. Proto se zpravidla dodržuje následující pořadí vykreslování: geodetické body; vodstvo a hydrotechnická zařízení; plošné vybarvení dvoučarých vodních toků a vodních ploch; sídla, v nichž kresba začíná znázorněním hlavního komunikačního systému sídla, který bude navazovat na hlavní komunikační tahy mimo sídla, a vedlejších ulic, pokračuje dále vyjádřením obrysu sídla, kresbou důležitých budov a objektů, parků atd.; komunikační síť mimo sídla a zařízení na ní; průmyslové a jiné topografické objekty mimo sídla; terénní reliéf v pořadí: kóty, skály, terénní stupně a strže, ostatní jevy znázorněné značkami, vrstevnice; hranice a ohrady; obrysy ploch porostů; vyznačení druhů porostů a ostatní údaje; vyznačení povrchu půd. Uvedené pořadí prvků je možné změnit nebo upravit. Změny stanovuje redaktor v průvodním záznamu mapy. Takto uvedené pořadí se dodržuje u topografických map. V případě všeobecně zeměpisných a tematických map toto pořadí může sloužit jako metodický návod. Jednotlivé prvky obsahu mapy se vykreslují v barevnosti podle směrnic pro zpracování mapy. Vzhledem k tomu, že se kresba provádí na modrokopii a že se kartografická předloha v následných krocích fotograficky reprodukuje, barevnost předlohy není stejná jako barevnost výsledné mapy. Barvy na předloze musí být voleny tak, aby bylo možné rozlišit fotoreprodukcí jednotlivé skupiny obsahu. Například vodstvo bývá vykreslováno zeleně, plochy nízkého lesa fialově apod. Pokud má být při tisku mapy použito více barevných tónů k rozlišení plošných objektů, zpracovává se zpravidla i koncept barevnosti. Koncept barevnosti se vytváří po 11

12 vykreslení celé kartografické předlohy na transparentní podložku a to buďto pro všechny barevné výplně pouze jeden nebo po jednom pro každou barvu. Pokud technické vybavení pracoviště neumožňuje následný fotografický rozklad jednotlivých skupin obsahu pomocí barevných filtrů, je možné kartografickou předlohu zpracovávat na několika samostatných fóliích pro každou skupinu obsahových prvků zvlášť. V tomto případě je nutné zabezpečit vzájemné lícování. Kartografická předloha i koncepty barevnosti se většinou zpracovávají na transparentní podložce (PET nebo PVC fólie) a kreslí se barevnými tužkami nebo tušemi v závislost na tom, jak je ovrstven povrch fólie i v závislosti na tom, jak je výsledná kresba schopná další reprodukce. Vyrovnání styků mezi listy Zobrazovaná část terénu může být zobrazena na více mapových listech. Tyto listy se mohou překrývat nebo mohou na sebe navazovat. Proto je nutné při zpracování kartografické předlohy zabezpečit, aby sousední listy na sebe navazovaly nebo aby překrývající se části byly sjednocené. V případě, že jednotlivé listy mapy na sebe navazují bez překrytů (typické pro státní mapová díla jako jsou vojenské topografické mapy nebo civilní základní mapy nebo v případě velkoformátových map, kdy jednotlivé části jsou z technických důvodů zpracovávány a tištěny zvlášť), je požadováno, aby obsah na sebe plynule navazoval ve stejných parametrech (síly čar, barevnost, výplně ploch apod., texty). Nesmí se stát, aby na jednom listě prvek, například linie, text apod., začínal a na sousedním nepokračoval. Pro zabezpečení této návaznosti jsou zhotovovány tzv. stykové pásky. Stykové pásky se zhotovují reprodukčními postupy tak, aby zasáhly do 2 až 3 centimetrů v měřítku mapy do obou sousedních listů. Pomocí těchto pásek se koordinuje zpracování obsahu jednotlivých listů. Jejich použití, resp. provedení vyrovnání styků se zaznamenává v průvodním záznamu mapy. Pokud mapy stejného měřítka a účelu částečně zobrazují stejnou část terénu, což je typické pro všeobecně zeměpisné mapy, mapy v atlasech, turistické mapy apod., je nutné, aby tato překrývající se část byla zobrazena na všech mapách stejně. To je nutné zabezpečit již na kartografických předlohách. Výhodné je proto, aby organizačními opatřeními byly práce koordinovány tak, aby se již jednou zhotovené podklady daly použít pro tvorbu navazujících map, například jako základní podklady při montáži apod. Není-li možné použít tuto formu a jeli nutné překrývající se mapy zpracovávat souběžně různými pracovníky, v redakčních pokynech pro dané mapy je nutné přesně určit způsoby znázorňování obsahových prvků. V obou případech, tedy jak u navazujících, tak i u překrývajících se map je nutné po zpracování kartografických předloh pečlivou revizí a kontrolou zkontrolovat všechny navazující či překrývající se prvky obou map c Částečná kartografická předloha Pro vybrané obsahové prvky je možno zpracovávat pouze částečnou kartografickou předlohu. Tohoto postupu se používá zejména při zpracování tematických (speciálních) map, kartogramů nebo kartodiagramů. Tematický obsah, pro který se zpracovává částečná kartografická předloha, je vztažen k obsahu podkladové mapy (topografické nebo všeobecně zeměpisné), který se do tématické mapy přebírá buďto upravený nebo úplný. Vlastní kartografická předloha se zpracovává v souladu s technickým projektem mapy a redakčními pokyny z nejrůznějších informačních podkladů 12

13 mapových, číselných, textových apod. Částečná kartografická předloha je často totožná s autorským originálem tematické mapy d Koncept názvosloví Koncept názvosloví je samostatnou kartografickou předlohou popisných údajů na mapě a rozmístění jednotlivých názvů. Důvodem pro samostatné zpracování je zejména nutnost předem zpracovat objekty a jevy obsažené v mapě a potom teprve k nim přiřazovat názvy a popisy. Koncept názvosloví se zpracovává na modrokopii hotové kartografické předlohy nebo na transparentní fólii položené na předlohu. Koncept je možné zpracovávat i souběžně s kartografickou předlohou, podmínkou je však to, aby práce na něm začala až po ukončení základní generalizace objektů a jevů obsahu mapy, které budou následně popisovány. V konceptu se postupně ručně vypisují všechny názvy, zkratky a číselné údaje, které má mapy obsahovat a to jak uvnitř rámu, tak v mimorámových údajích. Názvy se umisťují tak, aby z jejich polohy bylo naprosto zřejmé, ke kterému objektu nebo jevu se vztahují, a současně tak, aby co nejméně byla narušeno okolní kresba. Při vlastní kresbě není nezbytně nutné dodržet velikost písma podle značkového klíče, je však nutné rozlišovat názvy psané velkými písmeny (verzálkami) a malými písmeny (minuskami). Popisují-li se orografické celky, územní celky, ulice, přehrady a pod., rozkládá se název podél delší osy celku od počátku do konce a mezery mezi písmeny se přiměřeně zvětší. Pokud by však mezery byly větší než zhruba osminásobek velikosti písma, název je možné opakovat (viz Obr. 1-6). O r l i c k é h o r y Obr Řešení umístění popisu plošného objektu Velikost a typ popisu musí přesně odpovídat zobrazovanému objektu. Musí tedy přesně odpovídat klasifikační stupnici. Pro klasifikaci redaktor konceptu názvosloví využívá různé doplňkové materiály, jako jsou statistické ročenky, jízdní řády, lexikony obcí, koncepty orografických celků, vodohospodářské mapy a údaje, mapy správního členění apod. Technický projekt mapy a zejména jeho přílohy řešící popisy obsahují přesnou klasifikaci popisných údajů. Ve výrobním podniku potom k této klasifikaci je zpravidla vydán ke zpracovávané mapě vzorník písma a popisů, ve kterém jsou uvedeny kódy velikosti, typu, řezu a barvy písem. Redaktor potom příslušný kód připíše ke každému názvu. Jednotlivé druhy názvů se vykreslují barevně tak, aby při následné fotoreprodukci bylo možné rozlišit například popis vodstva od popisu sídel, komunikací a pod. V případě, že jsou vydávány mapy na více listech, což je opět typické pro topografické a základní mapy, musí být v konceptu názvosloví vyřešeny i přesahy názvů z jednoho listu do druhého i způsob psaní zbylých částí názvů na sousedním listě. Koncepty názvosloví se zpracovávají zpravidla v měřítku vydání mapy, pouze, pokud by se mapy kreslily ručně, potom je i koncept názvosloví zhotovován v pracovním měřítku. Po revizi se z konceptu názvosloví všechny názvy sepisují do speciálních formulářů rozpisů názvosloví. V rozpisu se popisy třídí podle jednotlivých typů písma. Rozpis názvosloví potom 13

14 slouží ke zhotovení popisů fotosazbou a následnému vyhotovení kartografického originálů názvosloví. Ukázka části konceptu názvosloví je uvedena na následujícím obrázku (Obr. 1-7). Obr Ukázka konceptu názvosloví topografické mapy Následující tabulka je příkladem rozpisu názvosloví k dané ukázce konceptu názvosloví: Tabulka Ukázka rozpisu názvosloví Typ Název Typ Název písma písma 6 HOŘOVICE 39 KŘIVOKLÁTSKÁ VRCH 7 ZDICE 41 HOŘOVIC 8 Hudlice 45 OVINA 8 Zbiroh 45 KÁ PAHORKATINA 9 Podmokly Drozdov Žebrák Sedlec Komárov 46 Ostrý 11 Lišná Březová Jezevčí skála 11 Záluží Svatá 51 Kulenské pohoří 12 Chlum 69 dub Točník 71 Středočeský kraj 12 Cekov 72 Křivoklát 9 km 32 Berounka 72 Roztoky 4 km 34 Zbirožský potok 72 Králův Dvůr 4 km 34 Litavka 72 Třebáň 5 km 34 Hlubkovský potok 512 Na budkách 37 Vel. rybník 14

15 1.2 Digitální technologie Prostorová data zahrnují abstrakci určitého objektu nebo jevu krajinné sféry. Jejich součástí jsou polohová (geometrická) a tematická (negeometrická) data. Polohová data lokalizují daný objekt nebo jev, informují o jeho vztahu k okolí a zpravidla i o jeho tvaru a velikosti. Jsou vždy vztažena k určitému referenčnímu souřadnicovému systému. Polohová data se získávají procesem digitalizace a dále jsou jim upravovány jejich topologické vlastnosti. Tematická data, často nazývaná i jako atributy, popisují všechny ostatní vlastnosti prostorových dat a mohou nést i informaci o nich samotných (přesnost, aktuálnost apod.). Tematická data se vytvářejí v etapě klasifikace Zdroje dat Zdroje dat pro komplexní datové báze mohou být velmi různorodé. Mohou se od sebe odlišovat jak formou, tak i formátem, přesností apod. Podle [3] tyto zdroje mohou být: digitální data v různé formě, jako například vektorová a rastrová data, různé databáze, tabulky tabulkových procesorů, satelitní data apod., nedigitální graficko číselná data ve formě klasických analogových map nebo různých schémat, plánů, náčrtů atd., obecné soubory digitálních dat jako například textové dokumenty, negeografické databáze apod., nedigitální textové informace s geografickým i negeografickýcm obsahem, výsledky terénních měření pomocí geodetických a topografických technik, ostatní zdroje. Ze všech těchto dat je nutné v souladu s technickým projektem získat potřebné polohové i tematické informace Klávesnicový vstup Tímto způsobem se ukládají především tematická data. Pomocí klávesnice počítače se zadané informace přímo vkládají do příslušné položky databáze. Tato otázka bude blíže uvedena v odstavci Klasifikace dat. Ve výjimečných případech lze z klávesnice zadávat i polohovou informaci o modelovaných objektech a jevech získanou například ručním odečtením souřadnic objektů nebo získanou z přímých geodetických měření. Klávesnicový vstup je však často využíván při zadávání souřadnic bodů, které jsou používány jako vlícovací body pro transformaci analogových graficko číselných nebo naskenovaných podkladů do zadaného referenčního souřadnicového systému Digitalizace Hlavním prvotním zdrojem dat pro GIS jsou mapy, letecké měřické snímky a scény dálkového průzkumu Země. Pokud jsou tyto zdroje v analogové formě, je nutné je digitalizovat, tedy konvertovat do číselné formy. 15

16 Proces digitalizace zahrnuje tři základní fáze: 1. Příprava podkladu 2. Vlastní digitalizace 3. Editace dat Obsah jednotlivých fází se liší podle způsobu vlastní digitalizace. Výsledný formát dat závisí na volbě technologie digitalizace, přesnost výsledných dat potom na způsobu digitalizace a technických parametrech digitalizačního zařízení. Před rozhodnutím, jaká bude zvolená metoda digitalizace je nutno posoudit: cílový formát digitalizovaných dat, nákladovost a účelnost použité metody z hlediska celého technologického cyklu, používané techniky a programového vybavení, disponibilního času a připravenosti lidí, kvalitu použitých podkladů, jejich formát, barevnost, škálování barev, typ podložky, stáří, kvalitu obrazu, formáty navazujících podkladů zejména tehdy, pokud mají jiné vlastnosti z hlediska datových formátů, použitých referenčních souřadnicových systémů, apod. Digitalizovat lze následujícími technologiemi: digitalizace tabletem, digitalizace skenováním a Digitalizace tabletem Příprava podkladu Digitalizovaný podklad zpravidla obsahuje značné množství různorodých informací, které musí operátor vkládat do různých částí databáze. Z tohoto důvodu je nutné předem redakčně podklad upravit. Redakční příprava spočívá v: rozčlenění podkladu na jednotlivé tematické vrstvy, v rámci tematických vrstev vymezení jednotlivých objektů a jevů, přiřazení klasifikačních kódů objektům a jejich atributům. Pro redakční přípravu se zpravidla používají průsvitky, na které se potřebné informace zakreslují smluveným značkami a barvami zběžnou kresbou. Například pro naplňování obsahu digitálního modelu území DMÚ200 jsou vytvářeny redakční průsvitky pro jednotlivé tematické vrstvy jako jsou komunikace, vodstvo, sídla, potrubní a energetická vedení, půdní a rostlinný kryt, hranice a ohrady. Na průsvitkách jsou vymezovány jednotlivé objekty a jevy, například u komunikací jsou komunikace barevně rozlišovány podle jejich kategorie (1., 2., a 3. kategorie, zpevněné cesty, polní a lesní cesty), v jednotlivých kategoriích jsou komunikace rozdělovány na objekty komunikací mající neproměnné vlastnosti, například šířku, druh povrchu, křížení s jinými komunikacemi apod. Na průsvitkách jsou křížky vyznačeny alespoň čtyři kontrolní body, zpravidla v rozích mapového listu, kterými mohou být rohy rámu mapy nebo průsečíky kilometrové sítě. Příklad části redakční průsvitky pro vrstvu komunikace je uveden na následujícím obrázku (Obr. 1-8). Jednotlivé úseky komunikací jsou klasifikovány a kódovány podle katalogu topografických objektů (KTO), jehož ukázka je v odstavci

17 Vlastní digitalizace Pro ruční digitalizaci se používají digitalizační stoly nebo tablety s volným kurzorem, které jsou napojeny na počítač. Zařízení se skládá z desky, ve které je zabudována velice jemná, hustá a přesná síť drátů definujících pravoúhlý systém vodorovných a svislých souřadnic. Vzdálenost drátů určuje prostorové rozlišení digitizéru a pohybuje se podle jeho kvality od 0,05 mm do 0,2 mm. Soustava drátů tvoří vnitřní souřadnicovou síť rovinných pravoúhlých souřadnic s počátkem v pravém dolním rohu pracovní ploch digitizéru. Krok sítě je dán vzdáleností drátů. Kurzor je speciální myš spojená vodičem s digitizérem. Má nitkový kříž zasazený v proudové smyčce a ovládací tlačítka (čtyři až šestnáct podle konstrukce) sloužící k obsluze digitalizačního programu v počítači (Obr. 1-9) Obr Příklad redakční průsvitky (vpravo) z části topografické mapy (vlevo) Poloha nitkového kříže kurzoru je zaznamenána v souřadnicové síti digitizéru po stisknutí příslušného tlačítka. Při jeho stisknutí se vytvoří elektrický obvod mezi kurzorem a stolem. Přitom se stanoví nejbližší průsečík drátěné sítě a jeho souřadnice se uloží do paměti počítače jako stolové souřadnice. Většina digitizérů má možnost volby různých režimů digitalizace: bodový režim, přírůstkový režim: souřadnicový, délkový, úhlový, časový. 17

18 y kontrolní bod digitizér x myš Obr Digitizér V bodovém režimu je zaznamenávána poloha kurzoru pouze po stisknutí příslušného tlačítka. V přírůstkovém režimu se poloha kurzoru zaznamenává automaticky při překročení stanovené hodnoty. Touto hodnotou může být přírůstek souřadnic x a y (režim souřadnicový), přírůstek délky linie s počítaný z přírůstků souřadnic x a y (režim délkový) nebo přírůstek času při digitalizace t. Digitizér může být samostatné zařízení nebo jako integrální součást pracovní stanice. Součástí digitizéru je vždy programové vybavení umožňující spolupráci s řídícím počítačem a obsahující i program na jeho ovládání. Některé programové systémy pro GIS mají navíc vlastní programy pro spolupráci s digitizérem. U každého digitizéru se především hodnotí: velikost pracovní plochy (zpravidla je v rozmezí A3 až A0), vnitřní přesnost odečítání souřadnic bodů a homogennost této přesnosti v celé ploše tabletu. Pro účely sběru dat z topografických map je vhodné používat digitizéry s homogenní přesností po celé pracovní ploše, která by neměla být horší než 0,1 mm v jakémkoliv směru odečítání. Digitalizace grafického podkladu spočívá v následujících krocích: 1. Fixace podkladu na ploše digitizéru tak, aby během celé digitalizace nedošlo k jeho pohybu. 2. Vymezení digitalizované plochy. 3. Zaznamenání polohy kontrolních bodů a výpočet transformačního klíče mezi stolovými souřadnicemi (x,y) a souřadnicemi referenčního souřadnicového systému (X,Y). Pro výpočet transformačního klíče je zpravidla možno volit různé metody transformace v závislosti na charakteru digitalizovaného podkladu. Nejčastěji je volena afinní transformace ve tvaru: X = Ax + By + C ( 1-3 ) Y = Dx + Ey + F kde parametry A-F jsou určeny z měřených a zadaných hodnot nejméně čtyř kontrolních bodů. Jejich tvary je možné vyjádřit: 18

19 A = m x B = m ( k cost sint) y D = m sin t x E = m ( k sint + cost) y C = X F = Y t cos ( 1-4 ) kde m x a m y jsou změny měřítka v jednotlivých osách, k=tg(α),α je úhel zkosení předlohy měřený od kladného směru osy y, t je úhel rotace předlohy měřený ve kladném směru od osy x a X a Y jsou posuny Afinní transformace tedy uvažuje změnu měřítka, která může být rozdílná ve směrech obou os, zkosení předlohy, její rotaci a posun ve směrech os. Protože předlohy pro ruční digitalizaci jsou většinou papírové mapy, afinní transformace dovoluje vyloučit většinu deformací papíru způsobenou klimatickými podmínkami i deformací papíru při tisku. K výpočtů parametrů afinní transformace je nutná znalost souřadnic minimálně 3 kontrolních bodů. Zpravidla je ale zadáváno více kontrolních bodů a transformační klíč je počítán s vyrovnáním podle metody nejmenších čtverců [Kratochvíl]. V případě, že digitalizovaný podklad je na kvalitní podložce, která nevykazuje rozdílné deformace v různých směrech, je možné použít podobnostní transformaci. Podobnostní transformace zahrnuje změnu měřítka (stejnou ve všech směrech), rotaci předlohy a její posun. Podobnostní transformace je konformní a je počítána podle vztahů: kde: X = Ax + By + C ( 1-5 ) Y = Bx + Ay + F A = s cost B = s.sin t C = X F = Y. ( 1-6 ) Měřítkovou změnu vyjadřuje parametr s, ostatní proměnné jsou označeny stejně jako u afinní transformace. Výpočet parametrů podobnostní transformace vyžaduje znalost minimálně dvou identických kontrolních bodů, avšak zpravidla je jich zadáváno více a transformační klíč je opět počítán s vyrovnáním podle metody nejmenších čtverců. 4. Volba režimu digitalizace. Režim digitalizace je volen s ohledem na charakter digitalizovaných objektů. Bodový režim je vhodný volit pro digitalizaci bodových objektů. U liniových a plošných objektů je volen zpravidla tehdy, pokud je operátor dostatečně zkušený, aby vybral charakteristické body průběhu definičních bodových množin objektů, nebo v případě, že digitalizované objekty nejsou po geometrické stránce složité. Ve všech ostatních případech je vhodné volit některý z přírůstkových režimů. Poznámka: Při digitalizaci liniových a plošných objektů dochází vždy ke zkracování jejich délky, resp. délky jejich hraniční linie (viz. Obr. 1-10). Proto je nutné u bodového režimu volit vždy takové definiční body průběhu linie, resp. u přírůstkových režimů takový přírůstek, který zabezpečí minimalizaci tohoto zkrácení. 19

20 Obr Princip ruční digitalizace 5. Digitalizace objektů a jevů podle redakční průsvitky. Jednotlivým objektům a jevům je postupně v daném režimu zaznamenávána jejich geometrie. Ve většině případů jsou současně zadávány i kódy objektů a jevů a jejich tematické atributy. Během procesu je nutné sledovat kvalitu vytvářených geometrických dat. Typickými chybami jsou nedotažení nebo přetažení linií, jejich nenapojení na sousední apod. (viz. Obr. 1-11). Některé tyto chyby je možno odstraňovat automaticky vhodným zvolením parametrů digitalizace, jako například zachycování koncových bodů na nejbližší již digitalizovaný bod ve vhodně zvoleném okolí daném poloměrem zachycovací kružnice, automatické generování uzlu při křížení dvou linií apod. 6. Opakovaný záznam polohy kontrolních bodů. Opakovaný záznam kontrolních bodů je vhodný pro posouzení, zda nedošlo během digitalizace k posunu předlohy. a) b) c) Obr Nejčastější chyby v ruční digitalizaci. a) nedotažení, b) přetažení, c ) vytvoření nepravé plochy Editace dat Editace digitalizovaných dat spočívá především v: kontrole a odstraňování chyb operátorů, ručním doplňování tematických atributů, které nebylo možné zadávat během digitalizace, tvorbě topologie. Přesto, že data jsou kontrolována v průběhu digitalizace předlohy, je nutná po ukončení dílčích etap (např. po nasnímání jedné vrstvy) překontrolovat veškerá pořízené údaje. Zpravidla se kontrolují na monitoru počítače nebo na kontrolním výtisku. Ten je často vytištěn na průsvitku a je po přiložení na předlohu kontrolován na prosvětlovacím stole. Zjištěné chyby je možné se opravují buďto přímo digitalizačním programem nebo editačními nástroji prostředí GIS. Editačními nástroji GIS jsou též doplňovány atributy zdigitalizovaných objektů a jevů, které nebylo možno doplnit již při digitalizaci, resp. které byly opomenuty nebo špatně zadány. Závěrečnou etapou editace dat je tvorba topologie či její úprava, pokud provedený test ne její správnost vykázal chyby. Pro tento krok jsou výhradně použité vestavěné moduly GIS programů, které topologické vazby automaticky vytváří. 20