Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Vysoká škola báská technická univerzita Ostrava

Transkript

1 Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Vysoká škola báská technická univerzita Ostrava STUDIJNÍ TEXT Geoinformaní technologie pro ochranu životního prostedí RNDr. Jan Bitta Ostrava, erven-záí 2008

2 1. ÚVOD OBECNÝ ÚVOD HISTORIE POÍTA STRUKTURA POÍTA DATA, INFORMACE ANALOGOVÁ A DIGITÁLNÍ DATA PROSTOROVÁ DATA REPREZENTACE PROSTOROVÝCH DAT VLASTNOSTI PROSTOROVÝCH DAT SOUADNÉ SYSTÉMY POIZOVÁNÍ PROSTOROVÝCH DAT DÁLKOVÝ PRZKUM ZEM GLOBÁLNÍ DRUŽICOVÉ POLOHOVACÍ SYSTÉMY GEOGRAFICKÉ INFORMANÍ SYSTÉMY PRAKTICKÉ APLIKACE GEOGRAFICKÝCH INFORMANÍCH SYSTÉM HISTORIE GEOGRAFICKÝCH INFORMANÍCH SYSTÉM STRUKTURA GEOGRAFICKÉHO INFORMANÍHO SYSTÉMU SOFTWARE PRO GIS ANALYTICKÉ NÁSTROJE GIS MATEMATICKÉ MODELOVÁNÍ PROSTOROVÝCH JEV MATEMATICKÉ MODELY PRO OCHRANU ŽIVOTNÍHO PROSTEDÍ PROPOJENÍ MATEMATICKÝCH MODEL A GIS CHYBY MATEMATICKÝCH MODEL ZÁSADY VYTVÁENÍ TEMATICKÝCH MAP ZÁKLADNÍ PRVKY MAPY NEJASTJŠÍ CHYBY V MAPÁCH... 66

3 1. Úvod Rozvoj lidské spolenosti v posledních nkolika stoletích je podmínn snahou o popsání pírodních proces a jejich využití v nových postupech a technologiích. Tento prudký technologický rozvoj s sebou ovšem pinesl i významné ovlivnní životního prostedí. Interakce mezi lidskou inností a životním prostedím jsou nejen masivní, ale i znan složité a obtížn popsatelné. Pro svou dležitost jsou dlouhodob zkoumány a vyhodnocovány. Vdy zkoumající vztahy mezi živými organismy a prostedí a hledající prostedky k minimalizaci negativních vliv lidmi provozovaných technologií na životní prostedí jsou závislé na dostateném písunu dat a informací o zkoumaných jevech. Z velké ásti se navíc jedná o specifická data, která jsou prostorov urena prostorová data. Nutnost práce s tmito daty vedla k pevzetí metod prostedk nakládání a analýzy velkých objem dat z vdních a technických obor, kde již byly podobné problémy ešeny. Významný vliv na zpsoby nakládání s daty ml pedevším obrovský rozvoj poíta, jako nástroj pro nakládání s daty, a na n navázaných informaních technologií. Specifickou skupinou informaních technologií jsou technologie používané pro získávání, uchovávání, analýzu a prezentaci prostorových dat. Pro tyto technologie, široce využívané v mnoha oborech lidské innosti, se vžil název geoinformaní technologie. O geoinformaních technologiích, pevážn ve vztahu k ochran životního prostedí, bude pojednávat tento studijní text. Obsah studijního textu vychází z text Janík P.: Nové informaní technologie pro kontrolu a ochranu životního prostedí geografické informaní systémy, Rapant P.: Úvod do geografických informaních systém a Rapant P.: Geoinformaní technologie. Významným zdrojem informací byly texty obsažené v otevené encyklopedii Wikipedii. Struktura a nápl textu samotného jsou založeny na zkušenostech autora s výukou zabývající se geoinformaními technologiemi stejn jako s jejich praktickým používáním.

4 2. Obecný úvod 2.1. Historie poíta Historie rzných automat neboli stroj automaticky provádjících urité operace je velice dlouhá a zaíná již ve starovku. Známé jsou napíklad automaty pocházející z antiky, které vrn znázorují pohyb nebeských tles. Tyto pístroje ovšem nikdy nepekroily hranici technických kuriozit pedvádných pro ohromení a pobavení host majitel tchto pístroj. Pedchdci poíta Prvními skutenými pedchdci poíta tak, jak je známe dnes, byly už na pelomu 18. a 19. století Jacquardovy (v poeštné form žakárové ) automatické tkalcovské stroje umožující nastavení vzoru spádané látky pomocí vloženého drného štítku. První automaty provádjící matematické operace jsou ješt starší. První mechanické automaty provádjící jednoduché matematické operace sítání a odítání zkonstruoval již v 17. století geniální francouzský filosof a matematik Blaise Pascal. Oba tyto mechanické automaty byly dále rozvíjeny a zdokonalovány a jejich principy byly aplikovány v nové oblasti. Dležitým mezníkem, nutným pro pozdjší vývoj poíta, bylo v polovin 19. století dílo matematika a konstruktéra Charlese Babbage. Babbage znan pedbhl svou dobu návrhem prvního skuteného poítaem (v originálu Analytical Engine). Tento pístroj ovšem nebylo ve své dob možné zkonstruovat. Byl ovšem schopen konstruovat nkteré jeho velmi zjednodušené modifikace. Babbageovou spolupracovnicí byla dcera slavného básníka lorda Byrona Ada lady Lovelace, která je považována za historicky první programátorku (Kdo byl první programátor není obecn známo, jisté je pouze to, že jej Ada pedbhla). Dalším významným mezníkem pedcházející vývoj poíta byla innost Hermana Holleritha. Hollerith pišel jako první s myšlenkou kódovat údaje všeho druhu do íselného tvaru a tyto íselné hodnoty zapisovat na drných štítcích. Jeho stroje pro poizování a zpracování drných štítk se velice osvdily pi sítání lidu v USA v roce Tento úspch umožnil Hollerithovi založit firmu na výrobu drnoštítkových stroj a jiné kanceláské techniky, která se od roku 1924 jmenuje IBM. Ped druhou svtovou válkou již byly bžné i dosti pokroilé automaty. Bžné byly napíklad mechanické pokladny umožující pomocí sítání, odítání, násobení a dlení automaticky poítat cenu nákupu a denní tržbu. Jinou zajímavou skupinou automat byly mechanické hrací stroje. Poínaje klikou pohánnými flašinety pes dmyslné hrací skíky na klíek po automatická piana a orchestriony. Tyto hrací automaty byly programovatelné napíklad jednoduchou výmnou váleku s heby. Za vrchol tehdejších možností lze považovat automatické telefonní ústedny nebo systémy pro kódování a dekódování depeší. Nejznámjší jsou nmecká Enigma, urená pvodn pro bezpenou mezibankovní komunikaci, a systém MAGIC provozovaný rozvdkou armády USA, který byl uren pro dekódování japonských diplomatických depeší.

5 Koncem ticátých let dvacátého století již rovnž dochází k prvním pokusm nahradit mechanické prvky automat prvky elektronickými. Do tohoto vývoje významn zasáhla Druhá svtová válka, ve které již zásadní roli hrála technická vysplost soupeících stran a vdecko-technický vývoj v prbhu války. V souvislosti s tehdejším pokroilým výzkumem se objevila poteba zpracování velkého množství dat, stejn jako poteba realizace nároných vdeckých výpot. Tato problematika byla na hranicích možností tehdejší techniky, astji ovšem mimo n. Kuriozitou tehdejší doby je zpsob realizace složitých výpot v rámci vývoje atomové bomby (projekt Manhattan). Pro úely výpot byly tehdy nakoupeny stovky mechanických poítacích stroj IBM, u kterých bylo možné realizovat íselný vstup i výstup pomocí drných štítk. Výpoet probíhal tak, že tyto poítací stroje byly seazeny za sebou a ke každému byla piazena obsluha. Obsluha mla za úkol pevzít drný štítek, provést urenou matematickou operaci a drný štítek s výsledkem pedat dál. asem dosáhli pracovníci projektu v tchto výpotech velké zbhlosti a byli schopni poítat i nkolik výpot najednou, výpoty byly vzájemn odlišeny barvou drných štítk. (Bližší informace o tchto výpotech, stejn jako spoustu jiných veselých píbh na pomezí vdy a magie je možné si peíst v knize Feynman R.: To nemyslíte vážn, pane Feynmane!) Vývoj techniky šel ovšem jiným smrem, už z dvodu finanní náronosti výše zmínného postupu, který bylo možné aplikovat pouze ve štde dotovaném armádním výzkumu. Jiným smrem se odvíjel skuten perspektivní vývoj založený na prkopnických pracích Howarda Aikena, Alana Turinga nebo Johna von Neumanna. Produktem týmu vedeného Howardem Aikenem v laboratoích IBM byl elektromechanický poíta Mark I. Alan Turing byl jednou z vdích osobností týmu vdc, kteí sestrojili první elektronkový poíta, který byl používán k luštní kód Enigmy. Do historie vešel pedevším svou prací na poli teoretické informatiky a teorie konených automat neboli Turingových stroj. Tetím a patrn nejslavnjším uvedeným jménem je John von Neumann. Tento geniální fyzik a matematik se v prbhu Druhé svtové války i v období po ní následujícím zúastnil všech tehdejších pelomových výzkum. Praktické zkušenosti s poítaem Mark I i s elektronkovým poítaem ENIAC (pedevším se jednalo o dkladné znalosti nedostatk tchto stroj) jej vedly k formulování obecné koncepce struktury poítae, která byla tak pevratná a geniální, že se prakticky beze zmn používá dodnes. Tato koncepce je všeobecn známa jako von Neumannova koncepce, která bude rozebrána v kapitole struktura poíta. John von Neumann je rovnž znám coby zakladatel nového vdního oboru, teorie her. Poíta ENIAC, sestavený v roce 1945 na pd fakulty elektrotechniky ve Filadelfii, je považován bu za první skutený moderní poíta, nebo také za posledního pedchdce poíta. Každopádn jeho parametry byly ohromující. ENIAC tvoilo elektronek, výpoty byly provádny v desítkové soustav (na jedno pticiferné íslo bylo poteba 150 elektronek), byl chlazen vzduchem, jehož proudní zajišovaly dva letecké motory a ml ohromující energetické nároky. Pro jeho fungování byla klíová sehraná parta údržbá, kteí vymovali pokažené elektronky. Programování bylo realizováno pomocí pepojování vodi na propojovací desce. Jeden program se vytváel pomocí pepojování vodi klidn i nkolik týdn.

6 ást poítae ENIAC Poítaové generace Historický vývoj poíta je obvykle rozdlován do poítaových generací, které od sebe oddluje njaká významná kvalitativní zmna. Vývoj ovšem neprobíhal ve skocích, ale spíše jako postupný proces. Pesto tyto pomyslné generace zachycují významné skoky v principech fungování a výpoetním výkonu poíta. asovost jednotlivých období odpovídá vývoji v poítaov nejvysplejších zemích té doby, tj. pevážn USA, Japonska a Západní Evropy. Zem komunistického bloku mly ve vývoji poíta znané zpoždní a poítae se do nich mohly dovážet ve znan omezené míe z dvodu jejich možného vojenského využití. Generace již zmínných poíta Mark I a ENIAC je oznaována jako nultá generace poíta. Poítae nulté generace jsou charakteristické svou unikátností, každý z nich existoval vesms v jediném exemplái a od ostatních poíta se lišil svou koncepcí, architekturou i použitými souástkami. Nultá generace odpovídá období hledání vhodné koncepce fungování poítae a vhodných konstrukních prvk (elektromechanické, reléové, elektronkové, aj.). Nultá generace byla završena v roce 1949 definicí von Neumannovy koncepce fungování poítae a vítzstvím elektronek jako nejvhodnjšího dostupného konstrukního prvku. V letech jsou vyvíjeny poítae první generace. Tyto poítae jsou již prakticky všechny elektronkové a postaven podle von Neumannova schématu. V této dob se objevují první sériov vyrábné poítae, první aplikace poíta v prmyslové a obchodní sfée. Zárove vznikají první programovací jazyky

7 pro snadnjší pípravu výpoetních úloh. V roce 1953 vzniká dodnes hojn používaný programovací jazyk FORTRAN a další jej brzy následují. Velkým problémem poíta první generace vysoká poruchovost zpsobovaná krátkou životností elektronek. Byla tudíž hledána možnost jejich nahrazení jiným spolehlivjším elektronickým prvkem. Náhrada za elektronky spatila svtlo svta v roce 1948, kdy byl v Bellových laboratoích vyvinut první polovodiový tranzistor. Pvodní (a dodnes požívaný) úel využití tranzistoru bylo zesilování elektronického signálu. Pozdji se ukázalo, že možností jeho využití jsou podstatn rozsáhlejší a jednou z možných dalších aplikací tranzistoru bylo jeho využití jako spínacího prvku u poíta. Tranzistory mají oproti elektronkám celou adu výhod jsou levné, bžným provozem se prakticky neopotebovávají, mají nízkou spotebu energie a je možné je miniaturizovat. Pro všechny tyto výhody byly elektronky u poíta nahrazeny tranzistorovými obvody, ímž vznikly poítae druhé generace. Po roce 1964 už proces miniaturizace tranzistor dospl do takové úrovn, že jich bylo možné sestavit vtší množství na malé kemíkové destice. Pro tuto destiku se vžilo oznaení chip (esky kousek, úlomek) a spojením tranzistor na jednom ipu dalo vzniknout pojmu integrovaný obvod. Použití integrovaných obvod místo jednotlivých tranzistor dalo vzniknout tetí poítaové generaci. Od tohoto data probíhá neustálý proces zvyšování potu tranzistor v integrovaném obvodu a zárove jejich další miniaturizace. Poátkem 70. let již integrované obvody obsahovaly tisíce tranzistor. V této dob se již poítae postupn dostávají mimo specializovaná pracovišt a zaínají být astji využívány jinými pracovníky než pouze programátory. Pro zjednodušení práce proto vznikají první poítaové operaní systémy. Krom velkých sálových poíta vznikají nové kategorie poíta, které jsou sice mén výpoetn výkonnjší, ale jsou levnjší a dostupnjší. Postupn se ustálily ti základní kategorie poíta: velké sálové poítae, pracovní stanice a servery, mikropoítae.

8 Mikropoíta Altair 8800 tvrtá generace poíta se objevuje v roce 1974 s uvedením mikropoítae Altair s procesorem Intel na americký trh. Jeho revolunost spoívala v tom, že nebyl uren pro profesionální využití v laboratoích a výpoetních centrech. Altair byl poíta, který si každý zájemce mohl sestavit a provozovat u sebe doma. Obrovský a pekvapivý úspch Altairu vedl k prudkému rozvoji tohoto segmentu trhu. Postupn se objevují další domácí poítae a poítaové firmy Apple, Commodore, Atari, Amiga, ZX Spektrum a další. Od roku 1975 vychází první specializovaný asopis o domácích poítaích a záhy se objevují první jejich aplikace, první poítaové hry a první poítaové viry. V roce 1981 pichází na trh domácí poíta firmy IBM pod obchodní znakou PC personal computer (osobní poíta). Tento výrobek stanovil prakticky dodnes platný standard fungování domácích mikropoíta a dal jim i nový název. PC od IBM již obsahovalo operaní systém od malé, ale ambiciózní softwarové firmy MS DOS od Microsoftu. Od roku 1985 již bylo k možné k MS DOSu dokoupit grafickou nástavbu, software nesl název Windows. Osobní poítae se postupn staly bžnou pracovní pomckou a zdrojem zábavy. Dnes již prakticky neexistuje obor lidské innosti nevyužívající poítae.

9 Poíta IBM PC 5150, rok výroby 1981 V souasnosti narazil vývoj nových a rychlejších poíta na fyzikální mez miniaturizace tranzistor. Zatím je tento problém obcházen vícejádrovými procesory, které umí provádt více výpot najednou, a hledá se nový technologický postup, který by umožnil vznik nové generace poíta. Historie poítaových sítí a internetu. Již v polovin 60. let byly provádny pokusy s komunikací s poítaem na dálku a mezi poítai vzájemn. Pro dálkovou komunikaci byly využívány tehdejší komunikaní linky, pedevším telefonní a dálnopisové spojení. Výsledkem tchto experiment byly první poítaové sít. Tyto poítaové sít byly postaveny na tzv. hvzdicovité struktue, existoval jeden centrální ídící poíta (mainframe) a všechny ostatní poítae v síti byly pipojeny jen k nmu. Mainframe zde fungoval podobn jako telefonní ústedna, pouze pijímal data a odesílal je dále adresátovi. Jedním z prvních významných uživatel poítaových sítí byla armáda. Pro vojenské využití není hvzdicovitá struktura poítaové sít vhodná. Prosté zniení nebo poškození mainframu znií celou sí. Pro byl od roku 1969 vyvíjen v projektech ARPANET (armáda USA) a X.25 (telekomunikaní spolenosti v západní Evrop) nový zpsob vzájemné komunikace mezi poítai a odolnjší struktury. Výzkum se soustedil pedevším na hledání vhodného zpsobu odstranní mainframu ze struktury poítaové sít. Bez mainframu v síti ovšem nastává problém, jakým zpsobem zajistit, aby zaslané informace nalezly v síti svého adresáta a aby byla sí optimáln využita. ešením tchto problém se ukázalo být

10 zasílání dat pomocí paket. Všechna data jsou pi odesílání rozdlena na malé balíky (pakety) s pidlenou adresou. Tyto pakety potom dále putují po síti k adresátovi. Pro zasílání dat na internetu je v souasnosti standardem protokol TCP/IP vytvoený již v roce Sít fungující s protokolem TCP/IP jsou velice odolné, ani nepátelský útok, který by zniil množství poíta v síti, sí neznií, pouze ji mže zpomalit. Pro tuto novou generaci poítaových sítí se pozdji vžil pojem internet. V polovin 70.let již zaíná postupný rozvoj internetu, pedevším díky vysokým školám a vdecko-výzkumným zaízením. Jeho další šíení bylo pedevším limitováno nízkými penosovými rychlostmi dat a uživatelskou nároností. Problém uživatelské náronosti byl pekonán koncem 80. let, kdy byl Timem Berners-Leem implementován pro prostedí poítaových sítí koncept hypertextových aplikací (standard HTTP). Záhy vznikly první grafické prohlížee, umožující uživatelsky píjemné a jednoduché využití síových aplikací (tzv. WWW). Od poátku 90. let lze sledovat explozivní nárst potu uživatel internetu, potu internetových stránek a aplikací, který pokrauje prakticky dodnes. Náhled jednoho z prvních hypertextových prohlíže

11 2.2. Struktura poíta Struktura prakticky všech dnes používaných poíta vychází z koncepce, kterou v roce 1945 poprvé prezentoval John von Neumann. Tato koncepce v sob shrnovala zkušenosti poítaových vdc tehdejší doby a geniálním zpsobem ešila všechny základní problémy prvních poíta. Von Neumannova koncepce se dá rozdlit do dvou ástí, v první budou prezentovány základní principy, podle kterých poítae fungují, druhou ástí bude von Neumannovo základní schéma poítae. Základní principy fungování poíta Základními principy fungování poíta jsou: reprezentace všech dat v dvojkové soustav, pímé adresování v každém okamžiku je pístupná každá ást pamti, výpoetní jednotka provádí pouze sítání (ostatní operace jsou na sítání pevedeny), výpoty jsou provádny sekvenn za sebou, v pamti poítae není rozdíl mezi programem a daty. Binární reprezentace poítaových dat je dnes již považována za naprostou samozejmost. U prvních poíta tomu tak zdaleka nebylo, což zpsobovalo nepíjemné konstrukní tžkosti. Binární reprezentace dat má ti podstatné výhody. Je to pirozený jazyk elektronických zaízení, protože odpovídá dvma jejich základním stavm - zapnuto a vypnuto, proud prochází a proud neprochází. Stejn dobe koresponduje dvojková soustava s matematickou logikou, kde odpovídá dvma základním pojmm logiky ano, ne. A navíc je sítání ve dvojkové soustav opravdu jednoduchým matematickým problémem. Pevedení všech problém na sítání binárních hodnot má tu výhodu, že díky ní se nemusí kvli zmn ešeného problému pestavovat struktura poítae (žádné pepojování vodi). Jedním z dležitých teoretických výsledk matematické informatiky je dkaz tvrzení, že všechny základní poítaové operace lze realizovat pomocí sítání. Nejzásadnjší ze všech jmenovaných je princip, podle kterého není v pamti poítae inn žádný rozdíl mezi programy a daty, která ást pamti jsou data nebo programy závisí pouze na kontextu. Tato myšlenka je na první pohled zvláštní, není pece vtší rozdíl mezi programy a daty, která ty programy zpracovávají (U prvních poíta byly také realizovány programy na základ jiných princip, pípadn byly zvláš vylenné pamti pro programy a pro data). Navíc je ta myšlenka na první pohled nebezpená, i malá chyba v programu by dokázala napáchat velké škody. Tento princip má však obrovské výhody. Pedn není teba mít dv speciální pamti, staí jedna. Navíc existují situace, kdy se tato nejednoznanost data program hodí, bez ní by nebylo možné používat vyšší programovací jazyky. Jádrem každého programovacího jazyka je peklada (kompilátor), který pevede data zdrojový text programu do dat ve form strojového kódu, ale tato data jsou už dále používána jako program. Nebezpeí pepsání klíových oblastí pamti je u moderních poíta ešeno existencí speciální ásti pamti bez možnosti zápisu dat (ROM Read Only Memory).

12 Von Neumannovo schéma poítae. Poíta se podle von Neumanna skládá z pti vzájemn propojených komponent: adi (ídící jednotka), aritmeticko-logická jednotka, pam, vstupní zaízení, výstupní zaízení. Von Neumannovo schéma poítae ídící jednotka zpracovává instrukce a pedává je dále aritmeticko-logické jednotce, která tyto instrukce provádí. Ob tyto souásti tvoí dohromady jádro procesoru. V pamti poítae jsou uchovávána data a programy. Jedná se ovšem o vnitní pamti poítae, ke kterým má procesor rychlý pístup vnitní pam procesoru, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory). Pevné disky nejsou považovány za vlastní pam poítae, mají cca 100krát pomalejší pístup než vyjmenované pamti. Pro vyrovnání rozdíl v rychlosti se používá tzv. vyrovnávací (cache) pam. Vstupních a výstupních zaízení v souasnosti existuje celá ada. Mezi vstupní zaízení patí pedevším klávesnice, myš nebo skener. Typickými výstupními zaízeními jsou monitor, tiskárna nebo plotter. Navíc existují zaízení, která fungují zárove jako vstupní i výstupní zaízení dotykové obrazovky, multifunkní zaízení, síové karty a další.

13 Von Neumannovo schéma poítae umožnilo úplné oddlení hmotných souástí poítae, které jsou od té doby do znané míry nezávislé na ešených úlohách od program. V poítaové praxi se pro pevné souásti poítae zažil pojem hardware (v pvodním významu železáské zboží nebo náadí). Z nj vznikl i zvláštní pojem pro programové vybavení poíta - software Data, informace Všechny informaní technologie (tj. také geoinformaní technologie) jsou založeny na práci s daty a informacemi. Z tohoto dvodu by tyto základní a bžn používané pojmy mly být blíže vysvtleny. V SN je uvedeno, že: Data jsou obrazem vlastnosti objektu, vhodn formalizovaným pro penos, interpretaci nebo zpracování prostednictvím lidí nebo automat. Informace je význam, který lovk pisuzuje datm. V tomto smyslu jsou data vstupními údaji pi studiu njakého jevu nebo objektu. Výsledkem zpracování nebo analýzy dat jsou informace. Co jsou data a co jsou informace, vždy záleží na kontextu ešeného problému. Informace získané zpracováním nebo analýzou dat mohou být vstupními daty jiné úlohy. Nejlépe tuto skutenost osvtlí následující píklad. Píklad Stanice automatizovaného imisního monitoringu zaznamenává v hodinových intervalech hodnoty koncentrací nkolika zneišujících látek. Tyto zaznamenané hodnoty jsou daty, ze kterých lze napíklad získat informace v jakém roním období jsou nejvyšší koncentrace imisí, jaké jsou prmrné koncentrace imisí, apod. Informace o prmrných roních koncentracích jsou spolen s hodnotami imisních limit vstupními daty pi zjišování, jestli oblast pokrytá mící stanicí patí mezi oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší. Informace o tom, jestli je dotyné území oblastí se zhoršenou kvalitou ovzduší, mže být vstupním údajem napíklad pi vymování pojištní obyvatel žijících v tomto území, protože jsou vystaveni vyššímu zdravotnímu riziku. Dalším pojmem souvisejícím s daty a informacemi je pojem metadata. Metadata jsou data o datech neboli data popisující obsah, strukturu, vlastnosti, dosažitelnost a další vlastnosti jiných dat. Typickými metadaty jsou odkazy (poloha dat) nebo prvodní zprávy k datm (informace o struktue, pesnosti, asovém urení dat, apod.). Základním dvodem existence metadat je pedcházení možným budoucím problémm pi nakládání s primárními daty, poínaje jejich nalezením, porozumním jejich struktue, jejich vhodnému použití a kone umožnním zptné vazby pro autory dat.

14 2.4. Analogová a digitální data Data lze zaznamenávat v principu dvojím zpsobem. Jedná se o analogový a digitální záznam dat. Pojem analogový vychází obecn z pístupu, kdy je zkoumaný jev zaznamenán na záznamové zaízení pomocí vhodného využití fyzikálních nebo chemických jev a technických prostedk. Nejlépe lze pochopit principy analogového záznamu dat na nkolika jednoduchých píkladech Píklad Termograf je fyzikální a meteorologický pístroj, jenž slouží k mení a zápisu namené teploty vzduchu v závislosti na ase. Namené teploty vzduchu jsou pevádny na výchylku ruky zapisovacího stroje pomocí bimetalového pásku. Zapisovací stroj termografu je vlastn specializovaný hodinový stroj, jenž pesn pomalu otáí záznamovým válcem, na kterém je pipevnn záznamový papír respektive záznamový pás. Zaízení tak v prbhu asu automaticky vykresluje kivku prbhu teplot vzduchu v závislosti na ubíhajícím asu, vzniklá kivka záznamu prbhu teploty na ase se nazývá termogram, což je analogový záznam zmny teploty vzduchu v závislosti na ase. Termograf Píklad Zvuk byl donedávna zaznamenáván pomocí pevodu chvní vzduchu, vnímaném jako zvuk, na chvní ocelové jehly rotující válec nebo kruhovou desku. Výhodou

15 tohoto penosu byla možnost obrácení celého mechanismu, kde šlo zptn pevést záznam pes jehlu zpt do formy zvuku. Zaízení pro pehrávání takového záznamu zvuku se podle typu záznamového média nazývají fonograf (válec) nebo gramofon (deska). Edisonv fonograf Digitální data jsou data zakódována na záznamovém médiu pomocí sekvencí dvou možných stav, obvykle oznaovaných ísly 1 a 0. Pomocí tohoto jednoduchého principu lze zakódovat nejen ísla, ale rovnž alfanumerické znaky (kódování ASCII, Unicode), zvuk (MP3), obrazový záznam (JPG, BMP, PNG, atd.), filmy (AVI, MPG, atd.) nebo tém cokoli jiného. Oba typy záznamu mají své výhody i nevýhody. Výhodou analogového záznamu dat je pedevším ta skutenost, že pi záznamu nedochází k tém žádné ztrát informace. Žádný analogový záznam není ovšem úpln dokonalý a s každou kopií se kvalita analogového záznamu dat dále snižuje. Proto je nutné vyrábt kopie film nebo gramofonových desek z primární matrice, na které byly pvodní jevy zachyceny. Pi digitální reprezentaci reálných jev musí být zaznamenávaný jev rozdlen do koneného množství ástí (úsek, pixel, apod.), každá z tchto ástí je poté

16 reprezentována jednou konenou sadou hodnot. Každý digitální záznam dat je tedy kompromisem mezi malým potem zaznamenaných hodnot, kdy je jev zaznamenán zkreslen, a velmi pesným záznamem jevu, který má za následek velký objem dat. Velikou výhodou digitálních dat je ta skutenost, že pi kopírování dat nedochází k žádné ztrát kvality dat. Digitální data jsou rovnž vhodnjší pro penos dat na dálku, protože nejsou znehodnocována drobnými šumy (to je jeden z dvod pechodu na digitální televizní vysílání).

17 3. Prostorová data Tato kapitola se bude zabývat nejvýznamnjší složkou GIS a tou jsou prostorová data. Blíže zde budou rozebrány struktura a vlastnosti prostorových dat. Prostorová data jsou zvláštní kategorií dat. Oproti obecným datm obsahují navíc prostorovou referenci (informaci). Tato prostorová reference mže být realizována pímo hodnotami souadnic ve zvoleném souadném systému nebo nepímo pomocí urení píslušnosti k njakému objektu nebo oblasti, adresy, relativní polohy vi referennímu místu, apod. Jestli jsou data prostorová nebo nejsou, je asto záležitost kontextu jejich použití. Píklad Nech jsou k dispozici data narození všech obyvatel Ostravy. Tato data jsou prostorová, pokud jsou napíklad používána pro pípravu tematické mapy znázorující procento dtí mladších než 15 let v mstech R. Jejich prostorová reference je dána píslušností k území Ostrav. Ta stejná data ovšem nebudou prostorová, pokud by bylo úelem tematické mapy znázornní procenta dtí mladších 15 let v mstských ástech Ostravy, potom už pedchozí prostorová reference neplatí (je málo detailní) Reprezentace prostorových dat Prostorová data jsou v praxi reprezentována dvma základními zpsoby, které se od sebe zásadn liší. Jedná se o: vektorová data, rastrová data. Vektorová data Pojem vektorová data vycházejí svými principy z výsledk analytické geometrie. Tato matematická disciplína se zabývá reprezentací geometrických objekt a jejich využitím pro následné analýzy. Jedním ze základních výsledk analytické geometrie je skutenost, že každý bod v prostoru lze ve zvoleném souadném systému reprezentovat n-ticí hodnot vektorem. Jednoduchým zpsobem lze rovnž popsat velké množství geometrických tvar. Z toho vychází reprezentace objekt ve form vektorových dat objekty jsou jednoznan popsány konenou sekvencí íselných hodnot ve zvoleném souadném systému. Software pro GIS vznikly historicky (mimo jiné) jako nástroje pro poizování podkladových dat pro mapy a pro tvorbu mapových dl. To je dvod, pro naprostá vtšina tchto program pracuje pouze s dvourozmrnými daty. Zobrazovací prostor tchto dat je rovina (obrazovka poítae, papír). Proto je možné vektorové objekty rozdlit do tí kategorií: bezrozmrné (0D) objekty body, jednorozmrné (1D) objekty linie, dvourozmrné (2D) objekty plochy.

18 Vektorová prostorová data Pi práci v tírozmrném prostoru by se navíc objevovaly tírozmrné (3D) objekty objemy. Matematických popis geometrických objekt je celá ada a liší se od objektu k objektu. Pro vektorový popis dat se všeobecn používá metoda, která je, na úkor úplné pesnosti, použitelná pro popis libovolných konených geometrických tvar. Liniové objekty jsou zde reprezentovány po ástech lineární kivkou. Tato kivka mže být snadno popsána sekvencí souadnic: linie A A, x 1, y 1, x 2, y 2,..., x n, y n, A je identifikátor objektu, (x 1,y 1 ) až (x n, y n ) jsou souadnice poátku, bod zlomu a konce linie. Mezi urenými body má linie tvar úseky. Plošné objekty jsou definovány uzavenou linií (liniemi) své (po ástech lineární) hranice, proto se pro plošná vektorová data vžil pojem polygony. Tímto zpsobem je možné pomocí sekvence znak a ísel reprezentovat libovolný z vyjmenovaných objekt. Daní za tuto univerzálnost je ta skutenost, že každá reprezentace reálných objekt je uritým zjednodušením (generalizací) skutenosti. Pro vektorová data neexistuje jednotný standard jejich ukládání v poítai. Jednotliví výrobci softwaru pro GIS používají vlastní datové formáty. Pro výmnu dat jsou pak používány nkteré dlouhodob používané datové formáty, jejichž kódování je navíc zveejnno. Za všeobecný standard se dnes považuje pedevším formát ESRI shapefile.

19 Výhody vektorových dat: logická struktura, malý objem dat, možnost urování topologických vztah, velké množství analytických metod, snadné poizování dat z terénních mení. Vektorová data mají jednoduchou logickou strukturu (viz výše), která je dostaten obecná, aby pomocí ní bylo možné popsat reálné objekty s požadovanou pesností. Oproti dále popisovaným rastrovým datm zabírají vektorová data ádov mén pamti poítae. Topologické vztahy budou rozebrány v kapitole popisující vlastnosti prostorových dat, stejn jako metody analýzy dat budou detailn popsány v kapitole popisující analytické nástroje GIS. Snadnost vkládání dat z terénních mení je dána samotným principem tchto mení, jejichž principem je zamování (urování souadnic) míst (bod) v terénu. Data tohoto tvaru lze snadno pevést do požadovaného tvaru vektorových dat. Navíc existují mící aparatury automaticky zaznamenávající zamovaná místa ve formátu vektorových dat (tzv. mobilní GIS). Nevýhody vektorových dat: obtížné získávání z analogových podklad, vysoká cena. Vstup vektorových dat do GIS z analogových podklad (nap. mapové podklady, letecké snímky) je možný prakticky pouze runím vkládáním jednotlivých bod a linií runí vektorizací na vhodném zaízení. Runí vektorizace i poizování dat v terénu vyžadují vysoký podíl, asto vysoce kvalifikované, lidské práce. To je píinou vysoké ceny vektorových dat. Dalším dsledkem náronosti na lidskou práci je rovnž asová náronost poizování vektorových dat. Rastrová data Druhou možnou formou zápisu umístní a tvaru prostorových objekt v íselné podob je rastrový formát prostorových dat. Princip rastrových datových formát je jednoduchý. Celá oblast zájmu je rozdlena na pravidelné jednoduché geometrické útvary (buky rastru). Nejastji jsou to tverce nebo obdélníky. Každá buka rastru má piazenu konkrétní hodnotu.

20 Rastrová prostorová data Rastrová prostorová data je tedy možné reprezentovat polohou konkrétního místa v popsané oblasti (zvolený roh, sted, apod.), velikostí buky a maticí hodnot v bukách. Nkdy se také uvádí úhel pootoení rastru. V následujícím píkladu je pro ilustraci uveden obrázek znázorujícím obsah souboru obsahujícím data v rastrovém formátu ASCII Grid: Data ve formátu ASCII Grid Formáty rastrových dat nejsou obvykle vázány na SW pro GIS. Je to dáno tím, že jsou obrázky ve form rastru bžn používanou souástí poítaové grafiky, proto také existuje nkolik standardních formát pro práci s rastrovými daty. Používané grafické formáty (TIFF, JPG, BMP, apod.) obvykle obsahují pouze matici hodnot

21 rastru. Ostatní prostorové informace bývají piloženy v doplujícím textovém souboru lišícím se pouze píponou (nap. k souborm ve formátu JPG lze piložit prostorovou referenci v souboru s píponou jgw) Výhody rastrových dat: snadné vytváení, lze jimi popsat spojité jevy. Rastrová data lze velice pomocí moderní techniky snadno vytváet pln automaticky. Metody dálkového przkumu Zem (letecké, družicové snímky) produkují již z principu svého fungování prostorov lokalizovaná rastrová data. Snadná je rovnž digitalizace analogových podklad pomocí skener. Pomocí rastr je možné rovnž snadno popsat spojit se mnící jevy (výška terénu, koncentrace škodlivin, tlak vzduchu, apod.). Nevýhody rastrových dat: velký objem dat, nelze urovat topologické vztahy. Významným nedostatkem rastrových dat je jejich vysoká náronost na pam poítae daná nutností zaznamenat obrovské množství hodnot v bukách rastru. Pamovou náronost rastr je možné snížit pomocí kompresních algoritm. I malá úspora pamti je zde ovšem vykoupena výrazným zpomalením následných operací s rastry. Naopak existují algoritmy výrazn urychlující vykreslování rastr, ale za cenu dalších nárok na pam poítae. U rastrových dat nejsou navíc jednoznan ureny hranice objekt, proto není možné urovat ani topologické vztahy Vlastnosti prostorových dat Prostorová data jsou nejdležitjší souástí (nebo produktem) všech geoinformaních technologií. Vdní obor zabývající se prostorovými daty (také geodaty) se nazývá geoinformatika. Pohlíží-li se na prostorová data z pohledu GIS, pak jsou za prostorová data považována data popisující: tvar a polohu objekt (geometrické vlastnosti), vzájemné polohové vztahy objekt (topologické vztahy), charakteristiky a vlastnosti objekt (atributy), popisná ást (metadata), eventuáln asové zmny (dynamiku). Geometrické vlastnosti zachycují pedevším tvar a polohu prvk prostorových dat. U vektorových dat je základní geometrickou vlastností typ jejich prvk (bodové, liniové, plošné nebo jejich kombinace). Topologie je matematická disciplína zabývající se vzájemnými vztahy mezi množinami. Vhodným zpsobem zobecuje a dále pracuje s pojmy sousedí s a je souástí. Zkoumání topologických vlastností prvk prostorových dat tedy vychází pedevším z urování, které prvky s kterými sousedí. Samotný tvar objekt

22 není z tohoto úhlu pohledu vbec dležitý. V sad prostorových dat mající vybudovanou topologickou strukturu je možné snadno urovat, které prvky spolu vzájemn souvisí. V celé ad prostorových analýz není geometrická složka prostorových dat vbec podstatná, napíklad síové analýzy používají geometrickou složku dat pouze pi pípadném znázorování výsledku. V práci s prostorovými daty se asto používá nkolik základních topologických struktur, pedevším bodov-liniová a liniov-polygonová. Bodov-liniová topologie se skládá z (uzlových) bod a z linií, které tyto body vzájemn spojují. Každá linie zaíná a koní v nkterém z bod. Linie se vzájemn stýkají pouze v uzlových bodech, tj. v míst svého poátku nebo konce. Liniov-polygonová topologie je tvoena plochami polygon a liniemi jejich hranic. Tato struktura umožuje pedevším urování polygon se spolenou hranicí a jiné podobné operace. Z hlediska topologie není mezi obma popsanými strukturami žádný rozdíl. Každou liniov-polygonovou strukturu lze jednoduše pevést na ekvivalentní strukturu bodov-liniovou. Staí plochy polygon nahradit body umístnými v jejich geometrickém stedu a každou spolenou hranici dvou polygon nahradit lomenou árou spojující stedy píslušných polygon a procházející stedem jejich hranice. Zatím se mluvilo pouze o topologiích vektorových dat. U rastrových dat neexistují jednoznan urené hranice zachycených objekt. To je dvod pro není možné u rastrových dat vybudovat topologii. Atributy (esky vlastnosti) jsou neprostorovou složkou prostorových dat. Jsou zde zaznamenány údaje o jednotlivých znázornných objektech. Jsou vtšinou zaznamenány v (atributové) tabulce. Každý ádek tabulky tvoí záznam údaj vztahující se k jednomu prostorovému prvku dat, ke kterému je piazen pomocí jednoznaného identifikátoru (každý grafický prvek má napíklad piazenu íselnou hodnotu). Jednotlivé sloupce tabulky odpovídají zaznamenávaným položkám dat. Popisnou ást prostorových dat tvoí doplující informace o datech samotných. Jedná se pedevším o informace co data popisují, v jakém datovém formátu jsou uchovávána, z jakých podkladových dat a kým byla vytvoena, jaká je pesnost (nebo detailnost) dat, údaje o autorských právech k datm, apod. Tato složka prostorových dat bývá asto zanedbávána, což mže následn zpsobovat samotnému autorovi i uživatelm dat znané problémy. Dynamika jev se mže u prostorových dat projevovat dvojím zpsobem. V závislosti na ase se mohou mnit pouze atributy nebo také i grafické složky prostorových dat (geometrie, topologie). Píkladem prvního zpsobu dynamicky prostorových dat mohou být koncentrace imisí namené stanicemi automatického imisního monitoringu. Hodnoty jsou zaznamenávány stále na stejném míst, v závislosti na ase se mní pouze hodnoty koncentrací. To lze snadno zachytit položkami atributové tabulky, kde ke každému asu mení bude píslušný jeden sloupec (položka) tabulky. Píkladem druhé možnosti jsou údaje o prmyslových zdrojích zneišování ovzduší. Zde se v závislosti na ase mohou mnit nejen hodnoty emisí, ale také poet zdroj, mohou se objevovat zdroje nové, ale také zastavovat zdroje staré. To lze v souasnosti ešit pouze vytvoením vzájemn oddlených sad prostorových dat, kde se každá sada vztahuje ke konkrétnímu

23 asovému období. Je patrné, že pi zahrnutí asových zmn do prostorových dat významn vzroste dležitost metadat Souadné systémy Nutnou podmínkou pro vyjádení prostorových dat v digitální podob je urení souadného systému, ve kterých budou tato data zachycena. Obvyklým cílem zpracování prostorových dat je jejich zobrazení na monitoru poítae, ve form mapy nebo plánu. Z matematického pohledu jde tedy o pevod souadnic ze zakiveného zemského povrchu do roviny. Tvar zemského povrchu na úrovni (stední klidové) hladiny moe je oznaován pojmem geoid. Geoid je geometricky velmi složitý útvar, je ale svým tvarem blízký povrchu rotaního elipsoidu (Zem je v oblasti pól mírn zploštlá), mén pesn rovnž kulové ploše. Geoid je tedy v rzných souadných systémech reprezentován rznými referenními plochami, obvykle povrchem rotaního elipsoidu nebo kulovou plochou, které se k nmu pimykají. Ani povrch rotaního elipsoidu, ani kulová plocha ovšem nejsou tzv. pímkové plochy, neboli neexistuje zpsob, jakým by bylo možné rozvinout tyto plochy do roviny. Proto je nutné zvolit vhodný matematický postup, kterým se dotyná plocha pevede do roviny (matematicky projekce, jinak také kartografické zobrazení). Každá projekce je provázena zkreslováním geometrických prvk obrazu úhlu, délky, plochy. Existují speciální projekce, které zachovávají nkteré geometrické prvky. Napíklad Mercatorova projekce zachovává úhly, proto se používá pi tvorb námoních naviganích map. Obvyklým postupem pi vytváení projekce je zobrazení referenní plochy na plochu zobrazovací, kterou je možné už do roviny rozvinout. Bu je to samotná rovina nebo také válec i kužel. Kartografických projekcí existuje celá ada. Na území R jsou závazn ureny (geodetické) souadné systémy, vetn jejich parametr, Naízením Vlády R.116/1995 Sb., kterými jsou: svtový geodetický referenní systém 1984 (WGS 84), evropský terestrický referenní systém 1989 (ETRS89), souadnicový systém Jednotné trigonometrické sít katastrální (S-JTSK), souadnicový systém 1942 (S-42). V praxi jsou nejastji používány systémy WGS 84 a S-JTSK. Souadný systém S-42 je v Naízení vlády uveden pevážn z historických dvod. V eských zemích byl zaveden jako standard vojsk Varšavské smlouvy. Od jeho používání se již postupn upouští. Svtový geodetický systém 1984 (WGS 84) Tento souadný systém je v souasnosti svtovým standardem pro výmnu dat a je používán napíklad globálním polohovacím systémem (viz. kapitola o GPS). Systém WGS 84 je polární souadnicový systém. To znamená, že místa na zemském povrchu jsou urena pomocí dvojice úhl zempisné šíky (latitude) a zempisné délky (longitude). Zempisná šíka se pohybuje v rozmezí hodnot -90 na jižním pólu a +90 na pólu severním (v geografii je spíše zvykem uvádt místo znaménka ped

24 íslicí pojmy severní nebo jižní šíka). Hodnota 0 odpovídá rovníku. Zempisná délka se pohybuje v intervalu od -180 (180 západní délky) do +180 (180 východní délky). Linie spojující místa se stejnou zempisnou šíkou se nazývají rovnobžky, Linie spojující místa se stejnou zempisnou délkou se nazývají poledníky. Zempisné délky a šíky Se zempisnou délkou se pojí nkolik problém. Asi nejzávažnjším je urení polohy poátku (0 ). V systému WGS 84 odpovídá nultý poledník pvodn britskému standardu, nultý poledník prochází astronomickou observatoí v Greenwichi na pedmstí Londýna. Druhým problémem spojeným se zempisnou délkou je nespojitost hodnot, kdy dochází v míst styku obou okraj intervalu hodnot zempisné délky (-180 a 180 ) ke skoku. To má za následek napíklad tu skutenost, že na rzných stranách této nespojitosti je rzné datum, proto se tato pomyslná ára také nazývá datová hranice. Výhodou výše zmínného urení nultého poledníku je to, že datová hranice prochází neobydlenými oblastmi Tichého oceánu a Beringovou úžinou mezi Asií a Amerikou. Systémem WGS 84 lze popsat všechna místa zemského povrchu. Mírný problém je zde pouze s jednoznaností urení souadnic. První nejednoznanost se týká datové hranice, která má zempisnou délku zárove -180 a Druhá nejednoznanost se týká obou pól, které mohou mít zempisnou délku libovolnou. Geometricky lze tento fakt piblížit tím, že na pólech se stýkají všechny poledníky. Nkdy je dvojice souadnic zempisné šíky a délky ješt doplnna výškou udávanou v metrech. Tato hodnota odpovídá vzdálenosti od povrchu referenního rotaního elipsoidu systému WGS 84, proto se také nazývá výška nad elipsoidem. Tato hodnota se ovšem liší od nadmoské výšky a je ji nutno pepoítávat. Tento rozdíl se v R pohybuje pibližn mezi metry.

25 Hlavní nevýhodou WGS 84 je ta skutenost, že nijak neeší problematiku výstupu a zobrazovaní dat v rovin. Pro n je nutné pevést data do jiného souadného systému. Jiným ešením tohoto problému je pímé zobrazování dat na virtuálním glóbu. Takto prostorová data zobrazují nap. software ArcGlobe nebo webové aplikace Google Maps a World Wind. Evropský terestrický referenní systém 1989 (ETRS89) ETRS89 je souadný systém, který je standardním souadným systémem pro výmnu prostorových dat pro zem EU. Je konstruován stejn jako WGS84 a v roce 1989, kdy byl zaveden, byly oba tyto souadné systémy shodné. ETRS89 je na rozdíl od WGS 84 vázána na pohyb eurasijské zemské desky, který iní pibližn 2,5 cm ron. Z tohoto dvodu narostl rozdíl mezi WGS 84 a ETRS89 již na zhruba 0,5 metru. Souadnicový systém Jednotné trigonometrické sít katastrální (S-JTSK) Vzhledem k historickému vývoji a tradicím využívají rzné státy svta své vlastní souadné systémy. Obvykle se využívají takové souadné systémy, které na území daného státu co nejmén deformují geometrické prvky. Už krátce po vzniku samostatného eskoslovenska se prosadil Souadnicový systém Jednotné sít katastrální (S-JTSK), který je dnes nejpoužívanjším ze závazných souadnicových systém v R. Projekce zemského povrchu do souadnic S-JTSK je relativn komplikovaná a bude zde vysvtlena pouze v hrubých rysech. Referenní plochou je zde povrch Besselova elipsoidu, ten je zobrazen na kouli, která je na rovinu pevedena vhodn zvolenou kuželovou projekcí. Veškeré transformace a projekce jsou voleny tak, aby zkreslení délek na pvodním území eskoslovenska (vetn Podkarpatské Rusi) bylo minimální a celé toto území leželo v prvním kvadrantu. Výhodou je rovnž ta skutenost, že jednotkou souadnic S- JTSK je metr. Systém S-JTSK má nkolik specifických vlastností, které je teba brát v potaz. Sever v S-JTSK neodpovídá severu geografickému. Pootoení os systému S-JTSK jsou 4. Osa x smuje k jihu a osa y k západu. Pi standardní orientaci svtových stran na map (sever nahoe) se mní hodnoty souadnic nezvyklým zpsobem (x roste ve smru dol, z roste ve smru doleva). Z tohoto dvodu se v souasnosti v praxi používá modifikace S-JTSK, ve které se území R nachází ve tetím kvadrantu, zde se hodnoty souadnic mní obvyklým zpsobem. Daní za tuto zmnu jsou záporné souadnice na celém území R. Posledním specifikem S-JTSK jsou vysoké hodnoty souadnic. Souadnice hlavního vstupu do porubského areálu VŠB- TUO jsou napíklad a U nkterých pevážn starších program mohou být tyto hodnoty píliš vysoké, aby s nimi mohly pracovat. Potom je nutné vhodné posunutí souadnic, tak aby v zájmové oblasti vycházely nižší absolutní hodnoty souadnic.

26 Transformace souadnic astým problémem pi práci s prostorovými daty je pevod prostorové informace z jednoho souadného systému do jiného. Nejastjším dvodem transformace souadnic je poteba kombinace dat v rzných souadných systémech. Pro transformaci souadnic mezi bžn užívanými souadnými systémy existují pevodní funkce, které jsou standardní souástí software pro GIS (ArcGIS, Grass, apod.). Existují dva principiáln odlišné postupy pro transformaci souadnic: analytické transformace, numerické transformace. Analytické transformace vycházejí z matematicky pesn odvozených rovnic popisujících vztah mezi geografickým souadným systémem na zemském glóbu a souadným systémem prostorových dat. Souadnice prostorových dat jsou zptn pevedeny na geografický souadný systém a následn jsou z tohoto souadného systému pevedena do cílového. Problém tohoto postupu spoívá v nutnosti znalosti inverzních vztah k výše zmínným. Jeho nalezení je asto nemožné nebo alespo velice obtížné. Numerické transformace nevyžadují žádné znalosti zobrazovacích rovnic do obou souadnicových systém. Místo toho vycházejí ze znalosti pesné polohy vlícovacích bod (tics) v obou souadných systémech. Znalost tchto bod umožuje provést transformaci pímo pomocí vhodného numerického postupu. V praxi se používají: lineární konformní transformace (alespo 2 vlícovací body), lineární afinní transformace (alespo 3 vlícovací body), polynomické transformace (více vlícovacích bod). Lineární konformní a lineární afinní transformace v sob zahrnují ti základní operace posunutí poátku, pootoení souadných os a zmnu mítka. Rozdíl mezi obma transformacemi spoívá v pístupu ke zmn mítka. Lineární konformní transformace pedpokládá zmnu mítka stejnou v obou smrech, lineární afinní transformace umožuje v každém smru jinou zmnu mítka. Polynomické transformace používají pro transformace polynomické funkce vyšších ád (kvadratické, kubické nebo vyšší) a poet vlícovacích bod je uren stupnm polynomu. Pro kvadratickou transformaci je poteba šesti vlícovacích bod, pro kubickou deseti.

27 4. Poizování prostorových dat V praxi se pro poizování prostorových dat používají dva anglické pojmy, jedná se o data capturing a data acquisition. První pojem se vztahuje k fázi poizování dat pímo z reálného svta, eským ekvivalentem tohoto pojmu je sbr dat. Pojem data acquisition se vztahuje k následné fázi pípravy prostorových dat, kdy jsou sebraná data zpracovávána do formy vhodné pro následné použití. eským ekvivalentem tohoto pojmu je zpracování dat. Ke zpracování dat se vztahuje nkolik pojm popisujících používané postupy a techniky, jsou to: Digitalizace pevod všech podklad (mapy, fotografie, schémata, tabulky, grafy apod.) do digitální podoby Georeferencování piazení údaj o poloze. V ideálním pípad jde o urení souadnic. Mže jít také o nepímé piazení údaj o poloze formou adresy, íslem parcely, názvem obce. Píklad Jednu sadu dat lze georeferencovat rzným zpsobem. Napíklad digitální fotografii lze georeferencovat souadnicí místa, kde byla poízena, souadnicí vyfotografovaného objektu nebo mže být za data na fotografii považovány hodnoty barev v jednotlivých pocelech, potom je georeferencování provedeno formou urení velikosti pixelu, smr os x a y a souadnic levého dolního pixelu. Sbrem dat se zabývá z velké ásti klasický vdní obor geodézie. Úelem geodézie je sbr prostorových dat mením v terénu. Jádrem geodetických mení jsou postupy umožující urování vzájemné polohy dvou vzájemn viditelných míst zemského povrchu. Sérií takových mení je možné zaznamenat údaje o prostorových jevech. Z výše zmínného textu je patrné, že geodetickými meními lze získat pouze relativní souadnice mených míst. Pro georeferencování je tedy nutná znalost absolutních souadnic alespo jednoho zameného místa. Navíc je zde patrné riziko kumulování chyb mení. Z tohoto dvodu je nutná vysoká pesnost mících aparatur a rovnž pelivost jejich obsluhy, aby kumulované chyby mení neznehodnotily výsledky mení. Výhodou mických dat je to, že jsou z principu vektorová. Geodézie je samostatná a pomrn rozsáhlá vdní disciplína a nebude zde dále detailnji rozebírána. Na pomezí této vdy se však vyskytují nové moderní geoinformaní technologie zamené na získávání prostorových dat, které v souasnosti nacházejí stále vtší uplatnní. Jedná se o: Dálkový przkum Zem (DPZ), Globální družicové polohovací systémy (GPS).

28 4.1. Dálkový przkum Zem Dálkový przkum Zem (DPZ) se zabývá získáváním a interpretací informací o objektech, jevech a procesech reálného svta bez pímého kontaktu s nimi. Využívají se pi tom zaízení (senzory) snímající elektromagnetické záení z rzných ásti vlnového spektra. Nosii tchto zaízení bývají obvykle letadla nebo umlé družice Zem. Nejastji se pracuje s vlnovými délkami záení, které jsou pouze minimáln pohlcovány zemskou atmosférou (atmosférická okna), jedná se o: viditelné (svtelné) záení, infraervené (tepelné) záení, mikrovlnné záení. Princip DPZ spoívá ve skutenosti, že objekty a jevy na Zemi a v atmosfée njakým zpsobem interagují z elektromagnetickým záením. Toto záení lze zachytit, zaznamenat a dále zpracovat. Získané informace je možné využít v celé ad aplikací. Poínaje tvorbou a aktualizací map, pes vojenské zpravodajství až po pedpovídání poasí. Zdrojem elektromagnetického záení mže být Slunce, Zem (infraervené záení) nebo jiné objekty a snímací zaízení je pouze snímá, pak se hovoí o pasivním snímai. Pokud snímací zaízení aktivn vysílá elektromagnetické záení, pak se hovoí o aktivním snímai. Typy senzor pro DPZ Podle zdroje odraženého elektromagnetického záení a podle interakce se zemským povrchem se souasné systémy DPZ dlí na: senzory odraženého sluneního záení, senzory tepelného infraerveného záení, radarové senzory, laserové senzory. Senzory odraženého sluneního jsou nejastjšími prostedky DPZ. Zachycují odražené slunení záení ve vlnových pásmech viditelného svtla a sousedních vlnových pásem (ultrafialové, blízké a stední infraervené). Tyto systémy jsou schopny podle pohlcených resp. odražených vlnových délek záení odlišit rzné materiály. Experimenty v této oblasti prokázaly, že napíklad vodní hladinu lze rozeznat podle toho, že pln pohlcuje veškeré infraervené záení. Podle míry zakalení vody lze urovat její hloubku až do cca 50 metr pomocí odraz modrozeleného svtla. Zelená vegetace se zase projevuje tak, že velice dobe pohlcuje viditelné záení, odráží blízké infraervené záení a opt pohlcuje stední infraervené záení. Zvýšení odrazivosti stedního infraerveného záení detekuje, i okem nepozorovatelné, poškození porostu. Obdobn lze sledovat jiné souásti krajiny. Podmínkou je znalost jejich specifického vlivu na detekované záení.