ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA APLIKOVANÝCH VĚD Využití moderních metod pro tvorbu map pro orientační běh BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Jakub Šilhavý jaro 2007
Prohlášení Prohlašuji, že tato bakalářská práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Vedoucí práce: Ing. Karel Jedlička ii
Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat vedoucímu bakalářské práce Ing. Karlu Jedličkovi za metodické vedení a věcné připomínky při zpracování diplomové práce. Velké poděkování patří také celé mojí rodině za podporu nejen při zpracování této práce, ale i během celého studia. iii
Abstrakt Práce určuje metodický postup digitální tvorby mapy pro orientační běh. Zabývá se výběrem, zhotovením a použitím mapových podkladů, způsobem digitálního sběru dat a jejich konverzí do výsledného formátu. Práce z technologického hlediska využívá program ArcPad a datový formát Shapefile (sběr dat), datový formát DXF (pomocný formát pro konverzi) a kartografický program OCAD (zhotovení výsledné mapy). Klíčová slova Mapa pro orientační běh; mobilní GIS; mapování; ArcPad; OCAD. Abstract The bachelor thesis defines the methodical procedure of the digital creation of map for orienteering. It concerns with selection, creation and using of the map foundations, the manner of digital data collection and data conversion to finally data format. The thesis is based on software ArcPad and data format Shapefile (data collection), data format DXF (auxiliary format for conversion) and cartographic program OCAD (completing map). Keywords Map for orienteering; mobile GIS; ArcPad; mapping; OCAD. iv
Obsah 1 Úvod - Využitelné a využívané technologie...................... 1 1.1 Klasická metoda.................................... 1 1.2 Digitální řešení.................................... 1 1.2.1 Vybavení.................................... 1 2 Příprava mapových podkladů.............................. 3 2.1 Dostupné podklady.................................. 3 2.2 Z teorie......................................... 3 2.2.1 Souřadnicové systémy............................ 4 2.2.2 Magnetický sever............................... 4 2.3 OCAD......................................... 5 2.3.1 Práce se symboly............................... 6 2.3.2 Import DXF.................................. 7 2.3.3 Načtení předlohy............................... 10 2.4 ArcPad......................................... 12 2.4.1 Příprava před mapováním......................... 12 2.4.2 Tvorba formulářů pro sběr dat....................... 13 2.4.3 Tvorba symbologie pro ArcPad....................... 16 3 Terénní mapování a zpracování naměřených dat................... 19 3.1 Práce s ArcPad v terénu............................... 19 3.1.1 Sběr dat.................................... 19 3.1.2 Specifika digitálního sběru dat....................... 20 3.2 Zpracování sebraných dat v PC........................... 23 3.2.1 Konverze SHP do DXF............................ 24 3.2.2 Tvorba vlastního programu v jazyce Python............... 25 3.2.3 Použití programu Úpravce DXF...................... 28 3.2.4 Import SHP.................................. 29 3.2.5 Specifika digitálního zpracování dat.................... 31 4 Možnosti šíření digitální mapy.............................. 32 4.1 Rastrové formáty................................... 32 4.2 Vektorové formáty.................................. 33 4.3 Speciální formáty................................... 33 5 Závěr............................................. 35 5.1 Porovnání klasických a moderních metod tvorby mapy............. 35 5.2 Použité technologie.................................. 36 Seznam použitých zdrojů a literatury............................. 38 A Přiložené soubory..................................... 39 v
Kapitola 1 Úvod - Využitelné a využívané technologie Mapa pro orientační běh vzniká ve většině případů novým mapováním. Práce si klade za cíl vytvořit metodiku tvorby mapy pro orientační běh výhradně digitální cestou. Je snahou dosáhnout výsledku s co nejnižšími náklady. Řešení se proto zakládá na volně dostupném software a mezi orientačními běžci rozšířeném kartografickém programu OCAD 8 Standard. Zároveň práce nabízí pohled na použití verze OCAD 9 Professional a na usnadnění a možnosti z toho plynoucí. Po dokončení tvorby mapy se práce zaměří na její publikaci v šiřitelných digitálních formátech. 1.1 Klasická metoda Tato metoda je běžně používanou a není k ní zapotřebí zvláštního vybavení. K vytvoření mapy je zapotřebí vytisknout mapové podklady, přelepit je průsvitnou fólií s obkreslenou souřadnicovou sítí, nalepit na tvrdé desky, s pomocí buzoly, krokování a odhadu zakreslovat skutečnost barevnými pentelkami na onu fólii a ručně tak tvořit mapový podklad, který po naskenování poslouží jako předloha pro překreslení v software OCAD v hotovou mapu. Podrobný popis klasické metody naleznete na stránkách <http://tvorbamap.shocart. cz/>. 1.2 Digitální řešení S rozvojem mobilních technologií (a hlavně s jejich větší dostupností široké veřejnosti) jako jsou GPS (Global Positioning System), PDA (Personal Digital Assistant), software pro mobilní GIS (Geographic Information System), se nabízí možnost tvořit digitální podobu mapy již v terénu. Odpadají tak nedostatky klasické metody, kterými jsou časová náročnost a větší náchylnost k chybám. Princip a použití této metody přiblížím v následujících odstavcích bakalářské práce. 1.2.1 Vybavení Mezi vybavení do terénu patří PDA s nainstalovaným speciálním software pro mobilní GIS, může jím být ArcPad od firmy ESRI (<www.esri.com/arcpad>) [4], TerraSync od firmy Trimble (<http://www.geotronics.cz/gis/gis-sw-terr.htm>) a jiné. Dále sem patří GPS přijímač, ten může být přímo součástí PDA nebo mohou být obě zařízení 1
1.2. DIGITÁLNÍ ŘEŠENÍ spojeny např. přes bluethooth 1. Pro zpracování naměřených dat v kanceláři využijeme PC či notebook s kartografickým programem. Pro kreslení map pro orientační běh se nabízí software OCAD. V rámci bakalářské práce bylo prováděno měření v konfiguraci PDA Fujitsu Siemens s nainstalovaným operačním systémem Windows CE a software ArcPad 7.0 spojeného přes bluethooth s mobilním přijímačem GPS. Zpracování v kanceláři proběhlo v programu OCAD ve verzích 8 Standard [19] a 9 Professional [16]. Metody jsou popsány pro obě verze. Co se týká programu ArcPad, je volně ke stažení na stránkách ESRI (<http://www. esri.com/software/arcgis/arcpad/download.html>) v plně funkční verzi, kterou lze provozovat v 20 minutových intervalech. OCAD 9 je zdarma jen v omezené verzi Standard na stránkách (<http://www.ocad.com/en/downloads.htm>), ta je ovšem omezena maximálním počtem 500 nakreslených objektů a nepovoluje ukládání. 1. bezdrátový protokol pro bezdrátovou komunikaci elektronických zařízeních 2
Kapitola 2 Příprava mapových podkladů Před samotným mapováním věnujeme čas přípravě mapových podkladů. To znamená seženeme dostupné podklady a přizpůsobíme je pro práci v programech OCAD a ArcPad. Tím získáme vše potřebné pro samotné mapování. 2.1 Dostupné podklady Je sice možné začít mapovat "na zelené louce", ale vhodné podklady nám poskytnou cenný zdroj informací a mohou ulehčit spoustu práce. Při výběru podkladů se zaměříme na jejich datový formát, dostupnost a způsob použití. Technicky si podklady rozdělíme na vektorové a rastrové. Příkladem vektorových podkladů je výškopis v podobě vrstevnic dostupný za úplatu z GEOPORTÁLU Zeměměřického úřadu <http://geoportal.cuzk.cz/> ve formátu DXF (Data exchange Format). Vrstevnice mají interval E = 5 m (2 m pro rovinná území) a jsou přímo použitelné pro naší mapu. Podobně si můžeme opatřit i vektorový polohopis, zdrojem nám bude opět GEOPORTÁL Zeměměřického úřadu a formát DXF. Vzhledem ke speciálnímu obsahu mapy pro orientační běh polohopis využijeme spíše pro kontrolu. Formát DXF je snadno importovatelný do software OCAD. Při digitálním mapování se setkáme s dalším vektorovým formátem SHP (ESRI Shapefile). V něm budou ukládány výsledky našeho mapování, ty můžeme také považovat za mapové podklady pro další práci. Import SHP je popsán v 3.2.4. Z rastrových podkladů použijeme ortofoto (pravoúhlý průmět terénu) naší zájmové lokality. Jako zdroj můžeme použít Portál veřejné správy <http://geoportal.cenia. cz/>. Zde si opatříme rastrový soubor ve formátu BMP, JPEG, GIF nebo TIFF spolu s lokalizačním souborem (world file). Ortofoto lze načíst do obou programů OCAD i ArcPad, v kanceláři poslouží spolu s polohopisem pro kontrolu a v terénu poskytne mapaři komplexní přehled o mapovaném území. Načtení rastru je díky lokalizačnímu souboru stejně snadné jako v případě načtení DXF. Velmi dobrým zdrojem informací jsou také starší mapy pro orientační běh. Jejím naskenováním dostáváme rastr bez lokalizačního souboru, který se načítá trochu odlišným způsobem (viz 2.3.3). 2.2 Z teorie Před začátkem tvorby mapy je dobré vědět něco málo teorie o souřadnicových systémech, se kterými se pracuje a o jejich vztahu k mapám pro orientační běh. 3
2.2. Z TEORIE 2.2.1 Souřadnicové systémy Nejpoužívanějším souřadnicovým systémem civilního mapování pro Českou republiku je Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální (S-JTSK). Nové mapy vznikají výhradně v něm, tedy i všechny dostupné digitální mapové podklady, které pro tvorbu mapy pro orientační běh využijeme. Obrázek 2.1: Souřadnicová sít S-JTSK U S-JTSK zaujímá osa X směr zeměpisného poledníku procházejícího počátkem souřadnicového systému (23 50 východní délky). Kladná osa X směřuje na jih. Souřadnicové sítě na mapách nesměřují k zeměpisnému severu, ale jsou vůči němu natočeny o hodnotu meridiánové konvergence. Je to úhel mezi zeměpisným poledníkem a rovnoběžkou s osou X v daném místě (viz obr. 2.1). [18] 2.2.2 Magnetický sever Na mapách bývá uveden zeměpisný sever a někdy i místní magnetická deklinace a její roční změna. Magnetická deklinace je úhel mezi směrem, který ukazuje střelka magnetického kompasu v daném místě, a zeměpisným severem. Mění se v závislosti na daném místě a čase (viz obr. 2.2). Magnetický sever S M mění polohu vůči zeměpisnému severu S Z po elipse. [18] U mapy pro orientační běh ale vyžadujeme orientaci k magnetickému severu. Tedy po zhotovení mapy v S-JTSK je potřeba pravoúhlou čtvercovou sít souřadnicového systému mapy natočit. Jediným spolehlivým řešením, jak zjistit správný úhel, je vypravit se ho změřit přímo do terénu. Vytipujte si na podkladu nějakou jasnou přímou linii, silnici, průsek, případně dvojici 4
2.3. OCAD Obrázek 2.2: Magnetický sever S M a zeměpisný sever S Z jasných navzájem viditelných bodů (budov) zakreslených jasně i na mapě. Nehodí se železnice, elektrické vedení a podobné magneticky podezřelé objekty. Změřte azimut této linie v terénu a ten naneste do mapy od této linie proti směru hodinových ručiček. Tím jste narýsovali směr na magnetický sever. Měření opakujte vícekrát a i na více místech v terénu. Průměrem změřených směrů získáte výsledný magnetický sever na svém podkladu (viz obr. 2.3). [15] Mapu natočíme v programu OCAD příkazem Rotate map z nástrojové nabídky Extras. Velikost úhlu zadáme ve stupních, přičemž kladná hodnota natočí data proti směru hodinových ručiček. Volbu Rotate symbols orientated to north odškrtneme, nebot symboly orientované k severu natáčet nechceme. Více o natočení mapových podkladů v [15]. 2.3 OCAD Sehnané mapové podklady v různých formátech čekají na zpracování v programu OCAD. Nejprve si však opatříme základní stavební kámen každé orientační mapy, mapový klíč ISOM 2000 (International Specification for Orienteering Maps) podle [1]. Jedná se o OCD soubor obsahující značkový klíč se všemi přípustnými symboly. Nalezneme ho v instalačním adresáři programu OCAD v podadresáři Symbol pod názvem Orienteering Map 15 000.ocd. 5
2.3. OCAD Obrázek 2.3: Měření směru na magnetický sever 2.3.1 Práce se symboly Načtení mapového klíče ISOM 2000 provedeme při vytváření nového souboru zvolením Orienteering Map 15 000.ocd v nabídce Load symbols from po zvolení typu mapy Normal map. Mapové soubory pro verzi 8 i 9 jsou připraveny v příloze A (ocad8_15000.ocd, ocad9_15000.ocd). Aby bylo možné s jednotlivými vektorovými daty lépe pracovat je třeba, aby byla na sobě nezávislá. Toho v software OCAD docílíme pomocí symbolů 1. Symbol lze vytvořit příkazem New... z menu Symbol. Dále zvolíme typ symbolu, nastavíme číslo, popis, barvu, šířku čáry a nakonec vytvoříme ikonu symbolu (viz obr. 2.4). 6
2.3. OCAD Obrázek 2.4: OCAD - Vytvoření nového symbolu 2.3.2 Import DXF Podkladová polohopisná a výškopisná data máme připravena ve formátu DXF. Stejně tak i data pořízená při terénním měření získáme konverzí v tomto formátu. Vektorový formát DXF lze importovat do programu OCAD. Pro všechny druhy importů slouží nabídka File - Import... a vybrání příslušného souboru na disku. Při volbě souboru DXF se objeví nabídka Import DXF file (viz obr. 2.5). Pole DXF size udává informaci o rozsahu souřadnic v DXF souboru. Další nabídka Offset se týká posunu středu importovaných souřadnic vůči počátku souřadnicového systému, který software OCAD používá 2. Zde je také možné data natočit o určitý úhel (Angle), velikost úhlu se zadává ve stupních, přičemž kladná hodnota natočí data proti směru hodinových ručiček. Do položky Map scale se zadává měřítko vytvářené mapy. Při importu prvního DXF souboru vytvoříme New offset (hodnoty se načtou automaticky z DXF souboru) a ostatní DXF soubory importujeme do již existujícího offsetu (volba Existing offset and angle). V nabídce Coordinates nastavíme jak mají být souřadnice z DXF souboru in- 1. v jiných programech též známé jako vrstvy nebo hladiny. 2. standardní pracovní plocha pro OCAD má střed souřadnic v (0,0). Vámi importovaná data mají souřadnice v jiném souřadnicovém systému (předp. S-JTSK) kde se hodnoty v obou osách pohybují ve stovkách tisíc metrů. Tedy jde o to nastavit střed pracovní plochy programu OCAD do středu importovaného území. 7
2.3. OCAD Obrázek 2.5: OCAD - Import vektorových dat DXF terpretovány. Volbu GIS (1 meter/unit) vybereme, pokud jsou data již v reálném souřadnicovém systému (S-JTSK), kde 1 jednotka v DXF souboru odpovídá 1 metru ve skutečnosti. V jiném případě volíme Other, kde hodnotu odpovídající jedné jednotce nastavíme ručně v mm. CRT (Cross reference files) Důležitou funkcí importu DXF je možnost automaticky přiřadit jednotlivým vektorovým objektům symboly z mapového klíče. K tomu slouží tlačítko CRT... v nabídce importu DXF souboru. Jeho prostřednictvím načteme soubor typu CRT obsahující vazby mezi vrstvou DXF souboru a OCAD symbolu (viz příklad 2.3.1). Při importu software OCAD každé vrstvě DXF souboru obsažené v CRT tabulce přiřadí odpovídající symbol, tj. mapovou značku. 504.0 c1 505.0 c2 506.0 c3 507.0 c4 504.0 504 Silnicka 505.0 505 Vozova cesta 506.0 506 Pesi cesta 507.0 507 Pesina Příklad 2.3.1: Různé struktury CRT souboru Přiřazení lze provést i po importu příkazem Convert layers... z nástrojové lišty Extras. Musíme ale mít na paměti, že program OCAD ve verzi 8 Standard zkrátí jména DXF vrstev 8
2.3. OCAD na 15 znaků. To znemožní přiřazení symbolů po importu pomocí připravené tabulky CRT přibližně u dvou třetin symbolů z mapového klíče ISOM 2000. Ve verzi 8 Standard proto přiřazení provádíme výhradně při importu. Vztahy mezi ISOM 2000 a tabulkami DBF, CRT a CNT Stejně jako mapař mapující klasickou metodou i mapař používající moderní digitální metodu vychází z mapového klíče ISOM 2000. Ten nabývá pro konkrétní použití v různých aplikacích různých digitálních podob, tj. formátů. V software OCAD je reprezentován množinou symbolů uložených ve formátu OCD. Na prvcích této množiny závisí konečný vzhled mapy, proto z ní vycházíme při dalším zpracování. Odlišnosti mezi normou ISOM 2000 a její implementací v software OCAD jsou popsány v souboru ocad_vs_isom.txt umístěném v příloze A. Soubory CRT a CNT jsou si svým charakterem velice podobné. Oba slouží k automatickému přiřazení symbolů importovaným datům v prostředí software OCAD. Soubor CRT určuje vazby mezi vrstvami DXF formátu a OCD symboly, soubor CNT zase vazby mezi hodnotami atributových polí formátu SHP a OCD symboly. Pojítkem mezi klíčem ISOM 2000 integrovaným v programu OCAD a CRT (resp. CNT) formátem je databázový formát DBF. V tomto formátu jsem vytvořil soubor isom2000.dbf obsahující všechny použitelné mapové značky. Má následující strukturu. První sloupec tabulky (první pole databáze) označený názvem CISLO obsahuje kódové označení symbolu v software OCAD (shodné s kódem mapové značky v ISOM 2000, např. 205.0) a v druhém sloupci s názvem POPIS se nachází úplný název symbolu (např. 205 Jeskyne 3 ) viz tabulka 2.1. CISLO POPIS 205.0 205 Jeskyne 206.0 206 Balvan Tabulka 2.1: Struktura vytvořeného DBF souboru isom2000.dbf Tento soubor je používán formulářem pro sběr dat v software ArcPad (viz 3.1.1), zde se uplatní druhý sloupec. Oba sloupce jsou potřeba v programu Úpravce DXF při generování formátů CRT a CNT z této DBF databáze (viz 3.2.2). Z výše uvedených vztahů vyplývá, pokud dojde ke změně výchozí množiny OCD symbolů (přidání nového symbolu), musí se stejná změna provést i v databázi DBF. Aktuální soubory CRT a CNT jsou pak vygenerovány programem Úpravce DXF. Databáze DBF pro mapový klíč ISOM 2000 je připravena v příloze A (isom2000.dbf) i se soubory CRT (isom2000.crt) a CNT (isom2000.cnt). Pozn.: Import shapefile je popsán v 3.2.4. 3. České názvy symbolů jsou převzaty z překladu normy ISOM 2000 [1] a jsou psány bez diakritiky (viz 2.4.2) 9
2.3. OCAD 2.3.3 Načtení předlohy Nyní načteme rastrovou předlohu jako šablonu. Existují dva způsoby jak to provést. Načtení "obyčejného" rastrového obrázku nebo načtení rastru s lokalizačním souborem (referencovaného rastru připojeného do souřadnicového systému (S-JTSK) korektně. Klasické načtení předlohy Tj. načtení rastrového obrázku bez lokalizačního souboru. Předloha se načte doprostřed pracovní plochy software OCAD, takže poloha načtení záleží na úrovni zvětšení, a poloze aktuálního výřezu. V nabídce Template zvolíme Open... a vybereme rastrový obrázek s předlohou. Objeví se dialogové okno s nastavením parametrů otevírané předlohy (viz obr. 2.8). V prvním boxu je informace o rozlišení obrázku. Pokud soubor tuto informaci neobsahuje je nutné nastavit v jakém rozlišení byl obrázek naskenován. Dále je zde možné nastavit měřítko předlohy, úhel natočení šablony a měřítko vytvářené mapy. Na těchto údajích záleží velikost a natočení předlohy při načtení, pokud je neznáme můžeme rastr načíst s implicitními hodnotami a vše přenechat adjustaci předlohy. Pozn.: Ve verzi OCAD 9 Professional se předloha otevírá z nástrojové nabídky Background map. Obrázek 2.6: OCAD - Adjustace předlohy Adjustace předlohy Nesouhlasí-li rastr s vektorovými podklady, je ho zapotřebí přizpůsobit (adjustovat). K tomu je vhodné použít vektorový podklad polohopisu. Před tímto krokem je vhodné vypnout zobrazení (hide) symbolu výškopisu k větší přehlednosti při adjustaci. V rastrovém podkladě a v polohopise najdeme minimálně tři shodné a zřetelné body co nejdále od sebe, tvořící konvexní obálku zájmového území. Volbou Template - Adjust (F9) určíme tyto body nejprve na rastru a posléze v polohopise. Při adjustaci se vyhněte okrajům lesních porostů a 10
2.3. OCAD vysokých budov, mohou zkreslovat. Po dokončení výběru bodů OCAD rastr natočí a upraví měřítko tak, aby přiléhal na polohopis (viz obr. 2.6). Obrázek 2.7: Afinní transformace [8] K tomu OCAD používá afinní transformaci. Afinní (polynomická prvního řádu) transformace v sobě zahrnuje tři základní operace - posunutí počátku, otočení souřadnicových os o určitý úhel a změnu měřítka. Vychází přitom z předpokladu, že koeficienty charakterizující tyto operace jsou konstantní v celé transformované oblasti. Afinní transformace zavádí odlišnou změnu měřítka ve směru osy x a y. Obrázek 2.7 ukazuje, jak tato transformace může deformovat vstupní data. Je vidět že čtverec se nám vůči počátku souřadnicového systému posunul a pootočil. Navíc se ještě zvětšil a zkosil. Minimálně jsou potřeba 3 dvojice identických bodů. [8] Kvalitu provedené adjustace zkontrolujeme i na ostatních místech mapy. Pokud jiné body či linie v ortofotu nepřiléhají k polohopisu opakujeme adjustaci s více body. Načtení referencovaného rastru Druhou možností je načtení referencovaného rastru tj. načtení rastru s lokalizačním souborem (jde o soubory typu jpw, tfw... tzv. worldfile). Situace je podobná jako při práci s vektorovými daty. Soubor obsahuje souřadnice daného území, tj. je dáno jeho umístění v souřadnicovém systému, a také obsahuje informace o svém měřítku v obou osách (v m/pixel). Dialogová nabídka týkající se offsetu (viz obr. 2.8) je totožná s importem souborů DXF a je popsána výše v 2.3.2. Po načtení se soubor zobrazí v měřítku mapy, správně natočen a na správném místě. Adjustace se tedy nemusí provádět. Tímto máme hotovou konečnou podobu předlohy, která v sobě obsahuje informace o polohopisu, výškopisu a pravoúhlém průmětu terénu (ortofoto). Dostáváme tak ortofoto, které je velmi vhodným podkladem pro tvorbu map pro orientační běh. 11
2.4. ARCPAD Obrázek 2.8: OCAD - Načtení předlohy 2.4 ArcPad 2.4.1 Příprava před mapováním Než vyrazíme s PDA měřit do terénu je vhodné si předem na PC připravit potřebné soubory. Jedná se o soubor ArcPad Map (.apm) a shapefiles (.dbf,.prj,.shp,.shx) pro ukládání naměřených dat. V programu ArcPad založíme novou mapu, v Table of Contents pro nastavení souřadnicového systému klikneme na ikonu Choose Map Projection Definition File, vybereme cestu k souboru S-JTSK Krovak EastNorth.prj. Tento soubor s informacemi o projekci je součástí přílohy A. Postup výběru definice souřadnicového systému je zachycen na obrázku 2.9. Tím zajistíme, že data vstupující z GPS (většinou systém WGS84) budou programem automaticky transformována do systému S-JTSK. Více o práci s S-JTSK v software ArcPad 7 v [21] a [12]. Při vytváření nového shapefile vybereme z roletkového menu Type postupně hodnoty Point, Polyline, Polygon. Program vyžaduje zadat alespoň jedno pole v atributové tabulce. 12
2.4. ARCPAD Obrázek 2.9: ArcPad - Výběr definice souřadnicového systému Tímto atributem budeme při mapování rozlišovat jednotlivé zájmové objekty, zadáme například TYP_PRVKU, TYP_LINIE a TYP_PLOCHY, pro příslušný shapefile. Datový typ ponecháme Text s délkou 50 znaků. Potvrdíme tlačítkem OK a zadáme cestu k uložení shapefile (viz obr. 2.10). Následující dotaz na vytvoření formuláře QuickForm zamítneme, o formulářích se zmiňuji v 2.4.2. [5] V Table of Contents se můžeme přesvědčit, že jsou vytvořené shapefiles načtené a mají povolenou editaci. Zároveň si můžeme načíst připravené předlohy jako je ortofoto pro snazší orientaci v terénu. To se provede tlačítkem Add Layer(s) a vybráním souboru v okně Directory Browser (viz obr. 2.11). U ortofota musíme brát v úvahu menší výkonnost PDA a při jeho přípravě věnovat pozornost zvolení optimálního poměru mezi přesností (rozlišení rastru) a zobrazovací náročností pro PDA (velikost rastru). Je zapotřebí se také dopředu zamyslet nad výběrem atributů pro vkládané prvky s ohledem na srozumitelnost a časovou náročnost zadávání (závisí na konkrétním zařízení PDA). Např. není nutné zadávat celé názvy, místo "pěší cesta" postačí c3 - posloupnost cest od c1 (silnička) do c5 (průsek). Této symbologie je zapotřebí se držet po celou dobu mapování, využije se pak pro automatické zpracování. Pokud použijeme připravené formuláře, symbologii obstará databázový soubor DBF (viz 2.3.2) V příloze A je připraven mapový soubor ArcPad.apm a shapefiles pro body, linie i plochy. 2.4.2 Tvorba formulářů pro sběr dat Ke sběru dat je možné přistoupit dvěma způsoby. První je použít program ArcPad ve standardní, nezměněné podobě. A v druhém případě můžeme drobnými úpravami dosáhnout zjednodušení práce pro konkrétní účel, v našem případě pro mapování mapy pro orientační 13
2.4. ARCPAD Obrázek 2.10: ArcPad - Založení nového shapefile běh. Vyjdeme z toho, že mapovaným objektům (mapovým značkám) přiřazujeme atributy podle závazného mapového klíče ISOM 2000. Tato mezinárodní norma vstupuje v platnost dnem 1. 1. 2001, zcela nahrazuje stávající normu a pro všechny mapy pro orientační běh vydané po tomto datu je závazná. Je zejména nepřípustné na závodních mapách používat značky, které nejsou v této normě obsaženy. ISOM 2000 [1] Z citace vyplývá, že při mapování vystačíme s předem danými mapovými značkami. Mohou nastat případy, kdy potřebujeme pro věrné zachycení skutečnosti symbol neobsažený v normě ISOM 2000, nebo naopak některé symboly definované v normě nejsou zavedeny v programu OCAD. O tom svědčí drobné rozpory mezi normou a její implementací v programu OCAD. Jako závaznou jsem vzal právě množinu symbolů ze souboru Orienteering Map 15 000.ocd. Rozdíly jsem popsal v souboru ocad_vs_isom.txt obsaženém v příloze A. Jako příklad uvádím symbol nedefinovaný v normě - 526.1 Mala budova, ale obsažený v programu OCAD jako doplněk symbolu 526 Budova. Naším cílem je vytvoření formuláře, který nám po zadání geometrie prvku umožní vybrat mapovou značku ze seznamu přípustných hodnot a tuto hodnotu uložit do jeho atributové tabulky. 14
2.4. ARCPAD Obrázek 2.11: ArcPad - Načtení vrstev Tvorbu formulářů provedeme v programu ArcPad Application Builder od firmy ESRI <http://www.esri.com/software/arcgis/arcpad-appbldr/index.html> [6]. Formulář je asociován ke konkrétnímu shapefile, zapisuje se do stejnojmenného souboru s příponou apl. Lze ho editovat i v textovém editoru. Příkazy jsou psány jazykem ArcPad XML, případné skripty v jazyce VBScript nebo JScript. Vytvoříme tři formuláře, každý pro jeden připravený shapefile (body, linie, plochy). Obsahově i funkčně budou všechny tři formuláře stejné, omezím se na popis formuláře pro body.shp. Ze startovací nabídky programu ArcPad Application Builder (jinak též ArcPad Studio) zvolíme New layer definition project pro soubor body.shp ke konfiguraci souboru body.apl, který mimo jiné obsahuje informace o použitých formulářích. V několika následujících krocích intuitivního průvodce (Form Wizard) nastavíme rozměry formuláře podle typu výstupního zařízení na 130x130px pro obrazovku 1/4 VGA 240x320 (Pocket PC) a počet stránek formuláře ponecháme na jedné standardní (Page Tabs). Druhy a polohu ovládacích prvků formuláře pro editaci (tzv. EDIT FORM) navolíme jednoduchým způsobem výběrem z palety ovládacích prvků (Control Palette) pomocí tažení myší. Pro naše účely postačí jeden prvek pro popis (Label) a jeden pro výběr s možností editace (ComboBox). Ve vlastnostech comboboxu na stránce General v položce Field určíme název pole z atributové tabulky shapefile body.shp, do kterého se zvolená hodnota zapíše. V našem případě máme jedinou volbu TYP_PRVKU. Proto zaškrtneme políčko Required, aby uživatel byl povinen tento jediný atribut vyplnit. V záložce List Values propojíme combobox se sloupcem z předem vytvořené databázové tabulky isom2000.dbf, která obsahuje mapové značky podle normy ISOM 2000 [1] s jejich číselným označením (např. 309 Neprekonatelna bazina). Názvy mapových značek v českém překladu normy obsahují českou diakritiku. Sladit kódování souboru DBF, aby byl správně interpretován v programech ArcPad i OCAD se mi nepodařilo. Bez újmy na srozumitelnosti jsem proto použil názvy mapových značek bez diakritiky. Tvorba je znázorněna na obrázku 2.12. Více o databázi DBF a mapovém klíči ISOM 2000 v 2.3.2. Použití formulářů při sběru dat je popsáno v 3.1.1. [7] Se software ArcPad Application Builder lze pracovat pouze se zakoupenou licencí. Na 15
2.4. ARCPAD Obrázek 2.12: ArcPad Studio - Tvorba formuláře druhou stranu soubory vytvořené v tomto programu je možné editovat v textovém editoru. Se znalostí jazyka ArcPad XML se tedy obejdeme i bez tohoto komerčního programu. Například budeme-li potřebovat jednou vytvořený formulář pro sběr dat propojit s jiným databázovým souborem DBF (pro případ použití jiného mapového klíče, např. ISSOM2005), upravíme parametr listtable elementu COMBOBOX v souboru body.apl na hodnotu issom2005.dbf. Tím dosáhneme propojení formuláře souboru body.shp s tabulkou issom2005.dbf. Soubory apl pro body, linie a plochy s definicí formulářů naleznete v příloze A (body. apl, linie.apl, plochy.apl). Inspirací k vytvoření formulářů mi poskytla publikace [11] 2.4.3 Tvorba symbologie pro ArcPad Jak je patrné z obrázku 2.13, vizualizace dat bez použití symbologie je velice nepřehledná. ArcPad proto umožňuje prvkům přiřadit různé symboly. Podle hodnot atributů vybraného pole atributové tabulky program určí způsob zobrazení prvků. Použití symbologie nemění geometrii sebraných dat a výrazně nám pomáhá při jejich sběru. Symbologii je možné vytvářet několika způsoby. V programu ArcMap od firmy ESRI nám poslouží nástroj Symbol Property Editor, kde tvoříme symboly v grafickém prostředí s náhledem. Propojení se software ArcPad obstará funkce Get data for ArcPad7. Další možností pro tvorbu symbologie je využít přímo programu ArcPad. Ve vlastnostech shapefile se nachází záložka Symbology, kde lze navolit jednoduché symboly pro data. Nechcemeli využít komerční program ArcMap a nestačí-li nám jednoduchá symbologie nastavitelná v programu ArcPad, zvolíme možnost vytváření symbolů v jazyce ArcPad XML. 16
2.4. ARCPAD Obrázek 2.13: ArcPad - Význam symbologie Symbologii mapového klíc e ISOM 2000 pro software ArcMap vytvor il ve své diplomové práci [13] Jakub Jirka. Ve tšina složite jších symbolu, po pr evedení dat do formátu programu ArcPad, ale byla automaticky zjednodušena. Vygenerované soubory apl spolu s kapitolou ArcPad XML Reference nápove dy software ArcPad Application Builder [6] mi pomohly vytvor it v jazyce ArcPad XML symboly pro každý prvek klíc e ISOM 2000 vhodné pro program ArcPad. ArcPad zapisuje informace o symbologii do souboru s pr íponou apl, zmíne ných v 2.4.2 pr i tvorbe formulár u. Jak je vide t z pr íkladu 2.4.1 definice symbolu je obalena tagem SYMBOLOGY. U elementu VALUEMAPRENDERER je du ležitý parametr lookupfield, kterým urc íme pole atributové tabulky, jehož hodnoty chceme symbolizovat. Mezi tagy EXACT definujeme vzhled symbolu pro hodnotu urc enou v parametru value. V pr íkladu je uveden symbol 409 PODROST: OBTIZNY BEH (viz obr. 2.14). Jedná se o plošný objekt skládající se z podkladové bílé plochy (není nutno definovat) vyplne nou svislými zelenými liniemi. 17
2.4. ARCPAD Obrázek 2.14: ArcPad - Zobrazení symbologie - symbol 409 <SYMBOLOGY> <VALUEMAPRENDERER lookupfield="typ_plochy"> <EXACT value="409 PODROST: OBTIZNY BEH" label="4090"> <COMPLEXPOLYGONSYMBOL filltype="line" outlinetype="null"> <LINEFILL angle="90"> <SIMPLELINESYMBOL color="67,225,26" width="2"/> </LINEFILL> </COMPLEXPOLYGONSYMBOL> </EXACT> <EXACT>... </EXACT> </VALUEMAPRENDERER> </SYMBOLOGY> Příklad 2.4.1: Tvorba symbologie v ArcPad XML - symbol 409 Struktura je snadno patrná z ukázky. Složité symboly lze poskládat bohatými kombinacemi jednoduchých bodových, liniových a plošných symbolů. Při definování vzhledu 113 symbolů mapového klíče ISOM 2000 pro software ArcPad jsem musel akceptovat omezení daná jeho jednodušší symbologií. Účelu použití symbologie to však zcela vyhovuje. Ukazuje to obrázek 2.13, který zachycuje nejprve data se standardní symbologií a se symbologií podle ISOM 2000 v programu ArcPAd. Pro srovnání je uveden i výsledný vzhled dat v programu OCAD. Soubory apl pro body, linie a plochy s definicí symbologie naleznete v příloze A (body.apl, linie.apl, plochy.apl). 18
Kapitola 3 Terénní mapování a zpracování naměřených dat V této fázi máme připravený soubor programu OCAD s mapovým klíčem ISOM 2000, importovanými vektorovými podklady a načtenou předlohou. Jsme hotovi s přípravou souboru programu ArcPad, máme nastavený souřadnicový systém, načtené shapefiles pro ukládání dat, nachystané formuláře pro zadávání atributů a definovanou symbologii pro zobrazení naměřených dat. Nezbývá nám něž terén zmapovat a ze sebraných dat zhotovit výslednou mapu. 3.1 Práce s ArcPad v terénu 3.1.1 Sběr dat Pro zajištění spojení PDA s GPS stačí v menu GPS v prostředí ArcPad zvolit položku GPS Activate. Ujistíme se, že v GPS Preferences v záložce GPS Datum je nastaven souřadnicový systém, s kterým pracuje náš GPS přijímač (viz obr. 3.1). V našem případě se jedná o WGS84. Otevřeme připravený soubor ArcPad.apm a můžeme mapovat. Na začátku je vhodné zvolit metodiku mapování, aby práce nebyla chaotická. Doporučuji nejprve zmapováním sítě cest rozdělit zájmové území na menší celky a v nich se postupně zabývat detaily. Je to ostatně obdobný princip jako u klasické metody. viz [15]. Podrobný návod nastavení GPS v prostředí ArcPad naleznete v [21]. Obrázek 3.1: ArcPad - Nastavení GPS Anténa GPS musí být nošena nezakryta pro co nejlepší signál přijímače. Mně osobně se osvědčil způsob externí antény připevněné na kšiltu čepice. Postup sbírání bodů je následu- 19
3.1. PRÁCE S ARCPAD V TERÉNU jící - postavíme se s anténou na zájmové místo, v programu ArcPad zvolíme tlačítko Capture Point, v následném okně zadáme hodnotu atributu právě mapovaného bodu dle předem určené symbologie viz 2.4.1. Poté, co sebereme všechny body týkající se jednoho objektu (např. začátek, lomové body, body křížení a konec cesty), přepneme se do režimu editace Polyline a spojením bodů cestu nakreslíme a zadáme příslušný atribut. Pro přesnější a snadnější práci zaškrtneme v Table of Contents v záložce Snapping políčko Vertex u vrstvy body.shp. Zapnuli jsme tzv. "snappování", neboli přichytávání na uzlové body vrstvy body.shp. Nacházíli se bod této vrstvy od našeho kliknutí ve vzdálenosti menší než je nastavená hodnota Snapping Tolerance, program automaticky použije tento bod. Toho využijeme zejména při vytváření nových prvků a editaci. Problém může nastat, jsou-li dva body ve vzdálenosti menší než tato hodnota. Program pak preferuje později zadaný bod. V tomto případě změníme hodnotu Snapping Tolerance v nabídce Map Properties. Obdobně postupujeme i u polygonů. Sběr dat je znázorněn na obrázku 3.2. Obrázek 3.2: ArcPad - Sběr dat V případě přizpůsobeného programu ArcPad nám formuláře zjednoduší práci se zadáváním atributů. Namísto standardního dialogu se objeví formulář vytvořený v kapitole 2.4.2, kde pouhým výběrem z nabízených hodnot atribut přiřadíme (viz obr. 3.3). 3.1.2 Specifika digitálního sběru dat Výše popsaným způsobem je možné zmapovat celé zájmové území, můžeme však narazit na některé problémy. Nabízí se otázka jak řešit mapové značky, které nejsou dány jedním 20
3.1. PRÁCE S ARCPAD V TERÉNU Obrázek 3.3: ArcPad - Upravený formulář pro sběr dat symbolem, např. zarostlá paseka, která se skládá ze symbolu paseky překryté značkou podrostu. V takovém případě jednoduše nakreslíme dva polygony přes sebe s odlišnou hodnotou atributu, přičemž prvně kreslíme spodní symbol, tedy paseku. Otázku jak nakreslit sráz, kamenný sráz, plot a podobné symboly, aby směr srázu nebo vnitřek plotu byl správně orientován, řeší tzv. princip okřídlené hrany. Linie má definovaný počátek a konec a tím danou levou a pravou stranu. OCAD kreslí zmíněné šrafy (např. směr srázu, vnitřek plotu) na pravou stranu linie. Takže stačí při sběru dat v programu ArcPad zadat body linie v požadovaném pořadí a OCAD překreslí symbol korektně. Někdy je výhodné nakreslit liniový symbol jako polygon, například symboly značící ohraničení ploch 301.1 Jezero: hraniční linie, 416.0 Výrazná hranice porostu a jim podobné. OCAD dokáže zpracovat plošné shapefile s atributy liniových znaků správně. Problém může nastat v symbologii v programu ArcPad, když pro objekt nebude definován vzhled symbolu a bude zobrazen šedou barvou. Nezapomeneme ani na pomocné body pro tvorbu linií a ploch, které pro výslednou mapu nevyužijeme. Aby nám po importu dat do programu OCAD a vykonání přiřazení nezbyly v mapě šedé body bez symbolu, musíme je vymazat. V software OCAD označíme pomocí myši a klávesy SHIFT z panelu symbolů všechny symboly. Z menu Symbol vybereme příkaz Hide k vypnutí editace a viditelnosti symbolů. Následovně zobrazíme veškerou kresbu bez symbolů příkazem Entire map, označíme je nástrojem Edit object a vymažeme klávesou DELETE. Analogií k vypnutí provedeme zapnutí symbolů příkazem Normal. Dostáváme se k nevýhodám digitálního mapování. Datové modely GIS neumožňují kreslení křivek a oblouků a používají lomené čáry. To znamená, že v případě zaoblených přírodních tvarů musíme zhušt ováním bodů lomených čar vhodně aproximovat oblouky. Při dobré aproximaci lomenou čarou lze s použitím nástroje To curve v software OCAD získat 21
3.1. PRÁCE S ARCPAD V TERÉNU oblouk či kružnici. ArcPad sice nabízí nakreslení polygonu pomocí kružnice a elipsy, ale ve skutečnosti se jedná právě o aproximaci lomenými čarami. Při klasické metodě mapování je kreslení oblouků a kružnic mnohem rychlejší, stačí zaměřit tři body, které definují oblouk, nebo prostě načrtnout křivku od oka. Při překreslování v PC pak použít nástroj programu OCAD - Beziérovy křivky, elipsy nebo kružnice. Při mapování se setkáme i s případem, kdy tvar linie kopíruje jinou linii, typickým příkladem můžou být vodoteče na obou stranách cesty. Abychom nemuseli sbírat body pro každý prvek zvlášt využijeme v prostředí ArcPad nástroje Offset Polyline/Polygon, odsazení linie/plochy. Postup je následující - sebereme body pro první linii, nakreslíme ji, zapneme nástroj Offset Polyline/Polygon, nastavíme stranu a vzdálenost odsazení, nakreslíme linii znovu, ale zadáme již jiný atribut. Při zadávání odsazení musíme brát v úvahu šířku symbolů na mapě pro dané objekty, aby nedošlo k jejich překrytí. Další důležitou pomůckou, kterou ArcPad nabízí je automatické opakování hodnot atributů při vkládání, skryté pod funkcí Repeat Attributes. Při opakovaném kreslení prvků stejného typu hodnota zadaná pro první prvek bude přiřazena i všem ostatním. Případem objektů, se kterými si digitální metoda přímo neporadí, jsou orientované bodové značky. OCAD umožňuje orientovat libovolný bodový symbol, ale jen u některých to má skutečný smysl, například u jeskyně (205.0), podlouhlé kupy (113.0), malého tunelu (518.1) přechodu (525.0) a malé budovy (526.1). Pro nakreslení vyžadují zadat střed symbolu a také směr orientace, který ovšem ArcPad zajistit neumí. Problém lze řešit v programu OCAD ručním natočením symbolů, jelikož se nejedná o často frekventované symboly. Obrázek 3.4: ArcPad - Odsazení linie/polygonu Obrázek 3.5 ukazuje, že ArcPad je připraven i na naše případná překlepnutí, zapome- 22
3.2. ZPRACOVÁNÍ SEBRANÝCH DAT V PC nutí, přepsání a jiné omyly. Nejen k tomu slouží rozvinutelné menu Feature Properties z nástrojové lišty Edit, které se stane aktivním po vybrání prvku nástrojem Select. Užití stejnojmenného nástroje Feature Properties vyvolá okno s informacemi o atributech prvku a jdou zde rovnou i editovat. Dalšími nástroji Insert Vertices a Append Vertices je možné přidávat nové body linie a polygonu. Pomocí Move Feature lze posouvat jednotlivé lomové body prvku. A to bud na aktuální pozici GPS přijímače, na dané místo v souřadnicích, několika druhy odsazení s rozličným nastavením. Stejným nástrojem můžeme místo posunu vybraný bod smazat. Posun bodů umožňuje i nástroj Select and Vertex Editing z jiného menu, Select, na stejné nástrojové liště. Nakonec toto menu nabízí otočení, změnu měřítka, změnu velikosti a vymazání celého prvku. Všechny akce se musí potvrdit tlačítkem Commit Geometry Changes. Obrázek 3.5: Editace dat 3.2 Zpracování sebraných dat v PC Po příchodu z terénu nejprve přehrajeme z mobilního zařízení potřebná data do počítače. Přenos dat zajistí spojení kabelem, pamět ovou kartou, pomocí bluethooth nebo jiné v závislosti na typu PDA. Do předem připraveného adresáře zkopírujeme všechny soubory týkající 23
3.2. ZPRACOVÁNÍ SEBRANÝCH DAT V PC se shapefile pro body, linie a plochy (soubory s příponami.dbf,.prj,.shp,.shx). Je-li to zapotřebí provedeme úpravy sebraných dat na PC v programu ArcPad. 3.2.1 Konverze SHP do DXF Sebraná a upravená data máme připravena ve formátu shapefile, který je potřeba konvertovat do formátu software OCAD. Ten ve verzi Standard nepodporuje import formátu shapefile, proto data musíme převést do vektorového formátu DXF. Import DXF již verze Standard zvládá a zároveň při něm lze přiřadit vrstvám správné symboly. Aby bylo možné data při importu rozdělit do odpovídajících symbolů (formát ocd), musí již být rozdělena do vrstev (formát DXF). Naše data ve formátu shapefile jsou rozlišena pomocí atributů zadaných při sběru. Je potřeba pomocí těchto atributů data rozdělit do vrstev formátu DXF. (viz obrázek níže) Existuje několik speciálních nástrojů na konverzi zmíněných formátů. Program Arcv2CAD od společnosti Guthrie CAD/GIS Software Pty Ltd. (<http:// www.guthcad.com/arcv2cad.htm>) nabízí konverzi s klasifikací do vrstev podle atributů. Tento program ale není poskytován zdarma a ve zkušební verzi převádí jen shapefile omezené velikosti, proto je pro naše účely nevhodný. Požadavky na volně šiřitelnou, samostatně spustitelnou aplikaci splňuje software DXF Author od společnosti ESRI (<http://www.mass.gov/mgis/dxf.htm>) [3]. Program nedisponuje možností klasifikace do vrstev. Tento problém jsem vyřešil napsáním vlastního programu v programovacím jazyce Python, který se o klasifikaci postará, jak je naznačeno na obrázku 3.6 Obrázek 3.6: Záměna DXF vrstev DXF Author je velmi jednoduchý intuitivní program s jedinou položkou menu File ob- 24
3.2. ZPRACOVÁNÍ SEBRANÝCH DAT V PC sahující tři volby, načtení dat, konverzi dat a ukončení programu. Zvolením první volby Load Data Set načteme do programu připravené shapefile pro body, linie a plochy. Načíst lze vždy jen jeden soubor, konverzi tedy provedeme pro každý shapefile samostatně. Volbou Convert to DXF File se spustí průvodce konverzí, kde ve třech krocích nastavíme, co požadujeme exportovat. V případě exportu geometrie ponecháme nastavené implicitní hodnoty beze změny. Klíčový je pro nás export textových popisků. Program je totiž dokáže vytvořit z atributů v námi zvoleném poli atributové tabulky našeho shapefile. V části dialogového okna Text Field proto zvolíme název zadaný při vytváření shapefile v programu ArcPad (TYP_PRVKU, TYP_LINIE nebo TYP_PLOCHY). Textové popisky nám poslouží pro další zpracování výsledného DXF souboru. Poslední nabízenou možností exportu jsou datové bloky (Data Blocks), ty však nevyužijeme, proto zaškrtneme položku Skip Data Blocks k vynechání tohoto kroku. Na závěr zvolíme jméno a umístění výchozího souboru. 3.2.2 Tvorba vlastního programu v jazyce Python Jak již bylo řečeno, DXF Author nezajistí rozčlenění objektů do vrstev DXF formátu na základě atributů formátu SHP zadaných při sběru dat. Proto bylo nutné vytvořit program, který úpravou výstupních souborů rozčlenění provede. Program jsem napsal v jazyce Python ve verzi 2.5 (final) a nazval ho Úpravce DXF. Formát DXF je textový (ASCII - American Standard Code for Information Interchange) soubor editovatelný v libovolném textovém editoru, jeho struktura je pevně dána a je dobře strojově zpracovatelná. Jednotlivé grafické objekty jsou od sebe odlišitelné, mají na předepsaném místě určené jméno vrstvy a obsahují informace o svém textovém popisku. Těchto vlastností a původu textových popisků jsem využil k úpravám vedoucím k rozčlenění grafických prvků do vrstev podle atributů zadaných při sběru dat. Vyšel jsem ze znalosti struktury souboru vygenerovaného programem DXF Author při dodržení mnou popsaného postupu konverze (viz 3.2.1). V programovacím jazyce Python jsem napsal program, který vytvořený DXF soubor upraví do požadovaného výstupu. Program v grafickém uživatelském prostředí načítá tři DXF soubory (body, linie, plochy) a jeden DBF soubor (definice mapového klíče, např. ISOM 2000). Program postupně prochází načtený DXF soubor, vyhledává jména textových popisků, kontroluje, zda jsou hodnoty obsaženy v načtené DBF tabulce, provádí záměnu jména vrstvy grafického prvku za jméno textového popisku, maže celý blok informací o textovém popisku a vytváří nový DXF soubor, který je připraven k importu do programu OCAD. Princip je naznačen na obrázku 3.6. Umožňuje nezávisle na konverzi vygenerovat z DBF souboru přiřazovací soubory CRT a CNT, je tak zajištěna integrita dat v databázi mapového klíče. Přiblížím klíčová místa zdrojového kódu, který je rozdělen tématicky do tří souborů. Soubor uprav.py obsahuje funkce pro zpracování souborů DXF, dbf.py funkce pro načtení a převod souboru DBF a soubory.py třídu definující grafické uživatelské rozhraní (GUI - Graphical User Interface). Soubor uprav.py: Každý řádek DXF souboru je načten do datové proměnné soubor typu seznam (list). Operací index() nalezneme v seznamu index prvku s určitou hodno- 25
3.2. ZPRACOVÁNÍ SEBRANÝCH DAT V PC tou. Pro začátek definic grafických objektů vyhledáme element ENTITIES soubor.index( "ENTITIES"). Dva řádky níže se nalézá element určující typ grafického objektu (dále klíčové slovo - POINT pro body, POLYLINE pro linie a plochy). Definice objektu končí výskytem dalšího klíčového slova. Vždy dva řádky pod klíčovým slovem je jméno vrstvy objektu (proměnná v_index). pravda = True while pravda: pravda = soubor[soubor.index("text")+14]!= ENDSEC t_index = soubor.index("text")+12 soubor[0]=(soubor[t_index]) del soubor[t_index-12:t_index+2] v_index = t_index-10 vystup = open(nazevvystup,"a") for i in xrange(0,v_index): vystup.write(soubor[i]+ \n ) vystup.close() del soubor[0:v_index] Příklad 3.2.1: Záměna DXF vrstev Od prvního objektu až do konce souboru (element ENDSEC) program vyhledává index textového popisku (proměnná t_index). Provádí záměnu hodnot na pozici indexu jména vrstvy objektu a indexu textového popisku. Textový blok začíná elementem TEXT, popisek je o 12 řádků níže (t_index = soubor.index("text")+12). Po záměně program smaže položky týkající se textového bloku del soubor[t_index-12:t_index+2], aby se v programu OCAD nezobrazovaly. Dva řádky pod popiskem se nachází další klíčové slovo v_index = t_index-10 (smazáním 12 položek seznamu se relativní vzdálenost +2 řádky změnila na vzdálenost -10 řádků). Již zpracovaný kód (rozsah xrange(0,v_index) ) program zapíše do výstupního souboru (vystup.write(soubor[i]+ \n )) a smaže ze seznamu (del soubor[0:v_index]). Celý proces se v cyklu opakuje dokud se nezpracuje celý soubor. Viz ukázka zdrojového kódu 3.2.1. nazevpole = [ TYP_PRVKU, TYP_LINIE, TYP_PLOCHY ] for i in xrange(1,len(soubordbf)): podminkacrt="" for j in xrange(1,3): podminkacrt+=soubordbf[i].split(";")[j].strip()+" " vystupcrt.write(podminkacrt+ \n ) for k in xrange(0,3): vystupcnt.write("%s %s LIKE %s %s" % (soubordbf[i].split(";")[1].strip(),nazevpole[k],soubordbf[i].split(";")[2].strip(), \n )) Příklad 3.2.2: Vytváření podmínek pro CRT a CNT soubory Soubor dbf.py: Pro zpracování DBF souboru program Úpravce DXF využívá dávko- 26
3.2. ZPRACOVÁNÍ SEBRANÝCH DAT V PC vou konverzní utilitu DBF2TXT od autora Pavla Šrubaře [20]. DBF soubor, který je vytvořen podle zásad popsaných v kapitole 2.3.2, převedeme programem DBF2TXT na textový soubor, kde jednotlivé sloupce tabulky jsou odděleny speciálním znakem (středníkem ;). Soubor načteme do seznamu řádků (proměnná soubordbf) a každý řádek rozdělíme na seznam buněk pomocí operací s řetězci a seznamy v jazyce Python. Jednotlivé buňky dostaneme příkazem soubordbf[i].split(";")[j].strip(), kde i značí řádek a j sloupec. Vímeli, že v prvním sloupci je číslo symbolu používané v software OCAD a ve sloupci druhém název odpovídajícího atributu zadaného do souboru SHP při sběru dat, není problém vytvořit konverzní tabulky CRT a CNT (viz příklad 3.2.2). Pro sestavení podmínek souboru CNT je třeba znát jména polí atributové tabulky daného shapefile (FIELD). V programu předpokládám názvy doporučované v při vytváření nových shapefile v 2.4.1. Z názvů symbolů nelze rozpoznat zda je symbol určen pro bodové, liniové nebo plošné prvky. Proto je každá podmínka napsána pro všechny tři názvy polí. OCAD si s tím poradí a přiřazení proběhne správně. def otevri1(self): self.vstup1.delete(0,end) self.vstup1.insert(0,tkfiledialog.askopenfilename(title= Vyberte DXF soubor, initialdir=os.path, filetypes = [( Soubory DXF, dxf )])) Příklad 3.2.3: Funkce pro načtení souboru v dialogovém okně Soubor soubory.py: O komunikaci s uživatelem se stará grafické uživatelské rozhraní vytvořené pomocí sady nástrojů Tkinter standardně integrované v jazyce Python. Dominantou okna programu jsou čtyři ovládací prvky Entry pro zapsání absolutní nebo relativní cesty k vstupním souborům. Vedle každého ze vstupů se nachází tlačítko (Button) vyvolávající dialogové okno pro interaktivní načtení požadovaného typu souboru, viz příklad 3.2.3. Další ovládací prvky Button volají funkce řídící chod programu. Tlačítko s popisem Uprav DXF volá metodu nactivstup(), která přečte zadané vstupní hodnoty a zavolá metodu upravdxf k úpravám DXF souboru popisovaným výše, buprav = Button ( lfvstupydxf,text=u"uprav DXF",command=self.nactiVstup). Tlačítko Generuj CRT a CNT zase volá metodu generuj(), která převede načtený soubor DBF do souborů CRT a CNT. Program dále disponuje tlačítky Nápověda a Konec se zřejmým významem. Popis a rozložení ovládacích prvků upravují objekty typu Label, FrameLabel, Frame. Samotné rozmístění a vykreslení všech prvků jsem přenechal správci rozložení - metodě pack() viz obr. 3.7. [9] Okomentované zdrojové kódy všech souborů programu Úpravce DXF (soubory.py, uprav.py, dbf.py) jsou k dispozici v příloze A. Aby bylo možné spouštět program Úpravce DXF bez nutnosti instalování interpreta jazyka Python, vytvořil jsem spustitelný EXE soubor pomocí modulu py2exe, který je k dispozici na URL (<http://www.py2exe.org>) [10] a českého návodu na stránkách <http: //www.py.cz/vytvareniexesouboru> [22]. Adresář obsahující EXE soubor (upravce. exe) je součástí přílohy A. 27
3.2. ZPRACOVÁNÍ SEBRANÝCH DAT V PC Obrázek 3.7: Úpravce DXF 3.2.3 Použití programu Úpravce DXF Program se nachází na přiloženém CD v adresáři../přílohy/úpravce DXF. Je spustitelný bez nutnosti instalace souborem upravce.exe. Po spuštění se objeví okno GUI s přednastavenými vstupními hodnotami, které jsou samy o sobě intuitivní nápovědou, kam který soubor načíst (viz obr. 3.7). Jedná se o relativní cesty směřující do adresáře, ve kterém se nachází soubor upravce.exe, změnit je můžeme ručním vstupem z klávesnice nebo tlačítkem... pomocí dialogového okna. Program disponuje třemi poli pro vstup DXF souborů, pokud některé z nich nehodláme využít, vymažeme jeho implicitní text. Cesta k DBF souboru se načte obdobným způsobem. V důsledku použití externího programu DBF2TXT název DBF souboru nesmí obsahovat českou diakritiku. Úpravu DXF souborů lze provést i pokud není načtena žádná DBF tabulka, program na tuto skutečnost upozorní. Pokud tabulka načtena je, program nalezne jména vrstev, které se v tabulce nenacházejí. Může se jednat o nové symboly vytvořené uživatelem, nebo o špatně zadané hodnoty. Program tato jména vypíše do textového souboru. Úpravu DXF souborů spustíme tlačítkem Uprav DXF. Výstupní soubory program vytvoří na stejném místě jako se nacházejí vstupní soubory a k jejich názvu připojí koncovku _vystup (např. body_vystup.dxf). Konverze DBF souboru na formáty CRT a CNT vyžaduje pouze uvedení cesty k souboru DBF, není vyžadován vstup souborů DXF. Konverze se vykoná stisknutím tlačítka Generuj CRT a CNT pro oba formáty najednou. Výstupní soubory vzniknou opět ve stejném adresáři jako soubor vstupní a budou se odlišovat pouze příponou (např. isom2000.crt, isom2000.cnt). 28
3.2. ZPRACOVÁNÍ SEBRANÝCH DAT V PC Obrázek 3.8: Úpravce DXF - Informativní a chybové hlášky Program je vybaven několika informativními hláškami, které ve formě zprávy vypíše na obrazovku, jak v případě úspěšného vykonání programu, tak v případě, že nastala chyba. Ošetřeny jsou chyby typu špatně zadané cesty ke vstupním souborům, nesprávného typu vstupního souboru, neodpovídající struktury DXF souboru a neexistence souboru (viz obr. 3.8). Konverze DXF do OCD je popsána v kapitole 2 v sekci 2.3.2. 504.0 TYP_LINIE LIKE c1 505.0 TYP_LINIE LIKE c2 506.0 TYP_LINIE LIKE c3 507.0 TYP_LINIE LIKE c4 504.0 TYP_LINIE LIKE 504 Silnicka 505.0 TYP_LINIE LIKE 505 Vozova cesta 506.0 TYP_LINIE LIKE 506 Pesi cesta 507.0 TYP_LINIE LIKE 507 Pesina Příklad 3.2.4: Různé struktury CNT souboru 3.2.4 Import SHP OCAD ve verzi Professional podporuje přímo import souborů shapefile, konverze do formátu DXF není tedy nutná. V software OCAD otevřeme naší připravenou mapu s podklady, z menu File zvolíme nabídku Multiple file import..., najdeme cestu ke zkopírovaným shapefile, vybereme všechny najednou a zvolíme otevřít. V dialogovém okně Import Shape File ponecháme zaškrtnuto Existing offset and angle a necháme OCAD vytvořit si pole pro unikátní klíč. Ujistíme se, že jsou zvoleny správné jednotky (Units, pro souřadnice v S-JTSK za- 29
3.2. ZPRACOVÁNÍ SEBRANÝCH DAT V PC dáme metry). Po importu prvky nemají přiřazený žádný symbol a jsou zobrazovány šedou barvou. Využijeme tedy zadaných hodnot atributů každého prvku k přiřazení příslušných symbolů. K tomu slouží příkaz Assing Symbols z menu Database. V následujícím dialogovém okně u položky Dataset zaškrtneme volbu All pro přiřazování prvků zároveň ze všech shapefile. Nyní je nutné vytvořit podmínky přiřazování. To je bud možné přímo zde pod volbou Add v části Condition, nebo příkazem Load... z části CNT file nahrát vytvořené podmínky z CNT souboru. Jedná se o textový soubor uložený s příponou.cnt, kde na každé řádce je jedna podmínka (viz příklad 3.2.4). Syntaxe slovy: číslo z množiny symbolů v programu OCAD, název pole z atributové tabulky shapefile, klíčové slovo LIKE a v apostrofech napsaná příslušná hodnota. Tedy symbologii používanou po dobu mapování přepíšeme podle této syntaxe do podmínek a uložíme do CNT souboru. Na závěr tlačítkem Execute spustíme proces přiřazení symbolů a z šedé změti čar OCAD pomocí atributů vytvoří téměř hotovou mapu (viz obr. 3.9). Obrázek 3.9: Přiřazení symbolů pomocí atributů 30