KARTOGRAFICKÁ DATA A JEJICH PREZENTACE NA INTERNETU Ing. JiříCajthaml (jiri.cajthaml@fsv.cvut.cz) Katedra mapovánía kartografie, Fakulta stavební, Č VUT v Praze 1 PROMĚNA KARTOGRAFIE Kartografie je vě da s bohatou historií. Vždyť užprvnínákresy lovců mamutů byly vlastně předchůdci dnešních map. S příchodem digitá lních technologiíse postupně mě níprakticky všechny vě dníobory, kartografii nevyjímaje. Počítačové technologie, které byly v kartografii zpočá tku použív á ny spíše v rámci výzkumu, dnes prakticky ovlá dly kartografickou tvorbu. Poté, co byly v polovině devadesá tých let minulého století do praxe standardně zavedeny digitá lní metody tvorby map, nastupuje počá tkem nového stoletíinternet, jako ideá lnímédium pro prezentaci těchto dat. Současné technologické možnosti nabízejí víc než jen pouhé zobrazová ní map. Kartografická data mohou být sdílena na různých serverech a s daty je možno interaktivně pracovat přímo v prostř edí internetu. Prá vě současnými možnostmi publikace dat na internetu se zabývá tento příspě vek. 2 KARTOGRAFICKÁ DATA Pokud se podívá me na kartografická data, můžeme najít základnídva formá ty, rastrová a vektorová data. Nejdříve bych rád rozlišil, jakým způsobem data vznikají. Původní data jsou dnes prakticky výhradně tvoř ena ve vektorových formá tech. Rastrová data pak vznikajíbuď neskenová ním starších map, nebo př erastrová ním dat vektorových (vě tšinou př i př edtiskové přípravě map). 2.1 Vektorová data Vě tšina dnešních map je tvoř ena ve formě vektorů. Samotných vektorových formá tů je velké množstvía prakticky každý software disponuje vlastním vektorovým formá tem. Mezi softwarovými produkty, pomocíkterých lze vytvářet mapy, jsou velké rozdíly. Rozdě lil bych je do čtyř ech skupin: Grafické programy (Adobe Illustrator, Corel DRAW, Macromedia FreeHand) CAD systémy (AutoCAD, MicroStation) Specializovaný kartografický software (OCAD) GIS (ArcGIS, GeoMedia, MapInfo) Grafické programy nejsou primá rně určeny pro tvorbu map. Jsou použív á ny hlavně v oblasti profesioná lní grafiky a DTP. Pro kartografické ú čely se používají hlavně v oblasti předtiskové přípravy (montážjednotlivých archů, ořezové značky). Velký rozmach zažív á tvorba interaktivní grafiky v dnes velice populá rních produktech Macromedia Flash a FreeHand. Prá vě formá t softwaru Flash je použitelný i na internetu, použitím příslušného plug-inu. CAD systémy př edstavujíná stroje pro počítačem podporované navrhová ní. Slouží p ř edevším k tvorbě technických výkresů. I přesto jsou dodnes použív á ny v kartografické tvorbě, neboť byly v počá tcích nejlepším ř ešením udržová ní vektorových dat. V našich podmínká ch dominuje produkt MicroStation používaný př edevším geodetickou praxí.
S ná stupem digitá lní kartografie začaly být vytvářeny produkty specializované přímo na tvorbu map. Z nich se do této doby nejvíce prosadil švýcarský software OCAD. Představuje vlastně jednoduchý kreslicíprogram, který však umípomě rně dobř e pracovat se značkovým klíčem mapy a dále nabízí několik speciá lních kartografických funkcí. Díky jeho příznivé ceně (oproti CAD systémům) je dnes hodně rozšíř en a použív á n zejména pro tvorbu turistických map (Shocart, Kartografie Praha), autoatlasů (Geodézie Č S, Shocart, Kartografie Praha) nebo plá nů mě st. GIS systémy nabízejínejpokročilejšímožnosti sprá vy vektorových dat. Na rozdíl od všech předchozích nepracují pouze s kresbou, ale i s atributovými tabulkami, pomocíkterých jsou pak data vizualizová na (př evedena podle značkového klíče). Data zde také mohou být transformová na mezi různými kartografickými zobrazeními. Velikou výhodou je možnost databá zového uklá dá ní dat, protože to představuje nejlepší možnost jejich udržová ní. GIS také disponují velikou šířínástrojů pro kontroly kresby nebo topologie. Jak jsem jižzmínil, prakticky každý software disponuje svým vlastním vektorovým formá tem. Jen namá tkou: AI Adobe Illustrator CDR Corel DRAW SWF Macromedia Flash DGN Bentley MicroStation DWG Autodesk AutoCAD OCD OCAD SHP ArcGIS Př evody mezi jednotlivými formá ty nejsou jednoduché a proto je snaha vytvoř it ně jaký standardizovaný formá t pro vektorová data. Vytvoř enítakového formá tu pro desktop aplikace nenídnes reálné, avšak data začínajíbýt zobrazová na na internetu, kde jižk určité standardizaci dochá zí. Slibným standardem pro vektorová data, která jsou zobrazová na na internetu, je formá t SVG (scalable vector graphics), který bohužel zatím nemá příliš velkou podporu v internetových prohlíže čích. Formá t SVG je založen na značkovacím jazyku XML, který je dnes použív á n k přenosu informací mezi různými systémy. Pomocíjednoduchých značek je definová na celá kresba. K její vizualizaci je pak možné použít různé stylové jazyky (CSS, XSL). Dalšíaplikaci jazyka XML představuje GML (geography markup language), který začíná být standardním formá tem pro přenos prostorově umístě ných dat včetně jejich atributů. Použív á n je tedy hlavně při komunikaci různých GIS systémů. Data jsou opě t uzavř ena do jednoduchých značek, nyníi včetně popisných atributů. Standardy SVG a GML jsou definová ny OGC (Open Geospatial Consortium), organizací, která je ve svě tě GIS velice aktivní. Pokud chceme mapu vytisknout, dochá zív závě rečné fázi tvorby jejípřevedenído vektorových formá tů vhodných pro tisk (vě tšinou PDF nebo PS). 2.2 Rastrová data Ačkoliv jsou mapy tvoř eny ve vektorových formá tech, jejich publikace v digitá lní podobě je vě tšinou prezentová na rastrovým obrazem. Tvůrce mapy tak dává najevo, že si nepř eje, aby někdo měnil symbologii, případně editoval jím vytvoř ená data. Vektorová data jsou tedy před svým publiková ním většinou přerastrová na a pak nabízena jako obrazy. Formá tů rastrových dat je také velké množství, na rozdíl od vektorových jsou však tyto formá ty otevř eně jší. Nejpoužívaně jšími formá ty jsou: TIFF buď bez komprese, nebo velice často s kompresílzw
JPEG obraz se ztrá tovou kompresí, ideá lnípro fotografie GIF - dříve prakticky standard pro obrá zky na internetu PNG dnes nejlepšípro publikaci obrá zků na internetu Rastrová data jsou dále použív á na při prezentaci starých mapových děl, která existujípouze v analogové formě (na papíru). Staré mapy jsou neskenová ny (vě tšinou ve formá tu TIFF) a případně převedeny do jiného formá tu. Nejvhodně jšími formá ty pro publikaci dat na internetu se jevíjpeg (pro fotografie a podobné obrazy) nebo PNG. 2.3 Souřadnicové umístění dat Př i prá ci s geografickými daty máme často požadavek jejich souř adnicového umístě ní. U vektorových dat se naplno projevuje typ použitého software. Formá ty grafických programů (AI, CDR, SWF) nejsou souř adnicově umístě né. Pokud tedy chceme pracovat se souř adnicemi, je třeba tato data transformovat. Naplno se projevuje výhoda GIS produktů, které podporují různá kartografická zobrazení a jejich vzá jemné transformace. Rastrová data majídvě možnosti georeferencová ní. Buď je souř adnicové umístě ní zahrnuto v hlavičce formá tu (GeoTIFF), nebo jsou informace o poloze uloženy v externím souboru (nejčastě ji world file firmy ESRI). Data pak přestavuje dvojice souborů (TIFF + TFW, JPEG + JGW). 3 JAK JSOU DATA PUBLIKOVÁ NA? Pokud mluvíme o publikaci digitá lních dat, máme na mysli buď možnost stá hnout si data do své desktop aplikace nebo možnost prá ce s daty přes internet. Pokud jde o loká lní použív á n í dat v desktop aplikacích, stačí, aby aplikace byla schopná data načíst. Poté již můžeme bezproblémově pracovat (bohužel pově tšinou pouze s rastrovými daty). Vystavení dat na internet je dnes stá le častě jší. Většina internetových portá lů nabízík prohlíženíurčitá mapová díla. Rád bych se nynízmínil, jakým způsobem je možné data na internet dostat. 3.1 Prosté umístění na WWW Nejjednoduššímetou publiková nína internetu je vloženíobrazu přímo do HTML strá nky. Obrá zek je pak součá stí strá nky, není možné ho zvě tšovat, zmenšovat, případně nějak upravovat. Rastrový obrá zek můžeme publikovat jako JPEG nebo PNG, vektorový jako SVG (vě tšinou za použití plug-inu, neboť plnou podporu formá tu SVG dává z významných internetových prohlíže čů zatím pouze Opera). Pomocíplug-inu je také možné zobrazovat data ve formá tu SWF (Flash). Jistým vylepšením pouhého vložení obrá zku do HTML kódu je vytvoř ení ná hledového tlačítka pro odkaz na strá nku s obrá zkem. Ještě pokročilejší metodou jsou tzv. klikacímapy, které umožňujíobraz rozdě lit na definované odkazové oblasti. Každá oblast pak funguje jako tlačítko, které odkáže uživatele na příslušnou čá st mapy. Tato metoda se hodí například pro zobrazení kartografických děl s definovaným kladem mapových listů. Všechny uvedené metody využívajípouze jazyka HTML a na straně uživatele tedy vyžadujípouze internetový prohlížeč, na straně serveru pouze webový server. Další ř ešeníbudou využívat pokročilejších technologií.
3.2 Flash Pomocítechnologie Flash lze vytvoř it zajímavé interaktivníaplikace. Technologie je založena na serverovém ř ešení. Na internetu je mnoho uká zek mapových aplikací založených na technologii Flash. Velice zajímavou aplikaci představuje Zoomify, produkt který umožňuje velice rychlý zoom rastrových dat. Proto je Zoomify použív á no hlavně při prezentaci starých map, které nenítřeba souř adnicově umístit. U nás je na tomto ř ešení založen sklad historických map na serveru http://oldmaps.geolab.cz (UJEP v Ú stínad Labem). 3.3 Web mapping Web mapping je metoda zobrazenígeografických dat pomocínějaké serverové aplikace. Na straně serveru tedy stojívedle webového serveru ještě jiná aplikace, která je schopná se serverem komunikovat a předá vat mu vyžá daná data. Tuto aplikaci většinou nazývá me mapový server. Mapserver muže být naprogramová n prakticky v jakémkoliv programovacím jazyce, důležitá je možnost komunikace s webovým serverem. U programů napsaných v jazyce C/C++, Perl a dalších je využív á no tzv. CGI rozhraní(common gateway interface) mezi aplikacía webových serverem. U Java aplikacíje možná přímá komunikace s webovým serverem. V současné době existuje několik nejrozšíř eně jších ř ešenímapserveru a to buď komerčních nebo svobodných. Mezi nejpoužívaně jšíkomerčnímapservery patří: ArcIMS (ESRI) GeoMedia WebMap (Intergraph) MapXtreme (MapInfo) MapGuide (Autodesk) Alternativou tě mto komerčním produktům je skupina svobodného software, který je možno bezplatně šíř it a dokonce upravovat ke svým potř ebá m. Mezi mapservery patřícído skupiny svobodného software patří: UMN Mapserver (University of Minnesota) Deegree geoserver Jaké jsou výhody web mappingu? Na internetu můžeme publikovat georeferencované (souř adnicově umístě né mapy), aplikace zajistínačítání vždy jen potř ebných dat, mapy můžeme posunovat, zvě tšovat, zmenšovat, atd. Jednodušší variantou je tzv. Static web mapping. Představuje využití HTML formulářů a předá vá níparametrů CGI aplikaci, která mapu zobrazí. Webová strá nka pak reaguje na tlačítka a přepínače formuláře a CGI aplikace (mapový server) vytváří výsledné kompozice. V HTML formulářích se často používajískrýtá (hidden) pole, která uchová vajíinformaci o stavu aplikace. CGI je pak programové rozhraní, které umožňuje předá vat vstupní hodnoty do promě nných, které využív á CGI aplikace (mapový server). Pokročilejší možností (tzv. Interactive web mapping) je doplně ní Static web mappingu o interaktivníprvky pomocítechnologiídhtml, Java applets, ActiveX či různých plug-inů. Technologie DHTML je založena na skriptová nína straně klienta (JavaScript, VBScript), DOM (document object model) a CSS (cascading style sheets). Pomocíjednoduchých skriptů pak můžeme interaktivně mě nit obsah i vzhled strá nky. Na webových strá nká ch jsou stá le populá rně jšíjava applety. Jsou to moduly napsané v jazyce Java a doplně né do HTML kódu. Pokud má klient nainstalová nu podporu Javy, applet se spustí a může oživit strá nky stejně jako např. DHTML (je třeba
poznamenat, že Java má mnohem vě tšímožnosti). Java má velkou výhodu i ve své nezá vislosti na platformě a prá vě proto je dnes tak populá rní. Jak tedy vypadá výsledná aplikace? Na straně serveru jsou uložena geografická data (buď v souborech nebo v databá zi) a dále zde běží webový server spolu s mapovým serverem. ZákladníHTML strá nka obsahuje formulář, případně vložené skripty nebo applety. Na straně klienta stačí internetový prohlíže č, s případnou podporou Javy nebo s jinými plug-iny. 3.4 Webové mapové služby Nejnově jším trendem v oblasti publikace dat na internetu jsou rozhodně webové mapové služby. Ty umožňují sdílení dat mezi různými servery a pokud mapové servery běžíc í na serverech dodržujípříslušné standardy, neníproblém taková data kdykoliv připojit nebo zase odpojit. Do webové aplikace tak můžeme pouhým zaškrtnutím políčka připojit data třeba z druhého konce republiky. Pod souhrnným názvem webové mapové služby rozumíme celou ř adu služeb, z nichžnejvýznamně jší jsou WMS a WFS. Web Map Service (WMS) umožňuje přenos dat jako rastrového obrá zku. I vektorová data jsou tedy narastrová na a poslá na přes internet. Web Feature Service (WFS) pak umožňuje přenos vektorových dat a to převedených do formá tu GML. Na našem ú zemíse zatím využív á spíše WMS. 4 APLIKACE MAPSERVERU STARÝCH MAP V rámci svého doktorského studia jsem vytvoř il jednoduchou webovou aplikaci pro prezentaci starých map na internetu. Moje prá ce souvisí s grantem GA Č R 205/04/0888 - Georeferencová ní a kartografická analýza historických mapová ní Č ech, Moravy a Slezska, jehožř ešitelem je můj školitel, prof. Veverka. Vstupnídata do mého projektu pochá zíprá vě z tohoto grantu a představujínaskenované rastry map 2. vojenského mapová ní Rakouska-Uherska. Originá ly map se nachá zejí ve Vídni, kde byly také neskenová ny. Rastry bylo nejdříve nutné ořezat podle mapových rámů tak, aby bylo pozdě ji možné vytvoř it bezešvou mapu. Dále bylo nezbytné rastry georeferencovat (souř adnicově umístit). Aby mohla být data dále využív á na a porovná vá na se současným stavem krajiny, bylo nutné je převést do některého ze současných souř adnicových systémů. Globá lnítransformačníklíč pro transformaci souř adnic ze souř adnicových systémů Rakouska-Uherska do S-JTSK odvodil doc. Č ada ze ZČ U. Př i znalosti transformace již neníproblém převést zná mé souř adnice rohů mapových listů do S-JTSK. Rastry byly dále uloženy na server a připraveny k zobrazení. Pro rychlejšízobrazová nímap byla data indexová na (technikou tile index ) a dále byly u všech rastrů přidá ny ná hledové pyramidy. Obě tato vylepšení byla provedena použitím volně šiř itelné knihovny GDAL. Webová aplikace př edstavuje static web mapping, tedy HTML formulář s použitím CGI aplikace. Jako mapserver byl použit svobodný produkt UMN MapServer vyvíjený univerzitou v Minnesotě. Pro zvýšení interaktivity jsem doplnil několik skriptů v JavaScriptu tak, aby bylo možné mapou posunovat v osmi základních směrech a dá le aby bylo možné interaktivně odečítat souř adnice S-JTSK. Na uká zku byla k aplikaci př ipojena vzdá lená data (vrstevnice z datového skladu Ú HÚ L Brandýs n/l) pomocíwms. Aplikaci se budu snažit dále vylepšovat, jejísoučasný stav je vidě t na obrá zku. Zkušební verze této aplikace běží na internetové adrese http://mapserver.fsv.cvut.cz.
Uká zka aplikace mapserveru starých map 5 ZÁ VĚR Internet se jevíjako velmi vhodné médium pro publikaci map. Technologie již natolik pokročily, že neníproblémem pracovat s mapou přímo v prostř edíinternetu bez nutnosti staženízdrojových dat. Velmi slibným se jevírozvoj webových mapových služeb, které umožňujísdílenídat na různých serverech. Literatura 1. CAJTHAML, J. Využitíwebový ch mapový ch serverů. 16. kartografická konference: Mapa v informačníspolečnosti abstrakta, s.34 (plný text ve sborníku na CD), Brno 2005, ISBN 80-7231-015-1 2. CAJTHAML, J. Mapserver of the Old Maps. GIS Ostrava (příspě vek na konferenci), Ostrava 2006. 3. KOLLINGER, M. Návrh a implementace finančně nenáročného způsobu publikace geografický ch dat na internetu. ZČ U Plzeň (diplomová prá ce), 2004 4. HONZÍK, V. Posouzeníinternetový ch software pro použitígis na internetu. Č VUT v Praze (diplomová prá ce), 2002