Analytické funkce katastru nemovitostí

Ing. Jindřich Hodač, Ing. Petr Soukup
ČVUT , Fakulta stavební, Katedra mapování a kartografie
Thákurova 7, 166 29 Praha 6
tel.: 24354651; fax.: 24310737
e-mail: hodac@fsv.cvut.cz, soukup@fsv.cvut.cz
http://geodesie.fsv.cvut.cz/~soukup

Informační systém katastru nemovitostí

Na katastr nemovitostí (KN) lze nahlížet jako na informační systém, jehož úkolem je systematické shromažďování, uchovávání a zpřístupňování informací o nemovitostech, jejich geometrickém a polohovém určení a o vlastnických a jiných právech k nim. V hierarchii informačních systémů je zařazen jako subsystém automatizovaného informačního systému zeměměřictví a katastru (ISZK), který dále obsahuje subsystém základních bodových polí a subsystém topografických informací. Nezbytnost budování ISZK je stanovena zákonem č.359/92 Sb. a je vynucena současnými celospolečenskými požadavky na kvalitní, spolehlivá a dostupná data KN. ISZK je koncipován jako nedílná součást Státního informačního systému (SIS), který je tvořen informačními systémy budovanými a provozovanými správními úřady v České republice za účelem zefektivnění státní správy.

Z hlediska zaměření řešených úloh lze informační systémy obecně rozdělit na transakční systémy a systémy pro podporu rozhodování (viz [1]). Transakční systémy se zaměřují na zaznamenávání a vyhodnocování jednotlivých operací. Mohou být provozovány on-line nebo dávkově a jsou založeny na přesně stanovených provozních pravidlech. Podpůrné rozhodovací systémy jsou zaměřeny více na analýzu a modelování různých procesů a pro jejich provozování je příznačná značná volnost a pružnost. Vzhledem k charakteru údajů uchovávaných v informačním systému KN (ISKN) a ke způsobům jejich využití je zřejmé, že v rámci uvedeného členění se jedná o transakční systém.

Data GIS

Řada informačních systémů obsahuje informace vztažené k určitému místu v prostoru - prostorové informace. Je-li prostorem skutečný zemský povrch, jde o geografické informace a geografický informační systém (GIS). Data GIS se nazývají prostorová data a jsou uchovávaná v databázi ve formě geometrických a negeometrických parametrů. Geometrické parametry obsahují informaci o typu použitého symbolu (bod, čára, polygon, buňka) a jeho poloze (souřadnice, výška). Negeometrické parametry obsahují informaci o vztahu objektu k sousedním objektům a popisné údaje (atributy) popisující stanovené vlastnosti objektů často včetně času vzniku dat. Polohovými daty se GIS odlišuje od ostatních informačních systémů. Pro uchování prostorových dat GIS lze použít vektorový nebo rastrový model. Ve vektorovém modelu je základním geometrickým prvkem vektor - úsečka, v rastrovém modelu je základním geometrickým prvkem pixel - buňka.

ISKN je GIS zahrnující plošně území celé republiky s rozlišením na jednotlivé parcely. V návaznosti na strukturu katastrálního operátu je ISKN členěn na systém popisných informací (SPI), který zabezpečuje správu stanovených popisných údajů o nemovitostech, a systém geodetických informací (SGI), který v podobě digitální katastrální mapy (DKM) obsahuje údaje o geometrickém a polohovém určení nemovitostí.

Analytické funkce GIS

Zpracování informací v GIS zahrnuje úlohy řešené v počítačové kartografii (CAC), systémech řízení databáze (DBMS), počítačovém návrhářství (CAD) a dálkovém průzkumu Země (DPZ). Současně GIS umožňuje realizovat specifické úlohy, které jiné systémy neřeší a které využívající zejména společné analýzy polohových a popisných dat. Pro vývoj GIS je charakteristický trvale rostoucí počet těchto čím dál propracovanějších analytických funkcí. Vlastní implementace analytických funkcí závisí na takových faktorech jako je použitý datový model, výkonnostní kritéria, technické vybavení, apod. Pro členění analytických funkcí do skupin neexistuje pevný systém. V následujícím textu bylo převzato rozdělení podle [2]. Protože pro některé funkce neexistuje ustálený český termín, je za jejich názvem uveden i anglický ekvivalent. Stručný popis činnosti jednotlivých funkcí je často doplněn příklady využití v oblasti ISKN.

1 - zpracování a analýza geometrických dat
Do této skupiny funkcí patří funkce pro transformaci, editování a odhad přesnosti geometrických dat. Tyto funkce jsou zaměřeny především na geometrická data v databázi, případně částečně i na některé popisné atributové informace. V ISKN jsou geometrická data uchovávána ve formě digitální katastrální mapy (DKM) a funkce pro její tvorbu a vedení mají v provozování celého systému zásadní význam. V současnosti tyto funkce zabezpečuje systém MicroGEOS, programová nadstavba systému MicroStation, vytvořená Výzkumným ústavem geodetickým, topografickým a kartografickým (VÚGTK).

1.1 - změna formátu
Geometrická data je možno získat mnoha různými způsoby např. digitalizací, fotogrammetricky, geodeticky, pomocí GPS, skenováním apod. Příslušné datové soubory musí být převedeny do formátu, který požaduje řídící systém databáze. Systém MicroStation neukládá geometrická data do databáze, ale pracuje s binárními soubory v interním formátu DGN, čímž nelze využít některých žádaných aspektů zpracování dat obvyklých u databázových aplikací.

1.2 - geometrické transformace
Obvykle je výhodné uchovávat všechna geometrická data GIS v jednotném souřadnicovém systému. Absolutní transformace převádí data do zeměpisného nebo mapového souřadnicového systému (geokódování). ISKN eviduje s právní závazností vlastnictví nemovitostí a proto přesnost určení polohy bodů je velmi důležitá a je stanovena příslušnými předpisy. DKM používá pro lokalizaci prostorových dat Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální (S-JTSK).

1.3 - transformace mapové projekce
Přebírání geometrických dat z různých zdrojů stejně jako tvorba grafických výstupů pro rozličné účely může vyvolat potřebu transformovat mapovou projekci. Velkým problémem v ISKN je převod map bývalého Stabilního katastru do SJTSK. Tyto mapy pokrývají přibližně 70% rozlohy státu, byly vytvořeny v minulém století odlišným postupem v jiném kartografickém zobrazení a existuje málo dostatečně přesných identických bodů použitelných k transformaci.

1.4 - urovnání (conflation)
Poloha totožných objektů uložených v odlišných souborech nemusí být automaticky totožná. Může se poněkud lišit z důvodu chyb při pořizování dat, nepřesností transformace, skutečných změn nastalých mezi dobou pořízení obou souborů apod. Odchylky v poloze totožných objektů je nutno odstranit před vytvářením topologických vazeb v datech, aby nevznikaly bezpředmětné polygony - štěpiny. Stejný požadavek musí být dodržen při jakékoli změně DKM Každá změna DKM se provádí výhradně na základě geometrického plánu splňujícího všechny předepsané náležitosti.

1.5 - navázání hran (edge matching)
Na rozhraní sousedních datových oblastí může vlivem různých faktorů nastat efekt nepřesného navázání hran přecházejících z jedné oblasti do druhé. DKM zobrazuje zájmové území souvisle, bez členění na jednotlivé mapové listy a tedy s vyrovnaným zákresem hran na jejich styku.

1.6 - editace grafických elementů
Opravy chyb nově pořízených geometrických dat, kontrola kvality a průběžná aktualizace patří k nejčastějším činnostem při práci s GIS. Pro správné vytvoření topologických vazeb je nutné opravit neuzavřené polygony, volné konce nedotažených čar, chybějící nebo duplicitní identifikační kódy objektů a chybějící nebo duplicitní identifikační body polygonů. Výkonnost a způsob použití editačních funkcí tvoří podstatnou část hodnocení každého GIS. Vedení DKM představuje v rozhodující míře uplatnění editačních funkcí. Systém MicroStation obsahuje širokou škálu funkcí pro práci s grafickou mapou. Jejich skladba a implementace je předmětem intenzivního vývoje.

1.7 - ředění souřadnic linie (line coordinate thinning)
Často mohou být body, které se nepodílí významným způsobem na geometrickém průběhu linie, vyloučeny, aniž by došlo ke snížení celkové kvality dat. Výsledné datové soubory jsou kompaktnější a tím všechny související funkce rychlejší. Vstup údajů do datových souborů formou digitalizace nebo vektorizace liniových struktur jako jsou vrstevnice nebo hranice půdních celků může vést k uplatnění funkce ředění souřadnic linie. Vlastní DKM uchovává geometrická data v přesně stanovené podrobnosti a proto odstraňování lomových bodů není přípustné.

2 - zpracování a analýza atributů
K řadě analýz prostorových dat postačuje využít vhodně navržené atributy, bez nutnosti přístupu ke geometrickým datům. Atributy je analogicky ke geometrickým datům nutno editovat, tj. vytvářet, aktualizovat, odstraňovat apod. V ISKN zabezpečuje práci s atributy samostatný programový systém Nemovitosti, vyvinutý a rozvíjený VÚGTK. Systém využívá vývojové prostředí relační databáze dBASE IV a uchovává atributy v databázových souborech ve formátu DBF.

2.1 - editace atributů
Vedle obvyklých editovacích nástrojů mohou existovat postupy pro hromadnou opravu celé třídy atributů, pro změny s sestavě evidovaných atributů nebo pro převzetí dalších popisných dat z jiného zdroje. Změny v atributech KN provádí stanovený okruh oprávněných uživatelů pomocí programového subsystému Aktualizace na základě příslušných právních listin.

2.2 - dotazovací funkce
V závislosti na předem definovaných podmínkách vyhledají v databázi požadované záznamy. Mohou obsahovat matematické, logické a statistické operace na různém stupni komplexnosti. Dotazovací funkce neprovádí složitější operace s polohovými daty a topologickými vazbami a proto bývají relativně výkonné a efektivní. V ISKN patří vyhledání údajů o vlastníku nebo parcele k nejfrekventovanějším úkonům.

3 - integrovaná analýza prostorových dat
Analýza geometrických dat prováděná současně s analýzou atributů je charakteristickým a nejvýznamnějším rysem GIS, kterým se zároveň odlišuje od jiných systémů. Spojená analýza prostorových dat obvykle obsahuje nejprve výběr dat a poté jejich analýzu. Výběr lze provést prostorovou lokalizací nebo volbou tématického obsahu. Analýza vybraných dat může být obecně velmi rozmanitá a komplikovaná, s využitím logických, aritmetických, geometrických a statistických operací nad atributy i geometrickými daty. ISKN využívá v běžném režimu základní typy analýzy prostorových dat. Požadavky na jiné analýzy se mohou vyskytnout u odlišných GIS využívajících data KN jako jednoho ze zdrojů dat.

3.1 - výběrové, klasifikační a měřící funkce
Pracují s geometrickými daty i atributy, přičemž měněny mohou být pouze atributy. Výběrové funkce vytváří tématické mapy na základě volby druhu objektů daného hodnotou příslušného atributu a případného prostorového omezení. Klasifikační funkce rozdělují objekty do předem definovaných skupin podle velikosti určitého atributu. Měřící funkce se využívají pro určení různých geometrických vztahů polohových dat GIS. Příkladem použití těchto funkcí v ISKN může být výběr všech parcel určitého vlastníka, rozdělení parcel do klasifikačních tříd podle výměry a nebo kontrola souladu SGI a SPI.

3.2 - překrytí (overlay)
Funkce překrytí provádí prostorové ztotožnění dvou datových vrstev. Výsledkem je nová vrstva s polygony vzniklými z křížení hranic zdrojových vrstev a obsahující atributy vzniklé aplikací aritmetické nebo logické funkce nad atributy zdrojových vrstev. Aritmetické funkce provádí aritmetické operace se stejnými nebo různými atributy příslušejícími stejnému místu. Logické funkce vyhledávají místa s výskytem jednoho a/nebo druhého atributu. V oblasti KN je příkladem překryt mapy PK a KN - identifikace parcel či přiřazení bonit jednotlivým parcelám.

3.3 - funkce v okolí (neighbourhood)
Zjišťují vlastnosti určité oblasti kolem zadaného objektu, přičemž vlastnost je vyjádřena atributem zapsaným v databázi nebo získaným dodatečnou operací. Vyžadují zadání výchozího objektu, velikosti jeho okolí a typu aplikované funkce. Spolupodílí se na výběru lokalit s určitými vlastnostmi.

vyhledávací funkce - jsou nejčastějším případem funkce v okolí. Pracují s numerickými nebo tématickými údaji, výsledkem je atribut přiřazený výchozímu objektu. Okolí (vyhledávací oblast) může mít nepravidelný tvar, může být zadáno interaktivně nebo může vzniknout jako výsledek jiných funkcí. Specifickým příkladem je vyhledání nomenklatury mapového listu obsahujícího zadaný bod.
obrácená vyhledávací funkce - pro zadanou zájmovou oblast vyhledá vnitřní body a čáry. Například vyhledá všechny parcely nacházející se uvnitř zadaného bonitního polygonu.
topografické funkce - využívají digitální model terénu (DMT) pro výpočet údajů popisujících vlastnosti povrchu. Nejčastěji se určuje sklon terénu v daném směru a orientace natočení svahu vyjádřená elevací a azimutem. Hodnota sklonu může být vypočtena i z jiných dat než DMT, kde vyjadřuje míru změny příslušné veličiny v závislosti na poloze. Mezi topografické funkce je možno řadit také pohledové funkce popsané ve skupině spojovacích funkcí. DKM neobsahuje výškopis a proto funkce vyžadující DMT nelze uplatnit.
interpolační funkce - dopočítává v zadaných bodech neznámé hodnoty hledaných veličin na základě známých hodnot v okolních bodech.
vytváření izočar - je příkladem použití interpolační funkce. Izočary jsou linie tvořené body se stejnou hodnotou interpolovaného parametru.

3.4 - spojovací funkce (connectivity)
Podstatným rysem spojovacích funkcí je skutečnost, že výsledek v daném bodě je získán jako součet výsledků získaných v předcházejících bodech, kde byla funkce uplatněna. Pracují se třemi skupinami parametrů: vazby mezi sledovanými místy (např. síť komunikací), seznam pravidel určujících pohyb po vazbách (pravidla silničního provozu) a hledaný parametr (vzdálenost nebo doba cesty mezi zadanými místy).

Přímo v oblasti KN se uplatňují jen v omezené míře, značného využití by nalezly v odvozených - nadstavbových informačních systémech.

- souvislost - používá se pro vyhledání a popsání souvislých oblastí modelu krajiny. Definice souvislosti je stanovena konkrétní aplikací, popisuje se obvykle plochou oblasti a nejkratší a nejdelší přímou vzdáleností přes celou oblast. Souvislost může být vyjádřena v KN vlastnickou hranicí a popsána grafickým výpočtem výměry parcely. Často se používá v kombinaci s vyhledávací podmínkou, např. v daném katastrálním území vyhledat všechny parcely s plochou větší než 10 hektarů.
- blízkost (proximity) - uplatňuje se při zjišťování vzdálenosti dvou objektů, přičemž vzdálenost může být chápána prostorově, časově či hodnotou zvoleného atributu. Příkladem může být projekt komplexních pozemkových úprav, kdy nové pozemky jednoho vlastníka musí být s určitou tolerancí cenově a prostorově blízké původním pozemkům. Funkce blízkost se také používá na vytvoření vyrovnávací zóny neboli bufferu - pásu zadané šířky kolem jednoho nebo více prostorových elementů (komunikace, vodního zdroje, zdroje znečištění atd.).
- síťové funkce - používají se zejména pro tři typy úloh: předpovědi zatížení sítě (dopravní špička), optimalizaci trasy (zásobování) a návrh umístění zdrojů (restaurace). Síť je v modelu vyjádřena seznamem pravidel a matematickými vztahy.
- funkce šíření (spread) - rozšiřuje funkci blízkost na každý bod v zadaném území, studuje změnu vlastnosti se vzdáleností od zdroje, vyhodnocuje jev, který se akumuluje se vzdáleností. Provádí se krok za krokem do všech směrů z jednoho nebo více počátečních bodů. Pracuje s rastrovým formátem dat a výsledek se často zobrazuje vektorově ve formě izočár. Příkladem může být mapa časové dostupnosti jednotlivých míst z daného stanoviště.
- postupová funkce (seek) - nad rastrovým formátem dat opakovaně šetří, který z okolních pixelů vyhovuje zadanému výběrovému kritériu. Například odtok vody z území vyčíslitelný s využitím digitálního modelu terénu (DMT) a použitelný v kombinaci s mapou typů pokryvu terénu k lokalizaci oblastí ohrožených vodní erozí.
- pohledové funkce - využívají DMT k analýze území z hlediska šíření světelného paprsku z místa pozorování. Řeší úlohy viditelnosti, osvětlení a konstrukce perspektivních pohledů. Funkce viditelnost stanovuje nezakrytý terén a používá se pro plánování umístění různých objektů v krajině. Funkce osvětlení počítá intenzitu záření odraženého směrem k místu pozorování. Perspektivní pohled zobrazuje povrch jiným než vertikálním směrem, často zdůrazňuje převýšení terénních prvků, používá se zejména pro presentační účely.

4 - výstupní funkce
Slouží k presentaci výsledků analýzy formou textového nebo obrazového výstupu. Mapa jako nejznámější způsob presentace geografických dat je kompromisem mezi zvoleným měřítkem a informačním detailem. Příkladem textového výstupu z ISKN může být výpis listu vlastnictví, příkladem mapového výstupu otisk DKM. Obsah obou typů výstupů je přesně stanoven příslušnými předpisy.

4.1 - popis mapy
Je tvořen údaji typu název mapy, legenda, měřítko, datum sběru presentovaných dat, atd. Pro DKM je popis, stejně jako následující produkty výstupních funkcí, stanoven příslušnými předpisy a nemůže být měněn.

4.2 - texty
Vztahují se k bodům, liniím nebo polygonům. Jejich grafické provedení může vyjadřovat velikost určitého zobrazovaného atributu.

4.3 - čáry a plochy
Síla, typ a barva čáry stejně jako šrafování ploch zásadně ovlivňují přehlednost a čitelnost mapy.

4.4 - grafické symboly
Označují bodové objekty. Velikost symbolu může vyjadřovat velikost zachyceného objektu.

Digitalizace KN

Provozování moderních informačních technologií je dnes nemyslitelné bez nasazení počítačové techniky. Samozřejmým předpokladem jejího využití je existence dat v digitální podobě. V prosinci roku 1993 vydal Český úřad zeměměřický a katastrální (ČÚZK) koncepci digitalizace KN a spolupráce katastrálních úřadů s dalšími správci nově tvořených informačních systémů. Pro digitalizaci SPI je závazným termínem dokončení úkolu konec roku 1998. Digitalizace SPI spočívá zejména v převedení všech podrobných údajů o právních vztazích k nemovitostem, převedení parcel ve zjednodušené evidenci do databázových souborů, doplnění chybějících jednotných identifikátorů vlastníků, zavedení kódu části obce, zavedení kódu bonitované půdně ekologické jednotky (BPEJ) a zavedení české abecedy do alfanumerických údajů. Digitalizace SGI představuje vytvoření digitální katastrální mapy (DKM) a její ukončení je plánováno na rok 2006. Digitalizace SGI je náročný úkol zejména z důvodu rozdílné kvality existujících mapových podkladů, vysokých nároků na technologickou připravenost, technické vybavení i pracovníky.

Nedostatky stávajícího ISKN

Existence digitálních dat v požadované formě a kvalitě neznamená automaticky existenci plně funkčního informačního systému. Stávající ISKN je dle studie [3] výrazně limitován řadou faktorů:

Koncepce datové struktury pochází ze sedmdesátých let, neodpovídá současným požadavkům a nesplňuje datové standardy SIS.
Rozdílný způsob vedení centrální databáze a lokálních databází je nehospodárný z hlediska údržby programového vybavení a zabezpečování souladu databází.
Centrální ani lokální úroveň řešení neposkytují dostatečnou bezpečnost dat před neautorizovanou modifikací.
Výkonnost centrální databáze vylučuje možnost on-line napojení KÚ a vnějších uživatelů.
Stávající řešení neumožňuje přímý přístup k DKM, protože tato nemůže být z kapacitních důvodů vedena na centrální úrovni.
Není vedena historie vývoje jednotlivých objektů v KN a proto nelze obnovit jejich stav k určitému datu nebo sledovat jejich změny v definovaném časovém úseku.

Nový ISKN

Uvedené nedostatky stávajícího ISKN vedly již koncem roku 1993 ČÚZK k rozhodnutí vybudovat od základu nový informační systém. Jeho cílem je vytvořit výkonné, spolehlivé, bezpečné informační prostředí pro podporu vedení KN a pro výkon státní správy KN, splňující všechny legislativní požadavky a umožňující trvalou podporu a rozvoj uživatelských služeb [3]. Základní dokument „Informační strategie resortu v oblasti katastru nemovitostí" z roku 1995 souhrně popsal současný stav ISKN, jeho vnitřní a vnější vazby, kritická místa systému a definoval budoucí potřeby informačního zajištění resortu. Vývoj nového ISKN je natolik rozsáhlý a náročný projekt, že bylo rozhodnuto pověřit jeho realizací systémového integrátora vybraného na podkladě veřejné obchodní soutěže vyhlášené v červenci 1996. V současné době (říjen 1997) je systémovým integrátorem dokončována globální analýza funkcí nového ISKN.

Závěr

Nový ISKN jako GIS s výkonnými analytickými funkcemi pozitivně ovlivní vedle vlastní správy KN celou řadu činností využívajících jeho data. Příkladem může být správa daně z nemovitostí, poskytování úvěrů a hypoték, rozvoj trhu s nemovitostmi, podpora pozemkových úprav a privatizace zemědělské půdy, tvorba dalších územních informačních systémů, odvozování statistických údajů, podpora kontroly vyplácení sociálních dávek, atd.

Literatura:

[1] Kolář, J., 1997: Geografické informační systémy 10. Skriptum ČVUT Praha.
[2] Aronoff, S., 1993: GIS: A Management Perspective. WDL Publication, Ottawa.
[3] Pracovní verze úvodní studie nového ISKN ze dne 26.7.1996.
[4] Poláček, J., 1996: Hlavní aspekty nového informačního systému KN v oblasti SGI, sborník Tvorba a vedení DKM, str. 64 - 68, Skalský Dvůr.