Boreas - Studio GIS, s.r.o.

E-mail: GIS@boreas.cz

Use of GIS methods in geosciences is widely accepted by now, but methods of data preparation, user interfacing and GIS analysis are often based on ad-hoc decisions. This trend should be changed if viable and economically relevant GIS solution is to be implemented. Basic steps for proper data management are specified in the first part of this study. The second part is targeted on user access to GIS data. The third part shows examples of available GIS analysis, especially modelling of 3D geological bodies. The fourth part specifies proper procedures for creation of a good GIS.

Návratnost investic do nákupu drahé hardwarové a softwarové technologie je možné docílit jenom komplexním využitím GIS dat vzniklých v rámci projektu. To znamená, že GISové technologie musí být používány k praktickým účelům ve všech etapách geologického průzkumu a ne jenom v jeho závěrečné fázi.

V počátečních dobách GIS v Čechách byl jeden z největších problémů získávání digitálních dat. I když nejde o dobu dávno minulou, bylo s ohledem na výkon počítačů a absolutní nedostatek existujících základních digitálních dat potřeba pracně vektorizovat dostupné papírové mapy. Podklady takto vzniklé byly jistě mnohem lepší než tehdejší ručně malované výstupy, ale jejich hlavním nedostatkem byla nedostatečná hustota znázorněných topografických prvků. Postupně se však jako podklad začal stále ve větší míře uplatňovat rastrový obrázek připojený do souřadnic. Podle určení dané geologické práce a dostupnosti leteckých nebo družicových snímků je možné používat tyto, nebo některý z komerčně nabízených rastrových mapových podkladů. Jisté je ovšem to, že není účelné vektorizovat podkladové mapy tam kde je nepotřebujeme pro další analytickou práci.

Vhodné je např. používat rastrová podkladová data systému ZABAGED 2, nebo vojenská data systému DMÚ 200. Na běžné digitální modely terénu je vhodný vojenský systém DMR 200. Podle našich znalostí nikdo dosud nenabízí úplný katalog aktuálních leteckých snímků v měřítcích od 1: 10000 do 1:50000, které se v geologii nejčastěji užívají, ale většinou je možné snímky získat ve spolupráci s příslušným okresním úřadem, místní geodesií, nebo z vojenských zdrojů.

Pro menší firmy je výhodnější zadávat vektorizaci specializovaným firmám, které vlastní technologii pro efektivní tvorbu dat, jejich kontrolu a opravy. Na první pohled je toto řešení poněkud těžkopádné, ale je tomu tak jenom do té doby, než si uvědomíme, že problém neleží ve vzdálenosti mezi producentem dat a jejich uživatelem, ale ve specifikaci toho co pro konkrétní projekt potřebujeme. (Když například chceme kategorizovat 12 druhů zlomů a terénní pracovníci připraví primární podklady podle těchto požadavků, anebo naopak připravíme kategorizaci zlomů podle těch druhů které jsou známe z terénu, je úloha jednoznačně definovaná) Je-li úkol dobře zadán je výhodné přenechat problémy spojené s vlastní digitalizací spolupracující organizaci. Do vlastního GIS je potom možné rychle převzít polotovar připravený specializovanou firmou. Podstatně více času pak zůstane na vlastní geologickou interpretaci a analytickou GISovou práci.

Tato premisa je z hlediska tvorby GIS důležitá v tom, že určuje která data jsou pro řešený problém důležitá a primární a která jsou nedůležitá, nebo pomocná. Častým jevem je totiž ještě stále existence paralelních datových vrstev získaných různými metodami průzkumu a v hotových GIS systémech dokonce nacházíme různé nedostatečně zpracované vrstvy. Tím se neúměrně zvyšuje objem dat projektu, který již sice nenaráží na kapacitní možnosti paměťových médií, ale o to častěji se projeví nemožnost oddělit podstatné od nepodstatného a primární od odvozeného a zkušebního.

• Podkladová data
• Prvotní data jednotlivých průzkumných metod
• Postupy pro sloučení dat z jednotlivých průzkumů
• Výsledná primární data
• Vrstvy nabízené uživatelům pro práci v prohlížečkách dat

Rozhodně by navrhovaný datový model neměl obsahovat specifikace typu: “potřebujeme všechna data ze všech vrtů v oblasti”, ale měla by co nejpřesněji definovat jak databázovou tak grafickou část GIS s ohledem na primární data, účel jejich pořizování a na jeho rozšiřitelnost.

Nemá-li zpracovatel zkušenosti s tvorbou datového modelu je vhodné konzultovat jeho tvorbu s kvalifikovaným odborníkem.

Je velmi častým jevem, že ve snaze po zmenšení nákladů na GIS je rozhodnuto nakoupit nejlevnější dostupný software, specializovaný na konkrétní aplikaci, kterou firma řeší. Spíš než k nákupní ceně by mělo být přihlíženo k dlouhodobým nákladům. Proto je vhodné volit univerzální nástroj, který je schopný přizpůsobení pro různé úkoly. To znamená, že kromě analytických vlastností nakupovaného systému je důležité posuzovat i jeho programovací schopnosti. Extrémním příkladem univerzálního přístupu je nákup systému, který je nutné naprogramovat pro konkrétní aplikaci a nemá v sobě okamžitě použitelné nástroje.

Rozhodnutí o konkrétním typu závisí na podmínkách, ale vždy platí pravidlo, že specializované řešení a programování je dražší než použití obecných nástrojů.

• GIS založený na datovém modelu CAD programu
• GIS s vlastním datovým modelem

Podstatnou částí práce na geologickém projektu je korelace výsledků průzkumných metod mezi sebou. Typicky do tohoto procesu vstupují data z vrtů, povrchového terénního průzkumu, geofyzikálního a geochemického průzkumu a z leteckého průzkumu. Pro korelaci jednotlivých metod jsou nejvhodnější analýzy nad plošnými prvky GIS. Jsou to analýzy typu point in polygon, line in polygon a polygon in polygon. Pro získání plošných dat z lineárních vrstev se tvoří odvozené vrstvy analýzou buffer. (Velikost bufferu závisí na typu úlohy, ale je vhodné volit ji malou pro analýzu liniových prvků GIS.)

Tento typ analýz by měl být prováděn v prvních fázích geologického průzkumu, protože poskytuje řešiteli data pro tvorbu jednotného geologického modelu zkoumané oblasti a je objektivnější než v současnosti využívaný intuitivní přístup, z kterého není jasné co jsou primární a co odvozená data.

Tímto pojmem máme na mysli takové statistické analýzy, které souvisí s prostorovým výskytem geologických jevů. Z hlediska geologie jsou to především analýzy směrů, a analýzy hustoty. Data vstupující do analýz mohou být vážená (významností struktury, délkou, plochou) nebo nevážená. Analýzy jsou většinou velmi rychlé.

Výsledkem je informace o obecných trendech jako například převládajících směrech puklin a zlomů, hustotě tektonického postižení a pod.

Obrázek č. 1 - výsledek směrové analýzy zlomových struktury všech řádů s jasně naznačenými maximy.

Obr. č. 2 Analýza hustoty tektonického porušení - hlubinném dosahu tektoniky.

Toto je z hlediska geologie asi nejzajímavější analýza. Komplikovanost geologických struktur klade velké požadavky na prostorovou představivost interpretátora. Jednotlivé části geologické stavby jsou často nespojité a komplikované nerovnostmi terénu. Vznikají z plošně izolovaných údajů vrtné sítě, nebo přirozených výchozů. Zahrnout všechny znalosti do konstruování výsledné stavby není jednoduché. Tvorba digitálních modelů geologických těles poskytne interpretátorovi možnost rychle a operativně měnit teorie podle výsledků získaných modelováním.

Tvorba detailního geologického 3D modelu je časově velmi náročná a výpočetně komplikovaná, ale i zjednodušené modelování sedimentárního pokryvu, který je na konstrukci jednodušší zvýší přehlednost geologické interpretace a přesnost konstruovaných řezů.

Obr. č. 3. Digitální model sedimentárního souvrství zobrazený v axiometrickém pohledu. Výhoda názornosti je zřejmá.

Na obrázku č. 4 je letecká fotografie ve spojení DTM použitá pro znázornění terénu.

Jednotná databáze netopologických elementů

• Grafické elementy v GIS nesou jenom klíč pro relaci s databázovými daty. Vlastní data jsou uložená v samostatných souborech.
• Databázové tabulky v RDBMS jsou normalizovány (nevyskytují se opakovaná pole, vícenásobné atributy jsou zařazeny do samostatné relačně vztažené databáze).
• Autoři jsou zodpovědní za tvorbu a aktualizaci kódovníků.
• Neexistují duplicitní databáze o stejných vrstvách.
• Všechny změny v GIS jsou podchyceny v atributech prvků i s dobou aktualizace.
• Je povinností každého spolupracovníka zapojit se do jednotného postupu aktualizace dat.

• Vyrobit topologicky korektní vrstvu s odstraněnými chybami vzniklými vstupem dat.
• Provést vhodné hlazení a generalizaci prvků vrstvy v závislosti na stavu ostatních vrstev.
• Vytvořit kódy všech použitých objektů, zveřejnit je pro všechny zúčastněné subjekty a udržovat jejich aktuálnost.
• Ve spolupráci s databázovým odborníkem navrhnout strukturu atributů.
• Udržovat vrstvu aktuální.

• Rozhodnutí které vrstvy GIS budou vstupovat do DTM (vrty, terén, zlomy, vodní síť).
• Nakoupit (DMR 200) nebo vytvořit 3d model povrchu.
• Identifikovat zlomové linie a jejich typ (softline, hardline, bariera).
• Vytvořit generalizovaný model.
• Ověřit správnost modelu pomocí řezů a analýzou s primárními vrstvami.
• Zavést korekce modelu a vypočítat opravený model.
• Doplňovat model o nová data a zveřejnit postupy a podmínky pro nové přepočítání modelu (na základě existence nových dat).

Letecké snímky jsou jednou z nejrychleji dostupných informací. Měly by sloužit od začátku projektu jako podkladová mapa. Dodatečně mohou být informace z nich částečně, nebo úplně digitalizovány, použity pro klasifikaci, nebo pro visualisace ve spojení s DTM.

• Omezovat na největší možnou míru pořizování nových snímků a preferovat z důvodu okamžité dostupnosti snímky již existující.
• Začlenit nakoupené snímky do GIS (minimálně umístěním do souřadnic) ještě před započetím terénních prací a pro terénní pracovníky vytisknout pracovní podklady s jejich použitím.
• Letecké snímky využívat ve spojitosti s DMT (nákup dat pro geologická měřítka možný z DMR 200).
• Rozhodnutí o vektorizaci některých částí snímků podřídit zájmu o GIS analýzu daného typu prvků.
• Klasifikací snímků vytvořit vektorová nebo gridová data pro další analýzy.