Mgr. Pavel Vaniš
Oddělení GIS a katastru nemovitostí
Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický
Ústecká 98
250 66 Zdiby
E - mail:pavel.vanis@vugtk.cz
In connection with global climate changes are supposed more numerous extreme climate phenomenon between which also floods belong. Catastrophic floods in years 1997 and 2002 have shown a need of information system for local government and other state bodies. With help of this system these bodies can find risk areas in inundation zones and inform people.
Research institute of Geodesy, topography and Cartography solves a problematic of model GIS application creation for drawing and actualisation of inundation areas map in scale 1:10 000. Part of this project was also setting of inundation areas map creation process with use of ZABAGED (basic geographic date base) data and technology of inundation lines representation in model with attached cadastral data.
Existing documentation, which is not upkept in digital form, was processed with created technology into unified digital form. At first input data were chosen and then was selected system background. ZABAGED was chosen as map background and MicroStation v. 8 as the system background. The process for inundation area map data creation and was set and on base of it were created functions not only for creation but also for data administration.
System makes possible changing only elements with access of concrete user. This is a big advantage of the solution in universality and possibility to widen data structure for other users. Cadastral data make another part of the system. They make possible to get information on extension of damage of parcel by floods and building of concrete owners. The system contains also information on building and area purpose and possible risks derived from this purpose.
Fundamental user base contains water flows administrators, local government etc and bodies of integrated rescue system. The proposed system makes possible in unified data model (the same data structure and format) actualise data and extend individual users' data.
We identify an advantage especially in fact that localisation of inundation phenomenon is created on unified nation-wide and state-guaranteed data.
V souvislosti s globálními změnami klimatu se předpokládají četnější extrémní klimatické jevy, mezi jejichž důsledky patří i povodně. Katastrofálních povodně v letech 1997 a 2002 ukázaly potřebu informačního systému pro krajské a obecní úřady a další státní orgány, který umožní včasné určení rizikových oblastí v záplavových zónách a také informování obyvatel.
Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický od prosince 2001 řeší problematiku vytvoření modelu aplikace GIS pro tvorbu a aktualizaci mapy záplavových území v měřítku 1:10 000. Součástí projektu bylo stanovení postupu tvorby mapy záplavových území s využitím dat ZABAGED a technologie zobrazení záplavových čar v modelu, ke kterému jsou připojena data katastru nemovitostí.
Stávající dokumentace, která není vedena v digitální formě, byla zpracována pomocí vytvořené technologie do jednotné digitální formy. V první řadě byla vybrána vstupní data a následně prostředí pro systém. Jako mapový podklad je využit ZABAGED a celý systém pracuje na MicroStation verze 8. Byl stanoven postup pro tvorbu dat mapy záplavových území a na základě toho, byly vytvořeny funkce nejen pro vytváření, ale i správu dat.
Systémem je možno měnit jen prvky, které jsou danému uživateli zpřístupněny. To má velkou výhodu v univerzálnosti tohoto řešení a možnosti rozšířit datovou strukturu pro případné další uživatele. Zároveň jsou součástí systému data katastru nemovitostí umožňující zjistit míru zasažení parcel záplavami a budov konkrétních vlastníků včetně způsobu využití budov a pozemků a případná rizika z toho plynoucí.
Základní uživatelskou základnu tvoří správci vodních toků, orgány státní správy - krajské a místní úřady a složky integrovaného záchranného systému, kterým systém umožní v jednotném datovém modelu (stejná datová struktura a formát) provádět aktualizace dat, ale i doplnit vlastní data.
Výhodu spatřujeme převážně v tom, že lokalizace záplavových jevů je vytvořena na celostátně jednotném a státem garantovaném datovém systému ZABAGED a katastru nemovitostí.
Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický (VÚGTK) od prosince 2001 řeší výzkumný úkol "Systém opatření v povodích pro snížení škodlivých následků povodní - vývoj aplikace GIS". Hlavním úkolem je zjistit možnosti využití metod letecké fotogrammetrie pro určení a zákres záplavových čar do Základní mapy ČR 1:10 000 (ZM 10) a vytvoření systému trvalé údržby této mapy, pomocí vytvořené aplikace GIS. V Mapě záplavových území ČR 1:10 000 (dále jen MZÚ 10) jsou vyznačeny záplavové čáry pro 5, 20 a 100-letou vodu, záplavová území (ZÚ), evakuační cesty a body, informační body, centra možných ohrožení životního prostředí, místa s vysokou koncentrací obyvatelstva jako školy, nemocnice atp. Systém je propojen s katastrální mapou a umožňuje zjistit parcely zasažené povodní s danou periodicitou, případně odhadnout pravděpodobnost ohrožení. Systém byl testován na dvou mapových listech ZM ČR 1:10 000 v oblasti soutoku Malše a Stropnice.
V ČR existuje 5 hlavních správců povodí. Ta jsou dále dělena na divize. Každý správce však vede data o ZÚ v jiné podobě. Někde se jedná pouze o analogovou dokumentaci, kde jsou všechna data zaznamenána v podélných profilech a v mapě je zakresleno pouze ZÚ pro stoletou vodu. Na druhé straně jsou správy povodí, kde je většina dat pouze v digitální formě. Systémy vedení mezi jednotlivými správci se liší prostředky vedení, strukturou dat a obsahem prvků.
Pro každý tok je vedena následující dokumentace: sada příčných profilů na toku, na nichž jsou spočteny nadmořské výšky hladiny pro stoletou, ale obvykle i pro pěti, dvaceti a padesátiletou vodu, výška obou břehů, výška normální hladiny a říčního dna. Vzdálenosti mezi profily jsou deset až několik set metrů. Tyto hodnoty jsou zobrazeny na podélném profilu.
Kromě těchto dvou profilů jsou obvykle v katastrálních mapách zaznamenány lokalizace příčných profilů a administrativní kilometráž vodního toku. Dále jsou v mapách 1:10 000, někdy i 1:5 000, zaznamenány alespoň záplavové čáry pro stoletou vodu, příčné profily a kilometráž. Obnova dokumentace je značně nepravidelná. Zároveň je ovlivněna i nedostatečnou frekvencí obnovy topografického podkladu.
Řešení navrhované VÚGTK je založeno na využití digitálních dat Základní mapy ČR 1:10 000 - ZABAGED. Tato mapa pokrývá celé území ČR a je plánovitě každých 5 let obnovována státní správou. Jedním z dalších úkolů VÚGTK bylo posouzení, zda fotogrammetrické snímky v měřítku 1:23 000, které jsou využívány pro aktualizaci ZABAGED, jsou dostatečné pro účely určení rozsahu záplav.
Prvky vytvářené MZÚ 10 jsou rozděleny do 7 skupin: základní statické hydrologické objekty, ostatní statické hydrologické objekty, dynamické hydrologické objekty, objekty potenciálních škod vyloučené ze ZÚ, objekty potenciálních škod - ostatní, záchranné objekty a popisy mapy. Jak je patrné, MZÚ 10 obsahuje více prvků než ZABAGED a některé prvky jsou více podrobně členěny nebo přerozděleny. Určování těchto objektů bude záležet na administrátorovi, který bude dále určovat detailnější členění.
Protože ZABAGED je pravidelně obnovována, předpokládáme pro systém obnovy vytvoření funkce pro porovnání změn mezi dvěma verzemi mapy. Tato funkce umožňuje přijímat změny a nacházet prvky ZABAGED, které se liší od prvků v MZÚ 10. Změna těchto prvků nebo jejich ponechání v původním stavu bude zajišťovat uživatel vlastními prostředky.
Jako vstupní data jsou použity: ZABAGED, ortofotomapa, rastrové katastrální mapy a další digitalizovaná data spravovaná povodími.
Ortofotomapa v měřítku 1:10 000 pokrývá celou ČR, což umožňuje snadné určení významu jednotlivých mapových značek digitální mapy. Základní myšlenkou legendy digitální mapy je potlačení barevnosti nehydrologických nebo pro hydrologii a povodeň nevýznamných prvků. Legenda je navržena tak, aby co nejvíce odpovídala symbologii tištěné mapy. Rastrové soubory kopií katastrálních map slouží pro určení vlastníků zaplavených pozemků.
Poté, co bude uživatelům předána první verze, bude možné využít další digitalizovaná data správ povodí a systém případně dále upravit. Řešení též počítá s doplněním nových prvků, případně změnou struktury výkresu. Technické řešení je na takovou změnu připraveno tak, že nebude nutné měnit program (zdrojový a binární kód). Údaje o struktuře jsou uloženy v konfiguračních souborech, které jsou pro systémové administrátory snadno editovatelné.
Systém pro vedení MZÚ 10 je modulové řešení na MicroStation v. 8 technologií GIS. Každá vrstva obsahuje příbuzné objekty, případně jeden objekt, pokud je jedinečný a významný pro následující automatizovanou práci s mapou. Výhodou tohoto systému je neomezený počet vrstev.
Pro každou funkci nebo skupinu funkcí jsou vytvořeny vzájemně nezávislé moduly. Řešení je založeno na několika DGN souborech, které se připojují referenčně. Hlavní soubor obsahuje topografické prvky a hydrologický obsah. Tyto dvě části nelze oddělit, protože některé topografické prvky se mění na hydrologické. Referenční výkresy obsahují výškopis, popis mapy, katastrální mapy a ortofotomapu. Pro jiné potřeby než kreslení a změnu aktivní "topograficko-hydrologické" mapy (vlastní MZÚ 10) bude aktivní "pracovní soubor", který nebude obsahovat žádné důležité prvky. Do tohoto souboru si bude uživatel moci zakreslovat své vlastní poznámky. Pro vyhledávání zájmového území slouží klady mapových listů a mapy administrativního členění.
Moduly jsou navrženy tak, aby byly co nejjednodušší. Nastavení prvků je kvůli jednotě dat vytvořeno systémem, takže běžný uživatel nemůže měnit nastavení struktury. Změny je umožněno provádět v systémových konfiguračních souborech.
Záplavové čáry jsou zakreslovány do polohopisu MZÚ 10 vzniklého převodem polohopisu ZABAGED na základě dokumentace vedené správcem vodního toku. Zákres hydrologického obsahu MZÚ 10 se provádí přímo do předpřipraveného polohopisu ZABAGED, protože některé topografické prvky se mění na hydrologické a z důvodu aktualizace ZABAGED bude návazně potřeba uzpůsobit i obsah MZÚ 10.
Příčné profily a administrativní kilometráž zakreslená zpravidla v katastrální mapě se s mapou naskenují do pracovních souborů. Pak se data natransformují pomocí Raster Manageru v MicroStationu v. 8. Využije se afinní transformace na identické body. U map dekadických měřítek (1:1000 nebo 1:2000) je nejvhodnější použít pro transformaci průsečíky kilometrové sítě, které jsou na mapě vyznačeny. Výhodou této volby je, že kilometrová síť je rozložena rovnoměrně po celé ploše mapy a zároveň lze tyto body snadno najít a pomocně vyznačit i ve vektorovém výkresu s referenčně připojenou ZABAGED. U sáhových map je nutno použít jako transformační body rohy budov. Body je nutno volit tak, aby byly co nejrovnoměrněji rozloženy po mapovém listu a tak aby nedošlo k chybě při identifikaci. V ukázkovém území bylo při transformaci jednotlivých segmentů použito 12-24 bodů. U obou takto transformovaných map došlo k chybovému posunu kresby rastrové mapy a vektorové mapy ZABAGED maximálně o 10 metrů, což v mapě 1:10 000 odpovídá chybě 1 mm a identifikaci vlastnictví nepůsobí potíže.
Po transformaci se rastrové soubory připojí a do MZÚ 10 se zakreslí příčné profily a administrativní kilometráž. Tím je mapa připravena pro zákres značek dosahu jednotlivých n-letých vod na příčných profilech na základě dokumentace nadmořské výšky hladiny n-leté vody v podélném profilu.
Pro zákres značek je k aktivnímu výkresu MZÚ 10 potřeba připojit výkres výškopisu. Pak se pro jednotlivé profily v podélném profilu vyhledá nadmořská výška průsečíku záplavové čáry s terénem a na toto místo se umístí příslušná značka. Jestliže by značky zasahovaly do sebe, je možno značku pootočit podle jejího identifikačního bodu (levý konec úsečky vyznačující místo průsečíku záplavové čáry s terénem). Takto vyznačené body na profilech se dále propojí podle konfigurace terénu tak, aby nadmořská výška záplavových čar stále klesala při postupu po směru toku. Pro interpolaci je vhodné vkládat lomové body na záplavové čáře v místech, odpovídajících lomovým bodům nejbližší vrstevnice. V místech, kde se "sousední" záplavové čáry pro různou periodicitu povodně přibližují méně než o 10 metrů, zakreslí se pouze vyšší z nich, avšak s atributy odpovídajícími struktuře MZÚ 10. T.j. např. jestliže v daném místě splývá pětiletá a dvacetiletá záplavová čára, zakreslí se jedna čára - prvek "návrhová ZČ pro 5 a 20 let". V místě, kde se čáry začínají sbíhat je nutno čáru, která nebude dále pokračovat, navést na lomový bod čáry vyšší periodicity povodně. Je-li možno identifikovat hranice aktivních zón záplavových území, kterými je při povodni odváděna rozhodující část celkového průtoku, také se zakreslí. Pro zákres platí stejná pravidla jako pro zákres návrhových ZČ. V místech, kde záplavové čáry a čáry aktivních zón opouštějí mapový list, je nutno vložit lomový bod v místě průsečíku rámu mapového listu a záplavové čáry (resp. hranice aktivní zóny apod.). Za hranicí mapového listu již kresba nepokračuje. Do ploch záplavových území, aktivních a pasivních zón se vloží identifikační značky, vždy jedna do každé plochy omezené záplavovou čarou (resp. hranice aktivní, pasivní zóny) dané nebo vyšší periodicity a rámem mapového listu.
Datový model je založen na vektorových DGN souborech a černobílých rastrech.
Pro práci s datovými soubory MZÚ 10 je vytvořen správce souborů (manažer). Tento manažer umožňuje nejen připojování souborů pro "aktivní" mapový list, ale také pro další listy mapy buď na základě seznamu existujících listů mapy, nebo na základě kladu mapových listů. Stejným způsobem je řešena i práce s rastrovými daty katastrálních map, které jsou členěny po kladech příslušného měřítka katastrální mapy. Rastrové katastrální mapy slouží pro zjištění hranic parcel v oblastech, které ještě nejsou pokryty digitální katastrální mapou nebo katastrální mapou digitalizovanou.
Pro usnadnění orientace v kladu mapových listů slouží funkce pro připojení kladu, ale hlavně i pro vyhledávání objektu (v modelu lze vyhledávat podle názvů katastrálních území v jednotlivých krajích). Uživatel se tak snadno dostane k příslušnému kladu a může kliknutím na číslo kladu uvedené v přehledce kladu mapových listů ZM 10 připojit příslušný list MZÚ 10.
Další funkce řeší přenos struktury dat ZABAGED do struktury dat MZÚ 10. Tato funkce automatizovaně mění strukturu ZABAGED na strukturu MZÚ 10, přičemž zohledňuje atributy připojené v textových souborech. Samozřejmě je vytvořen kreslicí nástroj pro kresbu prvků které náleží do správy povodí. Na stejné bázi je založena funkce "Změna atributů MicroStation", která mění strukturu prvků povolených k editaci na jiné prvky. Všechny atributy MicroStation jsou pro tyto funkce nastaveny automaticky. Poslední účel této funkce je identifikace elementů. Velmi důležitá funkce je "Práce s vrstvami" - prvky jsou rozděleny do tématických skupin (pro správce systému možné editovat), jejichž zobrazování je možné vypínat.
K datům o záplavových územích a topografickým datům jsou přičleněna i data katastru nemovitostí. Skládají se z digitální katastrální mapy nebo katastrální mapy digitalizované, a rastrové mapy pak slouží jen pro přehlednější zobrazení katastrální mapy. V případě, že digitální nebo digitalizovaná katastrální mapa pro dané území neexistuje, je potřeba vytvořit alespoň mapu parcelních čísel, která zajistí přisloučení dat souboru popisných informací katastru nemovitostí. Kliknutím na parcelní číslo je možno zjistit další informace z katastru nemovitostí.
Protože model obsahuje nejen záplavové čáry, ale také evakuační místa, cesty, místa s vyšší koncentrací obyvatel (hotely, školy atd.), parcely, a dokonce místa možného ohrožení životního prostředí (čerpací stanice, čistírny odpadních vod, skladiště nebezpečných látek atp.), je možné datový a programový systém využít i v Integrovaném záchranném systému. Například pro zjištění, které pozemky jsou ohrožené, kde je riziko znečištění, kde se mají shromaždovat evakuovaní obyvatelé atd. Všechny tyto informace je možno současně tisknout pro okamžité použití.
Model je navržen z uživatelského hlediska co nejjednodušeji tak, aby uživatelé nepotřebovali zvláštní počítačové zaškolení. Pokud by došlo ke změnám nastavení, budou si jej uživatelé nebo správce systému schopni provést sami. Například jestliže bude potřeba přidat nový prvek, nebude třeba měnit program! Díky této skutečnosti je možno doplnit datovou strukturu při použití na jiných pracovištích (kromě předpokládaných správců povodí) o další prvky, které budou pro dané pracoviště z hlediska záplav zajímavé (např. trafostanice, podzemní vedení atp. při využití pro krizové řízení v oblasti energetiky).
Program je založený na datových sadách, které jsou dostupné pro celou Českou republiku. Proto je možné pokrýt všechny potřebné oblasti. Také struktura dat bude jednotná, aby bylo možné sdílet data na hranicích mezi správami jednotlivých povodí a také jejich vzájemná výměna. Protože krajina i data podléhají změnám, je potřeba data aktualizovat. Tento problém řeší funkce "Obnova dat". Ta srovnává MZÚ 10 s aktualizovaným souborem polohopisu ZABAGED (nebo výškopisnou mapou) a bude provádět automatické změny v mapě; další změny mohou být zaznamenány a navrženy k individuální změně např. ručně.
Projekt VÚGTK na vytvoření aplikace GIS pro jednotnou údržbu MZÚ 10 pro Ministerstvo životního prostředí ČR je možno obecně aplikovat na různá krizová řešení při řízení státními úřady ČR. Tento projekt je založený na existující dokumentaci a ZABAGED. Jako grafické prostředí byl zvolen MicroStation v 8 s relační databází souboru popisných informací katastru nemovitostí. Systém umožňuje kreslit prvky MZÚ 10 a dále je využívat. Řešení počítá se změnami ve struktuře dat a s rozšířením i o nové prvky. Systém je schopen zajišťovat pravidelnou automatickou obnovu dat. Předpokládáme nasazení systému na vodoprávních úřadech, ve státní správě - radnice, obecní a krajské úřady, integrovaný záchranný systém (hasiči, policie) a v pojišťovnictví.