Mgr. Jan Langr
T-Mapy spol. s r. o.
Nezvalova 850
500 02 Hradec Králové
E–mail: jala@tmapy.cz

Abstract

Abstrakt

Úvod

V první části příspěvku jsou uvedeny základní informace o databázi DMÚ 25, které jsou nezbytné pro pochopení následujících pasáží. Navazující kapitola uvádí požadavky na využití databáze pro kartografické účely a z tohoto pohledu hodnotí DMÚ 25. V závěrečné kapitole jsou shrnuty konkrétní zkušenosti získané při realizaci projektu, při němž byla databáze DMÚ použita pro vytvoření kartografických výstupů.

DMÚ 25

Databáze DMÚ 25 je jedním ze základních stavebních kamenů budovaného vojenského topografického informačního systému (VTIS). Jedná se o vektorovou databázi topografických informací o území, která svou přesností a obsahovou náplní koresponduje s vojenskými topografickými mapami měřítka 1:25000 označovanými TM25. Jedním z logických cílů budované geografické databáze je právě generování plně digitálně zpracovaných topografických map měřítek 1:25000 a 1:50000. Databáze obsahuje především topografické údaje obecného charakteru, u nichž není utajení nutné. Právě tak Katalog topografických objektů (KTO), který v sobě zahrnuje seznam a detailní popis všech vyskytujících se objektů, neobsahuje utajované informace. Katalog je určen pro služební potřebu orgánů a organizací v rezortu Ministerstva obrany AČR, není však omezeno jeho využívání jinými organizacemi v civilním sektoru i komerční sféře.

Stručný popis databáze

Databáze DMÚ25 je vytvořena a spravována v systému ArcInfo firmy ESRI, Inc. pracovníky specializovaného pracoviště VTOPÚ Dobruška. Data v DMÚ 25 jsou organizována po listech map měřítka 1:25 000 a uložena v souřadném systému S-42. Obsah topografické mapy je rozdělen do následujících sedmi logických vrstev: vodstvo; komunikace; potrubí, energetické a telekomunikační trasy; rostlinný a půdní kryt; sídla, průmyslové a jiné topografické objekty; hranice a ohrady; terénní reliéf.

Obsah jednotlivých logických vrstev je rozdělen do 20 ukládacích jednotek systému ArcInfo coverage, které tvoří interní databázi. Podle toho, jaké typy objektů coverage obsahuje, tj. zda jsou klasifikovány uzavřené areály (polygon), linie (arc) nebo body (node, point), jedná se o polygonové, liniové nebo bodové coverage. Jméno coverage tvoří nomenklatura mapy 1:25 000 a jméno vrstvy.

Atributové informace o objektech jsou fyzicky odděleny od geometrické reprezentace objektů. Počet atributů pro jednotlivé kategorie objektů se liší. Znamená to, že v každé externí atributové tabulce jsou informace o objektech, které jsou tříděny v rámci tohoto atributu, ale které mohou patřit do rozdílných tématických vrstev či coverages. Na druhé straně objekty organizované v rámci téže coverage mohou mít rozdílný počet popisných atributů. Každý objekt databáze má přiděleno jednoznačné číslo v rámci celé databáze DMÚ 25. Tento unikátní identifikátor umožní provázání geometrické reprezentace objektu s jeho atributovou informací v externích atributových tabulkách. Chceme-li získat o objektu kompletní informaci, musíme propojit jeho geometrickou reprezentaci se všemi externími tabulkami, které jsou pro tento objekt deklarovány.

Ne všechny objekty musí být klasifikovány a ne všechny atributy pro klasifikovaný objekt musí být naplněny. Všechny klasifikované objekty jsou označeny alfanumerickým kódem, který představuje sémantický typ objektu a je uložen v položce styp v interní databázi.

Struktura databáze, KTO, FACC

Podrobný přehled o všech objektech reality, které mohou být začleněny do databáze, udává Katalog topografických objektů (KTO). Tento katalog vychází ze standardu pro správu a výměnu geografických informací DIGEST (DIgital Geographic Information Exchange STandard) a jeho katalogu FACC (Feature and Attribute Coding Catalogue) verze 1.2. KTO je navíc uzpůsoben specifiku českých topografických map a logice ukládání dat v systému ArcInfo. Je třeba upozornit, že tentýž kód KTO nemusí znamenat přesně totéž, co kód FACC.

Katalog ke každému objektu deklaruje tématickou vrstvu, typ objektu, kód objektu KTO a FACC, jeho definici a geometrickou reprezentaci a výčet možných atributů. Dále v katalogu najdeme seznam všech atributů s jejich definicí. V případě, že je atribut klasifikovaný, pak zároveň v katalogu nalezneme výčet všech přípustných hodnot s jejich významem.

Distribuce databáze

Využití databáze pro kartografické účely

Požadavky běžného uživatele na databázi jako datový zdroj

Jaké jsou základní požadavky potenciálního uživatele na takovou databázi, aby mohl její data použít jako datový zdroj? S určitým zjednodušením je můžeme shrnout do následujících bodů:

• Využitelný formát dat
• Vhodný souřadnicový systém
• Geografický rozsah databáze
• Podrobnost a přesnost databáze
• Jednoznačné a přehledné tématické členění dat
• Kategorizace prvků databáze podle vhodných kritérií
• Úplnost databáze z hlediska struktury i obsahu
• Aktuálnost dat
• Cena

Celá databáze vycházející z díla TM25 je homogenní na celé ploše a přesností odpovídá parametrům TM25. Ty byly vytvořeny fotogrammetrickou metodou a patří k velmi přesným a topograficky podrobným mapovým podkladům. Stávající souřadnice reprezentují kartografickou polohu objektu v TM25, ovšem probíhající aktualizace (do r. 2004) je přiblíží skutečné - fotogrammetrické poloze s tolerancí do 5 až 20 metrů (podle typu objektu). Dá se říci, že DMÚ 25 má srovnatelné parametry přesnosti jako ZABAGED1, který je digitální podobou Základní mapy ZM10.

Struktura databáze, vyjádřená a dokumentovaná KTO, je logická, nikoli však přirozená a jednoduchá. Datový model je přizpůsoben prostředí ArcInfo, ve kterém jsou data pořizována a spravována. Autoři záměrně oddělili popisné atributy od geometrie jednotlivých objektů. Zejména způsob organizace popisných informací v externích tabulkách, a to nikoli po tématických vrstvách, ale po jednotlivých atributech, přináší uživateli určité obtíže. Každá externí tabulka obsahuje pro každý objekt jen dva údaje – jednoznačné identifikační číslo a hodnotu příslušného atributu. Je-li atribut klasifikován, existuje k němu číselník s vysvětlením pole hodnota. Chce-li získat všechny informace o objektech v několika tématických vrstvách, pak musí v každé z nich vytvořit relaci na všechny externí atributové tabulky, které jsou pro kterýkoli prvek z dané tématické vrstvy přípustné. Chce-li pak všechny informace vidět v jediné tabulce, musí všechny externí tabulky virtuálně připojit přes jednoznačný identifikátor k interní tabulce daného tématu. Znamená to rovněž, že při vkládání jednoho prvku do databáze v rámci aktualizace bude třeba editovat všechny externí tabulky, do nichž se vlastnosti tohoto prvku promítají.

KTO velmi podrobně a detailně popisuje a klasifikuje všechny objekty reality. Je tedy možné kategorizovat objekty téže třídy či tématické vrstvy podle různých kritérií a provádět rozmanité tématické mapování. Na druhé straně jsou v některých případech přípustné hodnoty atributů navzájem nesouměřitelné, překrývají se jejich významy či naopak je pro jeden objekt přípustných více hodnot téhož atributu.

KTO definuje množství objektů a jejich atributů, sloužící k popisu reálného světa z pohledu topografa. Pro mnohé účely kartografie je množství atributů výrazně nadbytečné. O to náročnější je naplnění a aktualizace tak rozsáhlého množství atributů. V tomto bodě najdeme jednu ze slabin databáze DMÚ 25 - vzhledem k rozsahu a podrobnosti celého díla nejsou ještě některé tématické vrstvy zcela naplněny jak z hlediska geometrie, tak zejména atributů.

Konkrétní zkušenosti z realizovaného projektu

V létě roku 2000 se na pultech knihkupectví objevila nová publikace s názvem Tipy na výlety. Tento nekonvenční projekt Nakladatelství Lidové noviny bude na svých stránkách několikrát ročně přinášet tipy na zajímavé výlety po českých skvostech i zapomenutých zákoutích. Textový a obrazový průvodce jednotlivých doporučených výletů je doplněn přehledovými mapkami se zakreslenou trasou, odkazovými údaji a turistickou tématicky zaměřenou náplní. Pro kratší výlety jsou pro přípravu těchto mapek jako základ použita data DMÚ 25. Mapy jsou zpracovávány do formátu .eps v modulu Arcplot prostředí ArcInfo. Podle vytvořeného předpisu a s využitím předpřipravené symboliky se data DMÚ 25 vizualizují a doplňují o tématickou nadstavbu.

Předpoklady vizualizace prvků databáze

KTO a další metadatové dokumenty (textový popis databáze, legendy, číselníky) dávají velmi podrobný přehled o celé databázi, nenajdeme zde však návod, jak data jednoduše vykreslit. Je vhodné si sestavit seznam objektů, které na mapě chceme mít, dále zjistit v KTO, jak jsou jednotlivé objekty deklarovány a v rámci kterých atributů jsou tříděny a klasifikovány. Je třeba rovněž posoudit vzájemné vztahy a interakce objektů v reálném světě, v použitém datovém modelu a na výsledné mapě. Na základě detailního rozboru je pak možné sestavit předpis pro vykreslení pomocí zvolené symbologie.

Zatřídění objektů do KTO

Jedním ze základních zobrazovaných témat budou jistě komunikace. Budeme chtít rozlišit silniční a železniční síť, dálnice od silnic, ulice v obcích od účelových komunikací a cest, elektrifikované železniční tratě od neelektrifikovaných, tratě od vleček apod. Situace ale není tak jednoduchá, jak se na první pohled může zdát. Vezměme za příklad železnici a pokusme se ji podle KTO popsat. Pro jednoduchost jsou do tabulky vybrány jen stěžejní atributy pro jednotlivé typy objektů.

Obr č. 1 Úrovňové a mimoúrovňové křížení liniových objektů

Chybějící údaje důležité pro kartografické vyjádření

K přednostem databáze patří topologická struktura datového modelu. Typickým příkladem je vyjádření bodových objektů umístěných na linii, které jsou reprezentovány a klasifikovány v podobě nodů, tedy počátečních resp. koncových bodů linie. Znamená to, že ani při změně průběhu linie nemůže dojít k odsunutí bodového objektu mimo linii. Jako vlastnost linie jsou vyjádřeny například železniční stanice a zastávky, mostky, propustky, portály tunelu apod. Ke správnému kartografickému zobrazení těchto bodových objektů potřebujeme znát rovněž úhel natočení bodového, často nesymetrického symbolu. Příkladem je obdélníková nesymetrická značka pro znázornění železniční stanice (obr.1). Hodnotu úhlu natočení nodu do směru tečny linie však v žádné položce nenajdeme. Nezbude nám nic jiného než z topologických a geometrických vlastností nodu a jemu přilehlých linií spočítat tento úhel pro všechny požadované objekty a uložit tuto hodnotu do nového atributu. Poté již budeme schopni železniční stanice a další bodové objekty správně kartograficky vyjádřit.

Kvalita digitalizace

Rozsahem i strukturou je databáze DMÚ 25 unikátní dílo. Na jeho zpracování a přípravě se několik let podílel početnější zpracovatelský tým. Zejména data pořízená v první etapě, kdy operátoři získávali důležité zkušenosti, jsou částečně poznamenána na kvalitě. Data byla pořizována od západu směrem na východ a právě v západních oblastech se tyto chyby projevují nejvíce. Nejzřetelněji jsou chyby vidět na hladkých křivkách – tedy na železnicích a vrstevnicích (obr. č.2c). Výsledkem jsou nevyhlazené křivky – buď se na liniích vyskytují nepřirozené zlomy (u železnic) nebo díky špatně nastavené toleranci jsou na křivce pouhým okem vidět lomové body této lomené čáry.

Obr č. 2a Chyby digitalizace – zástavba

Obr č. 2b Chyby digitalizace - zástavba

Obr č. 2c Chyby digitalizace – železnice, silnice

Bodové objekty, které nejsou zároveň nody linií, jsou s výjimkou coverages PET, VYSB a GEOB reprezentovány polygonem tvaru čtverce o velikosti 1m × 1m a klasifikovány jako polygony společně s ostatními prvky. Důvodem je snížení počtu coverages, neboť ARC/INFO nepodporuje (do verze 7) ukládání polygonů a bodů do společné coverage. Nevýhodou však je skutečnost, že v datech ve formátu shapefile jsou všechny tyto objekty klasifikovány jako polygony a nelze je bez převodu na prvky typu point zobrazit bodovými symboly. Z tohoto důvodu lze výhodnost společné klasifikace bodů a polygonů v téže coverage považovat za diskutabilní.

Tématická data

Důležitou roli na každé mapě hrají informace tématického charakteru, zpravidla vyjadřované bodovými symboly (ikonami) a umisťovanými do těžiště objektu. Jedná se zejména o informace o objektech hodných pozornosti, službách různého druhu a volnočasových aktivitách. V KTO nalezneme širokou škálu objektů, které by mohly tyto požadavky splňovat. Jsou to jednak objekty vyjádřené v TM25 topografickou značkou, jednak budovy kategorizované účelem využívání do mnoha oblastí – průmyslu, zemědělství, institucí, kultury, zdravotnictví, rekreace, dopravy, obchodu, školství apod. Jednotlivé kategorie budov jsou ještě nadále členěny – například mezi kulturními objekty můžeme specifikovat hrady, zámky, pevnosti, památníky, muzea, kostely, kaple, divadla, kina, galerie a další. Jedna věc je připravená datová struktura a druhá pak její faktické naplnění reálnými daty. Právě zde je potřeba počítat se skutečností, že připojené databáze s atributovými informacemi jsou naplněny jen zčásti a budou doplňovány postupně dle kapacitních možností. Dále je třeba mít na mysli, že v datech z první etapy digitalizace není více informací než v podkladové mapě TM25. A ta je v tématické oblasti zaměřena na výběr objektů, které jsou z vojenského hlediska důležité pro orientaci. Určitě zde nechybějí významné kostely a další solitérní objekty, naopak nelze příliš spoléhat na nabídku služeb.

Popisy

Zcela nenahraditelnou součástí každé mapy jsou popisy vybraných kategorií objektů. Společně s ostatními vrstvami je "darem a bez záruky" dodávána vrstva popisů, a to ve dvou variantách – s českou diakritikou v kódování ISO-Latin2 a bez diakritiky. Data byla vytvořena pro jednodušší a rychlejší vykreslování a pro účely tvorby mapy. Dle dokumentace dat se shodují s obsahem externích atributů popisovaných objektů, ze kterých byly generovány. Anotace jsou vnitřně členěny do mnoha úrovní, avšak význam tohoto členění není nikde dokumentován. Z našich zkušeností vyplývá, že množství dodaných popisů obsahově neodpovídá TM25 ani TM50, a to ani na úrovni popisů sídel.

Využití výškopisu a DMT

Již od jara 2000 je spolu s daty polohopisu distribuován i výškopis ve formě vrstevnic. Vrstevnice s ekvidistancí 5 metrů umožní vytvořit podrobný digitální model terénu, z něhož odvozené deriváty je možné využít pro vizualizaci (hypsometrie, stínování reliéfu, profil trasy výletu apod.). Doposud není dokončena vrstva terénního mikroreliéfu, který zahrnuje valy, zlomy, srázy, hráze a další terénní stupně. Tuto chybějící vrstvu jsme pro významné terénní stupně dočasně získali převzetím geometrie z vrstvy komunikací (pro souběžné objekty), a to dle obsahu turistické mapy 1:50000 z ediční řady KČT.

Volba formátu dat

Volba formátu, ve kterém hodláme využívat databázi DMÚ 25, závisí na očekávaném převažujícím způsobu práce s databází. Pro kartografické účely se jeví jako vhodný formát ArcInfo Library, který umožňuje snadnou aktualizaci dat a práci s bezešvou mapou na celém území, kde jsou data k dispozici. V tomto formátu odpadají problémy s ukládáním dat a předpis pro vykreslení dat zůstává beze změny bez ohledu na rozsah dat.

Chceme-li provádět kromě zobrazování dat rovněž analýzy nad těmito daty v určitém omezeném území, pak se jeví jako vhodnější formát ArcInfo coverages nebo ArcView shapefile s atributy spojenými do jediné externí atributové Info tabulky resp. jediného .dbf souboru. Při omezeném území je vhodné pospojovat základní ukládací jednotky (mapový list TM25) pro celé zájmové území do formy souvislé coverage, nebo při větším rozsahu do databáze spravované pomocí Spatial Database Engine (SDE).

Shrnutí a závěr

Literatura

[ 1 ] Martinec, Z.: Databáze DMÚ 25 – struktura datové báze, VTOPÚ, Dobruška.