Prezentace k přednášce v předmětu Jinonické informační pondělky ze dne 20. 11. 2006.

1. Geografické informační systémyGeografické informační systémy
a on-line zpřístupňování mapa on-line zpřístupňování map
na Internetuna Internetu
Ing. Milan Talich, Ph.D.
Milan.Talich@vugtk.cz
JIP, 20. 11. 2006
Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický,
250 66 Zdiby 98, tel: +420 284 890 515, e-mail: Milan.Talich@vugtk.cz

2. Obsah přednášky:
• Vysvětlení pojmů:
– geoinformatika, geodata, geoinformace,
– geoinformační technologie,
– geografické informační systémy
• GIS:
– principy, vlastnosti, možnosti, uplatnění
• on-line zpřístupnění geodat
– standardy OGC, WMS, WFS
– mapy na Internetu

3. Úvod:
• Téměř vše, co se děje, probíhá na určitém místě zemského
povrchu,
• většina objektů a jevů reálného světa se vyskytuje na některém
místě zemského povrchu, nebo má vztah k některému místu na
zemském povrchu (občan má někde trvalé bydliště, výrobek byl vyroben v
určité továrně)
• tyto objekty se vyskytují v daném prostoru společně s mnoha
dalšími objekty a navzájem se ovlivňují (např. hlukem ze silnice jsou
postiženi obyvatelé v domech do určité vzdálenosti, komín zamoří zplodinami
určité území, prosperita prodejny závisí mimo jiné i na její poloze a množství
potenciálních zákazníků v okolí)

4. Úvod 2:
• znalost umístění a vzájemných prostorových souvislostí mezi
objekty je velmi významná a může sehrát důležitou roli v řadě
oborů lidské činnosti, především při rozhodování,
• zpracovávaná data a informace mají tedy i své prostorové
aspekty (poloha, velikost, tvar, rozmístění v prostoru, vzájemná vzdálenost apod.),
• značná část dat se vztahuje k určitým místům v prostoru a
jedná se tedy o data prostorová, jejichž zpracování by mělo
probíhat odlišným způsobem oproti datům, která prostorovou
povahu nemají.
• v našich datech v počítači (v informačním systému) musíme
mít zaznamenáno obojí současně, tj. jak vlastní údaje o
objektu (popisná – atributová složka), tak údaje o jeho poloze
(prostorová složka).

5. Základní pojmy:
• Geoinformatika je vědecká disciplína, která se zabývá
zpracováním dat a informací tak, aby byly jejich prostorové
aspekty při získávání, ukládání, zpracování i prezentaci plně
vzaty v úvahu.
• Prostorovým datům se v geoinformatice obvykle říká geodata,
• prostorovým informacím geoinformace,
• Informačním technologiím určeným pro práci s geodaty
geoinformační technologie,
• počítačovému systému, který umožňuje ukládat a využívat
taková data říkáme geografický informační systém (GIS).

6. Definice:
• „Geoinformatika (geomatika, geoinformační věda) je
vědecký a technický interdisciplinární obor, zabývající
se získáváním, ukládáním, integrací, analýzou,
interpretací, distribucí, vizualizací a užíváním geodat a
geoinformací pro potřeby rozhodování, plánování a
správy zdrojů“ (definice České asociace pro geoinformace).

7. Definice:
• „Geoinformační technologie jsou specifické informační
technologie určené pro získávání, ukládání, integraci,
analýzu, interpretaci, distribuci, užívání a vizualizaci
geodat a geoinformací.“
Příklady:
geografické informační systémy,
geodetické metody mapování,
dálkový průzkum Země,
fotogrammetrie,
družicové polohové systémy (GPS, GLONASS, Galileo),
prostorové značkovací jazyky (GML, TGML), …

8. Definice:
• „Geografický informační systém je organizovaný souhrn
počítačové techniky, programového vybavení,
geografických dat a zaměstnanců navržený tak, aby
mohl efektivně získávat, ukládat, aktualizovat,
analyzovat, přenášet a zobrazovat všechny druhy
geograficky vztažených informací.“
• „Geografický informační systém je informační systém v
obvyklém slova smyslu rozšířený o možnosti práce s
geografickým kontextem - tj. prostorovým vymezením
objektů a prostorovými vztahy objektů.“

9. Geografický informační systém:
• geo = GIS pracuje s údaji a informacemi vztahujícími se k Zemi,
pro které jsou známé jejich lokalizace v prostoru,
• grafický = GIS využívá prostředků grafické prezentace dat a
výsledků analýz a grafické komunikace s uživatelem,
• informační = GIS provádí sběr, ukládání, analýzu a syntézu dat s
cílem získat nové informace, potřebné pro rozhodování, řízení,
plánování, modelování, atd.,
• systém = GIS představuje integraci technických a programových
prostředků, dat, pracovních postupů, personálu, uživatelů apod.
do jednoho celku.

10. Příklad prostorových dat:
• Nejjednodušší forma prostorových dat – tabulka odběrových míst
s udáním souřadnic bodů
SAMPLE_ID COLLECTION_DATESITE_NAME SITE_CODE MATRIX SAMPLE TYPE LAB ANALYSIS_DATELATITUDE LONGITUDE
S19C3000.ASC 17.2.1995 San Jose C-3-0 SED FS AMS 17.2.1995 37,46 121,98
S19C1300.ASC 17.2.1995 Sunnyvale C-1-3 SED FS AMS 17.2.1995 37,43 122,01
S19A1000.ASC 16.2.1995 Coyote Creek BA10 SED FS AMS 16.2.1995 37,47 122,06
S19A2100.ASC 16.2.1995 South Bay BA20 SED FS AMS 16.2.1995 37,49 122,09
S19A3000.ASC 16.2.1995 Dumbarton BridgeBA30 SED FS AMS 16.2.1995 37,51 122,13
S19A4100.ASC 16.2.1995 Redwood CreekBA40 SED FS AMS 16.2.1995 37,56 122,21
S19B1500.ASC 16.2.1995 San Bruno ShoalBB15 SED FS AMS 16.2.1995 37,62 122,28
S19B3000.ASC 16.2.1995 Oyster Point BB30 SED FS AMS 16.2.1995 37,67 122,33
S19B7000.ASC 16.2.1995 Alameda BB71 SED FS AMS 16.2.1995 37,75 122,32
S19C1100.ASC 15.2.1995 Yerba Buena IsBC10 SED FS AMS 15.2.1995 37,82 122,35
S19C2100.ASC 15.2.1995 Horseshoe BayBC21 SED FS AMS 15.2.1995 37,83 122,48
S19C3200.ASC 15.2.1995 Richardson BayBC30 SED FS AMS 15.2.1995 37,86 122,48
S19C4100.ASC 15.2.1995 Point Isabel BC41 SED FS AMS 15.2.1995 37,89 122,34
S19C6000.ASC 15.2.1995 Red Rock BC60 SED FS AMS 15.2.1995 37,92 122,43
S19C6100.ASC 15.2.1995 Red Rock BC60 SED FS AMS 15.2.1995 37,92 122,43

11. Reprezentace dat v GIS – mapové vrstvy:
• Datové sady GIS uložené
obvykle společně v jednom
datovém souboru či v jedné
databázové tabulce,
• popisují určitou třídu objektů
či jevů v území,
• vizuálně jsou v GIS
reprezentovány skládáním
přes sebe s průhledným
pozadím.

12. Příklad zobrazení mapových vrstev v GIS:

13. Prostorové propojení dat:
• Všechna data v jedné mapě GIS se dostávají do vzájemné
souvislosti na základě polohy – hlavní přínos GIS jako databáze,
• prostorovým propojením dat lze zjistit nové skutečnosti, které v
jednotlivých datových sadách nebyly obsaženy,
• nejjednodušší způsob propojení - připojení tabulkových dat k
mapové vrstvě,
• v GIS je možné převádět neprostorová data na prostorová, mají-li
nějaký vztah k území (např. telefonní seznam obsahuje adresy => je možné je
automatizovaně převést na souřadnice).

14. Příklad připojení tabulkových dat k mapové vrstvě:
z toho z toho
Území vinice
Hl. m. Praha 21 15 - 0 1 29 5 1 10
Středočeský 668 556 3 0 71 433 305 21 27,7
Jihočeský 495 321 - - 160 511 375 43 37,28
Plzeňský 384 265 0 - 106 372 298 11 39,42
Karlovarský 125 57 - - 64 206 143 7 43,2
Ústecký 278 187 7 1 69 255 160 10 30,02
Liberecký 141 70 0 - 62 175 140 5 44,3
Královéhradecký 280 194 - 0 70 196 147 7 30,88
Pardubický 274 201 - - 60 178 133 6 29,42
Vysočina 420 325 - 0 84 273 210 12 30,3
Jihomoravský 426 358 - 15 28 281 196 15 27,72
Olomoucký 276 208 1 0 52 240 179 6 34,69
Zlínský 196 126 - 1 56 200 157 5 39,65
Moravskoslezský 285 179 - - 88 269 196 11 35,38
Česká republika 4 269 3 062 11 17 971 3 618 2 644 160 33,52
Země-
dělská
půda
orná
půda
chmel-
nice
trvalé
travní
porosty
Nezemě-
dělská
půda
lesní
pozemky
vodní
plochy
Podíl lesní
půdy [%]

15. Druhy mapových vrstev:
• Rastrové:
– Pravidelné rastry: nejčastěji
čtvercová mřížka („klasický rastr“,
obrázek, poloha pixelu odpovídá poloze
na mapě, hodnota pixelu odpovídá
hodnotě veličiny)
– Nepravidelné sítě: nejčastěji
trojúhelníky (hodnoty dané ve
vrcholech trojúhelníků)
• Vektorové:
– body
– linie
– plochy

16. Rastrová data:
• Vhodný zejména pro:
– Zobrazení leteckých snímků
a podkladových map
– Zobrazení veličin plynule se
měnících v území (nadmořská
výška, teplota, sklon svahu...)
• Vlastnosti:
– Umí zobrazit pouze jeden parametr
– Pevné rozlišení (polohová přesnost) dané velikostí pixelu
– Velké objemy dat, jednoduché operace s daty
– Problémy s aktualizací
– Při použití nepravidelného rastru lze měnit hustotu a umístění bodů v závislosti na
lokální členitosti povrchu
• Formáty:
– Tiff, GIF, PNG,
– Geotiff, MrSID, Zoomify

17. Vektorová data:
• Mají prostorovou a popisnou složku
– Mohou popisovat parametry zobrazených objektů (tloušťka čáry = šířka
silnice, …),
– lze uložit i záznamy o vzájemných prostorových vztazích objektů v mapě
(tj. topologii),
– lze jim přiřadit popisky i s jejich umístěním.
• Vhodná zejména pro:
– Izolované objekty v území typu bodu, linie či plochy a veličiny k nim
vztažené ( => vhodné pro katastrální a technické mapy, nevhodné pro
topografické mapy),
– lze je uložit do databáze (nejen do souboru) => rychlejší vyhledávání,
výpočty,…
• Formáty:
– ESRI Shapefile (.shp), Geography Markup Language (.gml),
– DXF, HPGL

18. Kartografická zobrazení:
• Pro vytvoření mapy z dat je třeba převést
nepravidelnou plochu zemského povrchu
do roviny mapy
• Postup:
– Bramboroid (zemský povrch),
– geoid (hladinová plocha),
– referenční elipsoid (rotační),
– rovina mapy.
• Nelze převést do roviny povrch elipsoidu bez zkreslení (úhlů, vzdáleností,
ploch) => nutnost kartografického zobrazení
– Projektivní = mapové projekce na těleso rozvinutelné do roviny
– Neprojektivní = matematický předpis pro transformaci souřadnic
• Po převodu do roviny mapy je třeba na ní umístit rovinný kartézský
souřadnicový systém

19. Základní typy mapových projekcí:

20. Příklad kartografického zobrazení:

21. Kartografická zobrazení používaná v ČR:
• Křovákovo zobrazení
– Speciálně navržené pro ČSR za 1. republiky,
– kuželové zobrazení v obecné (šikmé) poloze,
– Besselův elipsoid,
– civilní státní mapové dílo, nejrozšířenější v ČR
• UTM:
– Systém 60ti šesti-stupňových zón a dvou polárních
oblastí pro celý svět,
– válcové v příčné poloze,
– elipsoid WGS84, původně Hayfordův,
– každá zóna má vlastní souř. systém,
– vojenské mapy od r. 2006
• Gauss-Krüger:
– Systém šesti- a tří-stupňových pásů pro celý svět,
– válcové v příčné poloze,
– Krasovského elipsoid,
– každý pás má vlastní souř. Systém
– vojenské mapy v souř. systému S-42 do r. 2005

22. Souřadnicové systémy používané v ČR:
• Celosvětový:
– WGS 84 = geocentrické X,Y,Z souřadnice, jim odpovídají zeměpisné
souřadnice na referenčním elipsoidu WGS84 (používá jej GPS)
• Univerzální (jednotná řada systémů pro celý svět):
– UTM – používají armády NATO, osy E a N
– S42 – používaly armády Varšavské smlouvy (v ČR do r. 2005), osa X
na sever, osa Y na východ
• Speciální (lokální):
– S-JTSK = „Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální“,
navržen pro ČSR Ing. Křovákem za 1. republiky, používá se pro
civilní účely v ČR a SR, osa X přibližně na jih, osa Y na západ
– S-SK = Systém stabilního katastru, používaný dosud na některých
katastrálních mapách v ČR a zemích bývalého Rakousko-Uherska,
osa X na sever, Y na východ

23. Zdroje prostorových dat pro GIS:
• Primární:
– Geodetická měření
– Letecké a pozemní snímkování a dálkový průzkum Země
(DPZ)
– Globální systémy určení pozice (GPS, Glonass, Galileo)
• Sekundární:
– Digitalizace papírových map

24. Zdroje atributových dat:
• Manuální vstup
• Digitalizace OCR
• Převod z jiných, již digitálních zdrojů na základě
společného atributu
– Databáze státní správy a statistických institucí
– geokódování a „adress matching“

25. Geodetická měření:
• Nejstarší a stále nejpřesnější
způsob
• Výstupy z měření - přepis do PC
ručně, nebo přístroje umějí přímo
ukládat naměřená geodetická data
v digitální podobě.
• Geodetické výpočty - v PC se
naměřená data převádějí do
souřadného systému mapy
• Použití: mapy velkých měřítek
(technické, katastrální), plány.
• Výstupem je vektorová mapa

26. DPZ a letecké snímkování:
• primární výstupy:
– snímky – rastry + údaje o snímání
• sekundární výstupy (využití překryvu):
– Orthofotomapa (rastr s charakterem mapy)
• -> Využití území, zdravotní stav vegetace, editace vektorových
vrstev...
– Digitální model terénu (nepravidelný rastr)
• -> TIN, vrstevnice, sklony svahů, povodí, 3D, modely...

27. Družicové snímky:
• Pasivní systémy
– přijímám odražené
sluneční paprsky
– panchromatické,
multispektrální
• Aktivní systémy
– aktivně ozařuji terén
– radarové
– LIDAR - Laser Imaging
Detection and Ranging
LANDSAT 7
Bands

28. Orthofotomapa:
• Při vzniku orthofotomapy je třeba:
– odstranit zkreslení snímacího senzoru (optické vady).
– odstranit deformace snímku vlivem nekolmého snímání.
– odstranit polohové zkreslení vzniklé různou nadm. výškou
• To lze s pomocí DMT, který zase lze získat ze dvojic
překrývajících se snímků z focených různých pozic
– převést projekci optiky snímacího senzoru na cílovou
mapovou projekci a umístit snímek do souřadného systému

29. Globální systémy určení polohy:
• V současnosti GPS/Navstar (USA) –
přesnost závisí na „mezinárodní politické
situaci“, může být i vypnut. ~5m
horizontálně, vertikálně horší přesnost.
• GLONASS (Rusko) – nekompletní sada
družic, technické problémy, opět doplňování
družic.
• Galileo (EU), zatím jedna družice, má mít
garantovanou přesnost, komerční aplikace,
civilní.
• Zvýšení přesnosti – DGPS – přenos
korekčního signálu z referenční stacionární
GPS umístěné ve známé poloze – zpřesnění
pod 3m, u geodetických přístrojů cca 1cm v
poloze, 5cm ve výšce.

30. GPS – využití pro vstup dat do GIS
• GPS modul pro PC/notebook,
flash modul pro PDA,
PDA/notebook s vestavěným GPS
přijímačem... – může s příslušným
softwarem přímo ukládat data pro
GIS a zobrazovat je v mapě, s
daty lze ihned v terénu
pracovat.

31. Digitalizace papírových map:
• Skenování => rastr
• Vektorizace mapy => vektor
– přímo - digitizér
– nepřímo přes skenovanou mapu
• manuální - „obtahování pomocí myši“
• automatická a poloautomatická vektorizace (problémy s
rastrem, překryvy...)

32. Data jsou to nejdůležitější:
• Z uvedeného je zřejmé, že připravit pro takový systém všechna
potřebná data a zajistit jejich správu a aktualizaci představuje
zejména pro rozsáhlejší území složitou a poměrně náročnou
problematiku. 90% nákladů na provoz GIS tvoří prostředky na
získávání a obnovu dat.
• Výsledek se ale vyplatí, získáváme technologie a nástroj, které
usnadňují podporu rozhodovacího procesu.
• Lze zodpovědět otázky spojené s topologií, např.:
– najdi mi všechny sousedy právě probíhajícího stavebního řízení,
zobraz mi informace o jejich pozemcích,
– vyber mi všechny vlastníky pozemků, přes které prochází plánovaná
dálnice včetně ochranného pásma 50 metrů na každou stranu a
vytiskni mi jejich adresy,
– vyber mi všechny pozemky ve vlastnictví města a zobraz v mapě.

33. Data x informace:
• Za předpokladu, že informace je smysluplná interpretace dat,
můžeme hovořit o tom, že:
– To co vkládáme do GIS a co pomocí GIS zpracováváme, budeme
označovat za data
– To co prostřednictvím GIS získáme (výstupy), budeme označovat za
informace
– Jinak řečeno: data uchováváme a informace vybíráme

34. Sdílení dat – distribuovaný IS:
• Vzhledem k obrovské nákladnosti dat, jsou snahy vytvářet
distribuované GIS, které sdílejí data on-line, obvykle s využitím
Internetu
• K tomu jsou vyvinuty technologické nástroje, které
standardizuje OGC – Open Geospatial Consorcium
• Web map services (WMS) umožňuje sdílet rastrová data v GIS,
klient tak nepotřebuje mít data vlastní, ale službou WMS si je
vyžádá
• Jsou i další služby: WFS pro vektorová data, …
• Dnešní GIS umožňuje sdílet a distribuovat data prostřednictvím
mapových služeb a umožňuje tak pracovat současně s daty
různých správců a vlastníků s využitím distribuované správy a
aktualizace těchto dat.

35. Praktické užití GIS:
• ve státní správě a samosprávě (evidence majetku, parcel, nemovitostí)
• plánování dopravy (sledování pohybu vozidel, jízdní řády)
• správa inženýrských sítí (technické sítě, energetika, evidence majetku)
• kartografie (digitální zpracování map)
• marketingové analýzy (např. analýzy trhu)
• urbanismus (např. tvorba územního plánu, strategického plánu)
• ekologie (vývoj krajiny, odpady)
• zemědělství, lesnictví (půda, hospodaření)
• modelování jevů dynamických v území (např. hydrologické, rizikovost
liniových staveb)
• integrovaný záchranný systém (hasiči, záchranná služba, policie)
• armáda (modelování činnosti vojsk, pohybu objektů)

36. Závěr:
V prvních nástěnných malbách a mapách nelze spatřovat
GIS jak ho chápeme dnes, ale rozhodně na ně lze pohlížet
jako na první pokusy člověka zobrazit okolní svět,
nějakým způsobem ho zachytit a vyhodnotit. A v tomto
rámci se dnešní GIS snaží o to samé, jen s využitím
moderních a současných prostředků a znalostí.

37. Mapy v Internetu:
• www.cuzk.cz, geoportal.cuzk.cz
• oldmaps.geolab.cz
• www.env.cz, map.env.cz/website/mzp
• portal.gov.cz, geoportal.cenia.cz/mapmaker/ceu/portal
• www.atlas.cz, www.seznam.cz, www.centrum.cz
• Mapy.cz, Mapy.Atlas.cz, Mapy.Centrum.cz, Mapy.Tiscali.cz
• … a mnohé další

38. Milan Talich
Milan.Talich@vugtk.cz
Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický,
250 66 Zdiby 98, tel: +420 284 890 515, e-mail: Milan.Talich@vugtk.cz
Děkuji za pozornost