Úvod do GIS

V prezentaci jsou použity podklady firmy ESRI

Definice „GIS je funkční celek vytvořený integrací technických a programových prostředků, dat, pracovních postupů obsluhy, uživatelů a organizačního kontextu, zaměřený na sběr, ukládání, správu, analýzu, syntézu a prezentaci prostorových dat, pro potřeby popisu, analýzy, modelování a simulace okolního světa s cílem získat nové informace potřebné pro racionální správu a využívání tohoto světa.“ GIS 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.

GIS je modelem reality, kterou lze rozdělit do významově různých vrstev (převzato Arcdata Praha)

Vymezení a základní charakteristika GIS (geografický informační systém) je IS používaný pro shromáždění, editaci, údržbu, zobrazování a vykreslování údajů o reálných objektech rozmístěných v prostoru, které lze popsat souřadnicemi vztaženými k zemskému povrchu základem GIS je integrace geometrických dat umístněných v prostoru s daty popisnými (atributovými), která daný prvek dále klasifikují výsledkem propojení je logické uspořádání informací do jediného celku, umožňující vzájemné propojení, dotazování, analýzy a modelování problematikou GIS se zabývá geomatika (geoinformatika), mladý obor na rozhraní řady vědních oborů - geografie, geodézie, fotogrammetrie, dálkového průzkumu Země, kartografie, informatiky, semiotiky, psychologie, statistiky, územního a regionálního plánování.

Označení geografické informační systémy (GIS) se používá v několika významech: jako informační technologie pro práci s prostorově (časově) orientovanými údaji jako programové vybavení obecně, resp. konkrétní softwarový produkt umožňující data prohlížet, editovat, modifikovat, provádět dotazy a analýzy pro konkrétní aplikaci (GIS okresního úřadu, města, další konkrétní aplikace)

Oblasti vhodné pro aplikaci GIS systémů cestovní ruch správa budov geologie archeologie správa přírodních památek zemědělská výroba lesní a vodní hospodářství výstavba a správa inženýrských sítí ochrana životního prostředí atd.

Aplikace GIS v cestovním ruchu využití kombinace lokalizace polohy a geograficky určené informace v rámci lokálně kontextových služeb – např. vyhledání nejbližšího místa v okolí (tzv. bodu zájmu, angl. Point Of Interest), které splňuje daná kritéria (stravovací/ubytovací zařízení, památky, kulturní akce, atd.) možnosti navigace na cestě (s rozšířenými informacemi z bodů zájmu v okolí) prostorové plánování sledování zátěže území cestovním ruchem (BTS tracking mobilních a chytrých telefonů turistů) naplánování optimální trasy včetně vytvoření itineráře přesná lokalizace atraktivit vyhledání nejvýhodnějšího dopravního spojení monitorování vývoje CR na daném území, využití konceptu únosného zatížení území

Datové modely Rastrový datový model vychází z rozdělení rovinného prostoru pravidelnou mřížkou na jednotlivé dílky označované jako buňky, které představují nejmenší, dále zpravidla nedělitelnou prostorovou jednotku v tomto modelu jsou prostorové vztahy mezi jednotlivými prvky implicitně obsaženy v rastru

Datové modely vektorový model pro popis geometrických vlastností geo-prvků se využívá zejména tří následujících entit dvourozměrného prostoru – bod, linie a polygon uchovává objekty jako je řeka nebo ulice v podobě matematického popisu objektů – jejich typu a jejich specifických parametrů, nelineární objekty jsou uchovávány jako ohraničený prostor bodů hodí se pro zobrazování dobře ohraničitelných objektů pro popisné vlastnosti geo-prvků se využívá služeb databázových systémů, které jsou potřebné při spojování grafické informace s databázovou ve většině systémů GIS lze bez problémů používat rastrové i vektorové datové modely současně a provádět analýzy i mezi nimi navzájem

Vrstvy podle atributů (tedy podle charakteru entit, logicky kategorizovatelných částí reálného světa) se v GIS využívá rozdělení dat (mapové vektorové i rastrové podklady s jejich atributy) do vrstev lze zobrazovat pouze některé vrstvy (jedna ze základních funkcí prohlížeček GIS dat), provádět výpočty mezi vrstvami, vytvářet nové vrstvy z vrstev stávajících (např. výpočet vrstvy s indexem kvality životního prostředí z vrstev, které znázorňují kvalitu jednotlivých složek životního prostředí)

Schéma vrstev v GIS

Práce s vrstvami v GIS

Aplikace Životní prostředí historicky první oblast použití GIS slouží k inventarizaci přírodních zdrojů, k lokalizaci zdrojů znečištění, k modelování různých situací (eroze půd, postupy povodňových vln, požáry lesa a postupy jeho uhašení, šíření emisí za různých podmínek apod.). Správa inženýrských sítí v současné době asi nejrozšířenější oblast použití při výstavbě sítí je povinnost nově budované sítě geodeticky zaměřit a toto zaměření je základem informačního systému existující sítě jsou s různou kvalitou zachyceny v dokumentaci, nebo jsou plošně znovu přeměřovány a zahrnovány do budovaných GIS GIS plní funkci evidenční, dokumentační, nebo se používá k analýzám např. při hledání poruch.

Aplikace Doprava účinně pomáhá zejména při optimalizaci městské hromadné dopravy, kamionové přepravy, navrhování tras nadměrných nákladů (průjezdnost, únosnost mostů aj.) neopomenutelný je návrh umístění komunikací a projekční činnost, aplikací současnosti a blízké budoucnosti jsou systémy navigace a vyhledávání polohy letadel, lodí a vozidel pomocí několika družic (GPS - Global Positioning System) Finančnictví, pojišťovnictví, správa daní, obchod s realitami rozšířené je využití tzv. cenových map (vyznačení cenových pásem cen pozemků), digitálních katastrálních map (DKM) s napojením na databáze katastru nemovitostí (SPI) - t.j. identifikace vlastníka, velikost a lokalizace jeho vlastnictví

Aplikace Marketing využívají se analýzy segmentů trhu, propagace s podporou GIS prezentace (viz obr. na dalším slidu) Průmysl správa přírodních zdrojů, optimalizace umístění továren - hlediska přepravy, zdroje energie, surovin, polotovarů, geografické podmínky, pracovní síly, odbyt aj. Armáda využití v letecké navigaci, při simulacích, umístění zbraně, navádění na cíl (např. střely s plochou dráhou letu)

Aplikace Historické vědy a především archeologie zdokonalená dokumentace nalezišť (mapy, letecké snímky...) vytipování lokalit s možným výskytem nálezů z leteckého snímkování (z charakteristik terénu - význačné body, blízkost řeky, z půdorysů staveb apod.)

Součásti GIS

Hardware V případě GIS běžícího jako tlustý klient poměrně vysoké hardwarové nároky: – na RAM – na grafickou kartu – na místo na pevném disku původně stanice s OS UNIX, nyní i osobní počítače, GIS jako tenký klient často na mobilních zařízeních periferní zařízení: – digitizér – scanner – plotr – přesný tiskový výstup, často na velké formáty – tiskárna – na kontrolní tisky, pro jednoduché aplikace (dotaz v TIC, na výstavě)

Software Hlavní součásti: nástroje pro vstup a manipulaci s geografickou informací databáze (systém řízení báze dat – SŘBZ) nástroje podporující realizaci geograficky orientovaných dotazů, analýz, vizualizaci grafické uživatelské rozhraní (GUI)

Základní softwarové moduly GIS Schéma podle Tuček 1998

Uživatelské prostředí online nápověda, příkazový řádek, myš, tablet, ikonová menu, nastavení uživatelského profilu, modularita systému

Zachytávání a vstup údajů vstup, konverze a verifikace údajů ve formě vhodné pro daný GIS zdroje – mapy, fotografie, měření v terénu, databáze atd.

Prostorové analýzy prohledávání geografické databáze, integrace prostorových údajů, analýzy mezi vrstvami, vyhledávání optimálních cest atd.

Zobrazení a vytváření výstupů vytváření map, tabulek, grafů, diagramů pro uživatele bývají připraveny sady předdefinovaných pohledů

Transformace údajů změna formy beze změny obsahu – např. změna soustavy souřadnic, generalizace, změny měřítka, změny projekce

Data nejcennější a nejdůležitější část GIS problémy s kompatibilitou datových formátů – řeší se standardizací, rozvinutými možnostmi konverzí integrování prostorových informací a informací databázových, textových, grafických, multimediálních získávání z mnoha zdrojů; data primární a sekundární

Lidé široké spektrum různě zkušených a různě zaměřených uživatelů vychází se jim vstříc: – modularita – specializace prostředí – zjednodušené verze GIS – vizualizace a kvalitní uživatelské prostředí

Metody způsoby využití GIS u různých organizací různé druhy analýz, primárního zpracování dat, spolupráce s dalšími prostředími, testování přesnosti dat, využívání různých reprezentací dat atd.

Fáze budování konkrétní aplikace GIS několik etap: shromáždění požadavků na GIS vymezení datových zdrojů definování podrobností a rozsahu příprava projektu GIS budování GIS dle projektu další rozvoj projektu

Aktivity při budování konkrétní aplikace GIS data - realizace utřídění dat, posouzení kvality, vhodnosti pro převzetí, řešení pozdějších aktualizací dat, digitalizace dat, návrh prostředků a metod řešení, využívání a údržby GIS projekt je projednáván s uživateli a je kladen důraz na modularitu systému (pozdější rozšiřování, úpravy) už ve fázi projektu by mělo být definováno SW prostředí, ve kterém bude aplikace pracovat, definovány datové formáty exportů do jiných SW prostředí (vyřešení konverzí, nastavení převodních tabulek) nesmí se také opomenout definování parametrů a nároků na HW

Aktivity při budování konkrétní aplikace GIS při budování GIS je poměrně finančně náročné pořízení HW, SW a dat zde se vhodně uplatní modularita budovaného systému, kdy se zprovozní základ systému a podle finančních možností se přidávají další složky a další pracoviště v této fázi se zpracovávají získaná data (digitalizace, transformace, vektorizace, úpravy, převody databázových údajů atd.)

Aktivity při budování konkrétní aplikace GIS vektorizace – převedení z rastrového formátu na vektorový formát způsoby vektorizace – ruční, poloautomatická a automatická problémy: nejednoznačnost (rozklad původního bodového rastru na entity – entita je „idealizací“ reality), vysoká pracnost typicky se používá při vektorizaci mapových podkladů

Typické funkce GIS vstup dat, způsoby: digitalizace vektorizace převod z jiných GIS prostředí převod dat z jiných aplikací (databáze, DTP, multimediální aplikace atd.)

Typické funkce GIS Manipulace s daty: úprava dat tak, aby mohly být využity v konkrétní aplikaci – často sjednocení měřítka podkladů Management dat způsob uložení dat v souborech, ve vzájemně propojených relačních databázích zavedení způsobu aktualizace dat

Literatura Antunes P. at all: A Georeferenced Decision Support System for Integrated Environmental Management, GASA 1998, New University of Lisbon Gonçalves P. P.: Interoperability of Geographic Information: from the Spreadsheet to Virtual Environments, GASA 1998, New University of Lisbon Romão T., Câmara A.: Coastmap: a Spatial Multimedia System for Coastal Management, GASA 1998, New University of Lisbon

Literatura Fernandes J. P.: Visualization and Interaction Tools for Aerial Photograph Mosaics, GASA 1998, New University of Lisbon Anselin, L Exploratory Spatial Data Analysis and Geographic Information Systems, DOSES Workshop on Spatial Analysis and GIS, Lisboa, Tuček J.: Geografické informační systémy, Computer Press 1998, ISBN X