geografický infromačný systém (gis): štruktúra, integrita, … · 2011-01-27 · infromation...

Geografický infromačný systém (GIS):

štruktúra, integrita, interoperabilita, implementácia.

Geographic infromation system (GIS):

structure, integrity, interoperability, implementation RNDr. Eva Mičietová, CSc.

Katedra kartografie, geoinformatiky a diaľkového prieskumu Zeme

Prírodovedecká fakulta UK

Mlynská dolina 1

84215 Bratislava

E - mail: [email protected]

Abstract

GIS is defined as a system created from subsystem of data collection and primary data processing, subsystem of data preserve and data actualization, subsytem od derivation of the new information, subsystem of distubution of information.

We consider three levels of GIS integrity:

The attributes of geographical sphere and the tree-dimmensionality of geographic information create the first level of GIS integrity.

The locations of data and informations transfromations in GIS represent the second level of GIS integrity.

The infromation, technological and organisational tools for protection of interoperability of geographic infromation represent the trird level of GIS integrity.

The implenetiation of GIS we realize in tree steps:

GIS as a modelling tool, GIS as an information tool and GIS as a technological tool.

Abstract

GIS je definovaný ako systém pozostávajúci zo subsystémov zberu a prvorného spracovania údajov, subsystému uchovania a aktualizácie údajov, subsystému odvodenia nových infromácií a subsystému na

of 361

4.5.2010http://gis.zcu.cz/kartografie/konference2001/sbornik/micietova/micietova_referat.htm

distribúciu infromácií.

Uvažujeme tri úrovne integrity GIS:

Prvú úroveň integrity GIS predstavujú vlastnosti geografickej sféry a trojdimenzionálnosť geograficke informácie.

Druhú úroveň integrity predstavujú miesta transformácie údajov a infromácií v GIS.

Tretiu úroveň integrity predstavujú informatické, technologické a organizačné nástroje na zabezpečenie interoperability geografických informácií.

Implementáciu GIS uskutočňujeme v troch úovniach:

GIS ako modelovací nástroj, GIS ako informatický nástroj a GIS ako technologický nástroj

Úvod Pojem geoinformačné a geografické informačné systémy (GIS) sa v oblasti skúmania krajiny používa už od 70. rokov 20. storočia. Je to "len" tridsať rokov, a predsa základy bádania v oblasti geoinformatikyboli položené už v minulom tisícročí. Také je vnímanie času vo vzťahu k pokroku v tejto oblasti ľudského bádania. Najviac zmien sa udialo v oblasti technologickej platformy geoinformačných systémov, najmä vďaka pokroku v informačných a telekomunikačných vedách. Menej zmien je v oblasti koncepcie geografických informačných systémov.

Prezentovaná koncepcia GIS vychádza zo systémového poňatia geografickej sféry, a z toho plynúceho komplexného chápania geografickej informácie o krajine ako trojdimenzionálnej veličiny, ktorej zložky sú poloha, téma a čas. Takéto integrálne chápanie geografickej informácie sa prejavuje v štruktúre geografickej databázy GIS, kde sa nepreferuje polohová zložka údajov o geosfére, ale preferuje sa integrita tematickej, polohovej a časovej zložky geografickej informácie. Týmto chápaním sa aj presadila špecifikácia geografické v rámci domény geoinformačných systémov.

Integrálne chápanie geografickej informácie na všetkých úrovniach jej spracovania podmieňuje údajový model informačného systému, jeho databázový údajový model, a teda štruktúru celého systému.Integritu systému teda možno špecifikovať z hľadiska celostnosti geografickej informácie a z hľadiska metód, ktorými sa táto informácia generuje v prostredí informačného systému. Implementáciapredstavuje zavedenie systému s takto chápanou štruktúrou v konkrétnom technologickom prostredí,pretože práve v ňom pojem údajový model a databázový údajový model nadobúdajú konkrétnureprezentáciu. Z tohoto hľadiska teda implementácia GIS nie je totožná s inštaláciou technológií v počítačovom prostredí.

V súčasnom období má geografická informácia význam nielen v oblasti geografických vied a ichprístupov ku krajine, ale je predmetom zdieľania ako súčasť celkových informačných zdrojov v globálnom rozsahu záujmov ľudskej spoločnosti. Pri koncipovaní geografických informačných systémov ako nástrojov na modelovanie priestorových štruktúr geosféry a nástrojov na spracovanie geografickej informácie je teda potrebné zohľadniť na jednej strane požiadavku integrity systému, ktorá podmieňuje kvalitu a operačné možnosti geografických informácií, ale na strane druhej interoperabilitu

of 361


nástrojov a informácií v širšom prostredí riadenia - výskumu, využitia a ochrany krajiny .

Riadiace systémy – informačné systémy – geografické informačné systémy

Pojem informácia je uvažovaný v súvislosti s riadiacou činnosťou v zmysle definície (Habr, Vepřek, 1973): “Informácia je neenergetická veličina, ktorej hodnota je úmerná zmenšeniu entropie systému”. Ak uvažujeme informačný proces ako proces zberu, prenosu a spracovania informácie a riadenie akorozhodovací proces, v ktorom na základe spracovaných informácií vznikajú rozhodnutia o skúmanomriadenom objekte, možno potom rozlíšiť tri základné prvky rozhodovacieho procesu: prvok riadiaci,prvok riadený a prvok informačný. Vzhľadom na to, že v procese riadenia sú všetky prvky spätnoväzebne prepojené (obr. 1), možno definovať systém riadenia

,

pričom je prvok riadiaci, je prvok riadený a je prvok informačný, uvažované ako samostatné subsystémy systému riadenia v zmysle (Kačír, 1971). V systéme riadenia poskytuje subsystém

riadený na dopyt zo subsystému riadiaceho údaje o stavoch, pričom subsystém informačný

na základe požadovaných úloh – stratégie riadenia transformuje údaje na informácie o subsystéme

. Na základe informácie dáva subsystém riadiaci dopyt, resp. rozhodne – riadi. Subsystém informačný možno považovať za integrujúcu zložku systému riadenia, čo schematicky vyjadruje obr. 1, a výrazne ovplyvňuje priebeh riadiaceho procesu v systéme

Geografické informačné systémy sú v tomto zmysle integrujúcou zložkou v systéme riadeniageografickej krajiny, pričom subsystém riadiaci predstavuje jednotlivé stratégie výskumu, využitia a ochrany krajiny a vlastný objekt riadenia

Obr. 1 Systém riadenia SR – prvky systému SRC, SINF, SRD a okolie systému (ao)R

je v najširšom slova zmysle geografická sféra. Vzhľadom na to, že informačný systém je funkčným (integračným) prvkom systému riadenia krajiny, je tento určujúcim prvkom celého systému riadenia.

Z postavenia informačného subsystému vyplýva, že odráža jednak vlastnosti objektu riadenia –

subsystému , ale aj vlastnosti subsystému riadiaceho . V dôsledku toho sa pri koncipovaní geografických informačných systémov venuje veľká pozornosť analýze vlastností objektu riadenia –subsystému - geografickej krajine, ale aj riešeným úlohám, ktoré generuje subsystém riadiaci nazáklade zvolených stratégií riadenia. Koncipovanie geografických informačných systémov vychádzapreto z analýzy vlastností objektu riadenia – geografickej krajiny, pretože tieto sa odrážajú v štruktúre

of 361


základných informácií o stavoch skúmaného objektu. Na druhej strane sa však v štruktúre subsystému

odráža aj charakter požiadaviek riadiaceho procesu v oblasti výstupov z a vstupov do . Zatiaľ čo subsystém riadený predurčuje obsahovú stránku subsystému informačného (najmä obsah a štruktúru komplexnej údajovej základne informačného systému), subsystém riadiaci determinuje smer aformu transformácií základných údajov (prvotných informácií) o stavoch subsystému na informácie ako podklad k rozhodovaciemu o priebehu riadiaceho procesu. Uvedené vychádza zo systémovejanalýzy objektu riadiaceho procesu – geografickej krajiny ako výrezu z geografickej sféry (Krcho,Mičietová, 1989).

Štruktúra geografického informačného systému

Údajové základne o prvkoch geografickej sféry, resp. o jednotlivých prírodných subsystémoch, súvýchodiskom k získaniu informácií o javoch a procesoch v nich prebiehajúcich, avšak nie sú

bezprostredným podkladom pre rozhodovanie v riadiacom subsystéme systému riadenia krajiny SR. Sú v nich uložené len základné informácie∗ (prvotné informácie), ktoré sa v subsystéme

transformujú podľa požadovaného obsahu a formy. Podľa definície (Kačír, 1971) je informačný systém taký systém, ktorého väzby sú definované ako informácie a prvky ako miesta transformácie(spracovania) informácie. V tomto zmysle vyjadrime teda informačný systém ako množinu

,

kde je množina miest transformácií a je množina informácií.

Miesta transformácie možno podľa typu rozdeliť do štyroch úrovní:

úroveň zberu a prenosu prvotných údajov, prvotné spracovanie týchto údajov, generovanie základných informácií a formálne zjednotenie základných informácií,

úroveň jednotného uloženia základných informácií na pamäťové médiá, logické a technologické zjednotenie základných informácií a zabezpečenie komplexného a integrovaného prístupu k nim,

úroveň spracovania prvotných informácií a generovanie nových – odvodených informácií ako podklad k rozhodovaniu v procese riadenia,

úroveň distribúcie informácie v systéme riadenia.

Podľa toho budeme ďalej uvažovať informačný subsystém ako samostatný systém, ktorý možno

charakterizovať na jednotlivých úrovniach systému množinou prvkov – miest transformácií prvotných informácií na informácie ako podklad k riadeniu v systéme :

a množinou väzieb - informácií , ktoré sú generované na jednotlivých úrovniach – miestach transformácie:

of 361


Podľa toho možno každú z úrovní informačného systému považovať za samostatný subsystém

, , , ,

a teda informačný systém o geografickej sfére možno definovať na základe množiny subsystémov

.

je subsystém , ktorý zabezpečuje funkcie zberu a prenosu “surových” údajov z miesta zberu namiesto spracovania, prvotné spracovanie týchto údajov a generovanie základných informácií, formálnezjednotenie všetkých prvotných informácií na základe špecifických atribútov údajovej základne predmetu geografického informačného systému – objektu procesu riadenia – geografickej sféry, ako ajna základe aplikačných úloh riešených v procese riadenia na základe stratégie riadenia krajiny.

je subsystém, ktorý zabezpečuje funkciu logického zjednotenia všetkých prvotných informácií v zvolenom technologickom prostredí tak, aby bol zabezpečený komplexný prístup k prvotným informáciám o objekte riadenia a súčasne ich integrované spracovanie, vychádzajúce zo základnýchatribútov údajovej základne objektu riadenia. V rámci subsystému sa uplatňuje princíp banky dát –systému , ktorý v prípade geografických informačných systémov musí zabezpečovať poskytovanie prvotných geografických informácií∗ o objektoch geografickej sféry, ako aj modelovanie priestorovýchštruktúr týchto objektov, ktoré sú súčasne nositeľmi všetkých atribútov geografickej informácie. ( z východiskových geografických objektov, obsiahnutých v databáze geografického informačného systému) V tomto zmysle možno považovať funkčnosť subsystému ako nutnú podmienku funkčnosti

informačného systému **.

je subsystém, v ktorom sa z prvotných geografických informácií o objektoch geografickej sférya ich priestorových štruktúrach generujú nové informácie o krajine ako podklad pre rozhodovaniev systéme riadenia krajiny. V rámci tohoto subsystému sa uplatňujú modelovacie nástroje na hodnotenie priestorových – horizontálnych a vertikálnych interakcií objektov geografickej sféry, hodnotenie procesov prebiehajúcich v geografickej sfére, ako aj sledovanie dynamiky a priestorovej diferenciáciezmien týchto procesov .

je subsystém za zabezpečenie distribúcie základných geografických informácií, ako aj odvodených

geografických informácií jednak v rámci geografického informačného systému medzi jeho jednotlivými subsystémami, ale aj medzi rôznymi informačnými systémami navzájom.

Štrukturovanie geografického informačného systému vychádza z toho že jednotlivé subsystémy sa výrazne odlišujú formami transformácie prvotných informácií . Všetky

prvky – subsystémy systému sú však funkčne vzájomne prepojené, pretože výstupy z jedného subsystému– transformované prvotné ako aj odvodené informácie – sú súčasne vstupmi do

of 361


iného subsystému (Obr. 2). Integrita geografického informačného systému je nevyhnutnou podmienkou

fungovania celého informačného systému a možno ju v zmysle práce (Habr, Vepřek, 1973,Krcho, Mičietová, 1989) uvažovať v troch rovinách.

Prvú rovinu tvorí vlastný predmet geografického informačného systému – geografická sféra v najširšom slova zmysle (

), ako aj aplikačné úlohy, riešené v procese riadenia na základe stratégie riadenia krajiny pomocou dostupných modelovacích nástrojov na odvodenie novej informácie o krajine.

Obr. 2 Štruktúra geografického informačného systému

Druhú rovinu integrity informačného systému predstavujú miesta transformácie informácie (zber, prenos, formálne zjednotenie, logické zjednotenie, uchovanie a distribúcia informácie).

Tretiu rovinu integrity predstavujú informatické, technologické a organizačné nástroje, ktorými GIS interaguje s ostatnými prvkami systému riadenia krajiny a s okolím tak, aby boli zabezpečené funkcie interoperability geografických informácií a nástrojov na ich spracovanie.

Integrita a interoperabilita GIS

Základné atribúty geografických informácií – 1. rovina integrity geografického informačného systému SGIS.

Vlastnosti geografickej sféry ako predmetu geografického informačného systému SGIS ako aj komplexný prístup k jej hodnoteniu predurčujú základné atribúty geografických informácií, ktorými sú čas, priestor a téma. Generovanie úplnej geografickej informácie sa uskutočňuje na základe polohovo lokalizovaných, časovo definovaných tematických údajov, ktoré generujú viaceré geovedné disciplíny.Geografický informačný systém predstavuje informatický nástroj na spracovanie týchto prvotnýchúdajov a generovanie úplnej geografickej informácie o objektoch krajiny na základe týchto prvotnýchúdajov.

Keďže generovanie geografickej informácie ako podklad k tvorbe rozhodnutí je hlavnou funkciougeografických informačných systémov, je potrebné poznať a hodnotiť kvalitu geografických údajov o krajine. Hodnotenie kvality údajov možno uvažovať samostatne vo všetkých subsystémoch SGIS. Vo všeobecnosti vo vzťahu k predmetu SGIS možno špecifikovať nasledovné hľadiská kritériá hodnoteniakvality geografických údajov (Brassel et al.1995): presnosť, rozlišovacia schopnosť, konzistentnosť, kompletnosť.

of 361


Presnosť (správnosť)

je opakom chyby. Definícia presnosti (správnosti) vychádza z entitno - atribútovo hodnotového modelu, kde entita predstavuje fenomén reálneho systému geografickej sféry, atribút predstavuje relevantnúvlastnosť entity a hodnota je kvantitatívne alebo kvalitatívne meranie atribútov entity. Pojmom chyba saoznačuje rozpor medzi kódovanou a skutočnou hodnotou určitého atribútu danej entity . Všetky geografické údaje sú však zbierané s ohľadom na použitý model ich spracovania, čo implicitne, alebo explicitne podmieňuje požadovanú úroveň abstrakcie a generalizácie. Toto predurčuje špecifický opis objektívnej reality. Podľa toho aktuálna hodnota atribútu je hodnota, ktorá vyplýva z úrovne špecifikácie (generalizácie) prístupu k entitám objektívnej reality. Správnosť je vždy relatívna, pretože je vždy hodnotená vo vzťahu k špecifickému opisu entity. Preto pri hodnotení vhodnosti alebo nevhodnostiurčitých údajov je potrebné súčasne zvažovať aj limity zvoleného prístupu (špecifikácie) k opisu danejentity.

Priestorová presnosť (správnosť) je charakteristika kvality geografických údajov o krajine, ktorávyjadruje priestorový komponent geografickej informácie. Jej hodnotenie závisí od dimenzionality entítreálneho systému SG, ktoré berieme do úvahy (Caspary,Scheuring 1993, Thapa, Bossler 1992,

Chrisman, 1991 ). Pre bodové entity je polohová (priestorová) správnosť definovaná ako vzdialenosť medzi kódovanou polohou a skutočnou polohou (Obr. 3)

Obr. 3

Meranie chyby možno vyjadriť klasickými štatistickými mierami - strednou chybou, strednou kvadratickou chybou, hodnotením limít spoľahlivosti., atď. Pre líniové a plošné (areálové) entity je hodnotenie polohovej presnosti komplexnejšie, pretože chyba polohovej presnosti sa skladá z polohovej chyby (chyba v polohe bodov, generujúcich líniu) a z generalizačnej chyby (chyby vo výbere bodov, reprezentujúcich líniu). Chyba polohovej presnosti líniových a areálových entít sa vyjadruje tzv. -pásmom, ktoré definuje zónu neurčitosti okolo kódovanej línie, v rámci ktorej existuje skutočná línia (obr. 4)

of 361


Obr. 4

Časová správnosť je zhoda medzi kódovanými a skutočnými časovými súradnicami uvažovanej vlastnosti entity. Časové súradnice vyjadrujú časové limity, v rámci ktorých je uvažovaná entita platná. Z hľadiska časovej platnosti možno geografické údaje rozdeliť na okamžikové a intervalové. Časovú správnosť vyjadruje teda vhodnosť (správnosť) výberu časového okamžiku alebo časového intervalu, v ktorom sa merajú hodnoty atribútov vybranej entity.

Tematická správnosť je správnosť nameranej hodnoty atribútu uvažovanej entity (Salgé,1995). Správnosť hodnoty atribútu musí byť hodnotená (analyzovaná) rôznym spôsobom v závislosti odpovahy geografických údajov. Pre kontinuálne sa meniace atribúty , napr. entity typu povrchov, možno tematickú správnosť vyjadriť ako chybu merania (napr. nadmorské výšky majú správnosť 1 m. Pre atribúty typu kategórie (napr. triedy polygónov) možno hodnotiť vhodnosť kategórií (heterogenitu polygónov), nesprávnosť definovania kategórií (pri entitách typu areál s neostrými hranicami), atď. Pre kvalitatívne údaje , najmä atribúty typu kategórií , ktoré vyjadrujú vlastnosti entít s územnou platnosťou plošnou, sa hodnotenie tematickej správnosti uskutočňuje pomocou klasifikačnej chybovej matice (Veregin, Hargitai, 1995).

Rozlišovacia schopnosť

geografických údajov vyjadruje množstvo detailov, ktoré rozlišujeme v priestore, čase a téme. Rozlišovacia schopnosť je vždy konečná, pretože žiaden hodnotový systém nie je nekonečne presný a pretože modelovanie geografických javov a procesov vychádza z generalizácie pohľadu na geografickú sféru (Veregin, 1998) . Rozlišovacia schopnosť je hľadisko špecifikácie komplexnej údajovej základne SGIS, ktoré determinuje jej vhodnosť pre určité užívateľské aplikácie. Rozlišovacia schopnosť súvisí so správnosťou geografických údajov, keďže úroveň rozlíšenia podmieňuje špecifikáciu komplexnej

of 361


údajovej základne (databázy SGIS), vo vzťahu ku ktorej je správnosť hodnotená. Dve databázy s rovnakou úrovňou správnosti , ale rôznou úrovňou rozlišovacej schopnosti nemajú rovnakú kvalitu.

Priestorovú rozlišovaciu schopnosť možno vyjadriť vo vzťahu k rastrovým údajovým štruktúram ako lineárny rozmer jednej bunky rastra. Pre vektorové údaje sa vyjadruje priestorová rozlišovacia schopnosť stanovením minimálnej plochy mapovanej jednoty. Rozlišovacia schopnosť geografických údajov nemožno stotožňovať s mierou priestorového vzorkovania geografických objektov alebo javov(hustotou monitorovacích lokalít), rozlišovacia schopnosť určuje veľkosť vzorkovanej jednotky . Ak je miera vzorkovania vyššia ako rozlišovacia schopnosť, vzorkovacie jednotky sa prekrývajú.

Časová rozlišovacia schopnosť vyjadruje dĺžku (časové trvanie) vzorkového intervalu. Časová rozlišovacia schopnosť podmieňuje minimálne trvanie udalosti, ktoré sa v komplexnej údajovej bázeSGIS rozlišuje . Časová rozlišovacia schopnosť sa odlišuje od miery časového vzorkovania - zatiaľ čo časová rozlišovacia schopnosť predstavuje dĺžku vzorkovacieho intervalu, miera vzorkovania jefrekvencia vzorkovania v čase, napr. raz za deň, ..., atď.

Tematická rozlišovacia schopnosť odpovedá presnosti , resp. kategorizácii určitej témy. Pre kategoriálneúdaje vyjadruje tematická rozlišovacia schopnosť jemnosť definície kategórií, pre kvantitatívne údaje (povrchy) ju možno chápať analogicky s priestorovou rozlišovacou schopnosťou – uvažovanou v smere z- dimenzie.

Konzistentnosť

geografických údajov podmieňuje absenciu zjavných rozporov v komplexnej údajovej bázegeografického informačného systému (Kainz, 1995). Je hodnotená potenciálom geografických informácií, ktoré môže systém generovať. Priestorová konzistencia zahŕňa topologickú konzistenciu priestorových objektov geografickej databázy a následnú možnosť generovania nových priestorových štruktúr. Časovú konzistenciu uvažujeme taktiež vo vzťahu k časovej topológii, kde platí podmienka, že len jedna udalosť sa môže vyskytnúť na danom mieste v danom čase. Tematická nekonzistentnosťzodpovedá za rozpory a renundantnosť tematických atribútov. Konzistencia údajovej základnegeografického informačného systému je hodnotená napr. renundantnosťou atribútov, ktorým chýbajú interakcie na časovú a priestorovú dimenziu, a teda nie sú východiskom pre generovanie úplnejgeografickej informácie .

Kompletnosť(úplnosť)

geografických údajov možno vyjadriť dvomi formami (Brassel et al. 1995). Údajová nekompletnosť je merateľná chyba – nesúlad medzi úrovňou generalizácie opisu nejakého geografického javu a jejreprezentáciou v komplexnej báze údajov. Kompletnosť údajov z hľadiska vhodnosti použitia určitých modelov vyjadruje komplexnosť údajovej základne a jej schopnosť poskytnúť všetky potrebné údaje pre danú aplikáciu (použitý model krajiny). Nekompletnosť môže byť hodnotená z hľadiska atribútov priestoru, času a témy.

Miesta transformácie informácie – 2. rovina integrity geografického informačného systému

V ďalšej časti sú analyzované miesta transformácie prvotných geografických údajov o krajine na

of 361


prvotné a odvodené geografické informácie vo vzťahu k jednotlivým subsystémom SINF. Vychádzame pritom zo špecifikácie hľadísk rôznorodosti geografických údajov a z riešenia problémov ich zjednotenia tak, aby mohlo byť zabezpečené ich integrované spracovanie v komplexnej báze údajov amodelovanie priestorových štruktúr so všetkými atribútmi geografickej informácie v nej (Krcho,Mičietová 1989). Súčasne s tým analyzujeme možnosti odvodenia nových geografických informácií nazáklade špecifických analytických a modelovacích nástrojov, ktoré využívajú priestorové štruktúry geografickej databázy a generujú z nich nové informácie.

Špecifikácie miest transformácie na všetkých úrovniach - subsystémoch GIS je nutnou podmienkou hodnotenia kompletnosti a koherentnosti štruktúry geografického informačného systému ako informatického nástroja na riešenie štandardných geografických úloh. Pojem informatický nástrojmožno bližšie špecifikovať z hľadiska údajov, metód ich spracovania (transformácie), technológie a organizačných prístupov. Vhodné metódy spracovania údajov, štruktúrované do jednotlivých úrovní -subsystémov GIS-u sú preto prvkami kompletnej a koherentnej štruktúry GIS-u a teda sú podmienkou zabezpečovania jeho funkcií v systéme riadenia krajiny a umožňujú riešenie štandardných geografických úloh.

Poznanie miest transformácie údajov a informácií je súčasne nevyhnutným predpokladom analýzy kvality informácií, ktoré geografický informačný systém generuje, pretože všetky miesta transformácieinformácie sú zdrojom neurčitosti výslednej informácie. Vyjadrenie miery neurčitosti geografickej informácie preto vychádza zo špecifikácie týchto miest transformácie a vytvára predpoklady vyhodnotiť príspevky jednotlivých foriem spracovania prvotných údajov na výslednú kvalitu geografickejinformácie.

Miesta transformácie informácie v subsystéme SZP.

Na úrovni zberu a prvotného spracovania údajov o krajine analyzujeme rôznorodosť údajov podľa

množiny hľadísk , kde vyjadruje formu údajov , vyjadruje priestorovú

štruktúru údajov, vyjadruje polohovú lokalizáciu údajov, vyjadruje rozlišovaciu schopnosť

údajov a vyjadruje územnú platnosť údajov.

Hľadisko formy údajov

Rozlišujeme dve základné formy údajov – analógovú a digitálnu. Zdrojom analógových údajov o krajinesú tematické mapy, analógové letecké snímky, textové údaje, atď. Digitálne údaje o krajine možno rozdeliť do skupín:

digitálne grafické údaje v štandartných grafických rastrových a vektorových formátoch (HPGL, TIFF, JPEG, DGN, ...),

digitálne tabuľkové údaje v štandartných tabuľkových formátoch ( napr. XLS),

digitálne databázové údajové štruktúry (DBF ..,),

digitálne textové údaje (DOC ... )

of 361


Integrované digitálne spracovanie prvotných geografických údajov vyžaduje transformácie jednak z formy analógovej do formy digitálnej, ale aj transformácie medzi rôznymi vstupnými digitálnymi formami údajov o krajine navzájom. Pri transformácii medzi analógovou a digitálnou formou geografických údajov sa uplatňuje niekoľko metód – miest transformácie prvotných údajov na prvotné informácie:

metóda rasterizácie grafických analógových podkladov ( ),

metóda vektorizácie digitálnych rastrových grafických podkladov ( )

metóda editovania údajov do prostredia textových editorov, tabuľkových kalkulátorov a

databázových systémov (

).

Pri zjednotení digitálnych foriem prvotných geografických údajov sa uplatňujú ďalšie metódy transformácie údajov:

transformácie textových digitálnych údajov (ASCII) do grafických, tabuľkových alebo

databázových digitálnych formátov ( ),

metódy vzájomnej transformácie digitálnych grafických formátov - rastrových a vektorových

jednotlivo aj navzájom (

).

Z hľadiska formy priestorovej štruktúry údajov o krajine - rozlišujeme priestorovú štruktúru rastrovú a vektorovú. Špecifikácia týchto foriem je podrobne spracovaná v početných prácach (Goodchild 1997, White et al. 1992, van Roessel 1987, Burrough, McDonnell 1998). V prostredígeografického informačného systému je potrebné integrované pracovanie údajov obidvoch foriempriestorovej štruktúry, pričom sa uplatňujú nasledovné metódy transformácie týchto foriem:

transformácia bodov, línií a polygónov z vektorovej do rastrovej formy priestorovej štruktúry (

),

transformácia rastrových areálov do vektorovej formy ( ),

transformácia rastrových foriem priestorovej štruktúry navzájom ( ) (rubbersheet).

Hľadisko polohovej lokalizácie údajov

Geografické údaje o krajine sa získavajú z rôznych zdrojov, preto je na úrovni ich zberu a prvotného

of 361


spracovania nejednotná aj forma ich polohovej lokalizácie. Údaje získané z topografických alebo inýchtematických máp, ako aj analógové údaje diaľkového prieskumu Zeme (DPZ) sú vo všeobecnosti

polohovo lokalizované v rovinnom pravouhlom systéme – v zobrazovacej rovine príslušnej mapy (snímky).

Údaje zaznamenané v archívoch, alebo údaje získané priamo z monitorovacích systémov boli

v minulosti štandardne polohovo lokalizované v zemepisnom súradnicovom systéme častokrát nedefinovaného typu referenčného telesa a geodetického systému. V súčasnosti je polohová lokalizácia mapovaných geografických objektov získavaná najmä metódami GPS (global position systems) a je

vyjadrená v priestorovom pravouhlom systéme , alebo v sférickom systéme

geodetického systému WGS 84.

Integrované spracovanie geografickej informácie o objektoch geografickej sféry vyžaduje jednotnú formu polohového určenia všetkých geografických údajov, aby bolo v plnom rozsahu možné zabezpečiť funkcie geografického informačného systému. Jeho jednotná kartografická báza by mala z hľadiska deformačných vlastností spĺňať požiadavku ekvivalentnosti, t.j. aby rovnako veľké plošné elementy vymedzené v jej zobrazovacej rovine zvolenou kartografickou sieťou zodpovedala rovnakým plošným elementom na povrchu zeme, a mali teda rovnakú informačnú hodnotu. Táto požiadavka je dôležitá najmä pri spracovaní údajov s územnou platnosťou plošnou a rastrovou formou priestorovej štruktúry. Z toho istého dôvodu sú preferované rovinné pravouhlé systémy pred sférickým zemepisným systémom, pretože elementy plochy vymedzené sieťou rovnobežiek a poludníkov s konštantným krokom

nemajú rovnakú plochu. Manipulácia so sieťami v rovine je taktiež výpočtovo menej náročná.

Voľba jednotnej kartografickej bázy súčasne vyplýva aj z rozlišovacej schopnosti požadovanej geografickej informácie. Pri manipulácii s geografickou informáciou od úrovne strených a veľkých mierok sa voľba jednotného súradnicového systému orientuje na platné geodetické a kartografickésystémy ( u nás S-42 a S-JTSK), ktorých deformačné vlastnosti spĺňajú požadované parametre.

Zabezpečenie jednotnej polohovej lokalizácie všetkých polohovo lokalizovaných údajov na úrovni zberua prvotného spracovania SZP sa uskutočňuje metódami transformácie súradníc. Uvažujeme tri typy transformácií súradníc:

- kartografické transformácie medzi zemepisným sférickým systémom zvoleného referenčného telesa a rovinným pravouhlým systémom, ktoré sú vo všeobecnom tvare vyjadrené zobrazovacími rovnicami :

; ; ; ,

kde funkcie nadobúdajú konkrétny analytický tvar pravých alebo nepravýchkartografických zobrazení v geografickej alebo geodetickej aplikácii.

- geometrické transformácie z roviny lokálneho súradnicového systému do roviny

jednotnej kartografickej bázy :

of 361


; ; ; ,

kde analytický tvar funkcií predstavujú napr. polynomické interpolačné alebo aproximačné funkcie rôznych rádov, ktorých koeficienty sa určujú na základe reprezentatívnej množiny

identických bodov, so známymi súradnicami .

- transformácie geodetických referenčných súradnicových systémov a

:

; ; ;

; ; ,

kde analytické riešenie transformačných funkcií poskytuje viacero metód (Mojzeš 1997) na základe

reprezentatívnej množiny identických bodov uvažovaných referenčných systémov .Transformácie geodetických systémov je nutné uskutočniť vtedy, ak je potrebné uplatniť kartografické transformácie súradníc priestorových objektov zo zobrazovacej roviny lokálneho

súradnicového systému do zobrazovacej roviny jednotnej kartografickej bázy , pričom uvažované dva kartografické systémy používajú rôzne referenčné súradnicové systémy. Táto metóda transformáciesúradníc sa taktiež uplatňuje pri jednotnej polohovej lokalizácii objektov, mapovaných metódami GPS,ktoré vyjadrujú polohu v referenčnom systéme WGS 84 , pričom jednotná kartografická báza dát zvoleného kartografického systému (napr. S-JTSK, S-42) je definovaná vzhľadom na iný referenčný systém (Besselov elipsoid, Krasovského elipsoid).

Hľadisko rozlišovacej schopnosti údajov

Ako už bolo vyššie uvedené, rozlišovacia schopnosť údajov s vektorovou formou priestorovej štruktúry je daná veľkosťou minimálnej plochy mapovaného geografického objektu. Rozlišovacia schopnosť údajov s rastrovou formou priestorovej štruktúry je daná minimálnou veľkosťou rozmeru plošného

elementu rastra. Integrované spracovanie polohovo lokalizovaných údajov o krajine , ako ajkontrolovateľná miera polohovej neurčitosti vyžaduje, aby bolo možné vzájomne vyhodnotiť a priestorovo integrovať geografické objekty vyjadrené na rôznych úrovniach rozlíšenia.

Pri údajoch s vektorovou priestorovou reprezentáciou túto integritu zabezpečujú metódy generalizácie

vektorových objektov . Pri údajoch s rastrovou formou priestorovej reprezentácie priestorovú

integritu – rovnakú rozlišovaciu schopnosť zabezpečujú metódy prevzorkovania (bilineárna interpolácia, vážený priemer, atď.) rastrových údajov, ktoré generujú nové hodnoty atribútov pre nové plošné elementy odvodené z pôvodnej rastrovej štruktúry zahustením, alebo zlúčením buniek rastra.

Hľadisko územnej platnosti údajov rozlišuje geografické údaje s územnou platnosťou bodovou, líniovou a plošnou. Bodové, líniové a plošné objekty môžu predstavovať prvky špecifických

of 361


geometrických sietí, hierarchických grafov alebo matematicky odvodených nových priestorovýchštruktúr, definovaných v zmysle stanovených priestorových operátorov (susedstva, vzdialenosti, atď.). Integritu vektorových údajov s rôznou územnou platnosťou zabezpečujú:

metódy generovania geometrických sietí (TIN- trojuholníková nepravidelná sieť), hierarchických grafov, alebo špecifických polygónov (tiessenove polygóny) z východiskových bodových,

líniových alebo plošných ( ), metódy generovania topologickej štruktúry priestorových objektov s rôznou územnou platnosťou (

), ktoré uplatňujú zásady priestorovej konzistencie geografických údajov, metódy generovania nových priestorových štruktúr na základe topologickej štruktúry objektov a

špecifikácie priestorových operátorov ( ).

Miesta transformácie informácie v subsystéme SDB.

Analýza miest transformácie v subsystéme vychádza zo skutočnosti, že v rámci tohoto subsystému sa uplatňuje princíp banky dát. Banka dát je funkčný celok, ktorý tvorí báza dát a systém riadenia bázydát (SRBD). Báza dát geografických informačných systémov reprezentuje model reality - komplexný digitálny model priestorovej štruktúry (Krcho, Mičietová 1989), ktorý vyjadruje základné vlastnosti astav krajiny, uvažovanej ako objekt riadenia na základe zvolených hľadísk výskumu, využitia a ochrany krajiny.

Systém riadenia bázy dát zabezpečuje operácie nad bázou údajov - zriadenie, editovanie, dopytovanie a archivovanie. V prípade geografických informačných systémov zabezpečuje systém riadenia bázy údajov čiastkové a kombinované dopyty na geografické objekty, ich vlastnosti a vzájomné priestorovévzťahy.

Priestorový aspekt predmetu riadenia - krajiny- predurčuje “priestorovosť” databázy geografických informačných systémov. Špecifické charakteristiky stavov krajiny reprezentujú tematický obsahdatabázy. Priestorová databáza geografického informačného systému je teda súbor polohovo lokalizovaných tematických údajov s definovanou časovou platnosťou, ktoré fungujú ako model reality. Databáza je model reality v tom zmysle, že predstavuje určitú aproximáciu fenoménov objektívnej reality v zmysle stanovených hľadísk špecifikácie. Analýza miest transformácie informácie

v subsystéme vychádza z formulácie štruktúry a funkcií geografickej databázy.

Základné prvky databázy GIS.

Prvky reality - geografické objekty- modelované databázou GIS možno vyjadriť dvomi formami identifikácie :

elementom reality, ktorý označujeme pojmom entita,

reprezentáciou elementu reality – entity v databáze, ktorú označujeme pojmom objekt.

Tretia forma identifikácie prvkov reality v databáze GIS je kartografický symbol, ktorým je entita/objekt vyjadrená ako prvok mapy. Táto forma identifikácie prvkov objektívnej reality v databáze je dôležitá najmä vtedy, ak kartografické analytické subsystémy priamo komunikujú s geografickou databázou.

of 361


V zmysle štandardu DCDSTF (Digital Cartographic Data Standards Task Force) sú ďalej používané nasledovné pojmy na vyjadrenie prvkov a štruktúry geografickej databázy:

entita je fenomén objektívnej reality, ktorá je ďalej nedeliteľná,

objekt je digitálna reprezentácia všetkých častí entity, pričom metóda digitálnej reprezentácie objektov závisí od mierky, cieľa, atď.

typ entity je zoskupenie podobných fenoménov objektívnej reality v databáze; prvý krok pri tvorbe databázy GIS je výber a definovanie typov entít, ktoré budú obsiahnuté v databáze; druhý krok pri tvorbe databázy je výber vhodnej metódy priestorovej reprezentácie každého typu entity

typ priestorového objektu je digitálna reprezentácia typu entity v databáze. Uvažujeme nasledovný zoznam typov priestorových objektov, definovaných na základe charakteristík priestorovej dimenzie: 0-D – objekt, ktorý je v priestore polohovo lokalizovaný, ale nemá dĺžku (bod) ; 1-D – polohovo lokalizovaný objekt, má dĺžku, pozostáva z viacerých objektov typu 0-D; 2-D – objekt, ktorý má dĺžku a šírku a je ohraničený minimálne tromi objektmi typu 1-D; 3-D – objekt. ktorý má dĺžku, šírku a výšku/hĺbku, ohraničený minimálne štyrmi 2-D objektmi.

triedy objektov predstavujú súbor objektov, ktoré reprezentujú súbor entít;

atribút je tematická charakteristika entity vybranej pre databázovú reprezentáciu; je spravidla nepriestorová;

hodnota atribútu je aktuálna hodnota charakteristiky entity , ktorá bola nameraná a uložená v databáze; atribútové hodnoty sú organizované v databáze do atribútových tabuliek, v ktorých jednotlivé entity predstavujú riadky a typy atribútov predstvujú stĺpce;

vrstva je zoskupenie priestorových objektov, ktoré reprezentujú jeden typ entity, alebo skupinu príbuzných typov ;

databázový model je popis databázových pojmov a ich väzieb, definujúci typy entít a k nim priradené atribúty, pričom každý typ entity je reprezentovaný špecifickými priestorovými objektmi; databázový model je pohľadom na databázu, ktorý môže systém ponúknuť užívateľovi a definuje aplikačný potenciál - operačné možnosti databázy GIS;

Databázové modely

Tvorba geografickej databázy vychádza z definovania databázového modelu. Rozlišujú sa tri úrovne implementácie databázového modelu:

konceptuálny (pojmový) model je systém pojmov reprezentovaných v budovanej databáze;

logický model je systém databázových prvkov a ich väzieb, zohľadňujúci konceptuálny model a vlastnosti softvéru – databázového systému a systému riadenia bázy dát; databázové systémy používajú rôzne údajové modely - hierarchický, sieťový, relačný, objektovo orientovaný (Chen 1977, Codd 1990, Meyer 1997, Yeung. 1998), ktoré predurčujú formu implementácie konceptuálneho modelu do zvoleného databázového prostredia;

of 361


fyzický model je systém databázových prvkov usporiadaných do súborov , fyzicky reprezentovaných v zvolenom softvérovom a hardvérovom prostredí; prvky fyzického modelu riadi systém riadenia bázy dát, ktorý zabezpečuje nasledovné funkcie : i) definíciu typov údajov v databáze, ii) štandardné operácie nad údajmi v databáze, iii) DDL (data definition language) na popis obsahu databázy, iiii) SQL (standard query language) na tvorbu dopytov na databázu a manipuláciu s údajmi v nej.∗

Hľadiská zavedenia subsystému geografickej databázy

vychádzajú zo špecifikácií údajového modelu . Uvažujme množinu hľadísk , kde

je špecifikácia konceptuálneho modelu, je špecifikácia logického modelu a kde je špecifikácia fyzického modelu geografickej databázy.

Zavedenie konceptuálneho modelu geografickej databázy predstavuje nasledovné transformácie :

vytvorenie modelu objektívnej reality - definovanie entít (geografických objektov, alebo geografických javov) v zmysle užívateľom zvolenej definície pojmového aparátu,

definovanie foriem priestorovej reprezentácie entít,

definovanie atribútov jednotlivých entít,

definovanie hierarchie entít a ich usporiadanie do vrstiev,

definovanie priestorových vzťahov medzi entitami,

definovanie štruktúry entít a atribútov.

Konceptuálny model stanovuje podmienky správnosti, rozlišovacej schopnosti a kompletnosti geografickej informácie

Pri špecifikácii logického modelu geografickej databázy dochádza k transformácii pojmového aparátu konceptuálneho modelu do prostredia databázového systému a systému riadenia bázy dát a ichpojmového aparátu. Konceptuálny model a logický model používajú rôzne slovníky, pretože konceptuálny model vychádza z odvetvového (geografického, hydrologického, architektonického ...)sémantického obsahu pojmov na vyjadrenie entít reálneho sveta, a logický model používa pojmový aparát zvoleného technologického systému bázy dát a systému riadenia bázy dát. Zavedenie logického

modelu predstavuje transformácie :

definícia množiny objektov ako typov entít objektívnej reality v jazyku databázového systému

definícia vrstiev ako súborov príbuzných objektov v jazyku databázového systému

definícia množiny atribútov ako štruktúrovaného súboru vlastností k jednotlivým entitám v jazyku databázového systému

definícia prepojení databázovej reprezentácie objektov a atribútov a vrstiev v jazyku databázového

of 361


systému

definícia a štrukturovanie vrstiev príbuzných priestorových objektov v grafickom prostredí geografickej databázy

definícia prepojení vrstiev medzi grafickým a databázovým prostredím v jazyku databázového systému

vytvorenie kompletnej a koherentnej štruktúry tak, aby žiaden prvok databázy nebol redundantný , a teda všetky prvky databázy (objekty, atribúty, vrstvy) generovali úplnú geografickú informáciu.

Logický model geografickej databázy stanovuje podmienky koherentnosti geografického informačného systému.

Špecifikácia fyzického modelu geografickej databázy predstavuje nasledovné transformácie :

transformácia logického modelu do reálnych údajových súborov databázového systému a grafického systému, pričom sa uplatňujú metódy zavedenia topologickej "čistoty" grafických prvkov jednotlivých vrstiev,

logického modelu do reálnych údajových súborov databázového systému, pričom sa uplatňujú metódy syntaktickej kontroly a metódy kontroly koherentnosti databázových štruktúr,

vytvorenie (implementácia) systému riadenia bázy dát a vykonávanie štandartných dopytov na databázu a interaktívnu komunikáciu s jej grafickým aj databázovým prostredím,

implementácia databázového, grafického systému a systému riadenia bázy údajov do zvolenej platformy počítačového spracovania (operačný systém, distribuované počítačové prostredie, hardverová platforma .....),

definovanie bezpečnej a optimálnej prevádzky bázy dát a systému riadenia bázy dát.

Miesta transformácie informácie v subsystéme SAP.

V subsystéme SAP sa uplatňuje široké spektrum analytických nástrojov - miest transformácie vstupných údajov z geografickej databázy - na nové informácie . Technológie geoinformačných systémov zamerané na prácu s vektorovou priestorovou štruktúrou údajov majú rozsiahly analytický aparát na modelovanie priestorových štruktúr na báze 2D topológie priestorových prvkov - objektov geografickej databázy. Tento analytický systém generuje topologické prvky a topologickú štruktúru nad vybranou kombináciou rôznorodých typov objektov geografickej databázy. Nad touto topologickou štruktúrou sa potom uplatňujú priestorové operátory a generujú sa priestorové štruktúry ako výsledok priestorovej operácie nad vybranými typmi priestorových objektov. Tak, ako priestorové objekty, aj tieto vygenerované priestorové štruktúry sú nositeľom úplnej geografickej informácie (poloha, téma. čas), pretože v koherentnej štruktúre údajového modelu geografickej databázy je každý priestorový objekt súčasne nositeľom štruktúrovanej tematickej informácie, ktorá môže byť súčasťou kombinovaného dopytu na priestorové vzťahy objektov a na hodnoty ich atribútov. Takto vygenerované nové priestorovéštruktúry môžu byť spolu s určitou novou kombináciou atribútov , na základe ktorých bolivygenerované, zapísane do databázy GIS - jej grafického prostredia a aj prostredia relačnej databázy. Tento analytický systém pracuje bezprostredne nad systémom riadenia bázy dát geografickej databázy ,

of 361


generuje však také nové priestorové štruktúry, ktorých hodnota atribútov je identická s určitými hodnotami atribútov zavedených do relačnej databázy.

Z hľadiska požiadavky generovať nové informácie z údajov geografickej databázy v subsystému SAPbudú ďalej špecifikované analytické nástroje, ktoré predstavujú štandardnú výbavu GIS-ov. Uvažujeme nástroje, ktoré vykonávajú špecifické operácie nad objektmi a atribútmi geografickej databázy,respektíve nad vrstvami rastrových "databáz" a generujú nové typy objektov a nové typy atribútov ako komponentov nových geografických informácií.

Základné analytické nástroje

Väčšina významných analytických nástrojov podporuje rastrovú formu priestorovej štruktúry objektov. Podľa typov analýz nad geografickými údajmi do tejto skupiny analytických nástrojov patria (Tomlin 1990, Goodchild 1997 ):

0. nástroje na lokálne operácie, kde nová informácia - nová vrstva - je výsledkom matematických alebo logických operácií nad odpovedajúcim plošným elementom jednej, alebo viacerých vrstiev (rekódovanie, prekrývanie, skalárne operácie, transformácie hodnôt goniometrickými, exponenciálnymi ... funkciami)

1. nástroje na operácie v lokálnom susedstve : hodnoty atribútu plošného elementu - pixla novej vrstvy sú určené na základe hodnôt susedných pixlov (filtrovanie; výpočet hodnoty gradienta a smeru vektora gradienta - sklony a orientácie v prípade vrstva nadmorských výšok;

2. nástroje na operácie vo vzdialenom susedstve: výpočet vzdialeností, výpočet viditeľných plôch (viewshed), výpočet odtokových príspevkových plôch (wattershed) ;

3. nástroje na operácie nad zónami: identifikácia zón, výpočet plochy a obvodu zón, stanovenie vzdialenosti od okraju zóny, určenie tvaru zóny;

4. nástroje na popis obsahu vrstiev: výpočet štatistických ukazovateľov rozdelenia hodnôt atribútov jednej vrstvy (priemer. modus, medián ...) ; porovnanie hodnôt atribútov viacerých vrstiev (chi kvadrát, regresná analýza, analýza variancií, ...) ; štatistické charakteristiky zón v jednej vrstve ( počet zón, určenie najmenšej a najväčšej zóny , priemerná plocha zóny).

Analytické nástroje na riešenie rozhodovacích úloh v GIS-e

predstavujú špecifický súbor analytických metód, potrebných na riešenie rozhodovacích úloh . Špecifikáciu rozhodovacia úloha má väčšina geografických úloh, ktoré sa zaoberajú problémom nájsť územie s určitými zvláštnosťmi (Eastman, 1993). Množinu rozhodnutí tvoria všetky možné výbery územia (alternatívy), ktoré vyhovujú postaveným cieľom (doplnkovým alebo konfliktným) a boli vyhodnotené na základe kritérií (faktorov a prekážok) podľa rozhodovacích pravidiel (postupov na kombináciu kritérií vyjadrených vo forme zloženého indexu), pričom je stanovené riziko -pravdepodobnosť nesprávneho rozhodnutia.

Rozlišujú sa nasledovné typy rozhodovacích úloh:

úlohy s jedným cieľom a jedným kritériom výberu,

of 361


úlohy s jedným cieľom a viacerými kritériami výberu,

úlohy s viacerými cieľmi a jedným kritériom,

úlohy s viacerými cieľmi a viacerými kretiériami.

Väčšina geografických úloh má povahu multikriteriálnych úloh, kde sa rieši problém, ako kombinovať informácie, získané na základe viacerých kritérií do jedného zloženého indexu hodnotenia. Pre faktory spojitého charakteru sa vhodnosť výberu rieši metódou váženej lineárnej kombinácie . Na určenie skóre faktora sa používajú "mäkké alebo tvrdé" metódy štandardizácie. Medzi klasické "tvrdé" metódy patrímetóda lineárneho škálovania. V dôsledku neurčitosti údajov získaných z geografickej databázy ale aj zdôvodu neostrosti hraníc mnohých faktorov uvažovaných v rozhodovacom procese sa v súčasnosti preferujú tzv. "mäkké" metódy štandardizácie faktorov, vychádzajúce z teórie pravdepodobnosti a zteórie neostrých množín.

Špecifické analytické nástroje na riešenie rozhodovacích úloh v GIS-e predsavujú súbor nasledovných

metód :

metódy na výpočet váhy faktorov,

metódy na štandardizáciu faktorov (lineárne škálovanie, metóda neostrých množín, metóda výpočtu pravdepodobnosti),

metódy lineárnej kombinácie na tvorbu máp vhodnosti na základe viacerých kritérií,

metódy na vyhodnotenie máp vhodnosti z hľadiska požadovaných cieľov rozhodovania a stanovenie rizika nesprávneho rozhodnutia.

Analytický aparát komplexného digitálneho modelu priestorovej štruktúry

predstavuje metódy na modelovanie spojitých polí geosféry, vyjadrenie ich morfometrickýchparametrov a ich kartograficé modelovanie . Teoretickou platformou modelu je komplexnámorfometrická analýza topografickej plochy uvažovaná na báze dvojdimenzionálnych polí (Krcho1973 ).

Komplexný difgitálny model priestorovej štruktúry(KDMPS) má všeobecné uplatnenie pre rôzne typy spojitých polí geosféry (Goodchild. 1997), pričom ich morfometrické parametre majú špecifickú interpretáciu a predstavujú vstupné údaje mnohých procesných modelov dynamických javov geosféry.

V prípade georeliéfu, ako špecifickej priestorovej štruktúry množinu prvkov komplexného digitálneho modelu tvoria morfometrické parametre:

z- nadmorská výška, - veľkosť gradientu spádu v smere spádovej krivky topografickej plochy, -uhol orientácie vektora gradienta spádu s definovaným smerom v skalárnej báze (uhol orientácie georeléfu voči svetovým stranám), - krivosť topografickej plochy - georeliéfu v smere sádovej krivky, Kr- krivosť topografickej plochy - georeliéfu v smere vrstevnice. Štruktúru modelu definujú funkčné vzťahy (Krcho 1990) :

of 361


z = f(x,y)

;

,

,

AN = arc tg( zy /zx ),

Kr = ,

,

kde analytický tvar modelujúcej funkcie f predstavujú rôzne typy interpolačných a aproximačných funkcií (Tobler 1985, Mičietová, Minárová 1988, Mitasova et al. 1995) odvodených z hodnôt vstupnéhobodového poľa nadmorských výšok. KDMPS umožňuje vyjadrenie priestorovej diferenciácie jednotlivých morfometrických parametrov vo forme priestorovej štruktúry trojuholníkových nepravidelných sietí (TIN), vo forme pravidelných sietí (GRID) a formou izočiarových polí .

Analytický aparát KDMPS teda obsahuje metódy :

metódy na prípravu a optimalizáciu vstupného bodového poľa nadmorských výšok,

metódy na odvodenie analytického tvaru modelujúcej funkcie topografickej plochy ,

metódy na výpočet morfometrických parametrov georeliéfu,

metódy na vyjadrenie priestorovej diferenciácie a reprezentácie morfometrických parametrov vo forme priestorových štruktúr TIN, GRID a formou izočiarových polí.

Nástroje kartografickej reprezentácie a interpretácie

Významnou funkciou GIS-u je tvorba tematických máp. Uplatňujú sa pritom nástroje kartografického modelovania (Tomlin, 1990, Krcho 1990, Mitasova et al. 1995), kartografickej interpretácie (Pravda 1998) a kartografickej reprezentácie (Robinson 1995, Mitas et al 1997, Olson 1998, Taylor 1996,Fairbairn 1996). Špecifikácia menovaných kartografických nástrojov v GIS je potrebná v dôsledku toho,

of 361


že sa tieto nástroje bežne zamieňajú a stotožňujú. Pre ich jasnejšie štrukturovanie vychádzame z definície nasledovných pojmov.

Kartografický model je model objektívnej reality - systém prvkov (geografických objektov a fenoménov) uvažovaný v zvolenej kartografickej báze .

Kartografické modelovanie v GIS je proces tvorby kartografického modelu v GIS. Metódykartografického modelovania sú imanentnou súčasťou špecifických analytických nástrojov na modelovanie priestorovej diferenciácie geografických objektov a fenoménov, napr. základné analytickénástroje (analýzy susedstva, analýzy vzdialenosti,...menované vyššie), metódy komplexného digitálneho modelu priestorovej štruktúry (interpolácia povrchov a modelovanie priestorových štruktúr povrchov formou areálov, izočiar, atď.), metóda geografickej databázy, atď. Podrobnejšie je problematika kartografického modelovania v GIS spracovaná v početných prácach (Olson 1998, Tomlin 1990) a nástroje na kartografické modelovanie sú z tohoto hľadiska identické so špecifickými analytickýminástrojmi GIS-u.

Kartografická interpretácia je spôsob vyjadrenia kartografického modelu v kartografickej báze azvolenom grafickom prostredí s uplatnením zásad kartografického jazyka (Pravda 1998). Nástrojekartografickej interpretácie zabezpečujú:

kompletizáciu (výber, extrakciu) tematického obsahu mapy z grafického prostredia geografickej databázy GIS, alebo z iných údajových štruktúr, podporovaných v GIS,

editovanie foriem kartografickej interpretácie (grafickej symboliky) prvkov tematickej mapy (priestorových tematických objektov, ich popisov , symbolov, rámu mapy a ostatných textov) s možnosťou definície hierarchie tematických objektov a hierarchie ich interpretačných charakteristík ,

vkladanie popisov k identifikačným lokalizačným bodom tematických prvkov mapy,

vkladanie rámových prvkov a ostatných textov,

tvorba digitálnych tlačových výstupných súborov,

farebná separácia obsahu tematickej mapy.

Kartografická reprezentácia je spôsob stvárnenia kartografického modelu. Forma kartografickejreprezentácie sa špecifikuje z rôznych hľadísk. Z hľadiska dynamiky rozlišujeme:

reprezentácie statické - reprezentácie statických objektov a fenoménov v dvojdimenzionálnom priestore (2D), alebo perspektívne priestorové zobrazenie povrchov so špecifickou tematickou "pokrývkou" (tzv. zobrazenia 3D v 2D);

reprezentácie dynamické: kartografické animácie - dynamická reprezentácia kartografického modelu statických objektov alebo fenoménov geosféry, kde parameter animácie je poloha (dynamicky sa mení poloha pozorovateľa); kartografické simulácie - dynamická reprezentácia dynamických objektov a fenoménov, kde parameter animácie je čas a dynamicky sa mení kvalita tematickej zložky kartografického modelu; kartografická virtuálna realita - dynamická reprezentácia dynamických objektov a fenoménov, kde parameter animácie je poloha a čas, pričom sa dynamicky mení zobrazenie kartografického priestoru a kvalita jeho tematickej zložky.

of 361


Z hľadiska vyjadrenia priestorovej štruktúry prvkov kartografického modelu sa rozlišuje :

reprezentácia vektorová, kde prvky kartografického modelu sú vektorové objekty - body línie, areály, symboly, patterny;

reprezentácia rastrová, kde prvky kartografického modelu - objekty a fenomény geosféry sú vyjadrené rastrom , pozostávajúcim z kvalitatívne odlišných prvkov - pixlov.

Z hľadiska spôsobu manipulácie rozlišujeme kartografické reprezentácie :

analógové - reprezentácia kartografického modelu na analógových médiách,

digitálne - reprezentácia kartografického modelu vo forme údajových štruktúr (napr. grafických rastrových a vektorových formátov, tlačových formátov, hypertextových formátov, VRML (virtual reality modelling language), multimediálnych formátov),

vizuálne (interaktívne a neinteraktívne) - reprezentácia kartografického modelu prostredníctvom grafického užívateľského rozhrania (GUI).

Pri koncipovaní GIS-u je potrebné zohľadniť požadované funkcie, ktoré má zabezpečovať. To z hľadiska problematiky tvorby tematických máp znamená, že je potrebné striktne špecifikovať komplexný metodický aparát a súbor odpovedajúcich nástrojov, ktoré požadované funkcie podporujú.

Aparát na analýzu obrazu .

Obrazy, primárne získané z fotogrametrie a diaľkového prieskumu zeme, sú podkladom na mapovaniegeografických objektov a na interpretáciu ich vlastností. Škála metód digitálneho spracovania obrazu sa s postupom času mení. Prehľadnú informáciu a štrukturovanie metód spracovania obrazu podáva (Liellesand, Kiefer 1994). Digitálne spracovanie obrazu zabezpečujú metódy:

Metódy na obnovenie (znovuzriadenie) obrazu, ktorými sa uskutočňujú rádiometrické a geometrické korekcie, porovnávanie obrazov a skladanie obrazov: prevzorkovanie (ressample), vyhladenie obrazov (destripe), kalibrácia obrazu (radiance), zloženie obrazu napr. pre určenie indexu NDVI (Normalized Difference Vegetation Index ).

Metódy na vylepšenie obrazu. Uplatňujú sa spravidla pre zlepšenie vizuálneho vnemu a zvýraznenie priestorových obrazových štruktúr, ktoré sú predmetom ďalšieho spracovania: škálovanie, filtrovanie, kompozície (tvorba nepravého farebného obrazu).

Metódy transformácie obrazu, ktorými sa vytvára kompozitný - poskladaný obraz z viacerých obrazov toho istého územia v rôznych spektrálnych pásmach, alebo sa analyzuje priestorová textúra obrazu (pattern): metóda hlavných komponentov, metóda určenia fraktálnej dimenzie a fraktálnych štruktúr ako prvkov textúry obrazu, metóda nakladania (overlay) na tvorbu zložených obrazov (vegetačných indexov, indexov tmavosti), metóda určenia tepelnej kapacity .

Metódy tvorby signatúrnych plôch pre riadenú klasifikáciu obrazu: metódy na tvorbu homogénnych signatúr, nehomogénnych signatúr a hyperspektrálnych signatúr.

Metódy klasifikácie obrazu predstavujú rozsiahly súbor metód. Pri neriadenej klasifikácii sa

of 361


uplatňuje najmä zhluková analýza. Pri riadenej klasifikácii, ktorá vychádza zo signatúrnych plôch sa uplatňujú "tvrdé" a "mäkké" klasifikátory. K "tvrdým" metódam patria metódy : metóda parallelepiped, metóda minimálnej vzialenosti, metóda maximálnej pravdepodobnosti, hyperspektrálna klasifikácia obrazu. "Mäkké" metódy klasifikácie predstavujú: metódu Bayessovského klasifikátora, ktorého výsledkom je súbor obrazov (každý súbor reprezentuje jednu klasifikačnú triedu), pričom prvky súboru sú pravdepodobnosti príslušnosti každého pixla do uvažovanej klasifikačnej triedy; metóda klasifikátora typu fuzzy, kde príslušenstvo prvku k neostrej množine je založené na štandartnej odchýlke každého pixla od strednej hodnoty odrazivosti; metóda klasifikácie vychádzajúca zo stanovenia domnienky a jej prijateľnosti na báze Dempster Schafer teórie (Idrisi for Windows User Guide).

Nástroje na modelovanie procesov

predstavujú široké spektrum modelovacích nástrojov. Ak uvažujeme kvantitatívne prístupy k modelovaniu procesov, rozlišujeme dva principiálne modelovacie prístupy - empirický (nazývaný tiež štatistický), a dynamická simulácia (Rossiter 1994).

Na tvorbu empirických modelov by mal byť analytický subsystém GIS-u štandardne vybavený skupinou štatistických metód, ktoré tvorbu empirických modelov procesov podporujú. Sú to metódy:

metóda jednoduchej lineárnej regresie,

metóda jednoduchej nelineárnej regresie,

metóda viacnásobnej lineárnej regresie,

metóda viacnásobnej nelineárnej regresie,

metóda hlavných komponentov.

Dynamické simulačné modely na hodnotenie procesov v krajine nebývajú pre svoju špecifičnosť súčasťou štandardnej analytickej výbavy GIS-ov. Sú spravidla vyvíjané mimo tohoto prostredia(Mitasova, Mitas 1998), i keď vstupy a výstupy z týchto modelov rešpektujú bežné údajové štruktúry (objektov a atribútov) digitálnej reprezentácie geografických prvkov. Podrobná charakteristika týchtomodelov presahuje rámec práce.

Interoperabilita geografických informácií - 3. úroveň celostnosti geografického informačného systému.

Tretiu úroveň integrity reprezentuje tok údajov a technologická platforma geografického informačného systému. Údaje a technologická platforma predstavujú súčasne rozhranie, ktorým sa realizuje interakcia GIS so systému riadenia a s okolím. Preto je potrebné špecifikovať hľadiská vzájomnej zdieľateľnosti geografických informácií medzi jednotlivými subsystémami GIS -u na jednej strane, ale aj v globálnom kontexte riadiaceho procesu a fungovania informačnej spoločnosti∗ na strane druhej.

V tejto časti práce sú prezentované hľadiská fungovania geografického informačného systému a zabezpečenie jeho relatívnej otvorenosti v kontexte potreby zdieľania informačných zdrojov - údajov a nástrojov na ich spracovanie o geosfére v globálnom rozsahu. Sú to hľadiská informatické, technologické a organizačné.

of 361


Špecifikácia týchto hľadísk v práci nadväzuje na platformu Open GIS (Open Geodata InteroperabilitySpecification), ktoré prezentuje OCG (open Gis consortium), spoločenstvo vedcov, technológov, systémových integrátorov v oblasti GIS, DPZ, automatizovanej kartografie, polohových lokalizačných systémov, telekomunikačných a počítačových sietí (www.opengis.org, Shell 1995, Dangermond 1995 ). Cieľom OpenGIS je vzájomne zdieľateľné spracovanie geografických údajov a informácií, čo predstavuje:

voľnú výmenu všetkých druhov priestorových informácií o objektoch a fenoménoch geografickej sféry

súčinnosť pri spracovaní týchto informácií v prostredí počítačových sietí.

OpenGIS - open geodata interoperability specification - vymedzenie zásad súčinnosti spracovania geografických informácií je stručne obsiahnuté v tejto časti práce a predstavuje hlavné aspekty riešenia problémov integrity a interoperability geografických informačných systémov :

problémov súčinnosti (kompatibility) geografických údajov a informácií,

problémov súčinnosti technológií na sprostredkovanie dostupnosti geografických údajov a informácií,

problémov dostupnosti a súčinnosti nástrojov na analýzu geografických údajov a informácií.

Problémy nekompatibility údajov

Riešenie problémov súčinnosti údajov a nástrojov je potrebné z nasledovných dôvodov:

za 30 rokov digitálneho zberu údajov narástol objem geografických údajov a narastá cena zberu týchto údajov; trend bude pokračovať, lebo sa zvyšuje záujem o priestorové údaje ;

za posledných 25 rokov bolo vyvinutých veľa navzájom nezávislých metód na získanie,uchovanie, analýzu a priestorovú reprezentáciu geografických údajov;

veľké množstvo a nekompatibilita digitálnych formátov súborov geografických údajov;

rôzna úroveň komplexnosti nástrojov na spracovanie geografických údajov;

environmentálny konsenzus a tlak vládnych a komerčných inštitúcií na efektívny a jednoduchý prístup k údajom a z toho plynúca;

potreba interakcie digitálnych formátov údajov, zjednotenie rôznych sémantických špecifikácií identických geografických objektov , riešenie rôznych foriem polohovej lokalizácie geografických údajov, riešenie inštitucionálnych prekážok zdieľania údajov.

Problémy nesúčinnosti technológií

na sprostredkovanie vzájomnej dostupnosti údajov a dostupnosti analytických nástrojov na ichspracovanie sú vyvolané rôznorodosťou informatických, technických a komerčných prístupov k spracovaniu geografických údajov:

of 361


nesúrodé softvérové aplikácie na spracovanie geografických údajov,

nesúrodé platformy distribuovaného počítačového spracovania (DCP - distributed computing platform),

rôzny stupeň implementácie technológií v prostredí počítačových sietí,

nedokonalá (nedôsledná) implementácia klient-server technológií na sprostredkovanie dostupnosti údajov,

nekomplexná implementácia objektovo orientovanej tvorby systémov pri tvorbe údajového modelu ale aj pri projektovaní nástrojov na spracovanie údajov

Základná charakteristika platformy OpenGIS

Platforma OpenGIS predstavuje špecifikáciu troch typov modelov (Buehler, McKee 1998).

Údajový model , ktorý sa zameriava na údaje - špecifikáciu typov a definícií geografických objektov, ichgeometriu, polohovú lokalizáciu, priestorové vzťahy, generovanie vrstiev priestorových objektov,definovanie štruktúry atribútov objektov, atď.

Model služieb∗ stanovuje súbor služieb na sprístupnenie a spracovanie typov geografických údajovustanovených v údajovom modeli, ako aj zabezpečenie schopnosti zdieľať geografické údaje informačnými spoločenstvami , ktoré používajú spoločné alebo odlišné definície geografických objektov.

Model informačného spoločenstva určuje súbor nástrojov na uchovanie a dokumentovaniegeografických údajov, ktoré zdieľajú inštitúcie (informačné spoločenstvá), používajúce rovnakú definíciu geografických objektov, ale aj súbor nástrojov na preklad rôznych definícií identickýchgeografických objektov a javov, ktoré budú vzájomne zdieľať z tohoto hľadiska rôznorodé informačné spoločenstvá .

Technické hľadiská implementácie platformy OpenGIS

Z technického hľadiska implementácia platformy OpenGIS znamená špecifikáciu technológie, ktorá umožní tvorcovi spracovať aplikácie z geografických informácií z ľubovoľných údajov a pomocou ľubovoľných nástrojov na ich spracovanie, dostupných v počítačovej sieti, pričom užívateľ týchto údajov a nástrojov pracuje v jednom počítačovom pracovnom prostredí a spracovanie určitej aplikácie sa uskutoční ako jedna pracovná úloha. OpenGIS rozlišuje dve technologické bariéry:

bariéry v rámci komunity užívateľov geografických informácií a nástrojov na ich spracovanie,

bariéry medzi touto komunitou a komunitami , reprezentujúcimi priemysel informačných a telekomunikačných technológií.

Technologická implementácia geografických informačných systémov sa v súčasnosti preorientováva z tradičnej architektúry oddelených disciplín a monolitických informačných systémov na vytvorenie spoločnej technologickej základne, kde prebieha spracovanie geografických údajov v rozdelenom(distribuovanom) počítačovom prostredí, tok údajov je voľný, nezávislý od požiadaviek monolitických systémov a špecifické analytické nástroje sú v tomto distribuovanom prostredí voľne dostupné.

of 361


Technické podmienky uplatnenia zásad súčinnosti pri sprístupnení údajov a sprístupnení analytickýchnástrojov predstavuje riešenie konkrétnych úloh.

Úlohy na zjednotenie modelov údajov.

OpenGIS je chápaný ako štandard údajov, ktorých údajový model stanovuje súbor základných typovgeografických údajov organizovaných tak, aby ľubovoľný systém spracovania týchto údajov komunikoval s iným systémom prostredníctvom zdieľaného rozhrania. Jednotný model údajov OpenGIS musí byť:

nezávislý od programovacieho jazyka, hardvérovej a sieťovej reprezentácie,

musí odpovedať prijatému modelu geografickej sféry, definícii jednotlivých geografických objektov v ňom, ich priestorovej štruktúre a vlastnostiam,

musí podporovať existujúcu objektovú a vrstvovú paradigmu modelovania geografických objektov,

musí stanoviť jednoznačnú definíciu základných geometrických typov údajov,

musí podporovať časovú dimenziu existencie geografických objektov,

musí podporovať existujúce typy údajov,

musí stanoviť mechanizmus rozhrania pre výmenu údajov,

musí stanoviť mechanizmus pre popis metaúdajov o zbere, kvalite a entitno-atribútovej schéme geografických údajov,

musí špecifikovať správanie sa údajov a vyjadriteľné tak v prostredí štruktúrovaného ako aj objektovo orientovaného programovania,

musí byť zladený s existujúcimi štandardmi geografických údajov.

Úlohy na zjednotenie služieb spracovania geografických údajov

Tieto úlohy definujú zásady správania sa softvéru (softvérových služieb), ktorý sprístupňuje , riadi, manipuluje a prezentuje geografické údaje. Tieto služby sú:

nezávislé na operačnom systéme, programovacom jazyku, hardvére a na užívateľskom technologickom rozhraní,

pracujú na všetkých významných platformách DCP (distributed computing platform) a medzi nimi,

pracujú vo všetkých významných databázových jazykoch,

podporujú dynamické rozšírenie existujúceho súboru služieb,

podporujú klient-server a aj priame spracovanie údajov,

of 361


podporujú zdieľanie údajov a spracovateľských nástrojov,

sú zladené s inými štandardami telekomunikačných a sieťových technológií.

Úlohy na zabezpečenie vzájomného zdieľania zdrojov (údajov a nástrojov) medzi informačnými spoločenstvami

OpenGIS špecifikuje požiadavky na podporu integrácie informácií a spracovateľských technológií medzi rôznymi spoločenstvami ich užívateľov . Sú to úlohy:

stanovenie mechanizmu na rozšírenie existujúceho údajového modelu určitého informačného spoločenstva o špecifické typy údajov a typy ich správania,

stanovenie mechanizmu na popis a publikáciu metaúdajov a priestorových referenčných systémov, ktoré sú zdieľateľné v rámci jedného informačného spoločenstva užívateľov,

stanovenie mechanizmu na zistenie pôvodu údajov a použitých analytických systémov,

mechanizmus na spojenie nesúrodých (z hľadiska obsahu) geografických databáz.

OpenGIS a informačné technológie

Platforma OpenGIS analyzuje a navrhuje všeobecné zásady informatických postupov pri zavedení modelu údajov (Open geodata model), modelu služieb (open geodata services) a modelu informačných spoločenstiev (open communities model). Počítačová implementácia prijatých informatických postupovsa riadi zásadami implementácie . V obidvoch procesoch - formulácie všeobecných zásad a implemetačných zásad - sa uplatňujú významné informačné metódy :

metóda distribuovaného (rozdeleného) počítačového spracovania DCP,

metóda objektovo orientovanej tvorby systémov a programov,

model klient - server komunikácie pri používaní informačných zdrojov (údajov a nástrojov).

DCP je súbor softvérových prvkov, ktoré zabezpečujú interoperabilitu medzi rôznymi v počítačovej sieti napojenými počítačmi a medzi rôznymi konfiguráciami sietí. Platforma OpenGIS vyžaduje, aby všetky softvérové nástroje na sprístupnenie a spracovanie geografických informácií boli dostupné v sieti tak,aby boli vzájomne zdielateľné bez ohľadu na odlišnosť použitých platforiem DCP. Táto zdielateľnosť je podmienená existenciou rozhraní (OpenGIS Interface), ktoré umožňujú intenteroperabilitu rôznych aplikáciív rámci počítačovej siete Internet a ionteroperabilitu databázových prístupov

Metóda objektovo orientovanej tvorby softvéru v počítačovom modeli spracovania geografickej informácie a metóda klient-server komunikácie medzi prvkami tohoto modelu sa vzájomne dopĺňajú a ich implementácia je určujúcou podmienkou dosiahnutia interoperability (vzájomného funkčného zdieľania) geografických údajov a nástrojov na ich spracovanie.

Konceptuálny rámec OpenGIS uvažovaný v kontexte informačných technológií vyjadruje tzv. zásuvkový počítačový model (pluggable computing model). Tento konceptuálny rámec počítačového modelu spracovania geografickej informácie je označovaný pojmom referenčný model. Referenčný model (obr. 5) definuje základnú architektúru počítačového modelu spracovania geografickej

of 361


informácie. Referenčný model predstavujú prvky dvoch typov:

prvky aplikačného prostredia (užívateľské nástroje) OpenGIS, kde sa nachádzajú nástroje na spracovanie geografických informácií rôznej úrovne komplexnosti (systém riadenia geografickej databázy, nástroje na spracovanie obrazu, geografický informačný systém, atď.),

prvky systémovej integrácie , ktoré predstavujú nástroje informačných a telekomunikačných technológií (nástroje na riadenie údajov, služby DCP, prostredie operačného systému, hardvérové prostredie , služby interaktívnu komunikáciu a reprezentáciu) .

Štruktúra "zásuvkovej" architektúry je podrobnejšie dokumentovaná na obr. 5, kde každý prvok aplikačného prostredia predstavuje komplexný objekt, zložený z prvkov, definujúcich špecifičnosť jeho funkcie (špecifické údaje, špecifický algo- ritmus), a z prvkov, zabezpečujúcich systémovú integráciu aplikačného nástroja

Obr. 5. Otvorený počítačový model spracovania

geografickej informácie (referenčný model) (upravené podľa Buehler, McKee 1998).

of 361


Obr. 6 Užívateľský nástroj (GIS) ako súčasť referenčného modelu (upravené podľa Buehler, McKee 1998).

v širšom počítačovom modeli spracovania geografickej informácie (prvok rozhrania na služby riadenia údajov, prvok rozhrania na služby DCP, prvok rozhrania na komunikáciu s informačnou technológiou).

OpenGIS a informačné spoločenstvá.

Pri koncipovaní otvorenej architektúry geografického informačného systému, ako špecifického nástroja na spracovanie geografických informácií v prostredí referenčného modelu, je potrebné ďalej špecifikovať podmienky prístupu rôznych skupín užívateľ ku geografickým informáciám a nástrojom na ich spracovanie. Rôzne skupiny užívateľov geografickej informácie predstavujú špecifické informačné spoločenstvá.

Informačné spoločenstvo (IS) je súbor inštitúcií, ktoré zdieľajú spoločnú definíciu geografických objektov a používajú spoločný slovník pri výmene geografických informácií. To implikuje spoločný pohľad na svet, spoločnú úroveň abstrakcie a digitálnej reprezentácie.

OpenGIS definuje nasledovné zásady fungovania informačného spoločenstva:

IS používa spoločný slovník pojmov,

IS má spoločnú schému metainformácií,

IS má spoločné pravidlá popisu súborov geografických objektov,

IS má spoločnú definíciu tried objektov,

IS má spoločnú definíciu atribútov,

IS používa spoločné jednotky a rozpätia hodnôt atribútov,

IS používa spoločný súbor symbolov na reprezentáciu geografických objektov,

IS má spoločné definície správania sa objektov,

IS má spoločné pravidlá ochrany údajov, ich aktualizácie a úroveň presnosti,

of 361


každý odlišný a jedinečný súbor definovaných objektov je vlastnený jedným informačným spoločenstvom,

každý odlišný a jedinečný katalóg objektov je vlastnený jedným informačným spoločenstvom,

zdieľanie údajov medzi rôznymi IS sa uskutočňuje prostredníctvom prekladačov slovníkov,

každé IS má jeden prekladač pre každý externý(z iného informačného spoločenstva) zdroj údajov,

IS má spoločné aplikačné metodiky spracovania vzájomne zdieľaných údajov.

OpenGIS a otvorená architektúra geografických informačných systémov

Platforma OpenGis predstavuje rámec fungovania geografického informačného systému. Vnútornáintegrita GIS sa prejavuje:

tokom údajov,

metódami ich spracovania,

technologickou bázou informačných zdrojov (údajov a nástrojov).

Pojem tok údajov vyjadruje proces transformácií údajov v rámci a medzi všetkými subsystémami GIS-u v zmysle našej definície . Tok údajov v prostredí GIS je proces transformácie vstupných údajov okrajine na geografické informácie (poloha, téma, čas), ktoré zodpovedajú stanoveným kritériám kvality(presnosť, rozlišovacia schopnosť, kompletnosť a koherentnosť) z hľadiska definovaného cieľa. Definovanie cieľa chápeme ako špecifikáciu geografickej úlohy, a zavedenie informatických postupov na jej riešenie pomocou informačných zdrojov GIS. Špecifikácia tohoto cieľa predstavuje:

definovanie záujmového územia (veľkosť, pestrosť geografických objektov)

stanovenie mierky spracovania,

špecifikácia fenoménov krajiny - geografických objektov a javov, ktoré sú predmetom skúmania,

definícia geografických objektov v zmysle entitno-atribútového modelu,

špecifikácia metodiky riešenia - špecifikácia metód transformácie geografických údajov a vytvorenie funkčnej schémy ich aplikácie vo všetkých subsystémoch GIS.

Metodika spracovania údajov je usporiadaná postupnosť metód , ktoré predstavujú miesta transformácie vstupných údajov na výstupné geografické informácie v zmysle definície geografickej úlohy. Z hľadiska vytvorenia funkčnej schémy zo súboru čiastkových metód transformácie údajov v GIS je potrebné, abytento metodický aparát bol kompletný a koherentný. Kompletnosť aparátu znamená, že GIS obsahuje všetky metódy potrebné na odvodenie požadovanej informácie pri riešení špecifických geografických úloh. Koherentnosť metód znamená, že rozhrania týchto metód sú z hľadiska vstupno-výstupných údajových štruktúr kompatibilné v zmysle digitálnych formátov a aj v zmysle ich sémantickejšpecifikácie (škála hodnôt, jednotky).

of 361


Technologickú bázu informačných zdrojov geoinformačného systému predstavuje:

súbor softvérových reprezentácií metód (miest) transformácie informácie vo všetkých subsystémoch GIS,

platforma operačného systému, na ktorom tieto softvérové prostriedky pracujú a komunikujú s údajovými štruktúrami,

platforma distribuovaného počítačového spracovania (DCP), na ktorej komunikujú informačné zdroje (údaje a nástroje) medzi sebou a v prostredí počítačových sietí.

Požiadavka otvorenej architektúry geografického informačného systému, vyplývajúca zo súčasne vytváranej a implementovanej platformy OpenGis, nie je v rozpore s požiadavkou vnútornej integrity geografického informačného systému. Technologické nástroje systémovej integrácie (platforma DCP,zásady klient-server komunikácie prvkov počítačového prostredia, ako aj zavedenie objektovo orientovaného prístupu pri tvorbe softvérových aplikácií) vytvárajú technologickú bázu univerzálnejgeografickej komunikácie a zdieľania informačných zdrojov (interoperabilita technologická). Zásady komunikácie v rámci špecifických informačných komunít (skupín aplikačných užívateľov) definujú sémantickú stránku interoperability informačných zdrojov .

Interoperabilita GIS v prostredí referenčného modelu OpenGis, a teda otvorená architektúrageografického informačného systému je zabezpečená tým, že pri koncipovaní GIS-u sa dodržiavajú nasledovné zásady:

preferuje sa implementácia technologickej platformy, ktorá umožňuje interoperabilitu údajov a analytických nástrojov, a teda technologickú bázu GIS- u tvoria také prvky (softvér, operačný systém a DCP), ktoré vyhovujú týmto zásadám,

v rámci určitej informačnej komunity sa akceptuje platná sémantická špecifikácia geografických objektov pri tvorbe objektovo-atribútového údajového modelu a platný súbor nástrojov na spracovanie údajov s vyhovujúcim algoritmom spracovania a definovanou kompatibilitou vstupno-výstupných údajových štruktúr.

Takú architektúru GIS, ktorá spĺňa uvedené požiadavky, možno považovať za otvorenú a implementovateľnú do referenčného počítačového modelu univerzálnej geografickej komunikácie.

Implementácia GIS

Zavedenie systému GIS na riešenie špecifického problému modelovania priestorových štruktúr pre environmentálne analýzy krajiny s vyššie uvedenými atribútmi dynamiky, priestorovosti a komplexnostipredstavuje 3 etapy implementácie.

Prvá etapa je koncipovanie geografického informačného systému ako modelovacieho nástroja. Táto etapa predstavuje vlastnú formuláciu úlohy, špecifikáciu metodiky jej riešenia, výber analytickýchmodelovacích nástrojov, ktoré bude stanovená metodika používať, spracovanie integrovaných postupov aplikácie analytických nástrojov na odvodenie nových informácií. Táto etapa sa zameriava súčasne na podrobnú analýzu potrebných údajov, ktoré vstupujú do čiastkových analytických nástrojov, analýzu polohovej presnosti riešenia priestorovej úlohy, analýzu východiskových údajov z hľadiska ich časovej platnosti, polohového určenia , priestorovej organizácie a informačnej hodnoty.

of 361


Druhá etapa implementácie GIS-u predstavuje koncipovanie informatických nástrojov, potrebných narealizáciu vyššie formulovaného geografického projektu. Na jednotlivých úrovniach GIS-u sa uplatňujú špecifické informatické nástroje. Na úrovni zberu a prvotného spracovania údajov sú to nástroje na digitalizáciu analógových údajov, nástroje na klasifikáciu a interpretáciu digitálnych údajov, nástroje napolohovú lokalizáciu a polohovú integráciu údajov s požadovanou polohovou presnosťou. Na úrovni uchovania, archivácie a aktualizácie údajov GIS-u sa uplatňujú informatické nástroje bázy údajov a systému riadenia bázy údajov, dopytovacie analytické nástroje, umožňujúce čiastkové a kombinované dopyty na priestorové objekty a atribúty s možnosťou vyjadrenia priestorových vzťahov priestorových objektov geografickej databázy. Na úrovni odvodenia informácií sa uplatňujú modelovacie nástroje na vyjadrenie štruktúrnych vlastností priestorových objektov (napr. Komplexný digitálny model georeliéfu)ako aj nástroje na modelovanie toku látok, energie a informácie v najširšom slova zmysle. Na úrovni odvodenia informácií v GIS-e sú nevyhnutnou súčasťou aj informatické nástroje na grafickú interpretáciu priestorových štruktúr a ich kartografické modelovanie. Poslednú úroveň GIS-u – úroveň distribúcie informácií v súčasnosti zabezpečujú nástroje tzv. univerzálnej geografickej komunikácie,ktoré umožňujú v prostredí siete INTERNET vzájomnú výmenu údajov, databáz, modelov akartografických digitálnych výstupov v zmysle dohodnutých medzinárodných štandardov výmenných formátov priestorových údajov.

Tretia etapa implementácie GIS-u je zavedenie technológie (technológií), ktoré zabezpečujú realizáciu geografického projektu a poskytujú adekvátne informatické nástroje. Výber a implementáciatechnológie je však len postačujúcou podmienkou riešenia geografickej úlohy v GIS-e. Nevyhnutnou podmienkou je vytvorenie funkčnej údajovej platformy. Touto platformou je údajový model,geografická báza údajov, systém riadenia bázy údajov a flexibilný dopytovací systém . Tietokomponenty predstavujú operačný priestor systému GIS, s ktorým komunikujú jeho špecifické analytické a modelovacie nástroje.

Záver

Cieľom práce bola špecifikácia GIS-u ako celostného systému, ktorý je súčasne prvkom v systéme riadenia. Riadiaci proces, ktorého predmetom je krajina, má celospoločenský kontext. Preto ajgeografické informačné systémy a geografické informácie majú v súčasnosti široké uplatnenie. Implementácia týchto geografických informačných zdrojov v celospoločenskom riadiacom procese by mala vychádzať zo zásad otvorenej archtektúry GIS a interoperability infromačných zdrojov - údajov a nástrojov.

Funkčné infromačné zdroje sú predpokladom pre diskusiu o budovaní infraštruktúry geografických informácií (IGI) na národnej a medzinárodnej úrovni (Mitášová, Hájek 1994,Tom 1995, , Konečný 1998) . Tvorba IGI sa riadi zásadami platných štandardov v tejto oblasti a súčasne vytvára predpokladypre ich rozšírenie. Pre užívateľov na národnej úrovni predstavuje infraštruktúra geografických informácií stratégiu, techniku, účastníkov, štandardy a napojenie na Internet tak, aby bol obsah geografických informácií jasný a aby boli informačné zdroje všeobecne dostupné. Definovanie prvkov infraštruktúry geografických informácií, zavedenie štandardov geografických informácií a ich implementácia vo forme noriem je nevyhnutnou podmienkou medzinárodnej a celospoločenskej výmeny a využitia geografických informácií a geografických informačných systémov.

Literatúra

Brassel K, Bucher F, Stephan E-M and Vckovski A (1995) Completeness. In Guptill S C and Morrison J

of 361


L (eds) Elements of spatial data quality. Oxford, Elsevier: 81-108.

Brassel, K., Bucher, F., Stephan, E.-M., Vckovski , A.(1995). What is Geographic InformationScience?,NCGIA Core Curriculum in Geographic Information ScienceURL:http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u002/u002.html

Buehler, K., McKee, L (1997) The Open geodata Interoperbility guide. The OGC Technical CommitteeTechnology Development Process, Wayland, Massachusetts. Available via the WWW ashttp://www.opengis.org/ techno/development.htm

Burrough, P.A. and McDonnell, R.A., (1998), Principles of Geographical Information Systems, Oxford:Oxford University Press.

Codd, E.F. (1990) The Relational Model for Database Management, version 2. Addison-Wesley Publishing Co., New York.

Dangermond, J.1995 "Many Paths to OpenGIS." Geo Info Systems,: 59.

DCDSTF - Digital Cartographic Data Standards Task Force (1988). "The proposed standard for digitalcartographic data," The Americ an Cartographer 15(1). Summary of the major components of theproposed US National Standard.

Eastman, J.R., W. Jin, P.A. Kyem, J. Toledano (1993). "Participatory

Multi-Objective Decision Making in GIS". Proceedings AUTOCARTO XI.

Eastman, J. R., Weigen J. in, Peter A.K. Kyem, and James Toledano. (1995) Raster Procedures forMulti-Criteria/ Multi-Objective Decisions. PE&RS.Vol. 61, No. 5, p. 539-547.

Fairbairn, D., Parsley, S., (1996), The Use of VRML for Cartographic Presentationhttp://www.ncl.ac.uk/~nsurv/campus/vr_carto.htm

Goodchild, M.F. (1992) Geographical information science. International Journal of GeographicalInformation Systems 6(1): 31-45

Goodchild, M.F. (1992) Geographic data modeling. Computers and geosciences. Vol 18, No. 4, pp. 401-408

Goodchild , M.F. (1997) What is Geographic Information Science?, NCGIA Core Curriculum inGIScience, http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/ u002/u002.html October 7, 1997.

Goodchild M. F.. (1997) Rasters, NCGIA Core Curriculum in GIScience,http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u055/u055.html , October 23, 1997.

Goodchild, M. F. (1997) Data Quality Measurement and Assessment, NCGIA Core Curriculum inGIScience, http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/ u100/u100.html, March 23, 1998.

Goodchild. M. F. (1997) Representing Fields, NCGIA Core Curriculum in GIScience,http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u054/u054.html,October 23, 1997.

of 361


Habr, J. Vepřek,A.(1973) Systémová analýza a syntéza.

Hunter G J , Goodchild M F (1995) Dealing with error in spatial databases: a simple case studyPhotogrammetric Engineering and Remote Sensing 61(5): 529-537

Chrisman N R (1991) The error component in spatial data. In Maguire D J, Goodchild M F and Rhind DW (eds) Geographical information systems. New York, Wiley: 165-174.

Kainz W (1995) Logical consistency. In Guptill S C and Morrison J L (eds) Elements of spatial dataquality. Oxford, Elsevier: 109-137.

Kačír, K.(1971) Navrhovanie informačných systémov. Veda a prax. pp. 25

Konečný, M.(1988): The Global Information Infrastructure: The Small Country Agenda. An Example ofthe Central and Eastern European Countries on Their Way to the Information Infrastructures. GIS Planet98. Lisbon 1998.

Krcho, J. (1973) Morphometic Analysis of relief on the Basis of Geometric Aspect of Field Theory.Acta geographica UC, Bratislava, p. 15-228

Krcho, J. (1983) Teoretická koncepcia a interdisciplinárne aplikácie komplexného digitálneho modelugeoreliéfu pri modelovaní dvojdimenzionálnych polí. Geografický časopis, 35, p. 265-291.

Krcho, j., Mičietová, E. (1989): Geoinformačný systém o geografickej sfére a komplexný digitálnymodel priestorovej štruktúry ako jeho integrálna súčasť. Geografický časopis , č. 3 , 249-274

Krcho, j., Mičietová, E. (1989): Štruktúra a úrovne integrity geografického informačného systému. Geografický časopis , č.4 ,

Krcho,J., (1990) Morfometrická analýza a digitálne modely georeliéfu. Veda, p. 427

Lillesand, T., Kiefer, R., W.(1994): remote sensing and image interpretation. Jonhn Willey and Sohns,New York

Meyer, Thomas H. (1997) Non-spatial Database Models, NCGIA Core Curriculum in GIScience,http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u045/u045.html November 10, 1997.

Mičietová, E. (1999) Kvalita, funkcie a operačné možnosti databázy geografického informačného systému, Geografický časopis č. 3, p 297-312

Mitášová, I., Hájek, M.(1994): Definovanie štandardov na prenos digitálnych priestorových informácií.Kartografické listy 2.

Mitas L., Brown W. M., Mitasova H., (1997) Role of dynamic cartography in simulations of landscapeprocesses based on multi-variate fields. Computers and Geosciences, Vol. 23, No. 4, pp. 437-446

Mitasova H. and Mitas L. (1998) Process Modeling and Simulations, NCGIA Core Curriculum inGIScience, http://www.ncgia.ucsb.edu/ giscc/units/u130/u130.html, posted December 2, 1998.

Mitasova, H., L. Mitas, B.M. Brown, D.P. Gerdes, I. Kosinovsky (1995), Modeling spatially and

of 361


temporally distributed phenomena: New methods and tools for GRASS GIS. International Journal ofGIS, 9 (4), special issue on integration of Environmental modeling

Mojzeš, M. (1977) Transformácia súradnicových systémov multiregresnou analýzou. Kartografické listy č. 5.

Olson , J.,M.(1998). Maps as Representations of the World, NCGIA Core Curriculum in GIS, NationalCenter for Geographic Information and Analysis, University of California, Santa Barbara, Unit 020,http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u020/u020.html

Open GIS Consortium, (1997). OGC Technical Committee Policies and Procedures,Wayland,Massachusetts. Available via the WWW as http://www.opengis.org/techno/development.htm

Peuquet, D.J. (1991) Methods for Structuring Digital Cartographic Data in a Personal ComputerEnvironment. In Geographic Information Systems: The Microcomputer and Modern Cartography byTaylor, D.R.F. (ed.), Pergamon Press, Oxford.

Pravda, J. (1997) Mapový jazyk . 1. vyd. - Bratislava : Univerzita Komenského, 1997. - 88 s. - obr. v texte. ISBN 80-223-1102-2 :

Robinson, Arthur H., Joel L. Morrison, Phillip C. Muehrcke, A Jon Kimerling, Stephen C. Guptill. 1995.Elements of Cartography, 6th ed. John Wiley & Sons, Inc., New York.

Rossitter, D., (1994): Lecture Notes:"Land evaluation" , part 3 "modelling".www.geog.ubc.ca/courses/klink/gis.notes/lenotes/

Salgé F (1995) Semantic accuracy. In Guptill S C and Morrison J L (eds) Elements of spatial dataquality. Oxford, Elsevier: 139-151.

Tobler, w.r . (1995) Smooth multidimensional interpolation. Geographical analysis, 17, 251-257

Taylor, G.E., Fairbairn, D. J., Parsley, S., (1996) Multimedia and Virtual Reality,, NCGIA CoreCurriculum in GIScience, http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u131/ u131.html, posted December 17,1997.

Thapa K ,Bossler J (1992) Accuracy of spatial data used in geographic information systems.Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 58(6): 835-841.

Tom, H. (1995). "GIS Community Participation in National Information Infrastructure (NII) StandardsEfforts." Geo Info Systems: 49.

Tomlin, C.D., (1990). Geographic Information Systems and Cartographic Modeling, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ

van Roessel, J.W., (1987). "Design of a spatial data structure using the relational normalforms,"International Journal of Geographical Information Systems 1:33-50.

Veregin H , Hargitai P (1995) An evaluation matrix for geographical data quality. In Guptill S C andMorrison J L (eds) Elements of spatial data quality. Oxford: Elsevier 167-188.

of 361


Veregin, H.(1998) Completeness. In Elements of Spatial Data Quality. Elsevier Applied Science, Editedby S.C. Guptill, Lon-don, New York ISBN 0-08-042432-5, 250pp

Veregin, H.(1998) Data Quality Measurement and Assessment, NCGIA Core Curriculum in GIScience,http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/ u100/u100.html , March 23, 1998.

White, D., A.J. Kimerling, and W.S. Overton (1992) Cartographic and geometric components of aglobal sampling design for environmental monitoring. Cartography and Geographic InformationSystems 19(1): 5-22.

Yeung A.K.(1998) Data Organization and Structure, NCGIA Core Curriculum in GIScience,http://www.ncgia.ucsb.edu/giscc/units/u051/u051.html, posted October 15, 1998.

of 361


geografický infromačný systém (gis): štruktúra, integrita, … · 2011-01-27 · infromation...

Documents