Geografický informační systém

GIS, neboli geografický informační systém, je na počítačích založený informační systém pro získávání, ukládání, analýzu a vizualizaci dat, která mají prostorový vztah k povrchu Země. Geodata, se kterými GIS pracuje jsou definována svou geometrií, topologií, atributy a dynamikou.

Geografický informační systém umožňuje vytvářet modely části Zemského povrchu pomocí dostupných softwarových a hardwarových prostředků. Takto vytvořený model lze pak využít například při evidenci katastru nemovitostí, předpovídání vývoje počasí, určování záplavových zón řek, výběru vhodné lokace pro čistírnu odpadních vod, plánování výstavby silnic, apod.

[editovat] Součásti GISu

Plnohodnotný geografický informační systém se - stejně jako obecný informační systém - skládá ze 4 součástí:

• Hardware - nejčastěji osobní počítač s barevným monitorem, skener pro možnost vstupu obrazových dat, tiskárna či plotter pro možnost mapového výstupu.
• Software - specializovaná sada programů pro analýzu a vizualizaci geodat.
• Data - nejdůležitější a často finančně nejnáročnější součást GISu.
• Pracovníci (uživatelé) - lidé se znalostmi geografie schopní obsluhovat informační technologie.

[editovat] Geodata, geoobjekty

Data, se kterými GIS pracuje se nazývají geodata. Geodata se skládají z jednotlivých geoobjektů. Geoobjekt je část modelované reality, kterou je možno na dané úrovni generalizace v GISu modelovat jako jeden objekt. Geoobjekt obsahuje dva druhy informací:

• prostorové informace (tvar, poloha, topologie)
• neprostorové informace (atributy, specifické pro každý typ objektu)

Generalizací v prostředí GISu se rozumí problém toho, jak podrobně realitu modelovat. Např. město lze v GISu reprezentovat jedním objektem, nebo množinou objektů (budov, parcel, ulic, ploch apod.).

[editovat] Dimenze geoobjektů

Základní dělení geoobjektů je dělení podle počtu dimenzí. Reálné objekty na zemském povrchu jsou vždy trojrozměrné. Do prostředí GIS se však transformují podle potřebné úrovně generlizace.

• 0D geoobjekty - Bezrozměrné objekty, body, definované pouze svou polohou. Příkladem může být například autobusová zastávka v GISu modelujícím dopravu nebo GSM vysílač v GISu mobilního operátora modelující pokrytí signálem.

• 1D geoobjekty - Objekty jednorozměrné, úseky čar, s konečnou délkou a nulovou plochou. Pomocí 1D geoobjektů se nejčastěji modelují silnice, řeky, apod.

• 2D geoobjekty - Objekty dvojrozměrné, polygony, s konečným obvodem a konečnou plochou.

• 3D geoobjekty - Objekty trojrozměrné, polyhedrony. V GISech se používají výjimečně, ve specifických případech. Třetí rozměr je v GISech nejčastěji modelován pomocí tzv. Digitálního modelu terénu (DMT, DEM).

[editovat] Mapové vrstvy

Ilustrace rozdílu mezi vektorovou a rastrovou mapovou vrstvou

Geoobjekty popisující stejné téma se sdružují a ukládají do mapových vrstev, někdy také nazývaných tematické mapové vrstvy. Takovým tématem může být např. vodstvo, silnice, typy půd, nadmořská výška, apod.

Smyslem dělení geodat do mapových vrstev je usnadnit analýzu dat. Ta je nejčastějším důvodem pro nasazení GISu pro modelování reality.

Každá mapová vrstva je uložena v jednom datovém souboru, který lze samostatně přenášet a používat ve více mapových projektech. Mapové vrstvě se někdy také říká monotematická mapa, případně zkráceně mapa (např. mapa řek, mapa silnic, apod.). Mapové vrstvy se dělí podle modelovaných dat a druhu použití na dva typy - vektorové a rastrové.

[editovat] Vektorové mapové vrstvy

Ve vektorových mapových vrstvách jsou data uložena pomocí bodů a čar. Bod je základním elementem s definovanou polohou (souřadnicí) a nemá z geometrického hlediska žádný rozměr. Čára je úsečka nebo křivka spojující dva body. V běžných GISech se z důvodů zjednodušení křivka reprezentuje pomocí seřazené sekvence bodů spojených přímou čarou. Modelování geodat pomocí vektorů úzce souvisí s teorií grafů.

[editovat] Vektorové modely

Ukázka uložení vektorových dat v hierarchickém vektorovém modelu

Vektorová data jsou v GISech organizována a ukládána podle různých vektorových modelů.

• Špagetový model - Ve špagetovém modelu jsou všechny typy objektů, bez ohledu na počet dimenzí, uloženy v jednom heterogenním seznamu.Tento seznam má pouze 2 položky:
  • typ objektu - bod, čára, polygon
  • parametry objektu - jedna či více souřadnic

Ve špagetovém modelu není obsažena žádná informace o topologii (sousednost, orientace, konektivita, obsahování) a proto je tento model pro analýzu geodat obtížně použitelný.Navíc zde dochází k redundanci dat.

• Hierarchický model - Hierarchický model ukládá data hierarchicky s ohledem na počet dimenzí. Vychází s faktu, že polygon se skládá z několika linií, linie z několika úseček, úsečky jsou pak spojením dvou bodů. Tyto elementy jsou pak v GISu uloženy samostatně, nejčastěji v geodatabázi.

• Topologický model - Topologický model je kompromisem mezi špagetovým a hierarchickým modelem. Ukládají se pouze body a čáry, přičemž k čáře lze připojit informaci o její orientovanosti, podle níž lze pak určit sousedný polygon vlevo a vpravo.

[editovat] Rastrové mapové vrstvy

Různé typy rastrů - čtvercový, šestiúhelníkový, trojúhelníkový

Rastrových mapových vrstev se používá k modelování veličin, které jsou spojitě definovány na celém modelovém prostoru. Příkladem může být mapová vrstva nadmořské výšky, mapa typu půd, vegetace, atmosférického tlaku, teploty, apod.

Prostor je v rastrových mapových vrstvách rozdělen na množství malých plošek, jejichž rozměr je dostatečně malý na to, aby bylo možno na jejich povrchu hodnotu dané veličiny považovat za konstantní.

Dělení prostoru může být buď pravidelné, nebo nepravidelné, buňky rastru mohou být různého tvaru (čtverec, trojúhelník, šestiúhelník). V naprosté většině případů se ale v GISech používá pravidelné dělení prostoru čtvercovou mřížkou.

Každé buňce rastru přísluší hodnota sledované veličiny v daném místě. Tato hodnota (typicky číselná) může být dvojího typu, podle nějž se také rastrové mapové vrstvy mohou dělit na:

• Rastrové vrstvy výčtového typu - Každá buňka rastru obsahuje jistý kód, typicky celočíselný, z rozsahu 1...N. Tento kód reprezentuje kategorii sledovaného jevu. Nutnou součástí rastrové vrstvy tohoto typu je proto překladová tabulka, která kódy interpretuje. Rastry výčtového typu se používají tam, kde má zkoumaný jev konečný počet hodnot (např. typ vegetace), nebo tam, kde lze spojitou veličinu rozdělit do konečného počtu kategorií (např. nízká, střední a vysoká hustota zalidnění).

• Rastrové vrstvy hodnotového typu - Každá buňka rastru nese informaci o diskretizované hodnotě spojité veličiny, která může teoreticky nabývat nekonečného počtu hodnot. V praxi je samozřejmě omezena rozsahem a přesností použitého datového typu (integer, float). Takto reprezentované veličině se v prostředí GISu někdy říká prostorový proces. Příkladem prostorového procesu může být nadmořská výška, atmosférický tlak, teplota, apod.

[editovat] Související články

Wikimedia Commons nabízí obrázky, zvuky či videa k tématu

Geografický informační systém

• GRASS GIS
• Janitor

[editovat] Externí odkazy

• Seriál Mapový server snadno a rychle