Co je GIS?

15.12 2010

Geografické informační systémy (GIS) pronikají stále více do rozličných profesních sfér, které přímo nesouvisí s geografií, protože jsou výborným nástrojem pro vytváření studií, analýz a modelů týkajících se konkrétního území a jejich následnou vizualizaci. Hlavní doménou geoinformačního systému je propojení mapy, jakožto prezentačního média, s databází, která obsahuje polohpisné i popisné charakteristiky objektů, případně popisuje vztahy mezi nimi. Nejen z těchto důvodů stále více vysokých škol vyučuje předměty s GIS tématikou a je snahou začlenit GIS i do středoškolských osnov. Společnost začíná vnímat obrovský potenciál GIS nástrojů, které jsou bohužel v některých úlohách stále opomíjeny na úkor CAD systémů.

Úvod

GIS neboli Geografický Informační Systém (anglicky Geographic Information System) je jednou z disciplín geoinformatiky - relativně mladého, ale rychle se rozvíjejícího vědeckého oboru. Oba tyto termíny (GIS a geoinformatika) bývají často zaměňovány a také používány ve shodném nebo podobném významu. Jejich společným předmětem je totiž zkoumání geografických jevů s využitím informačních technologií.

Geografický informační systém umožňuje sběr a správu prostorových dat neboli geodat, poskytuje nástroje pro jejich analýzu a pro grafickou prezentaci výsledných prostorových modelů zájmového území. Vstupní data se ukládají do prostorové databáze (geodatabáze), která umožňuje aplikaci prostorových dotazů, případně provádění složitých analýz v interakci s GIS softwarem. Výstupem může být mapa (a to jak digitální, tak i klasická papírová), trojrozměrný model území, případně dynamická animace konkrétního jevu. GIS se také drží trendu prezentace dat v prostředí internetu - jsou spravovány mapové servery pro publikaci mapových služeb (tzv. WMS služeb, Web Map Services) a vyvíjejí se webové mapové aplikace.

  • Součástí geografického informačního systému by měly být tyto komponenty:
  • hardware vybavení (osobní počítače, servery, tiskárny, plottery, skenery)
  • odpovídající software (GIS software, databáze)
  • data
  • pracovníci
  • soubor metod pro práci s daty

SFÉRY UPLATNĚNÍ

V současné době nachází GIS velmi široké pole uplatnění, a to jak v organizacích státní správy a samosprávy, tak i v soukromém sektoru. Konkrétně se jedná například o tyto oblasti využití:

  1. Státní správa a samospráva

  • Územní rozhodování a regionální rozvoj - tvorba územních plánů, územně analytických podkladů, koncepcí strategického rozvoje

  • Krizové řízení - management složek integrovaného záchranného sboru (ISZ ČR) při krizové sitauci, zpracování krizových plánů (např. povodňové plány).

  • Evidence majetku, parcel, nemovitostí

  • Specializované státní instituce - modelování přírodních i socioekonomických jevů (např. analýzy migrace obyvatelstva, sestavení registru biotopů, modelování svahových pohybů nebo odtoku srážek)

  • Cestovní ruch - zviditelnění území pro turisty

  1. Soukromý sektor

  • Řízení energetických a vodohospodářských soustav - síťové analýzy, návrh místa výstavby větrných elektráren

  • Správa inženýrských sítí

  • Navigační systémy a podklady

  • Kartografie - mapové výstupy

  • Architektura, stavebnictví - vizualizace modelů budov, zasazení do krajiny

dostupnost

TYPY DAT PRO GIS

Základní rozdělení dat pro geografické informační systémy je na vekotorová a rastrová. Vektorová data uchovávají informace o jednotlivých objektech zájmového území formou bodů, linií a polygonů. Objekty jsou sdružovány do vrstev podle určité tématické souvislosti (např. vodstvo, lesy, budovy, památné stromy). Tyto datové vrstvy propojujeme s atributy objektů - jedná se o popisnou složku dat, která se společně s polohopisnou složkou (zakódovaná geometrie objektů) ukládá do geodatabáze.

U rastrových formátů dat je nositelem informace pixel - může reprezentovat jeden celý objekt, jeho část, nebo je v pixelu ukryto více objektů, které pak nemůžeme rozeznat. Toto významně souvisí s hodnotou pixelové velikosti, která udává prostorové rozlišení rastru. Například ortofoto pořízené z leteckého snímkování může mít pixelovou velikost 10 cm (objekt o velikosti 10x10 cm zabírá v rastru právě jeden pixel).

Výhodou vektorových dat je především jejich přesnost a návaznost na atributy objektů. Rastrová data jsou naproti tomu vhodnější pro zpracování složitějších analytických výpočtů a modelů.

Konkrétní zdroje vstupních dat pro GIS systémy jsou:

  • data leteckého snímkování (rastr)

  • družicové snímky dálkového průzkumu země (rastr)

  • geodetická měření, GPS měření (bodové pole - vektor)

  • laserové skenování (bodové pole - vektor)

  • naskenované podklady (analogové mapy - rastr)

  • databáze s prostorovými daty a atributy jednotlivých objektů (vektor)

  • stereofotogrammetrie (stereoskopické dvojice leteckých snímků - pro digitální model terénu - rastr i vektor)

Typy GIS úloh

Výše zmíněné aplikace GIS v praxi jsou velmi komplexní a složité problémy, které se obvykle rozpadají na drobnější úkoly. Prvním krokem při zpracovávání konkrétního úkolu je pořízení a uložení dat (rastrových i vektorových) do databáze. Následuje kontrola jejich správnosti, případná editace (vlastností a geometrie) nebo transformace do jednotného souřadnicového systému. V další fázi se snažíme konkrétní datové sady analyzovat a získat požadovaný výsledek, který prezentujeme například prostřednictvím webové mapové aplikace nebo tištěné mapy. Analýzy se nejčastěji provádějí s využitím GIS softwaru, kterému pokládáme různě složité prostorové dotazy.


A) Jednoduché dotazy:

  • určení vlastností daného objektu - výměra parcely, název ulice, typ vegetace
  • výběr prvků podle vlastností - vyhledej budovy s více než třemi podlažími
  • výběr prvků podle polohy - vyhledej památkové rezervace na území Prahy
  • výběr prvků kombinací podmínek - vyhledej autobusové zastávky, které jsou maximálně 500 metrů od jakékoliv policejní stanice

dostupnost


B) Složitější dotazy:

  • topografické funkce - určení sklonu a orientace svahů v okolí Petřína
  • vyhledání optimální trasy z bodu A do bodu B
  • vymezení území zatopeného při stavbě přehrady

dostupnost


C) Komplexni analýzy:

  • vymezení lokalit s vysokým rizikem sesuvu
  • viditelnost věží kostelů z různých míst v Praze
  • analýza dostupnosti centra Prahy prostředky PID
  • odhad škod způsobených stoletou povodní na území Prahy

 

dostupnost

Produkty GIS

Výstupy z GIS můžeme rozdělit na analogové a digitální. Analogové výstupy reprezentují tištěné mapy a plány, globy nebo plastové 3D modely území. Digitální produkty korespondují s analogovými - digitální mapy a digitální modely území však prezentujeme prostřednictvím monitoru počítače, mobilu, PDA, GPS navigace, apod. Můžeme tak využít různé interaktivní nástroje a poskytnout uživateli mnoho doplňujících informací - tištěné verze jsou bohužel pro tento účel významně omezeny velikostí papíru (či jiného ???média???). Výhodou map naproti tomu je komplexnost pohledu na zájmové území v daném měřítku - na monitoru ve stejném měřítku vidíme jen nepatrnou část a mohou nám uniknout důležité souvislosti v globálním pohledu. Digitální reprezentace nám však umožňuje také změnu měřítka a společně s ní také odlišnou míru generalizace, takže můžeme získat podrobnější informace a detaily.

Nyní podrobněji k produktům:

A) Klasické produkty digitální kartografie

  • nástěnné mapy - velkoformátové neskládané (školní, územní plány, postery s výsledky studií a analýz, venkovní informační tabule)
  • turistické mapy
  • atlasy (školní, velké geografické, klimatické,autoatlasy)
  • plány měst
  • glóby
  • plastické a reliéfní mapy
  • 3D modely území

B) Digitální vizualizace

  • Data pro GPS navigace
  • Internetové mapové portály - v dnešní době velmi častý způsob publikace dat
  • Mapové aplikace pro počítače, mobilní telefony nebo PDA - informační mapy, prezentace turistických oblastí
  • 2D a 3D interaktivní vizualizace - využití virtuální reality
  • 2D a 3D animace s využitím doprovodných efektů (video, zvuk, obrázky)
  • Mapové podklady pro desktopové GIS aplikace

Geografické informační systémy se prolínají s mnoha odvětvími lidské činnosti a s jejich produkty se potkáme prakticky každodenně. Úkolem geoinformačních technologií je poskytovat informace nejen o poloze a vlastnostech konkrétních objektů, ale také o jejich vzájemné interakci a jevech, které v daném území probíhají. Stává se tak jedním z hlavních nástrojů koncepce trvale udržitelného rozvoje území na místní, regionální, národní i mezinárodní úrovni.