Tvorba a údržba podrobné topografické/turistické mapy
Článek přináší náhled do možností vytvoření středně- nebo velkoměřítkové topografické mapy v jednotném klíči a struktuře užitím nástrojů geografických informačních systémů, především databází. Ukazuje výhody sběru atributových informací o prvcích nejen co se týče jejich kvality nebo klasifikace, ale také vazeb na okolní prvky a vztahů k jiným prvkům či datovým sadám. Ukazuje příklady datových modelů pro vybrané typy prvků a vztah topologického rozšíření datového modelu k tvorbě znakového klíče.
Úvod
V souvislosti s postupným přerodem kartografie v
digitální kartografii je výhodné zohlednit nové možnosti
oboru také ve specializované činnosti, kterou je tvorba
velkoměřítkové či středněměřítkové topografické, případně
tematické mapy.
Autor tohoto článku tvoří pro své potřeby podrobnou
tematickou mapu coby turisticko-vlastivědnou nadstavbu nad
mapovým základem – topografickou mapou. Taková mapa by se
proto dala nazvat mapou turistickou. Turistické mapy jsou
takto běžně komerčně označovány a v rozličných podobách,
měřítcích, podrobnosti a kladu pokrývajícím celou republiku
nebo její část jsou nabízeny jako tištěný nebo digitální
produkt digitální kartografie.
Ne vždy však vydavatelství vydávající takové mapy jsou
odbornými kartografickými pracovišti a kvalita mapových
produktů proto kolísá. Ve snaze ušetřit prostředky a čas se
někdy vydavatelé uchylují k drobným nebo i zásadním
porušením kartografických zásad, týkajících se podobných
děl. Přitom snazšímu a efektivnějšímu zpracování a následné
údržbě topografické mapy může napomoci precizně a promyšleně
zpracovaný databázový model, použitý pro generování celé
mapy nebo jejích částí.
Ukázka turistické mapy 1 : 25 000
vytvořené pomocí GIS software
Databáze jako úložiště prvků mapy
Prakticky všechny v současnosti vydávané podrobné mapy
(záměrně zmiňováno topografické – tedy nikoli plány měst
nebo jiné speciální velkoměřítkové mapy a plány) vznikají
jako produkt vizualizace dat uložených v databázi. Ovšem
struktura a forma tohoto uložení se zásadním způsobem
podílejí na vizuální preciznosti výsledné mapy a v
neposlední řadě na čase potřebném k jejímu vytvoření a
dalšímu udržování v aktuálnosti.
Zde je třeba poněkud vyčlenit mapy pro orientační běh, které
jsou sice také případem velmi detailní topografické mapy,
ovšem zde způsob jejich vzniku a používání a především
prakticky nulová možnost jakékoli kartografické generalizace
je předurčují k jinému způsobu tvorby a udržování.
Základem pro vytvoření vhodného datového modelu pro uložení
prvků mapy je definice přesné a konečné množiny
zobrazovaných jevů a informací o nich. Zde dochází mnohdy
také k nešvarům, kdy mapy zobrazují objekty jenom určitých
parametrů (aniž to zmiňuje legenda), zobrazují neúplný výčet
prvků, které nepodléhají generalizaci (např. jsou v mapě
zakresleny kostely a kaple, ale některé z nich v mapě
chybějí) apod. a tak matou uživatele, kteří pochopitelně onu
úplnost pokrytí intuitivně očekávají ♦.
To však není předmětem tohoto článku.
Jistým limitujícím faktorem tvorby databázového modelu mapy
může být struktura dat použitých jako podklad (pokud se
nejedná o mapu vzniklou vlastním šetřením v terénu, přestože
i v takovém případě by se pravděpodobně jednalo pouze o
šetření v rámci části rozsahu prvků) případně vzájemný
nesoulad několika použitých podkladových datových sad.
Vhodné je všechny prvky všech datových sad utřídit a všímat
si vztahů mezi nimi a jejich vzájemného ovlivnění.
Tvorba databázového modelu – úloha GIS při tvorbě databáze
Prakticky samozřejmostí je, že GIS aplikace, případně
celé GIS softwarové balíky, dokáží připravit data a tiskové
výstupy pro tvorbu mapy. Stupeň úrovně a kvality map
vytvořených různými softwarovými prostředky je různý, ovšem
obecně platí, že drahé a rozsáhlé softwarové balíky nabízejí
prakticky neomezenou formu vizualizace dat a limitujícím
faktorem celkové grafické úrovně výsledné mapy zde není ani
tak použitý software, ale data samotná, jejich kvalita.
Nejen pomocí GIS software mapy vznikají a druhou významnou
kategorií jsou programy na pomezí CAD a GIS přístupu,
případně zcela typu CAD. Zde již není na rozdíl od první
kategorie natolik automatická schopnost (dobře) pracovat s
databázemi a především mohou chybět některé analytické
funkce.
Velmi vhodné je ještě před započetím tvorby mapy
zautomatizovat co nejvíce práce, která by později mohla
během tvorby mapy vzniknout, a užitím GIS analýz připravit
data, i ta v ne úplně ideálním stavu, do takového
databázového modelu, pomocí něhož bude možné co možná
nejsnadnější generování vizuálně precizní mapy vyžadující
jen málo zásahů kartografa.
Zde jsou opačným extrémním případem mapy, které vznikají
bezduchým nagenerováním prvků z databáze – v jisté rámcové
vizualizaci a jen s opravdovým minimem zásahů
odborníka–kartografa nebo ještě hůře zcela bez nich.
Takových map jsou plné navigační přístroje, schematické mapy
v letácích a brožurách apod., ale mnohdy i mapy v médiích
nebo dostupné na renomovaných zdrojích na internetu.
Výsledným dojmem zhruba odpovídající této kategorii jsou
mapy vytvořené programy, které jsou prakticky pouze grafické
a pro kartografickou tvorbu nemají žádné speciální nástroje.
GIS analýzy však mohou pomoci vyřešit neduhy, které
podkladová data mohou obsahovat, a posunout tak mapu poměrně
snadno na kvalitativně vyšší úroveň. Zároveň se pomocí GIS
analýz dají kombinovat různé datové sady a tak je zpřesňovat
nebo z nich vytvářet zcela nové datové vrstvy. Příkladem zde
může být vrstva komunikací, zakoupená u silniční databanky,
a vrstva liniové vegetace, získaná z naprosto jiného zdroje
(viz obr. níže). Již na první pohled jsou patrné problémy,
které mohou při souběžném zobrazení obou vrstev vzniknout:
tam, kde má liniová vegetace komunikaci sledovat, se s ní na
mnoha místech kříží, linie se vzájemně přibližují a vzdalují
apod.
Nesoulad liniových vrstev z různých
zdrojů (vlevo) a opravený stav (vpravo)
Řešení tohoto stavu je více. Jedním z nich je omezování
počtu datových vrstev v modelu a jejich nahrazování atributy
vrstev jiných. V zásadě lze prostorovou analýzou oddělit
vegetaci, která tvoří stromořadí kolem komunikací, od
ostatní liniové vegetace (např. definováním prahové vzájemné
vzdálenosti linií obou vrstev) a přeměnit je na atribut
příslušného úseku komunikace, který udává, zda je stromořadí
na levé straně komunikace, na pravé, na obou anebo zde není.
Analogickým způsobem lze definovat atributové informace o
celé řadě dalších skutečností, a to nejen u komunikací, ale
např. u vodních toků, energetických tras apod. a ve vhodných
případech také u plošných nebo bodových objektů. Tyto
informace zpravidla nevyjadřují kvalitativní vztahy jako
většina ostatních atributů prvků (např. objekt vodní plocha
– s atributy jezero / rybník / odkaliště / usazovací nádrž /
nespecifikováno), ale vztahy topologické nebo jiné vztahy
potřebné pro konkrétní typ mapy, které z topologických
vycházejí.
Databázově orientované vedení mapy má pomoci ve dvou
aspektech:
– udržet řád
v datových sadách a umožnit méně pracné a snazší udržování
mapy včetně případného odvozování jejích zvětšenin nebo
tematicky obměněných forem, provádění rozsáhlejších změn
apod.;
– dodržet nepsané
kartografické zásady tvorby středně- nebo velkoměřítkové
mapy, přinejmenším alespoň ty, které vycházejí z topologie.
Navíc, časový atribut evidovaný u prvků mapy (v zásadě stačí
pouze u vybraných) může posléze posloužit jako snadný způsob
tvorby např. časových řad map nebo dokumentace vývoje
zástavby / dopravy / využití území atd. v dané lokalitě. V
praxi se ukazuje, že zcela postačuje evidovat počátek a
konec existence jednotlivého mapového prvku.
2.2 Vybrané již užité databázové modely
Některé vlastnosti databázových mapových modelů a odlišné
přístupy lze ukázat na základních bázích geografických dat,
které v České republice používá civilní resp. vojenský
sektor, tj. na databázích ZABAGED resp. DMÚ25. Obě využívají
hojně atributových informací a obě se do jisté míry
překrývají, co se týče obsahové náplně a evidovaných
datových sad.
Databáze ZABAGED je zaměřena silně na samotný mapový výstup,
tzn. převážná většina dat, evidovaných pro jednotlivé prvky,
má vztah k jejich zákresu v mapě. Ovšem atributy zde slouží
pouze coby možnost odlišení jednotlivých dílčích typů
objektů anebo evidence popisů, topologické vztahy zde nejsou
na jejich úrovni vůbec řešeny. Dokonce lze říci (a pramení
to částečně i ze způsobu, kterým databáze ZABAGED vznikala),
že zde platí topologicky opačný přístup – totiž že data jsou
již v databázi geometricky uložena tak, aby splňovala
potřeby konkrétního mapového výstupu a naplnění zásad
kartografické vizualizace. U datové sady GeoNames
doprovázející data ZABAGED, jsou atributově (coby souřadnice
X, Y S-JTSK) uloženy rohy bounding-boxu pro snazší
vykreslení názvů v mapách.
Databáze DMÚ25, ze které vznikají vojenské topografické
mapy, je orientována podobně. Je zde patrná snaha o
přesnější geometrické zanesení prvků bez ohledu na pozdější
kartografickou vizualizaci (zde ovšem limitována daleko
nižší celkovou přesností datových sad), která ovšem přináší
problémy při samotné tvorbě topografických map, které
splňují nepsaná kartografická pravidla jen s výhradami.
Jejich tvorba navíc jistě vyžaduje daleko více zásah a
prostorových operací skrytých na pozadí. Tato databáze
oproti ZABAGED eviduje daleko více atributů, které pro
mapový výstup nejsou nijak potřebné a slouží pro vojenské
účely. Na druhou stranu stupeň jejich naplnění je daleko
nižší než u předchozí databáze. Objevují se zde mírné
tendence uložit vybrané topologicky orientované informace do
atributů prvků, např. u komunikací je evidován počet
jízdních pruhů, což umožňuje rychlé zobrazení např. dálnic
jedinou linií oproti ZABAGED, kde jsou víceproudé komunikace
evidovány jako samostatné jízdní pruhy, atributově provázané
a tvořící jedinou výslednou komunikaci.
Obdobně existuje např. hydroekologický informační systém ČR,
datové modely pro své potřeby mají např. Lesy ČR a většina
ostatních institucí produkujících geoprostorová data.
Jiným případem jsou komerční mapy a jejich databázové
pozadí. Tyto modely zpravidla nejsou veřejně přístupné,
nicméně mnoho informací o nich lze vyčíst z kvality
výsledných map, případně z dostupných částí znakových klíčů
apod. Takto např. většina datových modelů webových map
pokrývajících celou planetu (mapy Google, Bing, Yahoo apod.)
vůbec v potaz topologické vztahy nebere. Ty se dají nahradit
prací kartografa, ovšem snahou zde je, aby byly mapy
především levné a snadno aktualizovatelné, proto je jejich
grafická stránka poměrně špatná až nedostatečná.
Naproti tomu lokální vydavatelé, kteří tvoří topografické
mapy na omezeném území (v Čechách např. T-Mapy, společnost
Mapy.cz a další), zpravidla věnují vedle kvalitativních
charakteristik velkou pozornost také topologickým vztahům
mezi prvky již na úrovni databázev daleko větší míře než
státem spravované báze dat.
Aplikace databázového modelu – znakový klíč mapy
Celý význam databázově vedených topologických atributů spočívá ve vyčištění mapy od topologických chyb zmíněných výše a usnadnění vygenerování některých složitějších případů vizualizace prvků, které by musely jinak být řešeny např. pomocí výjimek kartografických
Ukázka nevhodně aplikované
symbologie – mapa generovaná z databáze s minimálními zásahy
kartografa
reprezentací nebo i ručně
zcela individuálně na jednotlivých místech jejich výskytu,
což samozřejmě prodlužuje tvorbu mapy a prodražuje ji.
Jaké situace mohou být takovým rozšířením datového modelu
řešeny? Zejména sousednosti prvků ne zcela souvisejících
datových sad, překrývání prvků přes sebe, ale i umisťování
popisů a další.
Nejvíce tyto atributy pomáhají při skládání složitějších
liniových prvků nebo jejich provázání s dalšími jevy.
Typickým příkladem jsou komunikace. Vedle běžně evidovaných
atributů jako je číslo komunikace, typ, počet pruhů,
případně šířka, povrch apod. lze evidovat také vztah
k okolním jevům, mezi které lze zařadit násep/zářez,
stromořadí, násep/val podél komunikace, sledující další
linie (např. různá značení, hranice apod.), zdi/ploty a
další dle potřeby – viz obr. vpravo.
Pro tyto doprovodné jevy je třeba vytvořit sadu atributů,
které vyjadřují, zda je doprovodný jev nalevo, napravo nebo
na obou stranách od linie, případně ještě další kvalitativní
charakteristiky těchto doprovodných jevů, např. zda je
stromořadí běžné nebo je tvoří památné stromy. Tímto sice
nabývá geodatabáze na velikosti, nicméně ubývá tříd prvků,
které je třeba zobrazit, tudíž nedochází celkově ke
zbytečnému navýšení datového objemu.
Složitější situace nastává u definice znakového klíče. Pokud
jsou zmiňované doprovodné jevy evidovány jako samostatné
vrstvy bez vazby na další prvky, mívají vlastní značku nebo
sadu několika značek dle typu. V reálné mapě mohou nastat
situace, kdy se u jednoho úseku linie kombinuje několik
doprovodných jevů a tuto situaci nedovede již původní
znakový klíč korektně postihnout – je třeba definovat
kombinace vizualizací těchto jevů, přičemž lze velmi dobře
vyhovět pravidlům kartografické vizualizace, případně
specifickým účelům konkrétní mapy.
Obdobným způsobem lze ve znakovém klíči postihovat za pomoci
databázového rozšíření další situace.
Mezi takové patří
např.:
– chování symbolu
umisťovaného na lomové body linie v situaci, kdy dojde ke
křížení takových linií;
– vyplnění dutého
symbolu barvou dle barev podkladových vrstev;
– křivkové anebo
lomené vykreslování linie v závislosti na prvku mapy;
– vazba textů na
linie pro křivkové texty apod.
Výhodou vyvažující toto rozšiřování znakového klíče je čistá
mapová kresba bez křížení a překrývání prvků, které by bylo
nutno jinak řešit dalšími procedurami.
Závěrem
Databáze geoprostorových dat jako prostředek tvorby a
údržby mapy velkého nebo středního měřítka do značné míry
přispívá k usnadnění celého procesu a k udržení větší
kontroly nad čistotou, správností, aktuálností a korektní
vizualizací prvků ve výsledné mapě. Z toho důvodu prakticky
již všechny vydávané mapy ukládají v databázi alespoň
kvalitativní znaky zobrazovaných prvků a na základě
definovaného datového modelu pak mají sestaven znakový klíč.
Jen některé však berou při tvorbě a aplikaci datového modelu
pro výslednou vizualizaci ohled také na topologické vztahy
prvků. Přitom právě jejich zahrnutí vede k vizuálně
dokonalejším mapám. Naopak jejich zanedbání spolu se
situací, kdy kartografičtí tvůrci omezují z časových a
finančních důvodů etapu korektur výsledné vygenerované mapy
kartografem, produkuje zbytečné nesoulady, chyby a
nepřesnosti, kterých se lze vhodným rozšířením a
přizpůsobením datového modelu mapy vyvarovat.
♦
Jiným případem jsou objekty generalizaci podléhající (lesy
např. až od 1000 m2, budovy pouze s číslem
popisným apod.) nebo jiné objekty výběrového charakteru, kde
je tato skutečnosti zřejmá nebo je v legendě mapy zmíněna
(vybrané restaurace, vybrané zajímavé přírodní lokality
apod.).