1
APLIKOVANÁ
GEOINFORMATIKA II
RNDr. Tomáš ŘEZNÍK, Ph.D.
Aplikovaná geoinformatika
GPS; formáty prostorových dat:
import, konverze
Laboratoř geoinformatiky a kartografie
GPS
* Globální polohový systém, brněnsky ,,Gde proboha su
* Dnes GPS ekvivalentem projektu NAVSTAR
­ projekt americké armády, dnes se označuje jen jako GPS
­ pasivní radiový systém primárně pro rychle se pohybující
objekty; vyžití tzv. Dopplerova jevu
­ vývoj zahájen na počátku 70. let, plně funkční 1993
* Systém GPS se skládá ze tří segmentů (podsystémů):
­ Kosmický (32 družic ­ 24 operačních, 3 záložní, 5 na Zemi)
­ Řídící (5 základních stanic poblíž rovníku)
­ Uživatelský (vlastní GPS přístroje jednotlivých uživatelů)
Global Positioning System (GPS)
Aplikovaná geoinformatika
* Družice ve výšce 20 180 km nad Zemí
* Doba oběhu 11 hodin 58 minut
* Životnost družice 7 ­ 10 let
* Družice obsahuje: přijímač, vysílač, atomové hodiny, aj.
Kosmický segment GPS
Aplikovaná geoinformatika
* 5 monitorovacích stanic na Zemi (non-stop)
* Vytváří tzv. efemeridy (informace o polohách družic)
* Kromě 5-ti oficiálních i několik nezávislých
Řídící segment GPS
Aplikovaná geoinformatika
* GPS přijímače jednotlivých uživatelů
* ,,Jen zjišťuje čas příjmu signálu min. 3 (resp. 4 družic)
* Hlavní odlišnosti přístrojů:
­ počet přijímaných kanálů (obvykle 6 ­ 12)
­ maximální měřitelnou rychlostí pohybu (200 ­ 2000 km ˇ h-1)
­ filtry na polohu (typicky autonavigace)
­ připojení externí antény
­ výdrž baterií/rychlost procesoru/počet uložených bodů/tras...
Uživatelský segment GPS
Aplikovaná geoinformatika
2
* V případě samotné GPS je výstupem textový soubor
­ import tohoto souboru do ArcGIS 9.2 je součástí cvičení
* V případě kombinace PDA a GPS pak i jiný formát
(jako např. shapefile)
­ práce s PDA obsahujícím integrovaný GPS modul v terénních cvičeních
Data z GPS
Aplikovaná geoinformatika
FORMÁTY PROSTOROVÝCH DAT
* obraz (model) objektu je vytvořen z čar
* ty vzniknou spojením vertexů ­ lomových bodů
* čáry vytvářející objekt mohou mít definovaný svůj
počátek a konec ­ směr (běžné např. u říční sítě)
* může být definována spojitost čar v průsečících
Vektorová reprezentace prostorových
objektů
Aplikovaná geoinformatika
* počátek, konec a vertexy jsou zaznamenány svými
souřadnicemi XY v daném souřadném systému
* geometrické vs. topologické chápání prvků ve vektorové
reprezentaci
­ bod, linie, plocha
­ uzel, hrana (oblouk), řetěz, polygon
* topologicko-vektorový model vs. spaghetti model
Aplikovaná geoinformatika
Vektorová reprezentace prostorových
objektů
* jednoznačné určení geometrie
* není zde limit velikost buňky rastru, plynulá změna
velikosti s měřítkem
* nebezpečí použití nevhodných dat pro určité měřítko
* explicitní topologie
* ...
Přednosti a nevýhody vektorové
reprezentace prostorových objektů
Aplikovaná geoinformatika
(zpracováno podle Molenaara, 1994,
in Tuček, 1998)
Geometrické a topologické chápání
elementů vektorové prostorové reprezentace
Aplikovaná geoinformatika
3
ArcGIS 9.2 Help
Aplikovaná geoinformatika
Topologické elementy a jejich vztahy
* ESRI Shapefile, Arc/INFO Coverage
­ http://www.esri.com/library/whitepapers/pdfs/shapefile.pdf
* SVG (Scalable Vector graphics)
* MIF/MID (MapInfo)
* DGN (Bentley) ­ Microstation
* DWG, DXF, DXB, SLD (Autodesk) ­ AutoCAD
­ CAD systémy
* CDR, AI
­ profesionální grafika
* VPF (vector product format)
Aplikovaná geoinformatika
Nejčastěji užívané vektorové formáty
* Vektor
* Ukládá netopologickou geometrii a atributovou informaci
* Topologii lze vybudovat
* Geometrie je ukládána jako sada souřadnic vektoru
(neumí ukládat nic jiného)
* Základ: body, linie, plochy (point, polyline, polygon)
* Dále: multipoint, multipatch
Aplikovaná geoinformatika
ESRI Shapefile
v geodatabázi
ArcGIS 9.2 Help
Aplikovaná geoinformatika
ESRI Shapefile
* Features that are composed of more than
one point. Multipoints are often used to
manage arrays of very large point
collections such as LiDAR point clusters
which can contain literally billions of
points. Using a single row for such point
geometry is not feasible. Clustering these
into multipoint rows enables the
geodatabase to handle massive point sets.
Aplikovaná geoinformatika
Multipoints
ArcGIS 9.2 Help
Aplikovaná geoinformatika
Multipoint
4
* A 3D geometry used to represent the outer surface, or
shell, of features that occupy a discrete area or volume in
three-dimensional space. Multipatches comprise planar
3D rings and triangles that are used in combination to
model a three-dimensional shell. Multipatches can be
used to represent anything from simple objects, such as
spheres and cubes, or complex objects, such as isosurfaces
and buildings.
Aplikovaná geoinformatika
Multipatches
* výhody chybějící topologie (dle ESRI)
­ rychleji se načítá
­ lze snadněji editovat
* 3 hlavní součásti datového souboru:
­ .shp ­ geometrie
­ .shx ­ indexy
­ .dbf ­ tabulka atributů
* další možné součásti:
­ .prj
­ .sbn, .sbx ­ prostorové indexy
­ .shp.xml -- metadata ve formátu XML
Aplikovaná geoinformatika
ESRI Shapefile
Aplikovaná geoinformatika
Definice projekce (*.prj) u shapefile
* Spočívá v rozdělení prostoru do pravidelné sítě, která se
skládá z buněk
* Buňka představuje základní nedělitelnou prostorovou
jednotku
* ,,Tesselation ­ tesselace, mozaika  tvar buněk
­ čtvercový
­ trojúhelníkový
­ šestiúhelníkový
Aplikovaná geoinformatika
Rastrová reprezentace prostorových objektů
 je kompatibilní se strukturami datových posloupností,
požívaných ve výpočetní technice (výpočty s maticemi,
konvoluce)
 použití pro mapovou algebru
 kompatibilita s karteziánskými souřadnicovými systémy
 jednoznačně definované sousedství
 relativně jednoduchá datová struktura
 možnost jednoduché definice prostorové reference
(world file)
* systém pod pravým úhlem se
protínajících čar, které
ohraničují jednotlivé buňky
Aplikovaná geoinformatika
Čtvercová mřížka ­ GRID / RASTR*
* velikost souborů (paměťová náročnost)
* limitující velikost buňky
- závisí na ní vizuální kvalita i přesnost dat
* buňky mohou nést hodnotu jen jednoho
atributu
* topologie na úrovni buněk, ne objektů
Aplikovaná geoinformatika
Nevýhody rastrové reprezentace
5
* záleží na datovém formátu
­ buď je ,,schovaná v hlavičce souboru
* nutnost definovat v nějakém SW, kde jsme schopni editovat
údaje v hlavičce
­ nebo je v souboru zvlášť
* tzv. World File
Aplikovaná geoinformatika
Definice prostorové reference
Aplikovaná geoinformatika
Nejčastější názvy ,,World files"
* např. ESRI Grid
* Obrazové formáty:
­ BMP
­ JPG
­ TIF
­ PNG
­ GIF
­ ECW
­ ...
* většinou se skládají z komponent RGB
* různý způsob ukládání dat, komprese
Aplikovaná geoinformatika
Nejčastější rastrové formáty
* primární (obrazová data DPZ)
* sekundární
­ metody interpolace bodových měření metody
­ rasterizace vektorových dat
­ skenování analogových dat
Aplikovaná geoinformatika
Zdroje rastrových dat
* ve většině případů se nelze spokojit jen s jedním SW,
data z různých zdrojů
* robustní SW ­ podpora nejrůznějších formátů, možnost
importu a exportu do jiného formátu
­ ArcGIS (ESRI)
­ Geomatica (PCI)
­ Geomedia (Intergraph)
­ ...
* podpora ještě neznamená, že SW s daným formátem
může pracovat, většinou ho spíš ,,umí načíst a dále je
nutno ho převést na jiný
* ukázka ­ podporované formáty v ArcGIS
Aplikovaná geoinformatika
Import a konverze do jiných formátů
Aplikovaná geoinformatika
6
* nástroje Spatial Analyst v ArcMapu
* vector to raster
­ buňky ponesou hodnotu zadaného atributu
­ rozhodující je velikost buňky ve výsledném rastru
* raster to vector
­ polygony jsou tvořeny ze skupin buněk, které mají
stejnou hodnotu
Aplikovaná geoinformatika
Konverze vektor ­ rastr a opačně
Aplikovaná geoinformatika
Konverze raster ­ vektor v ArcGISu
* S-JTSK
* S-42
* WGS 84 (UTM)
* WGS 84 (souřadnice
na elipsoidu)
Pulkovo_1942_GK_Zone_3
Projection: Gauss_Kruger
False_Easting: 3500000,000000
False_Northing: 0,000000
Central_Meridian: 15,000000
Scale_Factor: 1,000000
Latitude_Of_Origin: 0,000000
Linear Unit: Meter
GCS_Pulkovo_1942
Datum: D_Pulkovo_1942
S-JTSK_Krovak_East_North
Projection: Krovak
False_Easting: 0,000000
False_Northing: 0,000000
Pseudo_Standard_Parallel_1:
78,500000
Scale_Factor: 0,999900
Azimuth: 30,288140
Longitude_Of_Center: 24,833333
Latitude_Of_Center: 49,500000
X_Scale: -1,000000
Y_Scale: 1,000000
XY_Plane_Rotation: 90,000000
Linear Unit: Meter
WGS_1984_UTM_Zone_33N
Projection: Transverse_Mercator
False_Easting: 500000,000000
False_Northing: 0,000000
Central_Meridian: 15,000000
Scale_Factor: 0,999600
Latitude_Of_Origin: 0,000000
Linear Unit: Meter
GCS_WGS_1984
Datum: D_WGS_1984
GCS_WGS_1984
Datum: D_WGS_1984
Projected Coordinate Systems  Utm
 Wgs 1984  WGS 1984 UTM Zone
33N
Projected Coordinate Systems
 Gauss Kruger  Pulkovo
1942  Pulkovo 1942 GK
Zone 3
Souřadnicové systémy (nejen našeho území)
Geographic Coordinate Systems 
World  WGS 1984
Projected Coordinate
Systems  National Grids
 S-JTSK Krovak
EastNorth  S-JTSK
 S-42
 WGS 84 (UTM)
 WGS 84
(souřadnice na
elipsoidu)
Aplikovaná geoinformatika
Odlišný zápis souřadnic
Jednoduché kuželové zobrazení - Křovákovo
Hodnota
meridiánové
konvergence v
ČR 6 ­ 7°
Aplikovaná geoinformatika
Důsledky Křovákova zobrazení
Aplikovaná geoinformatika