Geografické informační systémy Geografické informační systémy

Geografické informační systémy
Co je to GIS?
Tato zkratka se používá pro Geografické Informační Systémy. V současné
literatuře se objevuje velké množství definic GIS. Jednu z nejvýstižnějších definic
uvádí společnost Environmental Systems Research Institute (ESRI) v materiálech ke
svému softwaru ArcGIS:
„GIS
je
organizovaný
a geografických
údajů
soubor
navržený
počítačového
hardware,
software
pro
získávání,
ukládání,
efektivní
upravování,
a zobrazování
Jak
systém analyzování
GPS funguje?
všech
forem
geografických
informací.“
Zjednodušeně řečeno můžeme GIS považovat za počítačový databázový systém,
který se využívá zejména pro prostorovou analýzu geografických dat a tvorbu map.
Každý geografický informační systém má pět základních složek:
hardware: počítačové
vybavení,
které
se
používá
pro
zpracování
geografických dat (kromě klasických osobních počítačů sem řadíme GPS
přijímače, PDA, skenery či tiskárny). Důraz je kladen zejména na vysoký
výkon hardware, který ovlivňuje rychlost zpracování velkého objemu dat;
software: programové vybavení, které se používá pro GIS analýzy (např.
ArcGIS od společnosti ESRI). Moderní GIS software je tvořen velkým počtem
programových modulů, které umožňují provádět prostorovou analýzu,
transformace dat, tvorbu mapových výstupů apod.;
data: jsou velice důležitou složkou GIS. Uvádí se, že přibližně 70 % nákladů
na profesionální GIS analýzu tvoří náklady na získávání geografických dat;
metody: postupy, podle kterých GIS pracuje a je používán. Dobře definované
metody jsou základním předpokladem přesných a reprodukovatelných
výsledků GIS analýz;
obsluha: vzhledem ke složitosti GIS jsou na jeho uživatele kladeny vysoké
požadavky. Pro GIS je kvalifikovaná obsluha naprostou samozřejmostí.
Výsledek GIS analýzy je vždy závislý na zkušenostech a schopnostech
uživatele. V tomto ohledu nemůžeme přeceňovat význam techniky, neboť bez
_________________________________________________________________________________
Strana 1 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
kvalitních GIS odborníků je špičkový GIS software běžící na výkonném
počítači k ničemu.
V dnešní době se GIS používá k řešení velkého množství geografických úloh.
Pomocí GIS můžeme například vytvořit mapu naučných stezek ve vybrané CHKO,
zjistit kolik lidí žije v určité záplavové oblasti a odhadnout výši škod při stoleté
povodni nebo třeba určit nejvhodnější místo pro lokalizaci čističky odpadních vod ve
městě. Největší předností GIS je schopnost vytvářet nová geografická data pomocí
různých prostorových operací.
Jaké vlastnosti mají geografická data používaná pro GIS?
Každá informace o geografickém prostoru má prostorovou a atributovou část.
Prostorová část geografické informace popisuje polohu geografického objektu
v krajinné sféře (nejčastěji pomocí zeměpisných souřadnic), atributová část
geografické informace pak popisuje vlastnosti geografického objektu, který se na
daném místě nachází. Názorně si to můžeme ukázat na jednoduchém příkladu.
Následující fotografie (viz obr. č. 1) zachycuje Jarcovskou kulu, která se nachází
nedaleko obce Jarcová poblíž Valašského Meziříčí. Ve vedlejším rámečku jsou pak
základní
geografické
informace
o
tomto
skalním
útvaru
se
zvýrazněnými
prostorovými a atributovými informacemi.
Jarcovská kula – základní informace
Devět metrů vysoká Jarcovská kula je
tvořena horninami slepenco-pískovcového
vývoje flyše. Nachází se nedaleko obce
Jarcová. Zeměpisné souřadnice útvaru jsou
49o 26’ 26.5‘‘ s.š. a
17o 57’ 42.9’’ v.d.
Jarcovská kula je v současnosti chráněna
jako přírodní památka.
(s využitím informací na informační tabuli
č. 9 Naučné stezky T. G. Masaryka).
Obr. 1: Jarcovská kula (fotografie Jaroslava Jáčová). Prostorová část geografických
informací je zvýrazněna růžově, atributová část je zvýrazněna žlutě.
_________________________________________________________________________________
Strana 2 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
V geografických informačních systémech se používají geografická data, která jsou
digitálním záznamem geografických informací. K údajům o poloze zeměpisných
objektů na zemském povrchu se váží tematické informace o jejich vlastnostech.
Právě tato skutečnost je největší předností geografických informačních systémů
a důvodem jejich širokého využívání v mnoha oborech lidské činnosti. Soubor
digitalizovaných geografických dat pak označujeme jako geografickou databázi.
V krajinné sféře se nachází velké množství geografických objektů a jevů. Pro
jejich grafické znázornění v geografickém informační systému využíváme tři základní
geometrické prvky: body, linie a plochy (polygony). Body používáme pro objekty,
které jsou příliš malé na to , aby se daly zobrazit jako plochy (např. chráněné stromy,
vrcholy pohoří). Liniová data znázorňují objekty, které mají značnou délku, ale jsou
příliš úzké na to , aby se daly zakreslit jako plochy (např. silnice, železnice, potoky).
Plochy pak používáme pro znázornění objektů, které jsou příliš velké na to, aby je
bylo možno zobrazit jako body nebo linie (např. lesy, pastviny, parky). Názorné
ukázky všech typů dat zachycují obr. č. 2 a 3.
Obr. 2: Bodová data (vrcholy pohoří ČR). Otisk obrazovky programu ArcMap, data
převzata z databáze ArcČR © 1997 ARCDATA PRAHA, s.r.o.
_________________________________________________________________________________
Strana 3 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
A
B
Obr. 3: A - liniová data (říční síť ČR); B – plošná data (lesní plochy v ČR). Otisk
obrazovky programu ArcMap, data převzata z databáze ArcČR © 1997 ARCDATA PRAHA,
s.r.o.
_________________________________________________________________________________
Strana 4 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
Dalším charakteristickým rysem geografických informačních systémů je uspořádání
dat do tematických vrstev. Každá skupina dat vyjádřená formou bodových, liniových
nebo plošných značek tvoři jednu vrstvu dat (např. vrstva řek, sídel, silnic, dálnic,
jezer – viz obr. č. 4). Protože každá vrstva dat nese informaci o poloze objektů
v území (je tzv. georeferencována), můžeme jednotlivé vrstvy dat překrývat
a vytvářet mapy a získávat nové geografické informace. Na obrázku č. 5 můžete
vidět jednoduchou mapku vybraných vrcholů Moravskoslezských Beskyd vytvořenou
překrytím 4 vrstev dat (vodní toky, výšky, lesy, kraje) v programu ArcExplorer.
Obr. 4: Uspořádání GIS dat do tematických vrstev. Převzato z publikace: ArcGIS® 9.
Co je ArcGIS®?, str. 7, © 2001 – 2004 ESRI.
_________________________________________________________________________________
Strana 5 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
Obr. 5: Jednoduchá mapka vybraných vrcholů Moravskoslezských Beskyd vytvořená
překrytím čtyř datových vrstev v programu ArcExplorer. Otisk obrazovky programu
ArcExplorer, data převzata z databáze ArcČR © 1997 ARCDATA PRAHA, s.r.o.
Bodová, liniová a plošná data mohou být v digitální podobě vyjádřena ve vektorovém
nebo rastrovém formátu. Ve vektorovém formátu je poloha geografických objektů
určena zápisem kartézských souřadnic x a y reprezentativních bodů objektu (viz obr.
č. 6). Vektorová data jsou velice přesná a vhodná pro tvorbu map. Nevýhodou
vektorového formátu dat je mimo jiné vysoká výpočtová náročnost některých
prostorových operací. V rastrovém formátu je základním nositelem prostorové
informace tzv. pixel (obrazový bod, odvozeno z anglického picture element), který je
umístěný v mřížce tvořené pravidelnou sítí řádků a sloupců. Poloha objektu je pak
určena souřadnicemi polí mřížky (tj. čísly řádků a sloupců), ve kterých se vyskytuje
(viz obr. č. 6). Rastrová data jsou méně přesná než data vektorová. Používají se
_________________________________________________________________________________
Strana 6 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
například pro znázornění jevů spojitě se měnících v území (např. teplota, množství
srážek, nadmořská výška). Formou rastrových dat se také ukládají letecké
a družicové snímky nebo nasnímané obrázky (např. skenerem).
Geografický
prvek
Vektorový formát
Rastrový formát
Bod
souřadnice
x, y
jeden pixel
Linie
posloupnost
souřadnic x, y
reprezentativních
bodů linie
skupina pixelů
Plocha
uzavřená
posloupnost
souřadnic x, y
reprezentativních
bodů obvodu
polygonu
skupina pixelů
Obr. 6: Srovnání vektorového a rastrového formátu dat. Zpracováno podle Mirvalda
a kol. (1998) a Novotné a Voženílka (2003), upraveno.
Při práci s GIS je důležité si uvědomit, že všechna geografická data mají kromě
prostorové informace o poloze v území také atributovou složku, což umožňuje jejich
využití při tvorbě map a analýzách dat. Veškeré údaje o geografických objektech
v dané tematické vrstvě jsou v prostředí GIS dostupné v tzv. atributové tabulce (viz
obr. č. 7 a 8).
_________________________________________________________________________________
Strana 7 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
Obr. 7: Atributová tabulka datové vrstvy „Státy světa“. Nahoře: Mapový obsah datové
vrstvy „Státy světa“; dole: část atributové tabulky, která obsahuje data o jednotlivých
státech světa. Tyrkysovou barvou jsou zvýrazněny jihoamerické státy. Otisk obrazovky
programu ArcMap.
_________________________________________________________________________________
Strana 8 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
Obr. 8: Tematická mapa Počet obyvatel států Jižní Ameriky v roce 2005 vytvořená
v programu ArcMap. Použita byla datová vrstva „Státy světa“ (viz obr. č. 7). Orig.
Martin Jáč.
_________________________________________________________________________________
Strana 9 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
S využitím byť jediné datové vrstvy tak můžeme vytvořit velké množství tematicky
odlišných map a provádět řadu prostorových analýz. Záleží pouze na tom, jaké
atributy jsou k jednotlivým státům přiřazeny v atributové tabulce (viz obr. č. 7 a 8).
Prozkoumejte svět pomocí GIS
Možná vám po přečtení předchozích stránek připadá GIS jako něco strašně
složitého. Ve skutečnosti jsou však základy práce s GIS snadné. Vytvoření tematické
mapy „Počet obyvatel států Jižní Ameriky v roce 2005“ trvá zkušenému uživateli GIS
20 až 30 minut. Pokud byste měli tuto mapu kreslit ručně, určitě by Vám to zabralo
minimálně několik hodin. Pak stačí jedna chyba (například záměna názvu státu
Guyana za Guineu) a celou mapu můžete kreslit znovu. V GIS tuto chybu opravíte
během několika sekund. První zásada tedy je: Nebojte se GIS, v dnešní době jej
opravdu používá (téměř) každý (viz obr. č. 9).
Obr. 9: Nebojte se GIS. Převzato se svolením z prezentace doc. V. Voženílka
„Základy geoinformatiky“; © Edward Galagan.
_________________________________________________________________________________
Strana 10 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
V současné době je k dispozici velké množství GIS software (včetně volně
stažitelného). Pokud chcete začít s GIS pracovat, stáhněte si z internetu například
program ArcExplorer od společnosti ESRI a prozkoumejte s GIS celý svět od vašeho
okolí až po nejvzdálenější kouty světa.
Pro usnadnění začátků práce s tímto jednoduchým prohlížečem GIS dat jsme pro
vás připravili výukový materiál s názvem Prozkoumejte svět pomocí GIS.
Najděte si na internetu
1) Stažení české verze programu ArcExplorer - tento program je
možné stáhnout na stránkách společnosti ArcData Praha, s. r. o.
(sekce Software / download / software)
http://www.arcdata.cz
2) Geoinformační portál Gymnázia Františka Palackého Valašské Meziříčí
Na tomto portálu si můžete stáhnout výukové materiály pro využití GIS a GPS ve
výuce zeměpisu na gymnáziích (sekce výukové materiály). V sekci rozcestník
jsou uvedeny odkazy na internetové stránky s geovědní tematikou. Výukové
materiály a školní geoinformační portál byly vytvořeny z prostředků projektu
SIPVZ 0323P2005.
http://geo.gfpvm.cz
_________________________________________________________________________________
Strana 11 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
Zařazení do výuky ve čtyřletém gymnáziu
Zeměpis 1. ročník – tematický celek kartografie (GIS)
Seminář ze zeměpisu – 3. nebo 4. ročník, tematický celek GIS
Časová náročnost
Teoretická výuka – 1 až 2 vyučovací hodiny (po 45 minutách)
Doplňkem tohoto učebního textu je i výuková powerpointová prezentace (GIS.ppt).
Použitá literatura
Davis, E. D.: GIS pro každého. Vytváříme mapy na počítači. Computer
Press 2000, 1. vydání, 112 stran.
ESRI: ArcGIS® 9. Co je ArcGIS®? Manuál k programu ArcGIS © 2001 – 2004 ESRI.
ESRI: ArcGIS® 9. Začínáme s ArcGIS®. Manuál k programu ArcGIS © 2001 – 2004
ESRI.
Kasianchuk, P. a Taggart, M.: Úvod do ArcGIS I (přednášky a cvičení), verze kurzu
4.2., revize srpen 2004. Český překlad ArcData Praha, s.r.o. © 2000 – 2004 ESRI,
překlad © 2000 – 2005 ArcData Praha, s.r.o.
Malone, L.: Mapping our world – GIS Lessons for Educators. ESRI Press Redlands,
California, First printing March 2002, 538 pp.
Mirvald, S. a kol.: Geografie pro střední školy 2 – socioekonomická část. SPN, a.s.
Praha, 1. vydání 1998, 96 stran.
Novotná, M. a Voženílek, V.: Geoinformatika – nový vítr do plachet geografie.
Geografické rozhledy, ročník 12 (2002-2003), číslo 4, příloha Orbis pictus (strany
I - IV).
Novotná, M. a Voženílek, V.: Zkoumejme svět pomocí GIS. Geografické rozhledy,
ročník 13 (2003-2004), číslo 1, strany 10 - 11.
Tuček, J.: Geografické informační systémy – principy a praxe. Computer Press
1998, 1. vydání, 424 stran.
_________________________________________________________________________________
Strana 12 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006
Autorská práva
V tomto výukovém materiálu byly použity otisky obrazovky programů ArcMap
a ArcExplorer.
Části tohoto dokumentu obsahují duševní vlastnictví firmy ESRI
a osob, které udělují licenci a jsou zde použity na základě licence. Copyright
© 1999 - 2004 ESRI, Inc., všechna práva vyhrazena.
Obrázky č. 2, 3 a 5 byly vytvořeny za použití dat z databáze ArcČR © 1997
ARCDATA PRAHA, s.r.o.
Tento výukový materiál vznikl v rámci projektu SIPVZ 0323P2005.
© Gymnázium Františka Palackého Valašské Meziříčí, 2006
Sestavil: Martin Jáč (kontakt:[email protected])
_________________________________________________________________________________
Strana 13 (celkem 13)
Verze: 29. září 2006