1

Dr Alina Prątnicka

(Materiały  dydaktyczne z przedmiotu  INFORMATYKA)

MAPA NUMERYCZNA

              Mapa klasyczna była tworzona jako wygodne narzędzie gromadzenia informacji o terenie, to znaczy o rzeźbie, uzbrojeniu naziemnym i podziemnym. Z biegiem czasu okazało

się  jednak ,że taka mapa posiada masę ograniczeń: np. problemy z aktualizacją , niewielka trwałość podkładów geodezyjnych czy ograniczona pojemność mapy. Gdy wielkość

informacji znacznie wzrosła ponad pojemność jednego arkusza mapy ,starano się ominąć

problem wprowadzając nakładki tematyczne. Korzystanie z nich nastręczało jednak duże

trudności .Ciągłe zmiany powodowały masę błędów i utrudniało szybkie przetwarzanie

informacji. Postępujący rozwój technologii, zwłaszcza w informatyce , spowodował gwałtowny wzrost zapotrzebowania na precyzyjną ,ciągle aktualizowaną i bardziej 

wszechstronną informację o terenie. Przyczyniło się to do powstania wielu systemów pozyskiwania, gromadzenia i przetwarzania informacji.

              Systemy te określa się mianem SYSTEMY INFORMACJI PRZESTRZENNEJ

(SIP).

Można wyróżnić różne systemy SIP różniące się stopniem szczegółowości i zasięgiem terytorialnym : np. Systemy Informacji Geograficznej- SIG (GIS- Geographic 

Information System) lub Systemy Informacji o Terenie -SIT-(LIS -Land Information

System) .

Wspólną podstawą tych systemów jest mapa numeryczna.

Pojęcie  mapa zmienia swoje znaczenie .Mapa jest nie tylko arkuszem papieru

przedstawiającym fragment powierzchni Ziemi zgodnie z definicjami jakie można znaleźć

w podręcznikach kartografii. Mapa zaczyna funkcjonować również jako pojęcie bardziej

abstrakcyjne .

Mapa numeryczna to zbiór danych przestrzennych, o obiektach środowiska

geograficznego, wraz z ich atrybutami ,odnoszący się do powierzchni Ziemi .

Prezentacja treści mapy dokonuje się przy wykorzystaniu znaków umownych, odwzorowań kartograficznych opracowanych przez kartografię klasyczną.

Mapa numeryczna ma wszystkie cechy mapy klasycznej ( poza metrycznością ) ,oraz inne właściwe tylko dla niej .Należą do nich między innymi :

§         nieograniczona pojemność treści,

§         możliwość określenia pozycji w nadrzędnie zdefiniowanym układzie odniesienia,

§         możliwość bezpośredniej ingerencji w treść mapy,

§         aktualność,

§         możliwość odtworzenia „historii „ mapy,

§         możliwość dokonywania analiz przestrzennych,

§         możliwość wyliczenia dowolnych wielkości (na mapie nie mierzymy),

§         łatwość połączenia z informacją opisową .

Bardzo ważną cechą mapy numerycznej jest możliwość zapamiętywania informacji na odpowiednich warstwach tematycznych w różnych formatach danych cyfrowych.

Współczesna mapa numeryczna to usystematyzowana, precyzyjna informacja

odzwierciedlająca geometrię i semantykę otaczającej przestrzeni – opisuję ją baza

danych.

Poziomy informacyjne mapy

§         poziom rysunku – przechowywane są dane przestrzenne pozwalające konstruować

geometryczną replikę terenu w oparciu o punkty, linie i znaki umowne,

§         poziom nazewnictwa i objaśnień – na tym poziomie przechowywane są dane

      tekstowe ,pozwalające identyfikować podobszary i przedmioty terenowe ,

§         poziom atrybutów – zawiera dane opisowe pozwalające charakteryzować

elementy zagospodarowania terenu, bądź towarzyszące im zjawiska .

Dla danych przestrzennych mapa jest więc czynnikiem integrującym te kategorie ich

wzajemnych powiązań ,które są trudne, bądź niemożliwe do wykonania inaczej ,jak przez zobrazowanie .Co więcej ,także dane opisowe (atrybuty obiektów przestrzennych) można

łatwo zintegrować z informacją graficzną.

Technologie opracowania mapy numerycznej

W procesie tworzenia mapy numerycznej można wyróżnić kilka etapów :

§         pozyskiwanie informacji,

§         edycja obrazu graficznego (określenie związków topologicznych, podział informacji na

      warstwy tematyczne, przyporządkowanie obiektom określonej formy graficznej),

§         uzupełnienie treści mapy elementami opisowymi,

§         aktualizacja i archiwizacja treści mapy.

Metody pozyskiwania informacji

§         metody bezpośrednie – pomiary terenowe (geodezyjne, fotogrametryczne,

teledetekcyjne ),

§         metody pośrednie – wykorzystanie istniejących materiałów kartograficznych(digitalizacja,

      skanowanie ).

              Do pomiarów geodezyjnych można zaliczyć:

-          satelitarne wyznaczenie pozycji-system GPS(Global Position System),

-          pomiary triangulacyjne,

-          pomiary poligonowe,

-          pomiary wysokościowe,

-          pomiary szczegółów,

-          pomiary tachimetryczne – Total Station.

Teledetekcja opiera się na metodach zdalnego zbierania informacji o powierzchni 

Ziemi. Informacje o zachodzących procesach i zjawiskach rejestrowane są poprzez detektory 

umieszczone na satelitach, samolotach oraz urządzeniach naziemnych. Dane docierają w

postaci promieniowania lub fali odbitej od obiektu poddanego badaniu. Wyniki ukazane są następnie w formie zdjęć i obrazów spektralnych lub radarowych.

Fotogrametryczne pozyskiwanie danych oparte jest o:

-          aerotriangulację czyli budowę numerycznego modelu terenu,

-          analityczne opracowanie map,

-          przetwarzanie zdjęć satelitarnych ,naziemnych  i lotniczych .

Obecnie metody bezpośrednich opracowań fotogrametrycznych i teledetekcyjnych

koncentrują się na fotogrametrii cyfrowej wykorzystującej stereoskopowe autografy komputerowe oraz kamery CCD- Charge Coupled Device - dzięki którym badane są przestrzenne modele terenu. Fotogrametria cyfrowa zmierza w kierunku zautomatyzowania opracowania zdjęć i obrazów.

Wymienione wyżej metody pozyskiwania informacji przez pomiar terenowy są

pracochłonne i kosztowne i dlatego wykorzystuje się , jeżeli to możliwe, istniejące

materiały kartograficzne (metody pośrednie).

              Zmiana map kreskowych na postać cyfrowa następuje  na drodze przetwarzania

graficzno - numerycznego , poprzez digitalizację lub skanowanie .

W procesie digitalizacji otrzymujemy obraz w postaci wektorowej(mapa wektorowa), przez  skanowanie otrzymamy obraz rastrowy(mapa rastrowa), który następnie podlega wektoryzacji. Dane na wyjściu różnią się jakością, wielkością zbioru oraz strukturą logiczną.

Omówione metody pozyskiwania informacji w procesie tworzenia  mapy cyfrowej można

przedstawić na schemacie:

Tradycyjne kreślenie mapy

Digitalizacja z rastrem jako tło

Półautomatyczna wektoryzacja

Skanowanie mapy

Digitalizacja

Wczytywanie danych

Baza danych

Kodowanie danych opisowych

SYSTEM INFORMACJI O TERENIE

Mapa numeryczna

Pomiary w terenie

Mapa analogowa

   Digitalizację przeprowadza się przy pomocy urządzeń zwanych digitizerami, skanowanie wykonuje się skanerami.

          Mapa w postaci wektorowej składa się ze zbioru obiektów opisanych współrzędnymi

W zadanym układzie współrzędnych. Obiekt punktowy to para współrzędnych(x, y ).

Linia to ciąg punktów(x1,y1), (x2,y2), itd. Reprezentacja wektorowa nadaje się dobrze do przechowywania danych o charakterze dyskretnym, dla których wymagana jest duża dokładność. Są to np. granice działek, ulice, budynki, sieci: elektryczne , gazowe , wodne, telefoniczne itd.

Wektor ma jeszcze jedna ważną zaletę: dzięki temu ,że możliwe jest na nim wyodrębnianie

poszczególnych obiektów, można do nich podłączać informacje z bazy danych, co nie jest możliwe w przypadku mapy rastrowej. Zwykle objętość (w bajtach) mapy wektorowej jest mniejsza od mapy rastrowej.

Istnieją trzy główne metody wprowadzani rysunku wektorowego map do komputera:

-          metoda ręcznej digitalizacji z digitaizera,

-          metoda ręcznej digitalizacji z ekranu,

-          metoda automatycznej wektoryzacji.

Mapę w postaci rastrowej można porównać do fotografii. Jest to siatka punktów

zorganizowanych  w wiersze i kolumny. Każdy z tych punktów może przyjmować różne wartości(kolory),co w sumie tworzy obraz, na podobnej zasadzie jak obraz na ekranie telewizora.

To co układ tych punktów przedstawia(budynek, droga, kabel, napis itd.) jest nierozpoznawalne dla komputera, lecz jest oczywiste dla użytkownika. Rysunek rastrowy

zachowuje również globalny układ współrzędnych i może być zapisany z oryginałów w różnych skalach. Można go powiększać i pomniejszać, w rozsądnych granicach ,w których

jest jeszcze czytelny(przeważnie w granicach +10 do –10 razy).

W warstwach rastrowych pola opisowe nie są wykorzystywane i dlatego na nim nie można wskazywać obiektów.

Raster jest wykorzystywany przede wszystkim w następujących przypadkach:

-          gdy mamy do czynienia z obiektami, których powierzchnia zmienia się w sposób

ciągły, np. rzeźba terenu,

-          w celu założenia warstwy będącej podkładem dla innych warstw wektorowych..

-          jakość mapy rastrowej zależy od rozdzielczości siatki punktów.

Jakość mapy rastrowej zależy od rozdzielczości siatki punktów. Im więcej punktów na

jednostkę długości, tym większa jakość. Wielkość punktów rastra jest stała, więc w

miarę powiększania mapy rastrowej tracimy jej jakość(co nie występuje w przypadku mapy

wektorowej).

Obraz rastrowy jest bardzo dokładny, lecz bardzo obszerny(zajmuje dużo miejsca na dysku).

Dokładność mapy

              Dokładność mapy jest często mylona z jej stopniem szczegółowości. Oczywiście  mapy mniej szczegółowe – czyli takie, które prezentują większy obszar i większą liczbę

obiektów - są mniej dokładne. Jest to jednak niedokładność zamierzona, istniejąca po to,

aby obraz mający przedstawiać pewien obszar jako całość nie był, w wyniku przedstawienia

zbyt dużej ilości szczegółów ,niewyrazisty. Na mapach o małej skali nie ma miejsca na

na przedstawienie wszystkich szczegółów.

Szczegółowość mapy jest cechą, która możemy w każdej chwili zmienić. Jeżeli ocenimy,

że mapa jest nieczytelna możemy zmniejszyć liczbę prezentowanych obiektów lub opisów.

Natomiast dokładność jest stała cechą mapy nadaną w trakcie jej tworzenia. Nie można

w trakcie oglądania mapy zwiększyć jej dokładności. Możemy ewentualnie osiągnąć zmniej-

szenie dokładności jej prezentacji przez oglądanie jej na monitorze lub drukując na drukarce w niższej rozdzielczości niż jest przechowywana.

Dokładność mapy cyfrowej nie zależy od jej bieżącej skali ,bo mapa cyfrowa nie jest przechowywana w skali oryginałów, z których została wprowadzona.

Mapa jest przechowywana w skali 1:1 .

Dokładność mapy cyfrowej zależy od:

- dokładności materiałów źródłowych,

- dokładności procesu ich wprowadzania do komputera .

Dokładność mapy drukowanej zależy od rozdzielczości wydruku użytej na danej

drukarce ,natomiast dokładność mapy wyświetlanej zależy od rozdzielczości ekranu.

Z dokładnością mapy cyfrowej wiąże się kolejna cecha – rozdzielczość mapy. Określa ona 

jak dokładnie mapa może być przedstawiona w danej skali.

Rozdzielczość zależy od trzech czynników:

·         metody użytej przy tworzeniu mapy,

·         rodzaju użytych symboli,

·         sposobu drukowania lub wyświetlania.

Na przykład ,gdy tworzymy mapę rastrową skanując z rozdzielczością 300 dpi (  dots per

inch, czyli punktów na cal) , otrzymamy mapę o takiej  samej rozdzielczości.

Tworząc mapę wektorową rysujemy linią o pewnej grubości. Jeżeli  w naszym systemie

nie ma opcji skalowania, to niezależnie od bieżącej wartości skali poszczególne elementy

mapy będą zawsze prezentowane za pomocą linii o tej samej grubości.

Analizując wszystkie cechy mapy cyfrowej możemy ostatecznie stwierdzić że:

Najbardziej istotnym czynnikiem mającym wpływ na dokładność mapy cyfrowej jest dokładność jej tworzenia.

Dla map rastrowych polega to na odpowiednim zeskanowaniu mapy ,tak aby w

maksymalnym stopniu spróbować uniknąć zniekształceń powstających w czasie skanowania .

Następnie na przeprowadzeniu kalibracji zeskanowanych map, aby usunąć te zniekształcenia,

których nie udało się uniknąć w trakcie skanowania.

W czasie tworzenia map wektorowych ich dokładność zależy od stosowania pewnych zasad pozwalających na dokładne ich wprowadzenie: np. stosowanie jak największej skali

przy digitalizacji z ekranu .