Abstract

The article presents the possibilities of automated creation of outline map by selection and generalisation of digital cadastral map contents for the purpose of simple search of objects.
 
 

Abstrakt

Článek pojednává o možnostech automatizované tvorby přehledové mapy formou selekce a generalizace obsahu DKM pro účely vyhledávání lokalit.
 
 

Úvod

V rezortu ČÚZK probíhá digitalizace katastrálních map a stále se zvětšuje počet katastrálních území s DKM nebo KM–D. Digitální katastrální mapa přináší nové postupy nejen při vedení mapy, ale i při jejím běžném používání. Příkladem může být vyhledávání v mapě. Není problém automaticky lokalizovat libovolnou parcelu na základě katastrálního území a parcelního čísla. Situace se komplikuje v případě, kdy parcelní čísla nejsou předem známa. V takovém případě je nutné dohledat lokalitu pohledem na zobrazené mapě s využitím znalosti daného území. Nejprve se z mapy hranic katastrálních území vyhledá příslušné katastrální území, a poté se příslušná lokalita dohledá v konkrétní DKM. Její kompletní obsah je však pro tyto účely zbytečně podrobný a v menším měřítku nepřehledný. V této souvislosti je vhodné připomenout, že přes zvětšující se plochu monitoru počítače je zobrazený výřez menší než běžné formáty analogových map.

Nabízí se myšlenka vytvořit jakýsi mezistupeň mezi mapou hranic katastrálních území a DKM. Taková přehledová mapa může postrádat řadu údajů z DKM (parcelní čísla, vnitřní kresba parcel...), ale měla by zachovat orientačně významné prvky území (cestní síť, vodní toky, základní dislokaci druhů pozemků v extravilánu, bloky zastavěných území, apod.). Po přibližném vyhledání dané lokality lze provést její detailní dohledání v kompletní DKM. Přehledová mapa také díky řádově menšímu objemu dat urychluje přenos dat v situaci, kdy jsou DKM umístěny na vzdáleném počítači.

Kromě použité generalizace DKM lze jako přehledovou mapu obecně použít různé digitální podklady středních měřítek, ať už ve vektorovém nebo v rastrovém formátu. Z vektorových dat můžeme zmínit Zabaged (základní báze geografických dat), který je odvozen z mapového obrazu Základní mapy České republiky 1:10 000 a pokrývá území prakticky celé republiky, z rastrových dat lze využít ortofotomapy. Použití mapz různých zdrojů ale přináší problémy s jejich aktualizací a geometrickým ztotožněním. Náš postup nepředpokládá vedle vlastní DKM využití žádných dodatečných podkladů, což se projevuje v jeho jednoduchosti, snadné realizovatelnosti a aktualizovatelnosti.

V dalším textu členíme postupy tvorby přehledové mapy na tři oblasti. V první z nich uvádíme nejjednodušší metodu založenou na prosté filtraci zobrazovaných dat, v druhé zmiňujeme jednoduchou generalizaci spočívající ve spojování ploch podobného významu a ve třetí části naznačujeme možnosti generalizace geometrického průběhu prvků mapy.

Před podrobnějším popisem jednotlivých postupů uveďme ještě definici generalizace. Kartografická generalizace spočívá ve výběru, geometrickém zjednodušení a zevšeobecnění objektů, jevů a jejich vzájemných vztahů pro jejich grafické vyjádření v mapě, ovlivněné účelem, měřítkem mapy a vlastním předmětem kartografického znázorňování [3].

Selekce kresby

Struktura a výměnný formát digitální katastrální mapy je stanoven předpisem [1]. Obsah DKM je formálně členěn do osmi vrstev, jak je zjednodušeně naznačeno v tabulce č. 1, přičemž řada údajů je evidentně pro potřeby tvorby přehledové mapy nadbytečná, neboť v běžném měřítku zobrazení pouze znepřehledňuje kresbu (Obr. 1).
 
 

Prvkem zásadního významu jsou hranice parcel, které nejvíce charakterizují dané území. Výjimku představují hranice parcel v terénu neznatelné, např. hranice parcel bývalého pozemkového katastru. Z dalšího obsahu DKM je možno bezprostředně využít především popis a v menší míře také značky druhů pozemků. Popis DKM obsahuje kromě parcelních čísel, jejichž přítomnost v přehledové mapě se jeví jako zbytečná, zejména místní a pomístní názvosloví, které je z hlediska orientace na mapě velmi cenným údajem. Znázornění druhu pozemku je vhodné ve finálním výstupu početně zredukovat a z důvodu čitelnosti rozměrově zvětšit. Alternativou je zobrazit druh pozemku barevnou výplní.

Popsaná selekce kresby nevyžaduje speciální přípravu přehledové mapy, ale může být prováděna pouhým nastavením parametrů zobrazení DKM. Konkrétně se jedná o potlačení vrstev č.2, 4, 5, 6 a 8 a o potlačení vybraných prvků zbývajících vrstev.

Naznačená prvotní selekce obsahu DKM sice podstatně redukuje grafický obsah mapy (Obr. 2), ale pro naše potřeby zůstává kresba stále příliš podrobná. V následující fázi jsme se tedy zaměřili na další možnosti zjednodušení a tím zpřehlednění generované mapy.

Negeometrická generalizace

Zajímavé možnosti v porovnání s klasickou generalizací, která se zabývá čistě grafickou složkou mapy, přináší v případě DKM existence dodatečných údajů o daném území, zapsaných v souborech popisných informací. Praktické využití mají zejména informace o druhu pozemku a způsobu jeho využití. Sloučením parcel stejného druhu a způsobu využití lze dosáhnout velmi výrazné redukce obsahu mapy bez významnějšího snížení informační hodnoty mapy (Obr. 3). Na obrázku je patrné, že uvedenou redukcí se opticky zvýrazní liniové prvky (cestní síť, vodní toky, meze) a v menší míře také zastavěná část území (intravilán), která je charakteristická drobnými nepravidelnými bloky parcel (zastavěné plochy a zahrady). Místní a pomístní názvosloví uvedené v DKM by bylo při zmenšení do měřítka přehledové mapy prakticky nečitelné a je proto příslušně zvětšeno při zachování polohy.

Přehlednost získané mapy by zvýšilo explicitní vyznačení druhu pozemku, případně i způsobu využití. Ten může být vyznačen buď jako v DKM, tedy značkou uvnitř bloku parcel, nebo barevným rozlišením hranic bloků (Obr. 3) a nebo barevnou výplní bloků (Obr. 4).

Programové řešení je založeno na vytvoření topologického modelu mapy, kdy každá parcela tvoří jeden samostatný objekt provázaný s databází. Přínosem topologického modelu je znalost dvojic sousedících parcel a na základě propojení parcel s databází možnost rozhodnout o zrušení hranic mezi parcelami stejného druhu a využití pozemku. Další postup vychází z požadavku na označení druhů pozemků.

Současně s rušením hranic lze provést barevné rozlišení zachovávaných hranic. Protože každá hranice může být obarvena pouze podle druhu pozemku jedné ze sousedních parcel, je nutné stanovit priority barev. Podle našich zkušeností by největší prioritu měly mít ostatní plochy, konkrétně železnice, silnice a cesty. Dále by mohly následovat vodní plochy, které jsou pro orientaci v mapě velmi důležité, a zastavěné plochy.

Označení druhu pozemku barevnou výplní nebo značkou předpokládá zachování topologického modelu dat i po redukci počtu hranic. Důvodem je nutnost vyhledat vhodné body pro umístění značek druhů pozemků, resp. nutnost nalezení obvodu bloků pro definici barevných výplní. Barevné výplně jsou jednoznačně nejnázornější, ale znamenají větší objem grafických dat a vyžadují zobrazování v grafickém programu podporujícím výplně ploch. Vyšší požadavky na grafický program je možné obejít konverzí výsledné mapy s barevnými výplněmi do barevného rastru.

Zajímavým atributem podobnosti ploch pro jejich slučování může být v určitých situacích vlastnictví parcel. Například v intravilánu by bylo možné zjednodušit kresbu mapy sloučením stavebních parcel s přilehlými zahradami stejného vlastníka. Stejný princip lze obecněji využít např. při projektování komplexních pozemkových úprav pro tvorbu “vlastnické mapy”, která barevně odlišuje parcely jednotlivých vlastníků.

Geometrická generalizace

Dosud uvedené postupy použité pro tvorbu přehledové mapy se vyznačovaly společnou vlastností – neměnily polohu jednotlivých bodů, tedy nedeformovaly kresbu geometricky. Toto pravidlo není nutné při tvorbě přehledové mapy vzhledem k jejímu účelu dodržet, čímž se otevírá prostor pro použití celé řady dalších postupů. V této kapitole se pokusíme naznačit možnosti automatické geometrické generalizace DKM. Tato problematika je značně komplikovaná a proto uvedené možnosti nelze považovat za vyčerpávající jak z hlediska výčtu, tak z hlediska jejich navrhované realizace. Dále zmíněné postupy jsou ve fázi vývoje a praktického testování a jejich uvedení zde slouží k získání přehledu o dostupných možnostech.

Generalizace ploch

Problematiku generalizace ploch lze pro naše účely rozdělit na oblast zanedbání malých ploch, zjednodušení průběhu hranic ploch a přeměnou protáhlých ploch na liniové prvky.

V digitální mapě není problém určit plochu každého uzavřeného obrazce. Parcely s plochou menší než zvolená hodnota lze v případě, že se nevyznačují jiným významným atributem, zanedbat. Například při tvorbě Státní mapy 1:5000 – odvozené (SMO-5) byly zanedbávány všechny parcely s plochou menší než 1 mm² v měřítku mapy [2]. Při automatizovaném odstraňování malých ploch je potřeba rozhodnout, ke které sousední parcele bude rušená plocha přičleněna, tedy které hranice je potřeba zrušit a které ponechat. Jedno z možných řešení je připojit malou parcelu k největší ze sousedních parcel, při předpokladu, že nově vzniklý útvar bude relativně nejméně tvarově a plošně zdeformován.

Účelem generalizace průběhu hranic plošných objektů je zredukovat počet lomových vrcholů hranice a zachovat přibližně jejich tvar a výměru. Jedná se o algoritmicky obtížný úkol s výsledky, které zásadním způsobem neovlivní vytvářenou přehledovou mapu. Srovnatelného efektu ve smyslu redukce dat lze získat použitím vhodné metody generalizace linií.

Liniové prvky mají významnou roli pro orientaci v mapě. V DKM jsou zastoupeny především komunikacemi a vodními toky všech typů. Zákres je tvořen hranicemi příslušných parcel, které topologicky vytváří dlouhé úzké plochy s obecně nerovnoběžnými stranami. Náhrada těchto ploch čarami by znamenala při minimální ztrátě informace zmenšení objemu dat a především možnost aplikovat v dalším zpracování vhodné metody generalizace linií.

Jednoduchý způsob generalizace protáhlých ploch na linie může spočívat v prostém nahrazení plochy jednou z dvojice souběžných hraničních čar s potlačením kresby druhé hranice. Geometricky přesnější řešení spočívá v nahrazení plochy jistou osou liniového prvku. Algoritmů pro její nalezení existuje více, jejich problematickým bodem je možnost výskytu větvení liniového prvku.

Určité liniové elementy (např. potok či ulice) bývají doplněny popisem, který je potřeba vhodně umístit (např. do přerušené linie).

Generalizace linií

Významnou složkou generalizace obsahu mapy je generalizace čarové kresby. Jejím cílem je snížit počet bodů, které definují průběh čáry, tak, aby vzniklá deformace zákresu ve zmenšeném měřítku nepřekročila stanovená kriteria. V této oblasti existuje značné množství algoritmů, které se liší dosahovanými výsledky a jejichž úspěšné použití je závislé na vstupních datech a účelu generalizace. Princip několika často používaných metod generalizace linií je uveden ve [4].

Použití metod geometrické generalizace, které mění tvarové a polohové umístění jednotlivých objektů, vyžaduje dodržet následující podmínku. Rozsáhlé území zachycené na mnoha mapových listech, není prakticky možné generalizovat najednou. Výpočet v takovém případě probíhá po menších částech, např. katastrálních území. Podmínka korektní generalizace požaduje, aby návaznost sousedních bloků nebyla narušena, tedy, aby na styku jednotlivých částí nevznikly geometrické nepřesnosti. Toho lze dosáhnout použitím vhodných algoritmů nebo potlačením generalizace obvodové hranice jednotlivých bloků.

Závěr

Již první výsledky generalizace DKM, které byly dosaženy aplikací postupů popsaných v předchozím textu, potvrzují, že vytvořená přehledová mapa usnadňuje vyhledávání požadovaných lokalit. Z obrázků je patrné, že v daném měřítku je výsledná mapa ve srovnání s negeneralizovanou DKM podstatně přehlednější. V další práci plánujeme propracování algoritmů na převod podlouhlých ploch na linie a jejich následnou generalizaci.

Využití přehledové mapy na rozsáhlejším území komplikuje především zatím stále omezený počet DKM nebo KM-D a také neexistence jejich jednotného souřadnicového systému [2].

Příspěvek byl zpracován v rámci výzkumného záměru MŠM:210000007 (ČVUT-VZ7) a ve spolupráci se Zeměměřickým úřadem, který poskytl ukázková data.
 
 

Literatura

[1] Struktura a výměnný formát digitální katastrální mapy a souboru popisných informací katastru nemovitostí České republiky a dat BPEJ verze 1.3 (http://www.vugtk.cz /~cuzk/adr08/format1_3.html) ze dne 24. listopadu 1999 č.j. 5270/1999-22.

[2] Čada, V.: Využití map DKM pro tvorbu SMO digitální. (GIS a digitální data státních mapových děl velkých měřítek). TU Ostrava, GIS Ostrava 2001, 21. - 24. ledna 2001,  Sborník konference ISSN 1213-2454.

[3] Veverka, B.: Topografická a tematická kartografie 10. Skriptum ČVUT Praha, v tisku.

[4] INCO Project N^o 977050: The generalisation rules of the ABDS for the CEEC, Budapest, 16.1. 2001.