Stručný prehľad GIS (PDF)

1. Úvod, definícia GIS, základné pojmy. História GIS, vzťah GIS a ostatných odborov, geografický objekt, transformácia geografických dát. Definícia GIS GIS (geografický informačný systém) je nástroj na prácu s geografickými dátami, ktorý zahŕňa procesy na ich získavanie, správu, analýzu a vizualizác...

1. Úvod, definícia GIS, základné pojmy. História GIS, vzťah GIS a ostatných odborov, geografický objekt, transformácia geografických dát. Definícia GIS GIS (geografický informačný systém) je nástroj na prácu s geografickými dátami, ktorý zahŕňa procesy na ich získavanie, správu, analýzu a vizualizáciu. Kľúčovou vlastnosťou GIS je integrácia geografických údajov prostredníctvom priestorového súradnicového systému, čo umožňuje analyzovať vzťahy medzi geografickými objektmi a podporovať rozhodovanie. História GIS 1. Pionierske obdobie (1960–1975): Vznik prvého GIS – Canadian GIS (CGIS), ktorý spravoval dáta o prírodných zdrojoch. 2. Komercionalizácia (1980–1990): Vývoj prvých užívateľských GIS, ako napríklad ARC/INFO, a vektorová reprezentácia dát. 3. Súčasnosť: Rozvoj webových GIS, mobilných aplikácií a ich prepojenie s cloudovými riešeniami a strojovým učením. Geografický objekt a transformácia dát Geografický objekt: Digitálna reprezentácia prvku reálneho sveta (napr. budova, rieka) s atribútmi (napr. výška, farba) a hierarchickou štruktúrou (napr. vodstvo → rieky → Dunaj). Transformácia dát: Zahŕňa úpravu formátov, projekcií a rozlíšení dát, napr. konverziu rastrových dát na vektorové pre presnejšiu analýzu. Vzťah GIS k ostatným odborom GIS prepája odbory ako matematika (analýza dát), geodézia (mapovanie), informatika (databázy) a aplikačné oblasti (urbanizmus, environmentálne vedy). Zdieľa techniky s CAD/CAM systémami (práca s geometrickými objektmi) a databázovými systémami (správa a analýza dát). 2. Informačné systémy (IS): Všeobecný model a funkcie IS, typy IS (Anthonyho paradigma). Všeobecný model IS Informačný systém (IS) je dynamický systém zaisťujúci zber, prenos, spracovanie a distribúciu dát, ktoré premieňa na užitočné informácie. Komponenty IS: 1. Prvky: Ľudia, dáta, infraštruktúra. 2. Väzby: Vzťahy medzi prvkami a ich okolím. 3. Funkcie: Získavanie, ukladanie, analýza a prezentácia dát. Typy IS podľa Anthonyho paradigmy 1. Operačné riadenie: Systémy pre každodennú prevádzku (napr. správa zásob). 2. Taktické riadenie: Podpora efektívneho využitia zdrojov (napr. ERP systémy). 3. Strategické riadenie: Systémy na dlhodobé plánovanie a rozhodovanie. 3. Informačné systémy vo verejnej správe (eGovernment, základné registre), štruktúra ISKN. eGovernment a základné registre eGovernment: Elektronizácia služieb verejnej správy pre občanov a inštitúcie. Zameriava sa na prepojenie databáz a efektívny tok informácií. Základné registre: o Register obyvateľov: Dáta o občanoch a cudzincoch s trvalým pobytom. o Register práv a povinností: Evidencia právnych vzťahov. o Register územnej identifikácie (RÚIAN): Údaje o adresách a nehnuteľnostiach. o Register ekonomických subjektov: Informácie o podnikateľoch a organizáciách. Štruktúra ISKN (Informačný systém katastra nehnuteľností) ISKN spravuje dáta o nehnuteľnostiach v ČR: 1. Centrum a pobočky: Centralizovaná databáza s regionálnymi kanceláriami. 2. Databáza: Obsahuje priestorové a atribútové dáta o parcelách a budovách. 3. WAN: Sieť na prenos dát medzi centrom a pobočkami.  4. Aplikácie a tabuľky: Systémy na správu údajov o vlastníkoch, parcelách a vzťahoch. 4. Technológia BIM, koncepcia BIM v ČR, CDE, vzťah BIM – GIS, identifikačné číslo stavby, životný cyklus stavby. Technológia BIM (Building Information Modeling) BIM spája návrh, výstavbu a správu budov v digitálnom prostredí. Obsahuje priestorové aj atribútové dáta, ako sú materiály a rozmery. CDE (Common Data Environment): Spoločné prostredie na správu dát projektu pre koordináciu tímov a efektívnu výmenu informácií. Vzťah BIM a GIS BIM sa zameriava na detailné modely stavieb, zatiaľ čo GIS rieši širší kontext. Prepojenie umožňuje analýzu dopadov stavieb na prostredie a efektívne plánovanie. Životný cyklus stavby a identifikačné číslo Životný cyklus stavby: Od návrhu cez výstavbu až po prevádzku a demoláciu. Identifikačné číslo stavby (IČS): Jedinečný kód prepájajúci BIM a GIS, ktorý umožňuje sledovať informácie naprieč systémami. 5. Databázové systémy: priestorové dotazy SQL, priestorové dátové štruktúry (indexy), R-stromy. Priestorové dotazy SQL Rozšírenia SQL: Podpora pre prácu s geografickými objektmi: o Priestorové predikáty: Napr. „Intersects“ zisťuje, či sa objekty prekrývajú. o Spatial SQL: Umožňuje analýzy geometrických vzťahov medzi objektmi. Priestorové dátové štruktúry Indexy: Efektívne zlepšujú vyhľadávanie, napr. kvadrantové stromy (quadtree) pre bodové dáta. R-stromy: Indexová štruktúra používaná na vyhľadávanie v priestorových databázach, ktorá umožňuje efektívne dotazy na komplexné objekty. 6. Topológia: Definícia, topológia podľa normy DIGEST, topologické entity, vzťahy a pravidlá, hierarchia topologických úrovní (špagety, reťazec uzlov, planárny graf, plná topológia). Definícia topológie Topológia je matematický prístup na opis vzťahov medzi priestorovými objektmi, nezávislý od ich presných geometrických rozmerov alebo tvarov. V GIS zabezpečuje konzistenciu dát (napr. aby polygóny neobsahovali medzery alebo sa neprekrývali). Topológia podľa normy DIGEST Norma DIGEST definuje topologické entity a pravidlá ich vzťahov: Entity: Uzel (bod), oblúk (čiara), plocha (polygón). Vzťahy: Topologické pravidlá zabezpečujú, že napr. uzly sú koncovými bodmi oblúkov a polygóny sú ohraničené oblúkmi. Hierarchia topologických úrovní 1. Špagetový model: Jednoduchá reprezentácia dát bez topologických vzťahov, kde objekty nie sú logicky prepojené. 2. Reťazec uzlov (node-chain): Spojenie bodov do logických reťazcov, používa sa na modelovanie ciest a sietí. 3. Planárny graf: Delenie priestoru na polygóny, kde sa uzly a oblúky neprekrývajú. 4. Plná topológia: Zabezpečuje úplnú konzistenciu dát, vrátane vzťahov medzi bodmi, čiarami a plochami (napr. Arc/Node model). 7. Organizácia priestorových dát: Základné modely vektorovej a rastrovej reprezentácie podľa topológie, maticové dáta. Vektorová reprezentácia 1. Špagetový model: Jednoduchá organizácia dát, objekty nie sú topologicky prepojené. 2. Topologický model: Zahŕňa vzťahy medzi objektmi (napr. ktoré línie tvoria polygón). Používa sa na analýzu sieťových vzťahov, napr. v doprave. Rastrová reprezentácia 1. Rastrový model: Priestor je rozdelený na bunky mriežky, kde každá bunka obsahuje hodnotu reprezentujúcu vlastnosti priestoru (napr. výška). 2. Topológia v rastrových dátach: Implicitná, založená na susedstve buniek. Maticové dáta Maticové dáta sú špecifický typ rastrových dát, ktoré uchovávajú informácie v pravidelnej mriežke s rovnakým rozlíšením a štruktúrou. Používajú sa napr. na spracovanie digitálnych modelov terénu. 8. Metadata, normy, kvalita dát, chyby údajov v GIS. Metadata Metadata sú dáta o dátach. Zahŕňajú informácie o pôvode, presnosti, dátume aktualizácie a formáte dát. Príklady: Normy pre metadáta: INSPIRE v EÚ, FGDC v USA. Kľúčové komponenty: Identifikácia dát, priestorová reprezentácia, kvalita a distribúcia. Kvalita dát Kvalitu dát ovplyvňuje ich presnosť, úplnosť a aktuálnosť. Je rozdelená na: Databázová úroveň: Správna štruktúra a vzťahy dát. Používateľská úroveň: Relevancia a využiteľnosť dát pre konkrétnu úlohu. Chyby údajov v GIS Typy chýb: 1. Geometrické chyby: Nesprávne umiestnenie objektov. 2. Atribútové chyby: Nesprávne hodnoty vlastností objektov. 3. Logické chyby: Porušenie topologických pravidiel (napr. prekryv polygónov). 9. Smernica INSPIRE, GeoInfoStrategie. Smernica INSPIRE Cieľom je harmonizácia priestorových dát a ich sprístupnenie pre verejné orgány a občanov v EÚ. Zameriava sa na štandardizáciu dát a metadát v oblastiach ako životné prostredie, doprava a energetika. GeoInfoStrategie Koncepcia Českej republiky pre rozvoj infraštruktúry priestorových informácií. Ciele: Digitalizácia geografických dát, zdieľanie informácií medzi štátnymi inštitúciami a podpora prepojenia GIS s BIM. 10. Digitálny model terénu (DMT): Definícia, druhy DMT, rastrový a vektorový model DMT, nepravidelná trojuholníková sieť (TIN). Definícia DMT Digitálny model terénu je numerická reprezentácia výšok krajiny. Slúži na analýzu sklonov, odtokov vody, viditeľnosti a podobne. Druhy DMT  1. Rastrový model: Výškové hodnoty sú reprezentované bunkami pravidelnej mriežky. 2. Vektorový model: Výšky sú uchovávané ako uzly, línie a plochy. TIN (Triangulated Irregular Network) Popis: Sieť trojuholníkov spájajúcich nepravidelne rozložené body s výškovými hodnotami. Výhody: Presnejšia reprezentácia terénu, menej dát pri rovnakom detaile ako rastrový model. 11. Zdroje geografických dát v ČR (ČÚZK, ZÚ), webové mapové služby (WMS, WFS, WCS). Zdroje geografických dát v ČR ČÚZK (Český úřad zeměměřický a katastrální): Poskytuje údaje o nehnuteľnostiach, katastrálne mapy, RÚIAN (Register územnej identifikácie). ZÚ (Zeměměřický úřad): Zabezpečuje štátne mapové diela, geografické a kartografické dáta. Webové mapové služby WMS (Web Map Service): Umožňuje zobrazenie máp prostredníctvom internetu, podporuje vizualizáciu bez možnosti úpravy. WFS (Web Feature Service): Poskytuje prístup k vektorovým geografickým dátam, umožňuje ich úpravy a analýzu. WCS (Web Coverage Service): Poskytuje rastrové geografické dáta, napr. pre prácu s DMT. 12. Mapová algebra: Koncepcia modelu, typy premenných a funkcií, druhy analýz. Koncepcia modelu Mapová algebra umožňuje analýzu a manipuláciu s geografickými dátami na základe matematických a logických operácií. Najčastejšie sa používa pre rastrové dáta. Typy premenných a funkcií Premenné: Hodnoty atribútov (napr. nadmorská výška, sklon). Funkcie: o Lokálne: Operácie na jednotlivých bunkách (napr. aritmetické operácie). o Fokálne: Operácie zahŕňajúce susedné bunky (napr. výpočet sklonu). o Globálne: Operácie zahŕňajúce celé dátové pole (napr. kumulatívne vzdialenosti). Druhy analýz 1. Výšková analýza: Výpočet sklonu, expozície. 2. Hydrologická analýza: Identifikácia odtokov, povodí. 3. Viditeľnosť: Určenie viditeľných oblastí z určitého bodu. 13. GIS v krízovom riadení. Základné pojmy GIS v krízovom riadení slúži na podporu rozhodovania pri riešení katastrof a mimoriadnych situácií (napr. povodne, požiare). Umožňuje modelovanie, analýzu a vizualizáciu ohrození. Použitie GIS v krízovom riadení 1. Identifikácia rizík: Napr. mapovanie povodňových oblastí. 2. Plánovanie evakuácie: Optimalizácia trás a určenie bezpečných zón. 3. Monitorovanie situácie: Reálne sledovanie udalostí (napr. postup požiarov). 4. Koordinácia zdrojov: Efektívne rozmiestnenie záchranných tímov a materiálu. Legislativa Krízové riadenie v ČR upravuje zákon č. 239/2000 Z.z. o integrovanom záchrannom systéme. GIS je jeho kľúčovou súčasťou na podporu koordinácie.