5. Pořízení dat

gentleLogo

Cíle:

Naučit se jak pořizovat a upravovat vektorová data a jejich atributy.

Klíčová slova

Editace, pořízení dat, tabulka, databáze

5.1. Shrnutí

V předchozích kapitolách jsme se věnovali vektorovým datům. Ukázali jsme si, že se skládají z geometrií a atributů. Geometrie popisuje tvar a umístění, atributy pak nesou informace o vlastnostech objektu (barva, velikost, věk atd.).

V této části se budeme detailněji věnovat tvorbě a editaci vektorových dat, a to jak jejich geometrií, tak atributů.

5.2. Jak se ukládají digitální prostorová data?

Digitální data můžete pořizovat v textových editorech, tabulkových procesorech nebo třeba grafických programech. Každý program si data ukládá v nějakém souborovém formátu. Grafiku můžete uložit například ve formátu JPEG jako :soubor:`.jpg`, textový procesor může používat formát OpenDocument :soubor:`.odt` nebo Word Document .doc.

I GIS aplikace ukládají svá data do souborového systému. V této oblasti se používá celá řada formátů, nejznámějším z nich je patrně ‚shape file‘. Název může být trochu zavádějící, protože ačkoliv používáme pouze jedno slovo, samotný formát se skládá přinejmenším ze tří různých souborů, které slouží ke správnému uložení digitálních vektorových dat (viz tabulka _shapefile_).

Přípona

Popis

:soubor:`.shp`

V tomto souboru je uložena geometrie vektorových prvků

:soubor:`.dbf`

V tomto souboru jsou uloženy atributy vektorových prvků

:soubor:`.shx`

Tento soubor slouží jako index, který umožňuje aplikaci mezi prvky rychleji vyhledávat.

Tabulka Shapefile 1: Soubory, které tvoří základ ‚shapefile‘.

Když si na disku najdete soubory, které tvoří základ shapefile, uvidíte něco podobného obrázku figure_shapefile. Pokud chcete data ve formát shapefile předat někomu jinému, musíte přenést všechny soubory dané vrstvy. Pro vrstvu stromů na obrázku figure_shapefile to jsou trees.shp, trees.shx, trees.dbf, trees.prj and trees.qml.

../../_images/shapefile_on_disk.png

Obr. 5.5 Pohled na soubory, které tvoří shapefile stromů, ve správci souborů.

Mnoho GIS aplikací umí ukládat data do databáze. Databáze dokáží efektivně pojmout velké množství dat a rychle odpovídat na požadavky aplikace. Databáze rovněž umožňuje více lidem pracovat ve stejnou dobu se stejnými daty. Vytvoření databáze je ale složitější než použití shapefile, proto se jimi nyní nebudeme zabývat.

5.3. Dvakrát měř, jednou řež

Než vytvoříte novou vektorovou vrstvu (uloženou ve formátu shapefile), musíme se rozhodnout, jakou geometrii do ní uložíte (bod, linie nebo polygon) a jaké k ní připojíte atributy. Ukážeme si pár příkladů, aby to celé bylo jasnější.

5.3.1. Příklad 1: Vytvoření turistické mapy

Představte si, že budeme chtít vytvořit turistickou mapu vašeho okolí v měřítku 1:50 000. Zajímavá místa budou zobrazena bodovými značkami. Jak už jsme říkali, na začátku je nejdůležitější vybrat vhodný typ geometrie - k dispozici máme body, linie a polygony. Který typ bude pro naši mapu nejvhodnější? Pro památníky, místa bitev nebo místa s rozhledem bychom zvolili body. Pokud bychom chtěli znázornit třeba vyhlídkovou trasu, vybrali bychom linie. A zajímavá území, jako např. přírodní parky, nejlépe zobrazíme polygony.

Vybrat správný typ geometrie někdy nemusí být úplně jednoduché. Jednou z možností je vytvořit jednu vrstvu pro každý typ geometrie - například říční síť lze zobrazit jak liniově, tak plošně - plošné zobrazení může dobře posloužit předem u větších toků. Na obrázku figure_tourism je ukázka toho, jak by naše mapa mohla vypadat se všemi typy geometrií.

../../_images/tourism_map.png

Obr. 5.6 Turistická mapa. Použili jsme tři druhy geometrií, které reprezentují různé informace, které chceme uživatelům poskytnout.

5.3.2. Příklad 2: Vytvoření mapy znečištění v okolí řeky

Při měření úrovně znečištění na řece byste mohli buď využít loď, nebo jít pěšky podél břehu a v pravidelných intervalech zastavovat a zjišťovat hodnoty sledovaných veličin (koliformní bakterie, pH atd.). Nad mapou nebo s pomocí GPS byste rovněž museli určit svou polohu.

Pro uložení získaných dat do GIS aplikace byste nejspíš použili vektorovou bodovou vrstvu, neboť hodnoty se vždy vztahují ke konkrétnímu bodu, na kterém jste měření provedli.

Do atributů bychom přidali **pole ** pro každý údaj popisující dané místo, takže bychom pracovali s atributovou tabulkou, která by vypadala jako na obrázku _river_attributes_.

Číslo vzorku

pH

DO

CB

Kalnost

Zaznamenal

Datum

1

7

6

N

Nízká

Karolína

12/01/2009

2

6.8

5

A

Střední

Honza

12/01/2009

3

6.9

6

A

Vysoká

Karel

12/01/2009

Atributová tabulka 1: Nakreslit si strukturu tabulky předtím, než ji skutečně vytvoříte, vám může pomoct při volbě těch správných atributů. Všimněte si, že geometrie se v atributové tabulce nezobrazuje - GIS aplikace ji udržují odděleně.

5.4. Vytvoření prázdného shapefile

Jakmile máte jasno, jaká data chcete získat, jaké geometrie je budou reprezentovat a jaké atributy k nim budete ukládat, můžete založit prázdný shapefile, do kterého tohle všechno uložíte.

Většina GIS aplikací vám nabídne možnost ‚nová vektorová vrstva‘, jejíž součástí bude i volba typu geometrie (viz figure_new_shapefile).

../../_images/new_shapefile.png

Obr. 5.7 Vytvořit novou vektorovou vrstvu není nic složitého, stačí akorát zvolit typ geometrie a pak definovat atributy.

Potom přidáte sloupce do atributové tabulky. Snažte se používat krátké názvy bez mezer, ze kterých bude jasně patrné, jaké hodnoty jsou ve sloupci uloženy. Jako příklad uvádíme ‚pH‘, ‚RoofColour‘, ‚RoadType‘ atd. Kromě názvu musíte vybrat také datový typ sloupce - budete ukládat čísla, texty nebo data?

Počítačové programy většinou označují slova a věty jako ‚řetězce‘. Pokud budete taková data chtít ukládat i do vaší vrstvy, použijte právě datový typ ‚Řetězec‘ .

Formát shapefile umí ukládat dva typy čísel: celá čísla (integer) a desetinná čísla (floating point) - je na vás, abyste se na začátku rozmysleli, který budete potřebovat.

Posledním krokem (viz figure_save_shapefile) k vytvoření shapefile je výběr názvu souboru a jeho umístění na disku. I tady platí, že je dobré používat krátká a výstižná jména, např. ‚rivers‘, ‚watersamples‘ atd.

../../_images/save_shapefile.png

Obr. 5.8 Po výběru geometrie a atributů musíme soubor uložit na disku. Je důležité zvolit krátké a výstižné jméno.

Pojďme si celý proces ještě jednou rychle zopakovat. Abyste vytvořili shapefile, musíte zvolit typ geometrie, pak definovat sloupce atributové tabulky, nakonec soubor pojmenovat a uložit ho na disk. Je to jednoduché!

5.5. Uložení dat do shapefile

Vytvořili jsme prázdný shapefile, teď v něm z menu ‚zapnout editaci‘ nebo přes ikonu nástrojové lišty povolíme editaci. Ta je po načtení shapefile ve výchozím stavu vypnutá, aby nedošlo k nechtěnému smazání nebo změně existujících dat. Pro přidání záznamu do shapefile je vždy nutné provést následující:

  1. nakreslit geometrii

  2. vyplnit atributy

Způsob kreslení geometrií se pro body, linie a polygony liší.

Chcete-li „zachytit bod“, nejprve použijte zoom nástroj aby jste se dostali do správné zeměpisné oblasti, které se bude záznam týkat. Dále budete potřebovat nástroj pro zachycení bodu. Poté, kliknete „levým tlačítkem myši“ v zobrazení mapy, je místo, kde chcete novou „geometrie“, aby se objevil. Po kliknutí na mapu se zobrazí okno a vy můžete zadat všechny „atributy dat“ k tomuto bodu (viz figure_attribute_dialog). Pokud si nejste jisti údajy pro daný obor můžete nechat místo prázdné, ale musíte si být vědomi toho, že pokud necháte hodně polí prázdných, bude těžké, aby se užitečně mapy z vašich dat!

../../_images/attribute_dialog.png

Obr. 5.9 Poté, co jste zachytili geometrický bod, budete vyzváni k popisu jeho atribut. Formulář atribut je založen na polích, které jste zadali při vytváření vektorové vrstvy.

Chcete-li „zachytit křivku“ postup je podobný jako při zachycení bodu, že je třeba nejprve použít nástroje zoomu pro pohyb mapy v mapovém účelem správné zeměpisné oblasti. Ty by měly být zvětšeny natolik, že vaše nová funkce vektorové křivky bude mít odpovídající měřítko (viz: ref: gentle_gis_vector_data pro více informací o otázkách měřítku). Když jste připraveni, můžete kliknout na ikonu zachycení křivky na panelu nástrojů a pak začít kreslit linku kliknutím na mapu. Po prvním kliknutí zjistíte, že linie se táhne a následuje kurzor myši. Pokaždé, když kliknete „levým tlačítkem myši“, bude nový vrchol přidán do mapy. Tento proces je znázorněn na figure_capture_polyline.

../../_images/capture_polyline.png

Obr. 5.10 Zachycení linie na mapě cestovního ruchu. Při úpravách liniové vrstvy, vrcholy jsou zobrazeny kruhovými značkami, kterými se můžete pohybovat kolem pomocí myši pro nastavení geometrie čáry. Při přidávání nového řádku (zobrazeno červeně), přidá každé kliknutí myši nový vrchol.

Po dokončení definování řádku použijte „pravé tlačítko myši“ aby jste řekli aplikaci GIS, které úpravy jste dokončili. Stejně jako v případě postupu pro zachycení bodu, budete vyzváni k zadání dat atributů pro svojí novou funkci křivky.

Proces „zachycení polygonu“ je téměř stejný jako proces zachycující křivku kromě toho, že je třeba použít nástroj pro digitalizaci polygonu v panelu nástrojů. Také zjistíte, že při kreslení geometrii na obrazovce, GIS aplikace vždy vytvoří uzavřenou oblast.

Chcete-li přidat novou funkci poté, co jste vytvořili svoji první, můžete jednoduše znovu kliknout na mapě bodem, křivkou nebo polygonem a začít používat svojí funkci.

Nemáte-li žádné další funkce pro přidání, nezapomeňte kliknout na ikonu „povolit úpravy“. GIS aplikace poté uloží nově vytvořenou vrstvu na pevný disk.

5.6. Heads-up digitalizace

Jak jste pravděpodobně objevili teď, pokud jste postupovali podle výše uvedených kroků, je docela obtížné stanovit funkce tak, aby byly „prostorově správné“, v případě, že nemáte další funkci, kterou lze použít jako referenční bod. Jedním běžným řešením tohoto problému je použít rastrovou vrstvu (například letecké fotografie nebo satelitního snímku) jako pozadí vrstvy. Potom můžete použít tuto vrstvu jako referenční mapu, nebo dokonce sledovat funkce přepnutí rastrového vrstvy do vektorové vrstvy, pokud je viditelná. Tento proces je znám jako „heads-up digitalizace“ a je uveden v figure_headsup_digitizing.

../../_images/headsup_digitizing.png

Obr. 5.11 Heads-up digitalizace s použitím satelitního snímku jako pozadí. Obraz se používá jako reference pro zachycení lomené čáry sledováním nad ním.

5.7. Digitalizace s použitím digitalizační tabulky

Další způsob zachycení vektorových dat, je použít digitalizační tabulky. Tento přístup je méně používán než aplikace GIS, a vyžaduje drahé vybavení. Proces s použitím digitalizační tabulky, je umístění papírové mapy na stole. Papírová mapa je bezpečně upevněna na svém místě pomocí spon. Poté se speciální zařízení nazývané „puck“ používá ke sledování funkce z mapy. Drobné se cross-hairs v pucku používají k zajištění toho, aby čáry a body byly vypracovány přesně. Puck je připojen k počítači a každá funkce, která je zachycena pomocí pucku zůstane uložena v paměti počítače. To jak digitalizace pucku vypadá, můžete vidět v figure_digitizing_table.

../../_images/digitizing_table.jpg

Obr. 5.12 Digitalizační tabulka a puck jsou používány GIS profesionály když chtějí digitalizovat prvky z existující mapy.

5.8. Poté co jsou vaše prvky digitalizovány…

Jakmile bude vaše funkce digitalizovány, můžete použít techniky, které jste se naučili v předchozím tématu, jak nastavit symboliku pro váší vrstvu. Výběrem vhodné symboliky vám umožní lépe pochopit data, která jste zachytili, když se podíváte na mapu.

5.9. Běžné problémy / věci, kterým by jste se měli vyvarovat

Pokud digitalizujete pomocí rastrové vrstvu v pozadí, jako například letecké fotografie nebo satelitním snímku, je velmi důležité, aby rastrová vrstva byla správně georeferencována. Vrstva, která je georeferencována správně se zobrazí ve správné poloze v zobrazení mapy založené na interním modelu GIS aplikace Země. Špatně georeferencovaný obraz můžeme vidět v figure_georeference_issue.

../../_images/georeferencing_issue.png

Obr. 5.13 Důležitost použití správně geograficky rastrových obrázků pro heads-up digitalizace. Na levé straně vidíme, že je obraz správně georeferencován a silniční prvky (oranžově) se překrývají dokonale. V případě, že obraz je špatně georeferencován (jak je znázorněno na pravé straně), funkce nebudou dobře zarovnány. Ještě horší je, pokud obrázek na pravé straně slouží jako referenční při pořizování nových funkcí, nově zachycená data budou nepřesná!

Také si pamatujte, že je důležité, aby jste se přiblížili k vhodném měřítku, takže vektorová funkce, kterou vytvoříte, byla užitečná. Jak jsme viděli v předchozím tématu o vektorové geometrie, je špatný nápad digitalizovat svá data, když jste oddálení v měřítku 1: 1000 000, pokud máte v úmyslu použít údaje, které jste zachytili v měřítku 1:50 000.

5.10. Co jsme se naučili?

Pojďme si shrnout co jsme se v tomto tématu naučili:

  • „Digitalizace“ je proces zachycení znalostí o jednotlivých prvkách „geometrie“ a „atributů“ to „digitální formy“ uchovány na počítačovém disku.

  • Data GIS můžou být uchovány v „databázi“ nebo jako „soubory“.

  • Jeden z běžných formátu je „shapefile“ který je složen ze tří nebo více souborů (.shp`, .dbf and .shx)

  • Předtím, než vytvoříte novou vektorovou vrstvu potřebujete naplánovat jak „geometrický“ typ a pole „atributu“, který jej bude charakterizovat.

  • Geometrie může být bod, linie nebo polygon.

  • Atributy můžou být „čísla“ (celé čísla), „desetinná čísla“ (čísla s plovoucí desetinnou čárkou), „řetězce“ (slova), nebo „data“.

  • Digitalizační proces se skládá z „kresby“ geometrie v mapovém okně a poté vstupu jejich atributů. Tento proces se opakuje pro každý prvek.

  • „Heds-up digitalizace“ je často používána k zajištění orientace během digitalizace použitím rastrového obrazu jako pozadí.

  • Profesionální GIS uživatelé někdy používají „digitalizační tabulku“ k zachycení informace z papírových map.

5.11. Nyní si vyzkoušejte!

Zde jsou nějaké nápady pro Vás, které si můžete se svými žáky zkusit:

  • Sestavte si seznam funkcí kolem vaší školy, které si myslíte, že by bylo zajímavé zachytit. Například: školní hranici, poloha požární stanic, rozvržení jednotlivých učebnen, a tak dále. Zkuste použít kombinaci různých typů geometrie. Nyní rozdělte své studenty do skupin a přiřaďte několik funkcí k zachycení každé skupině. Nechte je symbolizovat jejich vrstvy tak, aby byly měly větší smysl na pohled. Vrstvy kombinujte ze všech skupin a vytvořte pěkné mapy okolí vaší školy!

  • Najděte místní řeku a odeberte vzorky vody po celé její délce. Pečlivě si poznamenejte pozici každého vzorku pomocí GPS nebo jejím označením na topografické mapě. U každého měření vzorku uskutečněte jeho hodnotu pH, rozpuštěného kyslíku atd. Zachyťte data pomocí aplikace GIS a vytvořte mapy, které ukazují vzorky s vhodnou symbolikou. Mohli byste identifikovat oblasti s ohrožením? Byla by vám GIS aplikací schopna pomoci k identifikaci těchto oblastí?

5.12. Něco k zamyšlení

Pokud nemáte k dispozici počítač, můžete sledovat stejný proces pomocí listů transparentnost a poznámkové knihy. Použijte letecký snímek, ortofoto nebo satelitní snímek jako pozadí vrstvy. Kreslete sloupce dolů na stránku ve vašem notebooku a v záhlaví sloupce napiště pro každé pole atribut, o kterém chcete uložit informaci. Nyní sledujte geometrii prvků na listu transparentnosti, zapisujte čísla vedle každé funkce tak, aby mohla být identifikována. Nyní pište stejné číslo v prvním sloupci v tabulce ve svém poznámkovém bloku, a pak vyplňte všechny doplňující informace, které chcete nahrávat.

5.13. Další čtení

Website http://www.k12science.org/curriculum/waterproj/S00project/miami2000/miamiriverfinal/ — Školní projekt pro hodnocení kvality vody v jejich místní řece.

Přiručka QGIS má také více detailních informací na digitalizaci vektorových dat v QGIS.

5.14. Kam dál?

V další části se podrobněji podíváme na rastrová data a způsob jejich použití v GIS.