1. Skaitmeniniai žemėlapiai ir jų panaudojimas
Daugelyje žmogaus veiklos sričių naudojamos geoinformacinės sistemos. GIS apibrėžiama kaip techninės ir programinės įrangos, duomenų apie supančią aplinką ir juos apdorojančio personalo visuma, parengta geografinei informacijai kaupti, saugoti, atnaujinti, analizuoti ir pateikti. Geoinformacinėje sistemoje geografiniai objektai siejami su įvairiais registrais, taip sudaromos geoinformacinių duomenų bazės. GIS gali būti saugomi geografiniai objektai, tiesiogiai nesusiję arba nesusieti su registrais. Tokios duomenų bazės, kuriose saugomi geografiniai objektai, neturintys plačios papildomos nekartografinės informacijos, vadinamos kartografinių duomenų bazėmis. Kartografinių duomenų bazės dažnai naudojamos sudarant analoginius žemėlapius. Skaitmeninis kartografavimas atitinkamai apima: skaitmeninės informacijos apie vietovę rinkimo metodus, duomenų modelio ir struktūros parinkimą, sukauptų duomenų atnaujinimo, duomenų redagavimo ir vaizdavimo taisykles. KDB dažnai taikoma kitokia geoduomenų struktūra, optimaliai atitinkanti skaitmeniniam kartografavimui tam tikru masteliu keliamus reikalavimus. KDB struktūrai įtakos turi normatyviniai aktai, reglamentuojantys kartografavimo tuo masteliu turinį, sutartinius ženklus, atvaizdavimo taisykles ir pan. Geoobjektų, saugomų kompiuterinėse laikmenose, padėtis išreiškiama koordinatėmis, todėl mastelio sąvoka netenka prasmės. Tačiau duomenų vartotojų patogumui KDB, sudarytai pagal vieno mastelio duomenis, taikomas tam tikro mastelio kartografinės duomenų bazės apibrėžimas. KDB, sudarytai naudojant skirtingo tikslumo duomenis, suteikiama informacija apie kiekvieno joje saugomo geoobjekto padėties tikslumą. Skaitmeninis žemėlapis – toliau SŽ, suprantamas kaip duomenų bazė, apimanti informaciją, reikalingą žemėlapiui sudaryti. Atitinkamai SŽ galima laikyti kartografinių duomenų bazių išvestinę informaciją, reikalingą analoginiam arba žemėlapiui ekrane sudaryti. SŽ gali turėti CAD arba GIS sistemos būdingų bruožų. SŽ, orientuotas į CAD sistemas, naudojamas vizualiai teritorijos priežiūrai ekrane, spausdinimui, kaip pagrindas atliekant skaitmeninį projektavimą. Į GIS sistemas orientuotas SŽ papildomai teikia informacijos erdvinei analizei, atributinėms užklausoms, sąsajai su registrais; informacijos apie metaduomenis. Ryškiausiai šie duomenų tipai skiriasi pagal:
1) aprašomosios informacijos kiekį;2) galimų sąsajų su registrais kiekį;3) duomenų sandarą (pvz., skaidymas į sluoksnius). Kartografinių duomenų bazės teikia papildomas duomenų naudojimo, didelių jų kiekių saugojimo galimybes, todėl SŽ, papildžius juos reikiama informacija įtraukiami į KDB. Negalima SŽ laikyti kompiuterinio brėžinio, kuriame vektoriniai ar rastriniai duomenys nesisteminti:· nekoduoti;· neišskaidyti į sluoksnius;· neorientuoti koordinačių sistemos atžvilgiu. Kompiuterinėse braižymo ir konstravimo sistemose dažniausiai formuojami nedidelės teritorijos, t.y. lokalių objektų, skaitmeniniai žemėlapiai. Lemia didėjantis duomenų kiekis ir tai, kad CAD sistemose ribotai naudojamos duomenų bazių valdymo sistemos. Duomenų bazių skaitmeninį žemėlapį apibūdina šie elementai:· erdvinis duomenų modelis;· duomenų sandara, t.y. sluoksniai ir jų charakteristikos, geoobjektų skaidymo į sluoksnius metodika;· geoobjektų skaitmeninio aprašymo taisyklės, t.y. kokiais geometriniais elementais nusakomi geoobjektai, ir papildomos technologinės taisyklės (pvz., vamzdžiai baigiasi ne prie šulinį vaizduojančio simbolio, o sujungiami šulinio centre);· specifikacija, t.y. skaitmenizuojamų kartografinių objektų ir jų galimų charakteristikų sąrašas, kodavimo taisyklės;· pateikimo formatas, t.y. duomenų užrašymo kompiuteryje struktūra. Skaitmeninį žemėlapį apibūdinančių elementų parinkimas priklauso nuo numatomų panaudojimo sričių. SŽ geoobjektai naudojami:· kaip erdvinis pagrindas teminėms geoinformacinėms sistemoms (tampa galimos tokios funkcijos kaip: laisvų teritorijų statyboms paieška, transporto maršrutų analizė);· kaip pagrindas pagal geodezinių matavimų duomenis (tiesinės ir kampinės sankirtos) formuojant naujus geoobjektus;· naujai sudarytų SŽ duomenų (topografiniai-inžinieriniai elementai, sklypai) kontrolei;· automatizuotam projektavimui atlikti (dertalieji, specialūs planai, žemės sklypų ribų projektai);· analoginių planų ir žemėlapių gamybai (to paties mastelio kaip ir pradinė medžiaga arba generalizuotų);· teminių žemėlapių gamybai (kadastriniai, hidrografiniai, demografiniai, mokesčių zonų žemėlapiai);· vizualiai pateikti erdvinę informaciją paieškos sistemose (pvz., interneto technologija);· technologinei informacijai, susijusiai su padėtimi erdvėje, pateikti vizualiai (laike kintantys inžinierinių tinklų hidrauliniai, įtampos parametrai).2. Duomenų sandara
Priklausomai nuo skaitmeninių žemėlapių sudarymo programinės įrangos ir numatomo jų panaudojimo pobūdžio taikoma įvairi duomenų sandara. Dažniausi duomenų sandaros skirtumai:1) geoobjektų charakteristikų saugojimas kaip anotacija arba kaip atributinis požymis;2) geoobjektų skaidymas į sluoksnius. Skaitmeninio žemėlapio duomenų sandara tampa aktuali, kai duomenis naudoja ne tik juos sudariusi organizacija. Tokia situacija būdinga didelio tikslumo topografiniam-inžinieriniam skaitmeniniam žemėlapiui, kurio aktualios teritorijos atnaujinamos ir naudojamos projektuojant. Atnaujinant duomenis įvyksta keitimosi duomenimis tarp skaitmeninio archyvo ir geodezininko procesas. Reikia pažymėti, kad keitimosi duomenimis procese dalyvaujančių pusių interesai duomenų sandaros atžvilgiu skirtingi. Skaitmeninis archyvas siekia, kad duomenų sandara optimaliai tiktų:1) dideliam geoobjektų skaičiui valdyti, atnaujinti ir pateikti kompiuteriniame tinkle;2) sudaryti įvairias atributines ir erdvines užklausas, t.y. GIS uždaviniams. Geodezines nuotraukas sudaranti organizacija siekia, kad duomenų sandara optimaliai tiktų:3) žemėlapiui kontroliuoti kompiuteryje (neautomatizuotai talpinti simbolius, aprašomąją informaciją);4) geodezinius darbus užsakiusiai organizacijai, t.y. CAD sistemoms.
3. Skaitmeninio žemėlapio geoobjektai
Kartografinei informacijai saugoti kompiuterinėse laikmenose ir manipuliuoti ja visi į kartografinių duomenų bazes įtraukiami objektai koduojami. Kartografinius objektus patogiausia koduoti pagal hierarchinį kodavimo metodą, t.y. suskaidant objektus į klases ir poklasius. Realaus pasaulio objektams apibrėžti ir koduoti taikomi šie klasifikavimo kriterijai:1) objektų fizinės savybės (forma, medžiaga);2) objektų kilmė (gamtiniai, urbanistiniai);3) objektų funkcijos (naftotiekis, elektros energijos pardavimo linijos);4) objektų padėtis žemės paviršiaus atžvilgiu (požeminiai, žemės paviršiaus, virš žemės paviršiaus). Požeminiam lygiui priskiriami realaus pasaulio objektai, kurie yra žemiau už objektus, esančius žemės paviršiaus lygyje. Šį lygį atspindi informacija: inžinerinių komunikacijų linijos ir įrenginiai, požeminiai pastatai ir statiniai. Žemės paviršiaus lygiui priskiriami realaus pasaulio objektai: gyvatvorė, tvora, upės krantas, statinio kontūrai. Virš žemės paviršiaus esančiam lygiui priskiriami realaus pasaulio objektai, esantys aukščiau žemės paviršiaus lygio, pvz., statinių dalys ant laikančiųjų kolonų ar pan.
Stambiojo mastelio planų objektai skaidomi į klases pagal objektų fizines savybes. Toks klasifikavimas geriausiai tinka stambiojo mastelio planų objektams koduoti, nes derinamas su planų paskirtimi:· dentifikavimo požymiai;· klasifikavimo požymiai;· dinaminiai požymiai. Indentifikavimo požymiai (geoobjekto pavadinimas, koordinatės) taikomi geoobjektui atpažinti ir vienareikšmiškai padėčiai nustatyti. Visų geoobjektų klasių indentifikavimo charakteristikos gali būti nusakytos vienoda forma. Klasifikavimo požymiai naudojami kokybiniams ir kiekybiniams geoobjektų rodikliams (pastato tipas – gyvenamoji, komercinė paskirtis; kvartalo požymis – gyventojų amžiaus intervalai) apibrėžti. Šie rodikliai įvairių geoobjektų klasių skirtingi ir gali būti skirtingi klasių poklasių. Pagal SŽ tipą įvedami kokybinės ir kiekybinės informacijos apie vietovės kartografinius objektus apribojimai. Dinaminiai požymiai atspindi SŽ geoobjektų kitimą laiko požiūriu. Jie taikomi informacijai apie duomenų gavimo datas ir šaltinius, duomenų pokyčių datas apibrėžti. Geoobjektai grupuojami sluoksniais siekiant patogiau ir efektyviau valdyti bei redaguoti duomenis. Skirstant į sluoksnius atsižvelgiama į geoobjekų:1) funkcines savybes, kai efektyvu sugrupuoti geoobjektus, susijusius tarpusavyje funkciškai (pvz., hidrografinių, kelių infrastruktūros, dujotiekio tinklo geoobjektų sluoksniai);2) geometrines savybes, kai efektyvu sugrupuoti geoobjektus, išreikštus vienodu geometriniu elementu (pvz., linijų geoobjektų sluoksnius);3) fizinius tarpusavio ryšius, kai efektyvu sugrupuoti fiziškai susijusius geoobjektus (pvz., hidrografijos ir augalijos plotiniai geoobjektai);4) atributinės informacijos pobūdį, kai efektyvu sugrupuoti geoobjektus, kurių atributinė informacija vienoda. Pasirenkant prioritetu vieną ar kitą savybę, geoobjektų skirstymas į sluoksnius kinta. Pavyzdžiui, upė ir miškas yra skirtingi savo funkcinėmis savybėmis ir gali būti išskirti į skirtingus sluoksnius, tačiau jų ribos fiziškai susijusios ir todėl jie gali būti fiksuojami viename sluoksnyje.4. Skaitmeninio žemėlapio kokybė
Skaitmeninio žemėlapio kokybę lemia geoduomenų:· padėties ir atributų tikslumas;· išsamumas;· korektiškumas;· išorinių ryšių atitikimas;· aktualumas. Padėties tikslumas – tai geoobjektų tarpusavio padėties, jų padėties geodezinių punktų bei informacinių šaltinių atžvilgiais tikslumas. Tikslumas įvertinamas proporciniais dydžiais, pvz., metrais.
Išsamumas – tai geoduomenų tinkamumas išsamiai ir detaliai vaizduoti ir atpažinti objektus ar reiškinius, nustatyti jų ypatybes ir tarpusavio ryšius. Išsamumas įvertinamas procentais. Korektiškumas – tai matematinio žemėlapio pagrindo, generalizavimo principų, turinio parinkimo, turinio vaizdavimo, geoobjektų tarpusavio ryšių atvaizdavimo, geoduomenų struktūros parinkimo sprendžiamam kartografavimo uždaviniui pagrindimas. Kiekvieno išvardinto proceso korektiškumas įvertinamas pagal rezultatų tinkamumą ir attinkamai gali būti proporcinės arba procentinės išraiškos. Išorinių ryšių atitikimas – tai geoduomenų tinkamumas juos naudoti integruotoje GIS. Išorinių ryšių atitikimas, pvz., geoobjektų, susietų su registru naudojant indentifikatorių aprašantį požymį, kiekis, įvertinamas procentais. Aktualumas – tai geoduomenų ir realybės atitikimas. Aktualumas įvertinamas procentais, jiems pasiekus reglamentuotą reikšmę geoduomenys atnaujinami. Klaidų gali atsirasti bet kurioje duomenų kaupimo ir apdorojimo stadijoje. Skaitmeninių žemėlapių klaidas galima suskirstyti į:1) pradinių duomenų šaltinių klaidas;2) klaidas atsirandančias sudarant skaitmeninius duomenis;3) metodų klaidas.Pradinių duomenų šaltinių klaidos
Šio pobūdžio kalidų atsiranda:1) Visų lauko matavimų ir tyrimų procese. Jas lemia objektų padėčiai nustatyti naudojamų prietaisų (teodolitų, GPS imtuvų, nerofotokamerų) ir prietaisų, kuriais nustatomos atributinės reikšmės, netikslumai. 2) Apdorojant duomenis sudarant žemėlapius. Įtraukiamos geodezinio tinko, skaičiavimų, braižymo, popieriaus deformacijos klaidos. Jų pasitaiko redaguojant ir atnaujinant žemėlapį.3) Informacijai senstant (pokyčiai vietovėje). Dėl pradinėje medžiagoje fiksuotų objektų pokyčių ir naujai atsiradusių objektų.
Klaidos sudarant skaitmeninius duomenis
Tai: 1) Duomenų įvedimo klaidos. Skaitmenizavimo proceso netikslumai dėl įrangos (digitaizeriai, skeneriai) arba operatoriaus klaidų, nesilaikant duomenų įvedimo taisyklių. Daugelio klaidų galima išvengti operatoriaus sumanumu. Duomenų įvedimo klaidos skirstytinos į: bendrąsias, geoobjekto geometrijos, geoobjektų tarpusavio padėties klaidas.2) Duomenų saugojimo klaidos. Nepakankamas naudojamos kompiuterinės arba programinės įrangos skaičiavimo procedūrų tikslumas ir saugojimo aplinkos techniniai ar su programomis susiję gedimai.
Metodų klaidos
Tai klaidos:1) Dėl duomenų kaupimo metodų. Atsirandančios naudojant nepakankamai stebėjimo duomenų matuojant vietovėje ar nepakankamai sąsajų taškų orientuojant, pasirenkant netinkamą skaitmenizavimo darbų (digitalizavimas, vektorizavimas, automatizuotas vektorizavimas, srautinis režimas) metodiką.2) Netiksliai apibrėžiant objektus ir neteisingai juos skirstant į klases.3) Nepakankamai kontroliuojant manipuliavimo geoobjektais rezultatus (taip pat tarpinius).4) Vaizduojant duomenis. Simbolių parinkimo, spausdinimo įrenginių, popieriaus deformacijos klaidos.
Skaitmeninio žemėlapio duomenų aktualumo įvertinimas
Skaitmeniniai žemėlapiai, kaip ir analoginiai, sensta, praranda aktualumą. Šis procesas ypač intensyvus urbaniuotų teritorijų. Planuojant miesto teritorijas, inžinieriams uždaviniams spręsti būtina remtis aktualia ir patikima kartografine informacija. Tai reiškia, kad būtina prognozuoti ir įvertinti SŽ patikimumą ir tinkamumą (ribinę būseną). Kartografinės medžiagos patikimumas – tai galimybė nustatytą laiką pagrįstai naudotis jos parametrais, taikyti reikiamoms funkcijoms tam tikru režimu ir nurodytomis sąlygomis. Siekiant nustatyti kartografinės informacijos pasenimo mastą, skaičiuojama pakitusių topografinių elementų kontūrai ir bendras topografinių elementų kontūrų kiekis tiriamoje teritorijoje. Kontūrai pagal pokyčių pobūdį skirstomi į: išnykusius; naujai atsiradusius; pakeitusius: ploto dydį; ploto ribą; ploto dangą. Kontūras priskiriamas prie pakeitusių ploto dydį, kai skiriasi lyginamų plotų dydžiai. Jeigu kartu, pakitus ploto reikšmei, keičiasi ploto riba, kontūras priskiriamas prie pakeitusių ploto ribą. Jei susiformuoja naujas plotas, jį sudarantys kontūrai priskiriami prie naujai atsiradusių kontūrų. Kontūras arba ploto dydis laikomas pakitusiu, jei jo nauja padėtis skiriasi nuo senosios daugiau nei tai leidžia normatyvai. Pakitę kontūrai skirstomi į grupes pagal rūšį (pastatai, tvoros, gatvės ir pan.). Tai sudaro galimybę nustatyti, kokie kartografiniai elementai sensta greičiau už kitus. Taikant tokią metodiką paprasčiau surinkti būtinus duomenis topografinių-inžinierinių planšečių senėjimo pobūdžiui bei priežastims nustatyti, pasenimo mastui apskaičiuoti.
Bendriausiuoju atveju senėjimo rodiklį Sbendr galima nustatyti pagal formulę:čia L – kontūrų suma, lp – pakitusių kontūrų suma, lišn – išnykusių kontūrų suma, lnauj – naujai atsiradusių kontūrų suma, lpaspl – kontūrų pakeitusių ploto dydį, suma, lpasrib – kontūrų, pakeitusių ploto ribą, suma, lpasdang – kontūrų, ribojančių teritorijas, kurių danga pakito, suma. Paseninimo rodiklis Sbendr tiksliai nusako vietovės pokyčių mastą. Tačiau tirti visų tam tikroje teritorijoje esančių topografinių elementų pokyčius sudėtinga ir brangu. Todėl dažnai senėjimo rodiklis nustatomas pagal pagrindinių vietovės elementų, pvz., statinių ir gatvių, pokučius (Sstatgatv). Kadangi tokiu atveju nėra stebimi ir registruojami visi kiti topografiniai vietovės elementai, taikoma kiekybinė priklausomybė tarp Sbendr ir Sstatgatv pasenimo rodiklių. Kiekybinė priklausomybė nustatoma eksperimentais – visos tiriamos teritorijos arba tam tikrų jos dalių. Tai leidžia, apskaičiavus tik Sstatgatv senėjimo rodiklį, prognozuoti kitų topografinių elementų pokyčius.