Geografické informační systémyGeografické informační systémyGeografické informační systémyGeografické informační systémy

_________________________________________________________________________________ Strana 1 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

Co je to GIS?

Tato zkratka se používá pro Geografické Informační Systémy. V současné

literatuře se objevuje velké množství definic GIS. Jednu z nejvýstižnějších definic

uvádí společnost Environmental Systems Research Institute (ESRI) v materiálech ke

svému softwaru ArcGIS:

Jak systém GPS funguje?

Zjednodušeně řečeno můžeme GIS považovat za počítačový databázový systém,

který se využívá zejména pro prostorovou analýzu geografických dat a tvorbu map.

Každý geografický informační systém má pět základních složek:

� hardware: počítačové vybavení, které se používá pro zpracování

geografických dat (kromě klasických osobních počítačů sem řadíme GPS

přijímače, PDA, skenery či tiskárny). Důraz je kladen zejména na vysoký

výkon hardware, který ovlivňuje rychlost zpracování velkého objemu dat;

� software: programové vybavení, které se používá pro GIS analýzy (např.

ArcGIS od společnosti ESRI). Moderní GIS software je tvořen velkým počtem

programových modulů, které umožňují provádět prostorovou analýzu,

transformace dat, tvorbu mapových výstupů apod.;

� data: jsou velice důležitou složkou GIS. Uvádí se, že přibližně 70 % nákladů

na profesionální GIS analýzu tvoří náklady na získávání geografických dat;

� metody: postupy, podle kterých GIS pracuje a je používán. Dobře definované

metody jsou základním předpokladem přesných a reprodukovatelných

výsledků GIS analýz;

� obsluha: vzhledem ke složitosti GIS jsou na jeho uživatele kladeny vysoké

požadavky. Pro GIS je kvalifikovaná obsluha naprostou samozřejmostí.

Výsledek GIS analýzy je vždy závislý na zkušenostech a schopnostech

uživatele. V tomto ohledu nemůžeme přeceňovat význam techniky, neboť bez

„GIS je organizovaný soubor počítačového hardware, software

a geografických údajů navržený pro efektivní získávání, ukládání,

upravování, analyzování a zobrazování všech forem geografických

informací.“

_________________________________________________________________________________ Strana 2 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

kvalitních GIS odborníků je špičkový GIS software běžící na výkonném

počítači k ničemu.

V dnešní době se GIS používá k řešení velkého množství geografických úloh.

Pomocí GIS můžeme například vytvořit mapu naučných stezek ve vybrané CHKO,

zjistit kolik lidí žije v určité záplavové oblasti a odhadnout výši škod při stoleté

povodni nebo třeba určit nejvhodnější místo pro lokalizaci čističky odpadních vod ve

městě. Největší předností GIS je schopnost vytvářet nová geografická data pomocí

různých prostorových operací.

Jaké vlastnosti mají geografická data používaná pro GIS? Každá informace o geografickém prostoru má prostorovou a atributovou část.

Prostorová část geografické informace popisuje polohu geografického objektu

v krajinné sféře (nejčastěji pomocí zeměpisných souřadnic), atributová část

geografické informace pak popisuje vlastnosti geografického objektu, který se na

daném místě nachází. Názorně si to můžeme ukázat na jednoduchém příkladu.

Následující fotografie (viz obr. č. 1) zachycuje Jarcovskou kulu, která se nachází

nedaleko obce Jarcová poblíž Valašského Meziříčí. Ve vedlejším rámečku jsou pak

základní geografické informace o tomto skalním útvaru se zvýrazněnými

prostorovými a atributovými informacemi.

Obr. 1: Jarcovská kula (fotografie Jaroslava Jáčová). Prostorová část geografických informací je zvýrazněna růžově, atributová část je zvýrazněna žlutě.

Jarcovská kula – základní informace

Devět metrů vysoká Jarcovská kula je

tvořena horninami slepenco-pískovcového

vývoje flyše. Nachází se nedaleko obce

Jarcová. Zeměpisné souřadnice útvaru jsou

49o 26’ 26.5‘‘ s.š. a 17o 57’ 42.9’’ v.d.

Jarcovská kula je v současnosti chráněna

jako přírodní památka.

(s využitím informací na informační tabuli č. 9 Naučné stezky T. G. Masaryka).

_________________________________________________________________________________ Strana 3 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

V geografických informačních systémech se používají geografická data, která jsou

digitálním záznamem geografických informací. K údajům o poloze zeměpisných

objektů na zemském povrchu se váží tematické informace o jejich vlastnostech.

Právě tato skutečnost je největší předností geografických informačních systémů

a důvodem jejich širokého využívání v mnoha oborech lidské činnosti. Soubor

digitalizovaných geografických dat pak označujeme jako geografickou databázi.

V krajinné sféře se nachází velké množství geografických objektů a jevů. Pro

jejich grafické znázornění v geografickém informační systému využíváme tři základní

geometrické prvky: body, linie a plochy (polygony). Body používáme pro objekty,

které jsou příliš malé na to , aby se daly zobrazit jako plochy (např. chráněné stromy,

vrcholy pohoří). Liniová data znázorňují objekty, které mají značnou délku, ale jsou

příliš úzké na to , aby se daly zakreslit jako plochy (např. silnice, železnice, potoky).

Plochy pak používáme pro znázornění objektů, které jsou příliš velké na to, aby je

bylo možno zobrazit jako body nebo linie (např. lesy, pastviny, parky). Názorné

ukázky všech typů dat zachycují obr. č. 2 a 3.

Obr. 2: Bodová data (vrcholy pohoří ČR). Otisk obrazovky programu ArcMap, data převzata z databáze ArcČR © 1997 ARCDATA PRAHA, s.r.o.

_________________________________________________________________________________ Strana 4 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

A

B

Obr. 3: A - liniová data (říční síť ČR); B – plošná data (lesní plochy v ČR). Otisk obrazovky programu ArcMap, data převzata z databáze ArcČR © 1997 ARCDATA PRAHA, s.r.o.

_________________________________________________________________________________ Strana 5 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

Dalším charakteristickým rysem geografických informačních systémů je uspořádání

dat do tematických vrstev. Každá skupina dat vyjádřená formou bodových, liniových

nebo plošných značek tvoři jednu vrstvu dat (např. vrstva řek, sídel, silnic, dálnic,

jezer – viz obr. č. 4). Protože každá vrstva dat nese informaci o poloze objektů

v území (je tzv. georeferencována), můžeme jednotlivé vrstvy dat překrývat

a vytvářet mapy a získávat nové geografické informace. Na obrázku č. 5 můžete

vidět jednoduchou mapku vybraných vrcholů Moravskoslezských Beskyd vytvořenou

překrytím 4 vrstev dat (vodní toky, výšky, lesy, kraje) v programu ArcExplorer.

Obr. 4: Uspořádání GIS dat do tematických vrstev. Převzato z publikace: ArcGIS® 9. Co je ArcGIS®?, str. 7, © 2001 – 2004 ESRI.

_________________________________________________________________________________ Strana 6 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

Obr. 5: Jednoduchá mapka vybraných vrcholů Moravskoslezských Beskyd vytvořená překrytím čtyř datových vrstev v programu ArcExplorer. Otisk obrazovky programu ArcExplorer, data převzata z databáze ArcČR © 1997 ARCDATA PRAHA, s.r.o.

Bodová, liniová a plošná data mohou být v digitální podobě vyjádřena ve vektorovém

nebo rastrovém formátu. Ve vektorovém formátu je poloha geografických objektů

určena zápisem kartézských souřadnic x a y reprezentativních bodů objektu (viz obr.

č. 6). Vektorová data jsou velice přesná a vhodná pro tvorbu map. Nevýhodou

vektorového formátu dat je mimo jiné vysoká výpočtová náročnost některých

prostorových operací. V rastrovém formátu je základním nositelem prostorové

informace tzv. pixel (obrazový bod, odvozeno z anglického picture element), který je

umístěný v mřížce tvořené pravidelnou sítí řádků a sloupců. Poloha objektu je pak

určena souřadnicemi polí mřížky (tj. čísly řádků a sloupců), ve kterých se vyskytuje

(viz obr. č. 6). Rastrová data jsou méně přesná než data vektorová. Používají se

_________________________________________________________________________________ Strana 7 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

například pro znázornění jevů spojitě se měnících v území (např. teplota, množství

srážek, nadmořská výška). Formou rastrových dat se také ukládají letecké

a družicové snímky nebo nasnímané obrázky (např. skenerem).

Geografický prvek

Vektorový formát Rastrový formát

Bod souřadnice

x, y

jeden pixel

Linie

posloupnost souřadnic x, y

reprezentativních bodů linie

skupina pixelů

Plocha

uzavřená posloupnost souřadnic x, y

reprezentativních bodů obvodu polygonu

skupina pixelů

Obr. 6: Srovnání vektorového a rastrového formátu dat. Zpracováno podle Mirvalda a kol. (1998) a Novotné a Voženílka (2003), upraveno.

Při práci s GIS je důležité si uvědomit, že všechna geografická data mají kromě

prostorové informace o poloze v území také atributovou složku, což umožňuje jejich

využití při tvorbě map a analýzách dat. Veškeré údaje o geografických objektech

v dané tematické vrstvě jsou v prostředí GIS dostupné v tzv. atributové tabulce (viz

obr. č. 7 a 8).

_________________________________________________________________________________ Strana 8 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

Obr. 7: Atributová tabulka datové vrstvy „Státy světa“. Nahoře: Mapový obsah datové vrstvy „Státy světa“; dole: část atributové tabulky, která obsahuje data o jednotlivých státech světa. Tyrkysovou barvou jsou zvýrazněny jihoamerické státy. Otisk obrazovky programu ArcMap.

_________________________________________________________________________________ Strana 9 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

Obr. 8: Tematická mapa Počet obyvatel států Jižní Ameriky v roce 2005 vytvořená v programu ArcMap. Použita byla datová vrstva „Státy světa“ (viz obr. č. 7). Orig. Martin Jáč.

_________________________________________________________________________________ Strana 10 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

S využitím byť jediné datové vrstvy tak můžeme vytvořit velké množství tematicky

odlišných map a provádět řadu prostorových analýz. Záleží pouze na tom, jaké

atributy jsou k jednotlivým státům přiřazeny v atributové tabulce (viz obr. č. 7 a 8).

Prozkoumejte svět pomocí GIS

Možná vám po přečtení předchozích stránek připadá GIS jako něco strašně

složitého. Ve skutečnosti jsou však základy práce s GIS snadné. Vytvoření tematické

mapy „Počet obyvatel států Jižní Ameriky v roce 2005“ trvá zkušenému uživateli GIS

20 až 30 minut. Pokud byste měli tuto mapu kreslit ručně, určitě by Vám to zabralo

minimálně několik hodin. Pak stačí jedna chyba (například záměna názvu státu

Guyana za Guineu) a celou mapu můžete kreslit znovu. V GIS tuto chybu opravíte

během několika sekund. První zásada tedy je: Nebojte se GIS, v dnešní době jej

opravdu používá (téměř) každý (viz obr. č. 9).

Obr. 9: Nebojte se GIS. Převzato se svolením z prezentace doc. V. Voženílka „Základy geoinformatiky“; © Edward Galagan.

_________________________________________________________________________________ Strana 11 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

V současné době je k dispozici velké množství GIS software (včetně volně

stažitelného). Pokud chcete začít s GIS pracovat, stáhněte si z internetu například

program ArcExplorer od společnosti ESRI a prozkoumejte s GIS celý svět od vašeho

okolí až po nejvzdálenější kouty světa.

Pro usnadnění začátků práce s tímto jednoduchým prohlížečem GIS dat jsme pro

vás připravili výukový materiál s názvem Prozkoumejte svět pomocí GIS.

Najděte si na internetu

1) Stažení české verze programu ArcExplorer - tento program je

možné stáhnout na stránkách společnosti ArcData Praha, s. r. o.

(sekce Software / download / software) http://www.arcdata.cz

2) Geoinformační portál Gymnázia Františka Palackého Valašské Meziříčí

Na tomto portálu si můžete stáhnout výukové materiály pro využití GIS a GPS ve

výuce zeměpisu na gymnáziích (sekce výukové materiály). V sekci rozcestník

jsou uvedeny odkazy na internetové stránky s geovědní tematikou. Výukové

materiály a školní geoinformační portál byly vytvořeny z prostředků projektu

SIPVZ 0323P2005. http://geo.gfpvm.cz

_________________________________________________________________________________ Strana 12 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

Zařazení do výuky ve čtyřletém gymnáziu

Zeměpis 1. ročník – tematický celek kartografie (GIS) Seminář ze zeměpisu – 3. nebo 4. ročník, tematický celek GIS

Časová náročnost Teoretická výuka – 1 až 2 vyučovací hodiny (po 45 minutách)

Doplňkem tohoto učebního textu je i výuková powerpointová prezentace (GIS.ppt).

Použitá literatura

Davis, E. D.: GIS pro každého. Vytváříme mapy na počítači. Computer Press 2000, 1. vydání, 112 stran.

ESRI: ArcGIS® 9. Co je ArcGIS®? Manuál k programu ArcGIS © 2001 – 2004 ESRI.

ESRI: ArcGIS® 9. Začínáme s ArcGIS®. Manuál k programu ArcGIS © 2001 – 2004 ESRI.

Kasianchuk, P. a Taggart, M.: Úvod do ArcGIS I (přednášky a cvičení), verze kurzu 4.2., revize srpen 2004. Český překlad ArcData Praha, s.r.o. © 2000 – 2004 ESRI, překlad © 2000 – 2005 ArcData Praha, s.r.o. Malone, L.: Mapping our world – GIS Lessons for Educators. ESRI Press Redlands, California, First printing March 2002, 538 pp. Mirvald, S. a kol.: Geografie pro střední školy 2 – socioekonomická část. SPN, a.s. Praha, 1. vydání 1998, 96 stran.

Novotná, M. a Voženílek, V.: Geoinformatika – nový vítr do plachet geografie. Geografické rozhledy, ročník 12 (2002-2003), číslo 4, příloha Orbis pictus (strany I - IV).

Novotná, M. a Voženílek, V.: Zkoumejme svět pomocí GIS. Geografické rozhledy, ročník 13 (2003-2004), číslo 1, strany 10 - 11.

Tuček, J.: Geografické informační systémy – principy a praxe. Computer Press 1998, 1. vydání, 424 stran.

_________________________________________________________________________________ Strana 13 (celkem 13) Verze: 29. září 2006

Autorská práva

V tomto výukovém materiálu byly použity otisky obrazovky programů ArcMap

a ArcExplorer. Části tohoto dokumentu obsahují duševní vlastnictví firmy ESRI

a osob, které udělují licenci a jsou zde použity na základě licence. Copyright

© 1999 - 2004 ESRI, Inc., všechna práva vyhrazena.

Obrázky č. 2, 3 a 5 byly vytvořeny za použití dat z databáze ArcČR © 1997

ARCDATA PRAHA, s.r.o.

Tento výukový materiál vznikl v rámci projektu SIPVZ 0323P2005.

© Gymnázium Františka Palackého Valašské Meziříčí, 2006

Sestavil: Martin Jáč (kontakt:martin.jac@gfpvm.cz)