Ugrás a tartalomhoz

Topográfia 9., Digitális topográfiai térképezés alapfogalmai

Mélykúti Gábor (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

9.2 Digitális térképek jellemzői

9.2 Digitális térképek jellemzői

9.2.1 Objektum tulajdonságai

Minden tereptárgy többféle tulajdonsággal rendelkezik, mely a tereptárgy fizikai paramétereire, állapotára, rendeltetésére, használatára, egyéb nem műszaki tulajdonságaira utal. Egy tereptárgy tulajdonságai közül az egyik – egy adott felhasználás szempontjából – kiemelkedő szerepet játszik. Ez a kitüntetett tulajdonság különbözteti meg az egyik fajta tereptárgyat a másiktól (pl. a sokféle építmény közül az állandó jellegű épületeket, a hidakat, a templomokat, kutakat stb. megkülönböztetjük egymástól). Ezeket a kitüntető, megkülönböztető tulajdonságokat azonosítóval, kóddal helyettesíthetjük. Egy ilyen kóddal ellátott tereptárgy a digitális térkép alapeleme az objektum. Tehát az objektum a valóság, a terep egy konkrét fizikai vagy fogalmi egysége, amely egyedi tulajdonságokkal rendelkezik (pl. fizikai egység: egy épület, logikai egység: egy település), és egy kóddal azonosítunk.

Egy objektum tulajdonságai két fő csoportra oszthatók: mennyiségi és minőségi tulajdonságokra. A térképészetben ez a két csoport: az objektumok helyzeti és tematikus tulajdonságai.

Az objektum helyzeti tulajdonsága szintén két részre osztható:

  • az egyik a geometriai,

  • a másik a topológiai tulajdonság.

A geometria egy koordináta rendszer segítségével adható meg. Ebben határozható meg az objektum formája, pontjainak relatív és abszolút helyzete, valamint metrikussága.

A topológia az objektumok nem metrikus térbeli és szerkezeti kapcsolatait írja le (pl. szomszédság, illeszkedés, metsződés,...). A topológiai tulajdonságok nem változnak a különböző transzformációk hatására . Pl. ha a terepen egy épület sarkától indul a kerítés, akkor bármilyen vetületű térképet is használunk, az épület sarka és a kerítés vonala találkozni fog. Ez még azon a térképvázlaton is így lesz, amit pl. a numerikus felmérésnél a terepen szabad kézzel rajzolunk. Pedig azon a vázlaton nincs is koordináta rendszer, geometriai pontosságról nem beszélhetünk, hiszen csak szabad kézzel, a terep látványát, pontosabban az egyes tereptárgyak egymással való kapcsolatát – topológiáját – rögzítjük. A numerikus felmérésnél tehát

  • a mérési vázlat rögzíti az objektumok topológiáját (nem metrikus tulajdonságait, azaz melyik pontot melyik ponttal kell összekötni),

  • a mérési jegyzőkönyv pedig az objektumok geometriai (metrikus) tulajdonságait tartalmazza.

A geometria és a topológia együtt határozza meg az objektumok helyzeti tulajdonságait, és teszi lehetővé a terep térképének a kirajzolását.

Az objektumok egyéb tulajdonságait tematikus információknak, vagy leíró adatoknak is szokás nevezni (pl. erdőben a fafajta, famagaság, stb.).

Az objektumot tehát az objektum kód azonosítja és az egyediségét és a többi objektumhoz való viszonyát a:

  • a

  • és a

  • határozza meg.

9.2.2 Fogalmi változások a digitális térképen

A digitális térképek előállítása és használata során az analóg térképekkel kapcsolatban természetesnek tűnő fogalmak új értelmezést kapnak. Ezeket tekintjük át röviden a következő fejezetekben.

9.2.2.1 Geometria és grafika

Az analóg térképeken a tereptárgyakat megjelenítő térképjelek geometriai elhelyezkedése, egymáshoz viszonyított helyzetük, tematikájuk rögzítése kizárólag a grafikus megjelenítés segítségével vált lehetségessé. A digitális térképeken a tereptárgyakat reprezentáló objektumok a geometriai, topológiai és tematikus információk segítségével digitális (numerikus) formában kerülnek rögzítésre. Grafikus információ csak akkor kapcsolódik ezekhez a numerikus adatokhoz, ha az objektumokat valamilyen eszközön meg kívánjuk jeleníteni. A geometriai adatokhoz esetenként hozzárendelt grafikus adatok határozzák meg, hogy egy térbeli objektum

  • egy meghatározott tematika szerint (pl. autós térkép, turista térkép, stb.),

  • egy meghatározott eszközön (papír, képernyő,...) hogyan jelenjen meg.

A grafikus adatok a

  • helyzeti adat okból ( geometria és topológia ) és a

  • grafikus leíró adat okból állnak.

9-1. ábra Mért pontok, GEOMETRIA

9-2. ábra Mért pontok összekötéssel, TOPOLÓGIA

9-3. ábra Geometria, topológia, és megjelenítés különbözőgrafikus leíró adatokkal

A grafikus leíró adatok lehetnek pl.: vonaltípus, vonalvastagság, szimbólum, szimbólum méret, szín, felület kitöltési minta, betűtípus, betűméret, szövegelhelyezés paraméterei, stb.

Tehát megállapíthatjuk, hogy a geometria nem azonos a grafikával , a digitális adatállományokban ezt a két fogalmat élesen meg kell különböztetnünk egymástól.

9.2.2.2 Adattárolás és adatmegjelenítés

Amíg az analóg térképek az adatok megjelenítésével egyidejűleg az adatok tárolását is biztosították, addig a digitális térképeken az adattároló és az adatmegjelenítő funkció szétválik egymástól. Digitális térképek esetén a (geometriai, topológiai, tematikus) adatok tárolása a számítógépben kódokkal, koordinátákkal történik és független a grafikus megjelenítéstől. Az esetenkénti és különböző szempontok szerint történő megjelenítésekhez mindig meg kell határozni egy grafikus leíró szabályrendszert (LUT, look-up table), amelyen keresztül a numerikus adatok az adott megjelenítő eszközön leképződnek.

9.2.2.3 Méretarány fogalma

A digitális térképek (kódok, koordináták) elvileg méretarány függetlenek, illetve a méretarány értelmezése más tartalommal bír, mint a papír térképek esetében. A tárolt numerikus adatok (képernyőn, plotteren) tetszőleges nagyításban megjeleníthetők. Az adatállományok kezelhetősége és az adatok műszaki használhatósága azonban korlátokat szab a tetszőleges méretű nagyításnak, vagy kicsinyítésnek. A korlátlan mértékű (ész nélküli) nagyításnak, vagy kicsinyítésnek két paraméter állít ésszerűségi határt:

  • az adatok pontossága, és

  • az adatok sűrűsége.

9-4. ábra Méretarány változtatás adattartalom változtatás nélkül

A digitális adatrendszer pontossága nem csak a pontok meghatározásának a pontosságától függ, hanem hatással van rá a mintavételezés sűrűsége, a „felbontás” is. (Tehát az is, hogy egy tereptárgyról milyen sűrűn vettünk fel részletpontokat.) A mérési pontosságnak és az adatsűrűségnek egymással összhangban kell lennie, illetve az egy pont meghatározásának pontossága még nem határozza meg az egész adatrendszer pontosságát. Ha a mintavételezésnél elkövetett elhanyagolás meghaladja a pontmeghatározás pontosságának értékét, akkor az lesz az egész adatrendszer pontosságára jellemző adat. Ha pl. egy épület felmérésénél nem vettük figyelembe a falsík 1 méternél kisebb ki és beugrásait, de a fő töréspontokat elektronikus tahiméterrel 2 cm pontosan megmértük, nem mondhatjuk, hogy az egész épületet 2 cm pontossággal felmértük. A grafikus felmérésnél ez a két fogalom nem vált szét egymástól, hiszen az 0,1 mm-es rajzi pontosság eleve nem tette lehetővé, hogy pl. az 1:10 000 méretarányú felmérésnél az 1 m-nél kisebb változásokat egyáltalán „tároljuk”, azaz kirajzoljuk.

A méretarány fogalmát tehát a digitális térképek esetében két fogalommal, az adatpontossággal és az adatsűrűséggel kell helyettesíteni.

A nagy adatsűrűség viszont nagy adatmennyiséget eredményez, az adatok mennyisége viszont határt szab az egy egységben feldolgozható és kezelhető terület nagyságnak. A túl részletesen, sok részletponttal felvett objektumok csak kis területen kezelhetők hatékonyan interaktív környezetben. A részletesség (a felbontás) nyilvánvalóan összefüggésben van a pontossággal, hiszen az egymáshoz közel eső részletpontokat megbízhatóan meg kell tudni különböztetni egymástól, és az egymáshoz viszonyított helyzetüket is a valóságnak megfelelően kell tudni visszaadni.

A megkövetelt, vagy célszerű adatpontosság és adatsűrűség meghatározásához tehát a digitális térképek esetében is az analóg térképek méretarány szemléletét lehet követni annyiban, hogy megkülönböztetünk:

  • a nagyméretarányú térképeknek megfelelő pontosságú és adatsűrűségű digitális térképi állományt, (általában műszaki nyilvántartási célokra),

  • közepes méretarányú térképeknek megfelelő pontosságú és adatsűrűségű digitális térképi állományt (általában azokon az alkalmazási területeken, ahol a topográfiai térképeket használták korábban)

  • kisméretarányú térképeknek megfelelő pontosságú és adatsűrűségű digitális térképi állományt (általában tematikus térképezés alapjaként használható, illetve regionális jellegű feladatok ellátásához)

9.2.2.4 Szöveges információ digitális térképeken

A térképeken különböző típusú megírások is szerepelnek. A térképeken ezt névrajznak nevezzük, mely lehet egy tereptárgy neve (település név, domborzat név, vízrajzi nevek, stb.), vagy egy tulajdonság, műszaki paraméter (pl. út számozása, út burkolata, híd teherbíró képessége, stb.). Ezeket az információkat általában szöveges, vagy leíró adatoknak nevezzük. Ezek a szöveges adatok, paraméterek három féle módon szerepelhetnek a digitális térképi adatok között:

  • szöveges objektum (a geometriai adatokkal egy szinten tárolt szöveg),

  • geometriai adat attribútuma (geometriai adathoz rendelt információ),

  • geometriai adatrendszerhez kapcsolt szöveges adatbázis formájában.

A geometriai adatbázisban tárolt adatokat a grafikus adatok segítségével lehet megjeleníteni, míg a külső, szöveges adatbázisban tárolt adatok egyrészt megjeleníthetők, másrészt vezérelhetik a grafikus megjelenítést. (pl. adott típusú vezetékek piros színnel jelenjenek meg, vagy egy adott időpont előtt épült vezetékek színe kék legyen, stb.)

9-5. ábra Szöveges információ típusai

9.2.2.5 Egyezményes jelek alkalmazása digitális térképeken

A térképeken az egyezményes jelek alkalmazásának szükségességét és következményeit már tárgyaltuk. A digitális térképek esetén a jelkulcsokat szimbólum-könyvtárak formájában hozzuk létre. Az egyes megjelenítések függvényében rendeljük hozzá a geometriai és szöveges adatbázisokhoz a megfelelő grafikus adatokat tartalmazó , méretarányfüggő szimbólum könyvtárat . A különböző méretarányokban és a méretarányok közötti váltásnál – ami a digitális térképek esetében oly gyakori (zoomolás) – az alkalmazott szimbólumok és feliratok mérete és sűrűsége nem változtatható automatikusan. Hiszen egy felirat, vagy egy jel mérete nem nőhet pl. 2 mm-ről 20 mm-re, ha a megjelenítés méretarányát 1:5000-ről 1:500-ra változtatjuk.

A szimbólumok definiálása és alkalmazása nem lehet minden esetben egységes, hiszen több szempontot is figyelembe kell venni egy térkép, vagy térképszelvény esetén.

Például a szimbólum mérete

  • a térkép nagyításával együtt folyamatosan változik,

  • a térkép nagyításakor csak fokozatosan, lépésenként változik, (egy térkép méretarány intervallumhoz egy szimbólum méret tartozik),

  • a nagyítástól független, állandó érték,

  • egy paraméter függvénye,

és a szimbólum tájolása

  • mindig É-D irányú, (pl. Észak jel, koordináta hálózat),

  • egy megadott síkrajzi elemhez kötött, (pl. út paraméterei, folyó neve)

  • a térkép keretvonalával párhuzamos, (pl. felületkitöltő jel, település név).

9-6. ábra Példa a keretvonal és a szimbólumok elforgatására

A különböző értelmű szimbólumtájolásnak különösen akkor van szerepe, ha általános irányú térkép kivágatot készítünk (pl. vonalas létesítmények tervezéséhez). A feliratokat ebben az esetben is a térképszelvény hosszabbik oldalával párhuzamosan, azaz a szemlélési irányunknak megfelelően szeretnénk látni, persze csak azokat, melyek elfordulhatnak az északi iránytól, vagy egy objektum irányától.

9.2.3 Kétszintű adatmodell fogalma

Abban az esetben, ha a digitális térképi objektumokat megjelenítjük, azt mindig csak egy adott méretarányban tudjuk megtenni. Amíg az eredeti, mért koordináták tárolása méretarány független lehet, a megjelenítés minden esetben méretarányfüggő . A megjelenítés nagyon sok objektum esetében csak egyezményes jelekkel, szimbólumokkal történhet. A jelkulcsos ábrázolás tulajdonságait és következményeit már láttuk:

  • az objektumokat sok esetben csak méreten felül tudjuk ábrázolni,

  • ennek következtében az egyes objektumokat el kell mozdítani,

  • egyszerűsítéseket, összevonásokat kell alkalmazni.

A jelkulcsos ábrázolásnak ez a három fő jellemzője a digitális térkép tárolt koordinátáira nézve a megjelenítés során az alábbi következményekkel jár:

  • Ha egy objektumot nem az alaprajzával rajzolunk ki, mert az nagyon kicsi lenne, akkor a határvonalán mért koordinátáit egy szimbólum koordinátáival helyettesítjük a megjelenítéskor.

  • Ha egy objektumot a méreten felüli ábrázolás miatt el kell mozdítani a helyéről, a mért koordinátákat megváltoztatjuk.

  • Ha egy objektum alaprajza az adott méretarányú megjelenítéshez túl részletes, akkor az egyszerűsítés, összevonás miatt egyes pontok mért koordinátáit elhagyjuk, vagy megváltoztatjuk.

A mért koordináták nagy részét a megjelenítés méretarányának függvényében megváltoztatjuk. Ez végeredményben azt jelenti, hogy egy teljesen új geometriai adatrendszert hozunk létre. Ha nem akarjuk, hogy az eredeti – a terepi – állapotnak megfelelő koordináták elvesszenek, akkor új adatállományt hozunk létre a megjelenítéshez .

Az eredeti, a mért koordinátákat tartalmazó adatrendszert nevezzük topográfiai adatmodellnek (vagy topográfiai adatbázisnak).

Az adott méretarányú megjelenítés érdekében a megváltoztatott koordinátákat és szimbólumokat tartalmazó adatrendszert nevezzük kartográfia adatmodellnek (vagy kartográfiai adatbázisnak).

Egy topográfiai adatmodellből a kartográfiai adatmodell mindig előállítható, fordítva azonban nem, mert nem ismerjük a kartográfiai modell előállítása során alkalmazott koordináta változtatások helyét, módját és mértékét. Ezért egy analóg térkép digitalizálásával az ábrázolt területnek a kartográfiai modellje előállítható, a topográfiai modellje azonban nem.