Földfelszín modellezés

Átírás

1 Földfelszín modellezés A topográfia és kartográfia a digitális világban Dr. Juhász Attila 2011.

2 Tartalom Előszó A digitális topográfia és kartográfia alapfogalmai A topográfiai modellezés A kettős adatmodell a digitális topográfiában és kartográfiában Digitális domborzatmodellezés Magassági adatok és modellezésük Adattípusok Modellezés Adatszerkezetek Felületmodellezési eljárások Interpoláció Adatgyűjtési eljárások Elsődleges adatgyűjtés Másodlagos adatgyűjtés A digitális térkép megjelenítési, tervezési szempontjai Méret, felbontás Színek, színmodellek A térképek színvilága A színmodellek A színre bontás Hierarchia Térképi objektumok közötti hierarchia A végső térképmű (Layout) elemei közötti hierarchia Térképi fájl formátumok Raszteres formátumok Vektoros formátumok Metafájl formátumok Konverzió a formátumok között Webes térképezés Az internet és a térképek Web térképészet Webkartográfia

3 Web GIS Mobil web térképek A web fejlődése Web Web 3.0 és Digitális Föld-, és városmodellezés Virtuális földgömb Városmodellek Adatgyűjtési módszerek Gyakorlati példák Az idő kezelése adatbázisokban Az idő kezelésének lehetőségei Gyakorlati megvalósítások Irodalomjegyzék:

4 Előszó Célunk e mű keretei között a Föld felszínének, valamint felszíni objektumainak modern eszközökkel történő modellezésének adatforrásait, eljárásait, termékeit átfogóan bemutatni. A térképezés, illetve a földmérés az egyik legősibb tudományág. A komoly tapasztalatokon nyugvó elméleti alapok ma sem sokat változtak, csupán az eszközrendszerek alakultak át. Ezek viszont robbanásszerű gyorsasággal. Ebből kifolyólag az alapfogalmak bemutatásán túl a hagyományos térképezés részleteinek ismertetése nem szerepel e mű céljai között, hiszen a megfelelő irodalom már rendelkezésre áll, hasonlóan a digitális térképezés alapfogalmainak tekintetében is. Azonban az eszközök (adatgyűjtéstől a vizualizációig) és alkalmazások (CD- ROM-tól a web 2.0-ig) gyors fejlődése indokolja egyfajta összefoglalás elkészítését e területen is. A fejezetek döntő részében tehát ezekre koncentráltunk, olyan témaköröket is bevonva az ismertetésbe, melyek még ma is ki- és átalakulóban vannak. Érintjük az idő adatokat is, mint a térinformációs rendszerek, illetve a digitális térképrendszerek negyedik dimenzióját, hiszen az elmúlt évtizedben elérkezett az idő ideje e tudományterületeken is! Természetesen az összefoglalás keretei között csak egyes érdekesebbnek vélt témakör részletesebb kifejtése történt meg, mert a terjedelmi korlátok csak ezt tették lehetővé. Azonban azt gondoljuk, hogy a téma érdeklődői hasznos információkra lelhetnek a mű olvasása közben. 4

5 1. A digitális topográfia és kartográfia alapfogalmai A digitális topográfia és kartográfia alapfogalmai kapcsán elsőként a legfontosabb fogalmak definícióját szükséges meghatározni. A földmérés és térképezés tudományának több ezer éves története során a térkép, a topográfia és a kartográfia fogalmai letisztultak. Az alábbiakban elsőként ezeket a definíciókat közöljük. A térkép, a földfelszín mely határfelületként elválasztja a légkört a szárazföldektől és vízfelületektől és a hozzá kapcsolódó térbeli alakzatok és jelenségek mértékhez kötött és rajzi vonatkozású modellje. A topográfiának a Föld felszínének rajzi formában történő rögzítése a célja. Ennek érdekében a felszín és a felszínhez közeli tereptárgyak (természetes és mesterséges) felmérése és ábrázolása történik meg: felülnézetben és vízszintes vetületben adott méretarány szerint kicsinyítve szükség esetén jelek felhasználásával domborzattal együtt ábrázolva. A kartográfia a térképek és egyéb kartográfiai ábrázolási formák (földgömb, fototérkép) készítésének és használatának tudománya. Ezek a klasszikus fogalmak a hagyományos (papíralapú) térképezés korának megfelelően vannak definiálva. A technológiai fejlődés, a számítástechnika megjelenésével a digitális térképezés is létrejött és mind szélesebb körben vált ismertté, majd hétköznapivá, köszönhetően például a navigációs eszközöknek. Az eszközrendszer átalakulása alapjaiban nem változtatta meg a fenti fogalmakat, de komoly különbségek figyelhetők meg néhány fontos területen: A hagyományos méretarányfogalmat egyes területeken felváltotta az adatpontosság és adatsűrűség (aggregációs szint) kettőse. A digitális térképi állományok esetében külön kell választani az adattárolás és a megjelenítés funkcióját, ellentétben a papír térképekkel, ahol mindkét funkciót maga a térképmű látta el. A két funkciónak megfelelően a korszerű adatbázisok része egyrészt a topográfiai adatmodell (mért adatok, egységes rendszer), másrészt a kartográfiai adatmodell (méretarányfüggő, szerkesztett, jelkulcsolt). A megjelenítésben egyre nagyobb hangsúlyt kapnak a háromdimenziós ábrázolások. Korunk térképfelhasználóinak illik tisztában lennie ezekkel az alapvető fogalmakkal és különbségekkel, hiszen találkozhat a hagyományos térképművekkel és a digitális térképek igen változatos megvalósításaival is. Mára néhány digitális alkalmazás már a társadalom széles köreiben ismert és népszerű. Ezek közül is kiemelkednek a navigációs célú és a közösségi web keretei között megvalósuló különböző térképi alapú alkalmazások. Emellett azonban nem sokat veszítettek jelentőségükből a hagyományos papíralapú térképek sem, hiszen sok feladat megoldásához megfelelőnek bizonyulnak és az áruk is igen versenyképes. A hétköznapi, illetve a szakmai térképfelhasználók olyan változatos kínálattal találják szembe magukat, ami megköveteli az alapvető térképészeti ismereteket a helyes döntéshozatalhoz és választáshoz. 5

6 1.1. A topográfiai modellezés A digitális térképezés és a térinformatika korai időszakában viszonylag jól megfigyelhető volt e két tudományág párhuzamos, de nagyrészt különálló fejlődése. Ez fokozottan igaz volt a szoftverek funkcionalitásának tekintetében. Idővel aztán elmosódtak ezek a határvonalak és mára már eljutottunk oda, hogy nem is érdemes különválasztani ezeket az alkalmazásokat. A digitális topográfia elméleti alapját jelentő modellezési folyamat is nagyon hasonlít a térinformatikában ismerthez (1. ábra). Az elméleti vagy fogalmi modell alapját a topográfiai elemek jelentik, melyek körültekintő definiálása elengedhetetlen. Az elemek egy-egy kitüntetett tulajdonsága jelenti a későbbi objektum kódot, azaz az alapazonosítót. Az objektumok jellemzésére ugyanazon szempontokat használjuk, mint a GIS esetében és fizikai modell megvalósulása is térinformatikához hasonlatos. 1. ábra: A topográfiai modellalkotás folyamata 1.2. A kettős adatmodell a digitális topográfiában és kartográfiában. Ahogyan azt már az 1. fejezetben említettük, a korszerű digitális térképészet kétszintű adatkezelést követel meg. Első lépésként a valóság absztrakt leképezése történik meg előre definiált szabályok alapján, melyeket egy úgynevezett objektumkatalógus tartalmaz a geometria és az attribútumok tekintetében is. Ez egyfajta hierarchikus rendszer, mely alkalmas a környezetünk (annak elemeinek) topográfiai célú felosztására. Az eredmény a digitális topográfiai modell lesz, mely az eredeti mérési és leíró adatokat, a topológia egységes keretbe rendezett leírását tartalmazza és tulajdonképpen méretarány függetlennek tekinthető (természetesen a felmérési méretaránnyal jellemezhető). A topográfiai modell szolgál a későbbi, szerkesztések végrehajtása után létrejövő egy vagy több kartográfiai modell alapjául. A digitális kartográfiai modellek mindig valamely méretarányhoz kötöttek és saját jelkulcs készlettel rendelkeznek. Létrehozásukkor általában az alapvető kartográfiai átalakítások mindegyikét fel kell használni: Méreten felüli ábrázolásra akkor kerül sor, ha a jelölt objektum a megjeleníthető méretnél kisebb, de kiemelt jelentőséggel bír (pl. egyedül-álló fa). Elmozdításra akkor kerül sor, ha két fontos objektum között a térköz nem elegendő nagyságú. Ekkor, adott hierarchia szerint kell elvégezni az eltolást (pl. egymáshoz közel futó főút és vasút) 6

7 Összevonásra pedig akkor van szükség, ha az adott méretarányban már nem lehet az eredeti részletességgel ábrázolni az adott objektumot, így a kisebb részleteket elhagyva, de a jellegzetes körvonalat megtartva ábrázoljuk azt. A generalizálással kapcsolatosan meg kell jegyeznünk, hogy a digitális térképészet folyamatában tulajdonképpen két lépcsős generalizálás történik. Az első lépés a valós környezet leírásakor, azaz a topográfiai modell kialakításánál valósul meg. Hiszen meghatározzuk azokat az elemeket, amelyeket egyáltalán figyelembe veszünk és a felmérésük méretarányát is. A második lépcsőre pedig a kartográfiai modell létrehozásakor van szükség, amikor a végleges méretarány szerint alakítjuk át az eredeti adatainkat. A topográfiai és a kartográfiai adatmodellek közötti kapcsolat 1-N típusú, ami azt jelenti, hogy egy topográfiai adatbázisból több kartográfiai termék is előállítható, viszont visszafelé nem lehetséges az egyértelmű leképezés A digitális topográfia, kartográfia és a térinformatika A digitális topográfia és kartográfia, valamint a térinformatika összevetését érdemes a kialakulásuktól elkezdeni. A kezdeti korszakban mindkét technológiának jól behatárolható alkalmazói, illetve felhasználói köre volt. A kezdeti szoftver verziók alapvetően ezeknek a felhasználói igényeknek a kielégítésére jöttek létre. Mik is voltak ezek a kiemelt szempontok az egyes alkalmazások esetében? A digitális kiadvány és térképszerkesztés kialakulásakor az alábbi prioritásokat kellett figyelembe venni: egyszerűen kezelhető szoftverkörnyezet, amely használható a teljes munkafolyamat során centralizált adatállomány lehetőség az alapvető generalizálási eljárásokra: eltolás, méreten felüli ábrázolás, összevonás kartográfiai funkciók, melyek biztosítják a változatos kimenetet, a különböző elvárásokhoz (méretarány) kartográfiai funkciók, melyek biztosítják a kiváló minőségű térképi kimenetet (színpaletta, szimbólumrendszer) a térkép készítés művészi szabadságának biztosítása WYSIWYG (what you see is what you get) (lásd ) közzétételi vagy publikációs lehetőségek Ezzel szemben a térinformációs rendszerekkel szembeni elvárások eltérőek voltak: geometriai és attribútum adatok együttes és egységes kezelése topológiai szempontok figyelembe vétele változatos elemzési, lekérdezési funkciók külső adatok integrálásának lehetősége lehetőség szerinti automatizálás külső dokumentumok link -elése Az egyes technológiák hiányosságai azt eredményezték, hogy évekig egymástól függetlenül fejlődtek ezek az alkalmazások. Idővel azonban láthatóvá vált, hogy mindkét csoportnak érdemes pótolnia ezeket a lemaradásokat. Ez azt jelentette, hogy a térképészeti célú szoftverekben megjelentek a háttér adatbázisok és az alapvető elemzési funkciók, míg a GIS szoftverek alkalmasakká váltak minőségi térképek előállítására. Ez utóbbit azok a funkciók tették lehetővé, melyeket az alábbiakban sorolunk fel: 7

8 kartográfia modell kezelése kartográfiai célú megjelenítési szabályok kivételek, szabályok felülírásának lehetősége kartográfiai szerkesztő eszközök automatizálási és optimalizálási lehetőségek térkép sorozatok és atlaszok előállítása grafikus kontroll és fokozott vizualizáció A fentiek közül érdemes néhánnyal részletesebben is megismerkednünk. A kartográfiai modellel már az előző alfejezetben (1.2.) megismerkedtünk, így itt most erre nem térünk ki. A kartográfiai célú megjelenítés esetében tulajdonképpen a helyes egyensúly kialakítására kell törekedni az automatizált reprezentációs szabályok betartása és az egyéni művészi szabadság, valamint az egyedi kivételek kezelésében. A következő ábrán (2. ábra) látható képsorozaton egy egyszerű, de tipikus példán keresztül mutatjuk be a kartográfiai szabályok és kivételek működését. Gyakori probléma az utak szaggatott vonallal történő megjelenítésekor a csomópontok esztétikus ábrázolása. Az első két képen a szokásos GIS megoldásokat láthatjuk, elsőként egyszerű folytonos vonallal, majd szaggatottal megjelenítve az utakat. A bekarikázott csatlakozási pontok és kanyarulatok megtéveszthetik a felhasználót. Ezek az apróságok az esztétikai hiányosság mellett elbizonytalaníthatják a térkép használóját, például egy távolság mérésekor vagy becslésekor. A harmadik képen egy kartográfiai szabálynak köszönhetően már javult a helyzet. Az utakat szimbolizáló vonalak végpontjainál egy-egy fél szaggatott vonal jelent meg, így téve precízebbé az ábrázolást. A további finomításhoz a térkép készítője megteheti azt, hogy a megfelelő szaggatott vonaldarabka középpontját a kanyarulat közepéhez igazíja (2. ábra 4. kép), de a szabályoktól is eltérhet, egy-egy kivételt definiálva, és így megváltoztatva egy útszakasz grafikus jellemzőit (2. ábra 5. kép) 2. ábra: Kartográfiai célú megjelenítés lehetőségei a GIS-ben (Swisstopo) 8

9 A feladat-specifikus megjelenítési szabályok és a kivételek is tárolhatók a térinformációs rendszerekben, hasonlóan a geometriai és az attribútum információkhoz. Ez a megoldás lehetővé teszi, hogy elkerüljük a különböző megjelenítési módok okozta redundáns adattárolást. Sőt, dinamikus megoldást kínál arra, ha az eredeti GIS adatbázisból szeretnénk különböző levezetett méretarányban megjelenítendő információkat kinyerni. A szabályok működését a 3. ábrán mutatjuk be, ahol az eredeti térinformatikai (vonalas) objektumból egy szabály két vizuális réteget (megjelenítést) generál a térképen az elsőben az eltolás és a szaggatott vonallal ábrázolás (geometriai effektusok előzik meg az alap szimbólum alkalmazását), míg a második esetben egy markerrel történő kitöltés hozzárendelése történik meg. A lehetséges eredmény az ábra alsó részén látható. 3. ábra: Kartográfiai célú megjelenítés folyamata A kartográfiai szerkesztőeszközök segítségével a három alapvető térképi átalakítás hajtható végre, melyek elsősorban az olvashatóság és a nyomtathatóság érdekében történnek (4. ábra): eltolás: a térképi elemek egymáshoz vagy önmagukhoz történő elmozgatása az eredeti helyükről összevonás: a megjelenítés méretarányához képest túl részletes ábrázolások egyszerűsítése méreten felüli ábrázolás 9

10 4. ábra: Kartográfiai átalakítások (OSGB) Látható tehát, hogy a térinformációs szoftverek legújabb verziói már képesek megfelelni a kartográfiai elvárásoknak is. A funkciók egy része már az alapprogramokba kerülnek beépítésre, míg másik részüket külön alkalmazásként tölthetjük be. Léteznek ezeken kívül önálló programok is, melyek segítséget nyújthatnak munkánk során. Ilyen például a Maplex nevű program, amely a térképi szövegek és címkék elhelyezésében nyújt támogatást, csökkentve a kézi szerkesztéssel eltöltött időt. 10

11 3. Digitális domborzatmodellezés A domborzat a körülöttünk lévő környezet szerves része, így már a térképkészítés kezdeti időszakaitól kezdődően ábrázták a síkrajzi elemekkel párhuzamosan. Kezdetekben kizárólag tájékoztató funkciót töltött be (oldalnézetes, madártávlati, pillacsíkos), majd később megjelentek a geometriailag megalapozott megoldások is (csíkozásos, színfokozatos eljárások), melyek már egy alapszintfelülettől mért abszolút magasságot ábrázoltak. A szintvonalas magasság ábrázolás Magyarországon a II. katonai felmérés ( ) térképein jelent meg először, majd a III. katonai felmérés ( ) térképein alkalmazták a ma is használt formában. Manapság, hasonlóan a síkrajzi objektumokhoz a magassági adatokat is kétszintű adatmodellben érdemes kezelnünk. A következő alfejezetekben a magassági adatokról, a modellezési eljárásokról, illetve a legfontosabb számítási feladatról az interpolációról közöljük összefoglalva a legfontosabb információkat. Bővebb leírásokat Dr. Mélykúti Gábor jegyzetei tartalmaznak Magassági adatok és modellezésük A magassági adatoknak kiemelt fontosságuk van a térképészetben, nemcsak a számtalan alkalmazás miatt, mely nem is működhetne ezen adatok hiányában, hanem azért is, mert a magasságra vonatkozó információkat időben változatlannak tekinthetjük. Hazánkban, általában csak kisebb területi kiterjedésben változnak meg a magassági viszonyok, többnyire emberi beavatkozásnak köszönhetően, így nagyon hasznosak lehetnek a legkülönbözőbb időbeli változásvizsgálatokban. A topográfiai megjelenítések tradicionálisan kétdimenziósak, így a magasság ábrázolást is ilyen keretek között kellett megoldani. Az elvárásoknak leginkább a szintvonalak használata felelt meg, illetve felel meg ma is. Azonban egyre szélesebb körben terjed el a háromdimenziós ábrázolás, köszönhetően a számítástechnikai eszközök és hálózatok fejlettségének. A modern térképészetnek meg kell felelnie ezen új igényeknek is Adattípusok A magassági adatokat alapvetően két fő típusra oszthatjuk: az abszolút és a relatív magasságok. Az abszolút magasság mindig valamilyen alapfelülettől mért derékszögű távolságot jelent. Ez az alapfelület általában valamely középtengerszint. Abszolút magassággal jellemezhetjük a terepi pontokat vagy kiemelt fontosságú objektumok tipikus pontjait (pl. templom magasság). Ezen adatok, mint a harmadik dimenzió információi a közös koordináta rendszer segítségével kapcsolódnak a két síkbeli koordinátához, azaz a három koordináta egyenrangú információként kezelendő. A terep jellemzőinek abszolút magassági adatokkal történő leírására az alábbi három megoldás létezik: DDM (Digitális Domborzat Modell): a fizikai földfelszín diszkrét pontjaiban meghatározott magassági adatokból álló modell DFM (Digitális Felszín Modell): a földfelszín és a tereptárgyak látható felszíneit leíró adathalmaz DSZM (Digitális Szintvonal Modell): a fizikai földfelszín szintvonalakkal történő modellezése A relatív magasságok mindig egy adott objektumhoz kapcsolódnak és azoknak a helyi tereptől való magassági eltérését definiálják. Ez azt jelenti, hogy a relatív magasság negatív 11

12 értéket is felvehet (pl. külszíni fejtés). Mivel egy-egy objektum sajátjaként van jelen a nyilvántartásban, ezért célszerűen attribútum adatként tároljuk a relatív magasságot Modellezés A terep magassági modellezéséhez, ami alapvetően matematikai feladat, igen sok szempontot kell figyelembe vennünk és változatos megoldások közül választhatunk: A magassági viszonyokat csak egy közelítő függvénnyel írhatjuk le, melynek nem ismerjük a típusát, paramétereit, de csak úgy valósítható meg a modellezés, ha egyértékű függvényt használunk. Ez azt jelenti, hogy egy vízszintes pozícióhoz csak egyetlen magasság tartozhat. A modellezésben részt vevő függvény érvényes lehet a teljes területre, vagy annak egy részterületére, de számíthatunk minden egyes új pontban egy-egy új függvényt is. A kialakított adatrendszerünk tartalmazhat úgynevezett struktúra adatokat (idom-, törésvonalak, jellemző magassági pontok), melyekkel tökéletesebben írhatóak le a domborzati viszonyok. Miután az alapvető függvény- és modelljellemzőket kiválasztottuk, végre kell hajtanunk a modellezés alapvető lépéseit: Levezetés (generation): adatgyűjtés, modellezés, eredményeképpen egy egységes szerkezetű adathalmaz áll elő. Számítások (manipulation): előkészítés, transzformáció, köztes modellek számítása Levezető számítások (interpolation): az eredeti adatokból új információk kinyerésére szolgáló számítások Megjelenítés (visualization): ábrázolás, szemléltetés Alkalmazások (application): többnyire mérnöki munkát segítő felhasználások Adatszerkezetek A magassági adatok későbbi felhasználásának elősegítése érdekében mindig valamilyen egységes szerkezetű adatstruktúra kialakítása szükséges. A digitális magassági modellekben a következő három adatszerkezettel találkozhatunk: Rács (grid): a magassági adatok egy síkban definiált szabályos rácsháló pontjaiban vannak megadva (5.ábra) Előnyei: szabályosság, gyors adatelérés, tömör tárolás, egyszerű számítások. Hátránya: a részletes modellezés nagy rácssűrűséget kívánhat, mely az adatok mennyiségének drasztikus növekedésével járhat. 12

13 5. ábra: Rács adatszerkezet Szabálytalan háromszög (TIN): a magassági adatok egy síkban definiált szabálytalan háromszögháló (Triangulated Irregular Network) sarokpontjaiban vannak megadva (6.ábra) Előnyei: strukturált modell, mely jól követi a terep jellegzetességeit, matematikailag jól kezelhető. Hátránya: a szabálytalan felépítése miatt nehézkesebb, összetettebb az adattárolás, kezelés, keresés. 6. ábra: TIN adatszerkezet Raszter: a magassági adatok egy síkban definiált sor oszlop rendszerben lévő elemi felületekhez (pixel) vannak hozzárendelve (7.ábra) Előnyei: mivel ez az adatstruktúra megfelel a digitális képek felépítésének, ezért a képfeldolgozásban ismert algoritmusok elvégezhetők az állományokon, alapvetően jó megjelenítési 13

14 lehetőségeket biztosít. Hátránya: a rácsos adatszerkezethez hasonlóan a domborzati formák részletes leírása nehézkes lehet, illetve nagyban növelheti az adatmennyiséget Felületmodellezési eljárások 7. ábra: Raszter adatszerkezet A domborzati viszonyok leírásához a megfelelő felületmodellezési stratégiát, eljárást kell kiválasztanunk. Ez nagyban függ a rendelkezésre álló magassági adatok eredetétől, szerkezetétől, illetve az elvárt minőségi paraméterektől. A követendő modellezési stratégiát alapvetően az alábbi csoportokból kell kiválasztanunk: A terepi magasságok leírása tekintetében: Függvényekkel: a vizsgált terület teljes egészén lehetővé teszi egy síkbeli pont feletti magasság kiszámítását. A függvények lehetnek folytonosak és nem folytonosak. Diszkrét pontokkal: a vizsgált terület magassági jellemzőit adott pontok és / vagy belőlük levezetett diszkrét pontok reprezentálják, azaz nincs teljes lefedés. A modellezési eljárás területi kiterjedése tekintetében: Egy függvény meghatározása a teljes területre (globális). A vizsgált terület felbontása számítási egységekre, és egységenként érvényes függvények meghatározása (lokális). A szomszédos függvényeknek folytonosan kell csatlakozniuk egymáshoz. Minden egyes ismeretlen magasságú pont számításához a kiválasztott függvény paramétereinek egy-egy új meghatározása. A következőkben a lehetséges felületmodellezési stratégiák legjellemzőbb példáit mutatjuk be rövid leírásukkal. 14

15 Globális folytonos függvények A területre egy Fourier-függvénysort írunk fel, ami szinuszos és koszinuszos függvények összegeként állítható elő. A sorozat valamennyi elemének folytonosnak kell lennie az egész területen. Változatos terep esetén a részletes leírás nehézkessé, illetve bonyolulttá válhat. A területre egy megfelelően kiválasztott fokszámú polinom együtthatóinak meghatározása is végrehajtható. Ez kiegyenlítéssel történhet és eredménye egy trend felület lesz. Természetéből adódóan ez a felület csak nagyjából írja le a domborzatot a lokális változásokhoz további számítások szükségesek (8. ábra). 8. ábra: Globális folytonos függvények a, Fourier-sor b, trend felület Lokális folytonos függvények A munkaterületet hézag- és átfedés-mentes részterületekre bontjuk és az egyes függvényeket vagy függvénykombinációkat csak ezeken értelmezzük. A szomszédos függvények folytonossága C 0, C 1, C 2 típusú lehet, mely sorrendben a függvényértékek, az első derivált (érintő) értékek, illetve a második derivált (görbület) értékek azonosságát jelenti. A területfelosztás történhet szabályos rács- vagy szabálytalan háromszöghálózatban. Előbbi esetben egy-egy rácselem felett számolhatunk bilineáris interpolációval (C 0 folytonosság) vagy spline illesztésével (C 1 folytonosság) (9. ábra), míg a háromszögek esetén egy sík illesztése vagy szintén a spline felület alkalmazása jelentheti a megoldást (10. ábra). 9. ábra: Lokális folytonos függvények rácshálóban a, bilineáris interpoláció b, spline felület 15

16 10. ábra: Lokális folytonos függvények háromszöghálóban a, sík felület b, spline felület Lokális nem folytonos függvények Ezen eljárásokban szintén a számítási részterületek definiálása történik meg elsőként. Az egyes függvények csak az adott részterület (cella) határáig érvényes (nettó terület), de a függvény paraméterek meghatározásába bele lehet vonni a szomszédos cellákba eső pontok egy részét is (bruttó terület). 11. ábra: Lokális nem folytonos függvények a, cellák bruttó és nettó területekkel b, raszter Ha a cella méretet kellően kicsire választjuk, eljuthatunk a pixelig, azaz egy raszteres rendszer létrehozásáig. Ennek az adatszerkezetnek a jellemzőire már a korábbiakban kitértünk (11. ábra). Diszkrét pontokkal A diszkrét pontokkal történő magassági modellezés első csoportjába a pontszerű adatszerkezetek tartoznak. Ezek a pontok lehetnek rendezettek, például egy szabályos rácshálónak megfelelő elhelyezkedésben vagy szabálytalanul lokálisan sűrítve vagy ritkítva a rácsháló felbontását. Lehetséges egy teljesen rendezetlen szórt ponthalmaz felhasználása is (12. ábra). 12. ábra: Diszkrét ponthalmazok a, szabályos rács b, szabálytalan rács c, szórt 16

17 A második csoportot a metszetek és struktúra vonalak alkotta a vonalas adatszerkezetek jelentik. A metszetvonalak lehetnek a terepnek vízszintes, illetve függőleges síkkal metszett vonalai is. (13. ábra) 13. ábra: Diszkrét pontok a, szintvonalak b, profil vonalak c, idomváz d, törésvonalak Előbbiek a szintvonalak, míg utóbbiak a profil vonalak. A struktúra vonalak pedig a terep topográfiai jellemző vonalainak reprezentációi. Az idomvázat az idomvonalak (völgy-, hátvonal) alkotják, a törésvonalak (rézsű alja, teteje) pedig a hirtelen lejtőszög változások helyeit jelenítik meg Interpoláció Interpolációnak nevezzük azt a feladatot, amikor egy függvény értékeit ismerjük független változók véges számú értékeire, és ezekre (vagy egy részükre) támaszkodva meghatározzuk egy tetszőleges, ismeretlen függvényértékű pontban a függvény értékét. Interpoláció esetén az ismeretlen függvényértékű pontot körbeveszik az ismert értékekkel rendelkező pontok. Az interpoláló függvényt, amely többféle is lehet, az ismert pontokra illesztjük és az ismeretlen pontban ez alapján számíthatunk közelítő függvény értéket. Az interpoláló függvényeket több szempont alapján is csoportosíthatjuk: dimenzió (független változók száma) típus interpoláció vagy approximáció (a függvény illeszkedik vagy nem az adott pontokra) kapcsolódó függvények matematikai folytonossága (C 0, C 1, C 2, lásd korábban) kapcsolódó függvények geometriai folytonossága (G 1, ha az érintők iránya azonos, de az előjelük különbözhet) 17

18 1D interpolációs eljárások Az egydimenziós interpoláció alkalmazásának akkor van értelme, ha az ismert pontjaink egy vonalas struktúrában adottak és a pontaik között kell egy ismeretlen helyen a függvény értéket meghatároznunk. A következőkben röviden összefoglaljuk a legfontosabb egydimenziós interpolációs eljárásokat. A Lagrange polinomok alkalmazása kézenfekvőnek tűnik, azonban óvatosan kell megválasztani a polinom fokszámát, hiszen magas fokszám esetében nagy valószínűséggel bizonytalanná válik az új pontokban a függvényértékek meghatározása. Ennek oka az, hogy ezekben az esetekben a polinomot az ismert pontok között nagy kilengések jellemezhetik. Ezért általánosságban az a megoldás, hogy több alacsonyabb fokszámú (általában harmadfokú) polinomokat illesztünk az ismert ponthalmazra. Harmadfokú polinomok esetén az együtthatók száma négy, ez azt jelenti, hogy egyszerre négy egymást követő ismert pontot kell felhasználnunk. Egy ilyen módon illesztett polinomot mindig a két középen elhelyezkedő pont közötti szakaszon lévő ismeretlen értékek számítására használjuk, majd egy ponttal odébb lépve új illesztést hajtunk végre. A módszer természetesen ötödfokú polinommal is végrehajtható, hat darab ismert pont figyelembe vételével. A szomszédos görbeszakaszok illeszkedése C 0, azaz csak a függvényértékek azonosak. A másik ismert eljárás a spline görbék használata. Ezek a görbék egy-egy csomópontok által határolt szakaszon belül azonos fokszámmal, de különböző együtthatókkal rendelkező polinomok, melyek a csomópontokban C 1 folytonossággal kapcsolódnak egymáshoz. A harmadfokú polinomok alkalmasak erre a megoldásra is. Az említett csomópontok esetünkben az ismert pontok lesznek, ahol az érintő értékeket is megadhatjuk. Az érintők értékeinek meghatározására több módszer is létezik, melyek alapján jól elkülöníthetők az egyes spline megoldások. Az általános megoldás szerint egy n darab pontból álló ponthalmazra (n-1) darab polinom írható fel, ami 4*(n-1) darab ismeretlent jelent. A ponthalmazra felírható feltételek száma pedig a következőképpen alakul: (n-1) darab polinom darabra felírható 2-2 feltétel, miszerint a csomópontokban a függvényértékek azonosak, (n-2) darab belső csomópontra felírható 2-2 feltétel szerint az adott pontokban csatlakozó szomszédos polinomok első és második deriváltjai azonosak Ezzel együtt az ismeretlenek száma kettővel több lesz. Ez a különbség úgy oldható fel, hogy ha zárt görbével állunk szemben, akkor egy-egy ponttal tovább kell haladnunk a számítás során, illetve nyílt görbék esetén az első és utolsó pontokban a második derivált értékét nullában határozzuk meg. 2D interpolációs eljárások A kétdimenziós interpolációt akkor alkalmazunk, ha egy sík pontjaihoz rendelten adottak az ismert magasságok és e pontok között kell egy ismeretlen helyen a függvény értéket meghatároznunk. Az eljárásokat érdemes aszerint csoportosítanunk, hogy az ismert pontjaink rendezett vagy rendezetlen (szórt) formában állnak rendelkezésre. Szabályos rácsháló esetén az alábbi eljárások közül választhatunk: Interpoláció súlyozással: az új pont függvényértékének meghatározásához csak az őt körülvevő négy sarokpont értékeit használjuk fel. A négy sarokpont értékének súlyozott számtani középértékét számíthatjuk. A súlyok származhatnak az új, illetve 18

19 sarokpontok távolságának, négyzeteinek reciprokából, vagy az új ponton keresztül húzott, rácsvonalakkal párhuzamos egyenesek és a rácsvonalak által definiált téglalapok területeiből. Bilineáris interpoláció: az előző alfejezetben már említettük ezt az eljárást, mely egy adott rácselem négy sarokpontjára illesztett hiperbolikus paraboloid illesztésén alapul. Ennek a függvénynek a tengelyirányú metszetei egyeneseket, az ettől eltérő irányú metszetek hiperbolát eredményeznek. Harmadfokú interpoláció: minden egyes rácselemre egy kétváltozós harmadfokú polinomot illesztünk, melynek tíz együtthatója van. Ezek számításához felhasználjuk az ismert függvényértékeket (4 darab), valamint a rács sarokpontok egyeneseibe eső külső szomszédok magasságainak bevonásával, 4-4 pontra illesztett egydimenziós harmadfokú polinomokból származó, sarokpontonként 2-2 darab érintő értékeket. Összesen tehát 12 darab értékünk van, ami túlhatározottságot eredményez, ezért kiegyenlítéssel számíthatjuk az együtthatókat, amelyek így már csak közelítő értékek lesznek. Ha az ismert pontjaink rendezetlenül (szórtan) helyezkednek el, akkor kissé bonyolultabb számítási eljárások jelenthetik a megoldást: Sikló felületek módszere: az ismeretlen függvényértékű pont adott környezetéből ki kell válogatnunk az ismert pontokat valamilyen pontszelekciós eljárással. A kiválasztott pontokra egy kétváltozós polinomot illesztünk, mely lehet vízszintes vagy ferde sík, másodfokú parabola és így tovább, a növekvő fokszámnak megfelelően. A polinom együtthatóit kiegyenlítéssel meghatározzuk, majd számítjuk az ismeretlen függvényértéket is. A következő új pontokban ezt az eljárást ismételgetjük. Ez egyfajta dinamikus számítást jelent. Kollokáció: az ismeretlen függvényértékű pont adott környezetéből szelektált ismert pontokra egy trend függvény meghatározása történik meg, majd a maradék eltérések, azaz a trend modellhibájának megbecslése, mint szabályos hiba. Az új pont értéke a trend felület értékének és a becsült hibának az összege. A trend függvény és a tényleges felület közötti eltérést szabályos (modell hiba) és szabálytalan (mérési hiba) részekre oszthatjuk és csak az előbbit tudjuk becsülni. Variációs spline interpoláció: Az eljárás lényege, hogy egy olyan függvényt keresünk, mely az ismert pontokban megfelelő értékeket vesz fel és egy minimális energiájú felületet képez. A membrán és vékonylemez modellekben a minimális energiájú függvényeket első, illetve másodfokú parciális deriváltakat tartalmazó függvények jelentik. Utóbbi megoldás inkább alkalmasabb a terepi magasságok modellezésére, mert nem tartalmaz éles töréseket. Az utóbbi eljárások esetében nagyon fontos a jó pontszelekciós eljárások alkalmazása, azaz azoknak az ismert pontoknak a kiválasztása, amelyek részt vesznek a további számításokban. A megfelelően végrehajtott pontszelekció egy egyszerűbb interpolációs eljárással sokszor jobb eredményt szolgáltat, mint a nagyobb számítási igényű bonyolultabb megoldások. A pontok kiválasztásának több lehetősége is van: Az ismeretlen pont környezetében, adott sugarú kör vagy adott oldalhosszú négyzet által lefedett területen elhelyezkedő, a kereső távolságon belül lévő pontok kiválasztása. Szektorok kialakítása is történhet úgy, hogy az ismeretlen pont környezetét felosztjuk egyforma szektorokra (4,8 szektor) és szektoronként a legközelebbi pontokat választjuk. 19

20 Számítási egységek definiálásával az ismeretlen pont adott környezetében lévő pontokat szelektáljuk ki és vonjuk be a számításba. Az egységek határain fellépő ellentmondásokat átlapolással (nettó-bruttó terület) csökkenthetjük (lásd 2.2 alfejezet, lokális nem folytonos függvények) A TIN hálózat is felfogható egyfajta pontszelektáló eljárásként, hiszen segítségével megadhatjuk egy-egy ismeretlen ponthoz azt a három ismert pontot, mely a legjobb alakú háromszöget (Delaunay) alkotja. o háromszög köré írt kör nem tartalmaz újabb ismert pontot o a háromszögek nem metszik egymást o a háromszög minimális szöge maximális o a háromszög oldalhosszainak különbsége minimális 20

21 4. Adatgyűjtési eljárások Minden olyan esetben, amikor a feladatunk a valós környezet leképezése valamilyen formában, a felhasználásra kerülő adatoknak kiemelt jelentősége van. Legyen az eredmény akár egy analóg (papír) térkép, digitális kartográfiai termék vagy térinformatikai adatbázis, ezekben az összegyűjtött adatok által hordozott helyzeti és tematikus információk jelennek meg. Az eredmény minőségére tehát döntő befolyással bírnak az egyes alkotóelemek jellemzői. Az informatikai, illetve a térinformatikai szakma is kiemelten foglalkozik a különböző adatgyűjtési eljárásokkal, hiszen az előállított rendszer alkotóelemei (hardver, szoftver, adat, felhasználó) közül a legértékesebbnek tekinti az adatot (14. ábra). Az adatgyűjtés igényli a legnagyobb ráfordítást az idő, a költségek és a munka tekintetében is egy térbeli adatokkal foglalkozó rendszer felépítésének folyamatában. Az adatgyűjtési eljárásokról, illetve az adatforrásokról igen széles irodalom áll rendelkezésre, így ebben a fejezetben csak a csoportosításokra, a főbb jellemzők és a legmodernebbnek tekinthető eljárások, források bemutatására szorítkozunk. Részletesebb leírásokat Dr. Detrekői Ákos és Dr. Szabó György publikációiban találhatunk. 14. ábra: Rendszerösszetevők jellemzői A rendelkezésre álló adatforrásokat többféleképpen lehet csoportosítani. Mivel a korábbiakban már kifejtettük a digitális térképészet és a térinformatikai között mára kialakult igen szoros kapcsolatot, ezért a térinformatikai adatforrások osztályozási szempontjainak figyelembe vétele tűnik a legszerencsésebbnek. A térinformációs rendszerekben a két alapinformáció típus a geometriai és az attribútum adat. Az elsődleges csoportosítási szempont természetesen ehhez a két típushoz köthető. Tehát meg kell különböztetnünk elsődlegesen geometriai és elsődlegesen attribútum jellegű adatgyűjtési eljárásokat. Az elsődleges szó arra utal, hogy viszonylag ritkán fordul csak az elő, hogy tisztán egyik vagy másik típusú adatokat kell beszereznünk. Mindkét eljárás csoport tovább bontható elsődleges és másodlagos adatgyűjtési eljárásokra. Elsődleges esetben az információkat közvetlenül az objektumról vagy annak valamilyen képéről szerezzük be, míg a másodlagos esetben egy már létező adatbázisból szerezzük be az adatokat, legyen az analóg vagy digitális. Alapvető különbségek vannak az alcsoportok között, melyek alapján el kell tudnunk dönteni, hogy az éppen aktuális feladatunkhoz melyiket is válasszuk. Az elsődleges eljárások mindig költségesebbek, időigényesebbek, de könnyebben hozzáigazíthatók a 21

22 konkrét elvárásokhoz (pl. pontosság tekintetében). A másodlagos adatforrásokhoz olcsóbban hozzájuthatunk, feldolgozásuk általában gyorsan kivitelezhető, ám adatminőségi szempontból csak az eredeti minőség vagy annál rosszabb produkálható. A következő alfejezetekben a geometriai adatgyűjtési eljárások egyes csoportjait tekintjük át, különös tekintettel a mai modern eljárásokra. Megemlítjük, hogy fontos csoportosítási szempont a területi kiterjedés is, azaz mekkora területet érint a térinformációs rendszer. Ez a csoportosítás szoros összefüggésben van a méretaránnyal. Három nagy csoportot lehet elkülöníteni, mégpedig a lokális, regionális és globális rendszereket és a hozzájuk tartozó adatnyerési eljárásokat. A lokális csoport jellemzően az M=1: méretarányig tart és általában a földi geodézia, GNSS és a fotogrammetria kerül alkalmazásra. Ezek lehetnek önkormányzati, kataszteri vagy közmű rendszerek. A regionális rendszerek a lokálisnál kisebb méretarányúak, körülbelül az M=1: határig. Általában környezetvizsgálati, topográfiai rendszerekről van szó, melyek adatai fotogrammetriai vagy távérzékelési eljárásból származhatnak. A globális rendszerek méretarány a regionálisnál is kisebb és döntően távérzékelési adatokkal operál. Mindhárom esetben fontos információforrást jelentenek a megfelelő méretarányú papír alapú térképek, digitalizált formában Elsődleges adatgyűjtés Az elsődleges adatforrások esetében tehát az információkat közvetlenül az objektumról vagy annak valamilyen képéről gyűjtjük. Az alábbi lehetőségek (néhány kulcsszóval kiegészítve) állnak a rendelkezésünkre, melyek közül néhányról részletesebben is szót ejtünk: földi geodéziai felmérések (derékszögű koordinátamérés, tahimetria, szintezés) műholdas helymeghatározási eljárások (GPS, GNSS) inerciális rendszerek (INS, IMU) fotogrammetriai eljárások (digitális munkaállomás, ortofotó) távérzékelés (Quickbird, Geoeye, Worldview, Lacrosse, Envisat) LIDAR mobil telefon felhasználása mobil térképező rendszerek A műholdas helymeghatározás szinonimájaként sokáig az amerikai GPS (Global Positioning System) rendszert használták, mert sokáig egyeduralkodónak lehetett tekinteni. A vele párhuzamosan fejlesztett szovjet GLONASS rendszer pénzügyi okok miatt elakadt. Mára azonban már a GNSS (Global Navigation Satellite System) elnevezés használata vált elterjedtté. Ez egy általános kifejezés a műholdas helymeghatározó rendszerek összességére. Napjainkban ugyan csak a két előbb emlegetett amerikai és orosz rendszerek működnek teljes kapacitással, de több más rendszer kialakítása is folyamatban van. Ilyen például az Európai Unió GALILEO, Kína COMPASS (BEIDUO) vagy India IRNSS rendszere. Az inerciális rendszerek önállóan vagy GNSS rendszerrel együttesen kerülnek alkalmazásra. Működési alapelvük szerint gyorsulási értékekből határoznak meg elmozdulásokat. Három irányban helyeznek el mérőeszközöket egymásra merőleges helyzetben, pozíciójukat giroszkóppal rögzítve. Ma már léteznek a mozgó giroszkópos megoldás mellet rögzített érzékelőkön alapuló elektronikus eszközök is. Ez utóbbiak (IMU) három nagy csoportra oszthatók: 22

23 MEMS (Micro Electro Mechanical System Mikroelektro-mechanikai rendszer): Azon a dinamikai törvényszerűségen alapszik, hogy egy koordináta rendszerben mozgó testre a szögsebességgel arányos, úgynevezett Coriolis erő hat. A MEMS-ben ez a test egy szilíciumhordozón kialakított rezgő tömeg. Ha a rezgő rendszer és a hozzá rögzített keret forog, arra a szögsebességgel arányos, a rezgés irányára merőleges erő hat. A tömeg a rezgés irányára merőlegesen elmozdul és ez mérhető. 15. ábra: MEMS elvű inerciális rendszer FOG (Fiber Optic Gyro Üvegszáloptikás giroszkóp): Ebben a műszerben az ellentétes irányban terjedő fénysugarak egy üvegszálas tekercsben közlekednek. Álló helyzetben a fényhullámok azonos fázisban érnek a tekercs ellentétes végére, míg mozgás esetén a megegyező irányú fénynek nagyobb, az ellentétes irányúnak kisebb utat kell megtennie, így a szögsebességgel arányos fáziskülönbség adódik, ami mérhető. 16. ábra: FOG elvű inerciális rendszer RLG (Ring Laser Gyro Gyűrűs lézer giroszkóp): Mérési elve a Sagnac-effektuson alapul. Eszerint a műszerben a két egymással szemben keringő lézersugár frekvenciája álló helyzetben azonos, míg ha elmozdulás történik, akkor a megegyező irányú lézer hullámhossza megnő, az ellentétesé csökken. A két lézer nyaláb hullámhossz- és frekvenciakülönbsége a szögsebességgel arányos. 23

24 17. ábra: RLG elvű inerciális rendszer A GNSS és INS (Inertial Navigation System) rendszerek adatainak együttes feldolgozására szinte kizárólag a Kalman-szűrős eljárásokat alkalmazzák. A fotogrammetriai eljárások közül ma már a digitális munkaállomások alkalmazása terjedt el. Ez esetben a felhasználásra kerülő fényképek digitális formában állnak rendelkezésre és a monitoron keresztül kell megvalósítani a térbeli megjelenítést. A fotogrammetriai kiértékelésnek többféle módszere ismert, most ezek közül az úgynevezett matching eljárásra térünk csak ki. Eszerint lehetőségünk van a képpárokon az összetartozó képpontok automatikus illesztésére, és így számíthatóvá válik a terepi koordináta. A képek textúrájától függően ez több ezer pontot jelenthet, ami hatékony módszerré emeli ezt az eljárást. (18. ábra) 18. ábra: Fotogrammetriai matching eljárás (Visionmap) Tipikus fotogrammetriai termék az ortofotó, amelyet gyakran alkalmazunk digitális térképek készítésénél, felújításánál vagy akár korrekciójánál. Ez a termék egy raszter állomány, melynek előállításához digitális magassági modellre is szükség van. Végső soron a cél az eredeti felvételt terhelő torzulások (ferde felvételi tengely, terepi magasságkülönbség) 24

25 kiküszöbölése, és így egy vízszintes vonatkozási rendszerbe és egységes méretarányba történő transzformáció. A távérzékeléssel kapcsolatosan csak annyit jegyzünk meg, hogy az elérhető műholdas adatok tárháza mára már igen széles. Ha csak a látható fény tartományát vizsgáljuk, akkor már rendelkezésre állnak 50 centiméter alatti geometriai felbontású űrfelvételek is. Ezek már versenyképesek a légi fotogrammetriai felvételekkel. Nagy áttörést a felhasználásukban a 2005-ben megjelenő Google Earth webes alkalmazás jelentette, amin keresztül ingyenesen elérhetővé váltak ilyen nagyfelbontású felvételek. (1. táblázat) 1. táblázat: Nagyfelbontású űrfelvételek (* : nem USA kormányzati hivatal) A LIDAR (Light Detection And Ranging) technológia áttörése az elmúlt néhány évben történt meg. Maga a technológia ami a kibocsátott lézernyaláb visszatérési idejének mérésén alapul már régen létezik, de a széleskörű alkalmazásához elengedhetetlen volt a precíz helymeghatározó rendszerek megjelenése és persze megfizethető ára. Az idő méréséből és a kibocsátás pozíciójának ismeretéből már számítható a mért pont helyzete. Az idő mérése mellett már alkalmaznak fázisméréses technológiát is. Alkalmazásuk lehet statikus földi (homlokzatfelmérés), mobil földi (városmodellezés) vagy légi (térképezés) (19. ábra). A módszer fontos tulajdonsága, hogy képes többszintű pontfelhő detektálására, azaz például ugyanazon kibocsátott lézersugár több helyről verődhet vissza (lombkorona-, terepszint) Ez azt jelenti, hogy például viszonylag egyszerűen előállítható digitális felszín és domborzat modell is ugyanazon adathalmazból. A távolság meghatározás mellett a visszatérő sugár intenzitás értéke is meghatározható, amely segítségével a terepi objektumok felszínét, textúráját jellemezhetjük. A LIDAR technológiát mára már igen széles körben alkalmazzák természetesen sokszor kiegészítve egyéb mérési technológiákkal: Térképezés (topográfia, 3D városok, DDM, DFM) Űrkutatás (atmoszféra kutatások) Régészet (mikro-domborzat, fedett objektumok) Meteorológia (gáz, ózon, CO 2 kutatás) Tengerfenék kutatás Geológia (tektonikai mozgások, gleccserek) Biológia (biomassza meghatározás, erdészet) 25

26 19. ábra: Lézerszkennerek alkalmazása Az eszközök általános jellemzése többféle technikai paraméter megadásával is megoldható. A 2. számú táblázatban a jelenleg használatos lézerszkennerek főbb tulajdonságait adtuk meg. 2. táblázat: A lézerszkennerek főbb paraméterei 26

27 A mobil térképező rendszerek alkalmazására is csak az utóbbi néhány évben került sor Magyarországon, azonban számos nyugat európai és tengerentúli példával találkozhatunk. A mobil térképezést egy komplex rendszer hajtja végre (20. ábra), ami négy fő komponensből áll: hordozó eszköz (közúti, vasúti, légi, vízi jármű) helymeghatározó egység (GPS,GNSS, INS, odométer) adatgyűjtő egység (lézer-, radar-, képalkotó-, ultrahangos-szenzor) integráló egység (fedélzeti számítógép) feldolgozó egység (irodai számítógép) 20. ábra: Mobil térképező rendszer A helymeghatározó eszközök közül eddig csak az odométert nem említettük. Ez a műszer a jármű kerekeinek elfordulását méri, akár többször is másodpercenként, így szolgáltatva adatokat az elmozdulás, illetve a pozíció számításához. Az adatgyűjtő egység szenzorai általában 360 fokos szögben képesek érzékelni (21. ábra). A felsorolt eszközökön kívül bármilyen egyéb feladat specifikus érzékelő berendezés lehet: légszennyező gázok, zaj, stb. detektálására. 21. ábra: Adatgyűjtő egységek (panoráma kamerák, lézer szkennerek) Az integrálást biztosító számítógép szinkronizálja és tárolja a helymeghatározó és adatgyűjtő egységek információit, míg az irodai gép az utólagos feldolgozás eszköze. A mobil térképező 27

28 rendszerek felhasználása egyre szélesebb körben terjed. Alkalmazható lehet a precíziós mezőgazdaság területén, a talajtérképezés támogatására, növénybetegségek, kártevők monitorozására, a közlekedési útvonalak közvetlen környezetének felmérésére (pl. útállapot), de városi környezet háromdimenziós térképezésére is; de megemlíthetjük a Google oldalain megjelenő utcaszinti panoráma felvételeket is (StreetView). Az alábbiakban néhány konkrét megvalósítást soroltunk fel: Streetmapper (3D Laser Mapping / Nagy-Britannia) IP-S2 (Topcon / Japán) MMS-S (Mitsubishi / Japán) LYNX Mobile Mapper (Optech / Kanada) VMX-250 (Riegl / Németország) SatNav Van (Datakart Geodézia Kft. / Magyarország) A mobil térképező eszközök műszaki paraméterei a következők: A hordozó jármű sebessége km/h, de létezik 100 km/h-es megoldás is. A helymeghatározás pontossága jellemzően méter nagyságrendű, de létezik deciméteres is. A lézer szkennerek pontossága centiméterekben mérhető Másodlagos adatgyűjtés A másodlagos adatgyűjtési technikák közé azok az eljárások tartoznak, amelyek esetében egy már létező adatbázisból szerezzük be az információkat. Ezt a létező adatbázist jelentheti egy papír térkép vagy egy digitális térképi állomány is. A következőkben felsorolt, konkrét eljárások az időrendi fejlődést is bemutatják: Papír térképek manuális digitalizálása: ez a kezdetekben meghatározó adatnyerési eljárás mára szinte teljesen eltűnt. Végrehajtása digitalizáló tábla vagy asztal segítségével történt. Viszonylag olcsó és gyors eljárás, mely a korabeli szkenner árak, a digitális állományok és a nagy hálózati kapacitások hiánya mellett egyeduralkodó volt. A monoton munkavégzés viszonylag nagy koncentrációt igényelt, így igen fárasztó volt. Papír térképek szkennelése: a jó minőségű szkennerek (legalább A3 méret, dpi felbontás) árainak csökkenése után mind szélesebb körben került alkalmazásra, de döntő jelentősége a nagy mennyiségű térkép digitalizálásban van. Olcsósága mellett meg kell említeni, hogy jó minőségű papír térképeket és komoly szakmai hátteret követel meg az alkalmazása. Off-line adatátvétel: Egyre szélesebb körben terjed el a digitális állományok átvétele. Ez azért következhetett be, mert egyre több szervezet és intézet (globálistól a lokálisig) készít olyan adatállományokat, amelyekhez később hozzá lehet férni. Az így nyerhető adatok formátuma igen változatos lehet, amelyet aztán át kell konvertálni az általunk használt program saját formátumára. Ez ma már nem jelent különösebb problémát. Az off-line adatokkal kapcsolatosan fontos még megemlíteni a metaadatok jelentőségét. A metaadatok tulajdonképpen információk az adatokról, azaz a potenciálisan felhasználandó adatok jellemzőit tartalmazzák. Három fő csoportja a leíró metaadatok (cím, szerző, absztrakt), a strukturális metaadatok (kapcsolatrendszer, összefüggések az adatok között), adminisztratív metaadatok (technikai információk, verzió szám) 28

29 On-line adatátvétel: Az utóbbi években robbanásszerűen elterjedő eljárás az internet népszerűségének növekedésével magyarázható. A mind szélesebb körben használt világháló, a nagy sávszélesség és a hétköznapivá váló mobil eszközök az adatok, így a térbeli információk óriási mennyiségét tették elérhetővé. Eleinte szinte csak fizetés ellenében lehetett hozzáférni az adatokhoz, azonban több új vállalkozás teljesen átalakította ezt a piacot. Döntő jelentőségű volt a 2005-ben indult Google Earth és Maps alkalmazások megjelenése, melyek ingyenesen tettek elérhetővé olyan térképi és távérzékelt adatokat, amelyekre korábban nem volt példa. A hasonló vagy ezekre épülő alkalmazások száma gyors ütemben növekedett, de emellett párhuzamosan megmaradtak a hivatalos intézmények fizetős szolgáltatásai. Ma még viszonylag élesen elkülöníthető e két szolgáltatástípus minden szempontból: a szolgáltatások készítői, költségei, szabályozottsága, felhasználói köre (lásd 7. fejezet) Összességében azt mondhatjuk, hogy az információszolgáltatás terén óriási lépést jelentenek ezek az ingyenes alkalmazások, addig az adatminőségi szempontokat figyelembe véve fenntartással kell kezelnünk őket, hiszen a hitelesség, pontosság vagy eredet tekintetében sokszor nincsenek információink. 29

30 5. A digitális térkép megjelenítési, tervezési szempontjai A digitális térképezés termékeinek, hasonlóan az analóg termékekéhez az elsődleges funkciója az információk megjelenítése. A térképi tartalom, az elemek bemutatásakor több szempontot is figyelembe kell vennünk. Ezek közül a felhasználói igényeket kell kiemelten kezelnünk, hiszen végeredményben ezeknek a kielégítése a legfőbb feladat. Az ebben a fejezetben szereplő szempontrendszer egyes elemeit Dr. Zentai László publikációi alapján állítottuk össze. Fel kell tehát tennünk a legelemibb kérdést: Kinek készítjük a térképet? A professzionális felhasználó elvárja a tartalmában gazdag, több réteg felhasználásával elkészített térképi műveket. Ezeknek a felhasználóknak több idejük van a térkép használatára, értelmezésére, így a komplexebb tartalmat igénylik. Az átlag felhasználónak, akinek új minden térképi információ az egyszerűbb prezentáció a fontosabb, ami a gyors és egyértelmű megértést segíti elő. Az egyszerű és a figyelmet felkeltő információk hasznosabbak a hétköznapi elfoglalt ember számára, de sokszor a döntéshozók is inkább ezt a megoldást igénylik. (navigációs eszközök térképei) Az alábbi négy térképrészleten (22. és 23. ábra) jól látható a különbség, hogy miként lehet ugyanazon információk más-más típusú megjelenítésével különböző felhasználók számára térképeket kivitelezni. 22. ábra: Bal oldalon egy részletes információs térkép a vízhálózatról, míg a jobb oldali egy áttekintő változat, kiemelt információkkal Figyelembe kell venni a felhasználó térképolvasási lehetőségeit a látás és a külső körülmények szempontjából is. A várhatóan széles körben felhasználásra kerülő térképek esetén, a gyengébben látókra is tekintettel kell lenni. Ezért például a betűnagyság, a betűtípus vagy a színek megválasztása kiemelt fontosságú. (Az emberiség közel 4%-a színvak vagy színtévesztő). A külső körülmények közül a legfontosabb szempont a megvilágítás mértéke. Az esetlegesen gyenge fényben vagy más zavaró tényezők miatt rossz látási viszonyok között használt térképeken a szinte eltúlzott kontraszt alkalmazása lehet szükséges. 30

31 23. ábra: Bal oldalon alapinformációk egy területről például kirándulóknak, a jobb oldalon a terület geológiai adatai professzionális felhasználóknak 4.1. Méret, felbontás Kiemelt szempont a térképi tartalom tervezésében a megjelenítő médium jellemzője. Ma már ez igen változatos képet mutat: Fekete-fehér nyomtatott térkép Színes nyomtatott térkép Falitérkép, poszter Ofszet nyomtatott térkép (magazin, könyv) Számítógép képernyő Számítógépről vetített kép Televíziós háttérkép Térképek navigációs eszközökre, mobil telefonokra, PDA-kra Webes térképek A térkép tervezőjének feladata a megfelelő paraméterek kiválasztása ahhoz, hogy a térképi mű használható legyen az adott médium segítségével. Míg egy könyv térképein finom vonalak, színátmenetek és apró betűk is használhatók, addig például ugyanezekkel a paraméterekkel egy monitoron már nem megfelelően néz ki vagy olvashatatlan a mű. Ez fordítva is igaz lehet: egy digitális formátumúra tervezett térkép ügyetlennek, rossz minőségűnek tűnhet nyomtatásban. Kulcskérdés a felbontás helyes megválasztása. A különböző eszközök felbontóképessége nagyon változatos. A számítógépes monitorok felbontása a 72 pont/inch érték körül mozog, a televízióké ennél alacsonyabb, míg például az ofszet nyomtatás esetében a pont/inch is lehetséges. A felbontás mellett az ábrázolt térképi objektumok és megírások mérete is fontos. Ezeket akkorára kell növelni, hogy a várható olvasási távolságból jól azonosíthatók, olvashatók legyenek. Egy 5 cm-es betű 4-5 méterről olvasva ugyanakkorának tűnik, mint egy 10 pont méretű fél méterről. A méret mellett a színek megválasztásával is kiemelhetők azok az objektumok, amelyek vagy a méretük miatt, vagy a szemlélő nagy távolsága miatt túl kicsik lennének. (24. ábra) 31

32 24. ábra: Nagyított térképrészlet kicsinyített méretben már olvashatatlan, de átszerkesztéssel a probléma megoldható Összességében kijelenthetjük, hogy rossz média nincsen, csak rosszul elkészített térképi művek Színek, színmodellek A térképek színvilága A szín a hagyományos térképezés, a számítógépes grafika, így a digitális térképészet talán legfontosabb kifejező és információközvetítő eszköze. A színvilág megfelelő kiválasztásával a térkép készítője nagyban megkönnyítheti a tartalom, a közvetített információ megértését, értelmezését. A színeknek két nagyon fontos funkciója van a térképalkotásban. Elsősorban egyfajta használati szerepe van, része a jelkulcsnak, azaz a térkép egy elemének tekinthetjük. Másodszor, pedig kiemelt szerepe van a térkép esztétikus megjelenésében. A mai nyomtatók és képernyők (videokártyák) már a színek millióinak megjelenítését teszik lehetővé, így szinte csak a színárnyalatok változatosságával is jól értelmezhető térképeket lehet készíteni. A korábbi időszakokban ez nem így volt. A fekete-fehér vagy korlátozott számú szín felhasználásával készült térképek esetében kiemelt jelentősége volt a világosság változtatásának és a felületkitöltő szimbólumoknak, elemeknek. Ezek a szempontok ma is fontosak lehetnek, olyan esetekben, amikor az eredeti térképeket faxon továbbítjuk vagy fekete-fehérben fénymásoljuk, nyomtatjuk. Az alkalmazott színeknél, színárnyalatoknál is figyelembe kell vennünk a közvetítő médiumot, illetve a felhasználót. Az alábbi ábrán ugyanannak a területnek a hat és két színnel megjelenített tematikus (bűnözési statisztika) ábráját láthatjuk. A több szín lehetőséget ad az átmenetek, részletes adatok kódolására, megjelenítésére, míg a két szín segítségével a szélső értékek kiemelése lehet a cél. A 25. ábra bal oldali részét inkább egy nyomtatott kiadványban, a jobb oldalit pedig projektorral kivetítve tudjuk elképzelni. 32

33 25. ábra: Azonos terület 6, illetve 2 színnel A színválasztás szabadságának drasztikus megnövekedése azonban negatív következményekkel is járhat. Nagyszámú, különböző szín alkalmazása a térkép használhatóságát csökkentheti, azzal, hogy eltereli a térképolvasó figyelmét a lényegről. Emellett nem elhanyagolható szempont a tradíciók figyelembe vétele, azaz a hagyományos és logikusan definiált térképi színvilághoz való ragaszkodás. Az átlagos felhasználó ugyanis a tradicionális színvilágra van felkészülve, így tudja egyszerűbben értelmezni a térképet. A színekkel kapcsolatosan meg kell még említenünk egy jelentős problémát, melynek gyökere az eltérő színrendszerekben, illetve az egyes eszközök által alkalmazott megjelenítési módokban rejlik. Mindenki próbált már színes képet kinyomtatni és valószínűleg fel is tűnt neki, hogy a nyomtatott színek igen eltérőek az eredeti, a monitoron látható színektől. Ez az eltérés a digitális kiadványszerkesztés és ezzel együtt a digitális topográfia, kartográfia egyik komoly problémája volt. Szerencsére egyre több szoftver alkalmas arra, hogy ugyanazokat a színeket reprodukálja a különböző output eszközökön. A jelenséget illetve az alkalmazást egy angol rövidítéssel szokás leírni: WYSWYG (what you see is what you get). A digitális térképező szoftverek kezdeti verzióit e szerint a szempont szerint élesen el lehetett különíteni, mert amíg a speciális térképészeti vagy az általános grafikus szoftverek már szinte a kezdetektől rendelkeztek ezzel az alkalmazással, addig a térinformatikai programok többségében még ma sem található meg. Hasonló vízválasztó e tekintetben a színre bontás lehetősége is. Mielőtt elnyerné a végleges formáját a térkép mindenféleképpen érdemes egy tesztet végrehajtani, különös tekintettel a színvilágra: - Ha a térképi termékünk végleges formája is digitális lesz (softcopy, monitoron vagy projektoron megjelenítve), akkor felkapcsolt villany mellett vetítsünk falra vagy jelenítsük meg a monitoron a térképet és így ellenőrizzük. - Ha nyomtatott formában szeretnénk sokszorosítani a térképünket, akkor a későbbi technológia függvényében különböző proof-okat kell elkészíteni. 33

34 A színmodellek Korábban már említettük, hogy kiemelt szerepe van digitális kiadványszerkesztésben és a térképészetben az alkalmazott színmodelleknek, így most ezeket tárgyaljuk meg igen tömör formában. Elsőként a színrendszerekről. Ezek olyan szín besorolási rendszerek, amelyek a színeket három független paraméter segítségével írják le. E három alapvető érték a színárnyalat, a szín telítettség és a szín világosság (fényesség). A leíró rendszereknek igen sokféle megvalósítása ismert: színháromszögek (Mayer 1745), diagramok (CIE 1931), színkörök (Ostwald 1915), színatlaszok (Munsell 1915). Ezek közül csak egyet emelnénk ki. A Nemzetközi Színmérő Rendszert 1931-ben dolgozta ki a CIE (Commission Internationale de L Eclairage, Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság), melynek hasonlóan sok más rendszerhez a vörös, a zöld és a kék szín az alapszíne. Ez esetben azonban ezek az alapszínek telítettebbek a spektrum tényleges alapszíneinél. Ezek a színek tehát nem is léteznek. Az X (vörös), az Y (zöld) és a Z (kék) trikromatikus értékek jelenítik meg ezeket a virtuális alapszíneket. Ezek ennek a rendszernek a mérőszámai, melyeket azonban közvetlenül nem lehet mérni. A gyakorlatban a valós R, G, B értékek kerülnek meghatározásra és ezekből számítják ki az X, Y, Z értékeket (27. ábra és 1, 2, 3 képletek). A számításhoz a CIE definiált fényforrást és színinger megfeleltető függvényeket (26. ábra) használhatjuk. A mért értékekből ezek segítségével számíthatók a trikromatikus értékek. A CIE által definiált szín diagramnak (28. ábra) az igazolt gyakorlati haszna mellett a legnagyobb hibája, hogy a diagramban szereplő azonos távolságra definiált pontpárokhoz igen eltérő színérzet társul. Ha ezek a kiválasztott pontpárok például a zöld szín területen és a kék területen vannak, akkor a különbség nagyon szembetűnő. 26. ábra: a, CIE fényforrások spektrális teljesítmény eloszlása b, színinger megfeleltető függvények spektrumai c, minta reflexiós spektruma (mért értékekből) 34

35 27. ábra: A sugárzás útja Az egyes trikromatikus értékek kiszámítása, pedig az alábbiak szerint történik: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 28. ábra: CIE szín diagram 35

36 A színrendszerek után érdemes tisztázni az alapvető színkeverési módszereket. A két legfontosabb módszer az additív (hozzáadó) és a szubtraktív (kivonó) technika. Az első esetben az alapszíneket jellemző spektrumgörbék összeadásáról van szó, így egyszerre kettő vagy több színinger jut a szembe. Az alapszínek (vörös (R), zöld (G), kék (B)) azonos intenzitási értékkel történő összeadása a fehér színt eredményezi, ezzel bizonyítva, hogy a fehér a legösszetettebb szín. Szétbontása a spektrum színeire egy egyszerű prizmával is megoldható. Az additív megoldást a számítástechnikában a képernyőn történő megjelenítésben, illetve a szkennerek esetében alkalmazzák, mert az elektromágneses sugarak keverése fizikailag csak ebben a formában lehetséges. 3. táblázat: Színmodellek A második esetben az alapszínek spektrumgörbéi kerülnek egymásból kivonásra, azaz az elnyelések adódnak össze. Ez azt jelenti, hogy a szubtraktív színkeverés szabályait levezethetjük az additív keverés törvényszerűségeiből. Egy kivonással előállított szín a színháromszögben az őt jellemző elnyelt színtartománnyal szemben helyezkedik el. A kivonó színkeverés során a kiinduló fehér szín elé különböző, adott színtartományban elnyelő vagy 36

37 szóró eszközt (szűrő) tesznek, amelyek csak bizonyos tartományban eresztik át a fényt. A kivonó módszer alapszínei a cián (C), a sárga (Y) és a magenta (M). Ezen színek segítségével azonban nem lehet tökéletes fekete színt előállítani, így általában a fekete (K) a kiegészítő negyedik alapszín. A digitális kiadványszerkesztésben a szubtraktív keverési eljárásnak is kiemelt jelentősége van, mert a színes nyomtatásnál alkalmazott eszközök ilyen módon működnek. Két alapvető színkeverési eljárás egyben a két legfőbb színmodellnek is tekinthető. A modellek közötti átszámítás transzformációval megoldható, amely során első lépésként egy köztes eszközfüggetlen színrendszerben definiálják a színeket, majd ebből további számításokkal jutnak el a másik modellbe. Mivel az egyes színterek nem azonos területűek és alakúak ezért előfordul, hogy egyes színek csak az egyik vagy másik modellben definiálhatók. A modellek közötti konverzió a felhasználó akaratától függetlenül a nyomtatás során mindig megvalósul az operációs rendszer (meghajtó programok) szintjén. A 3. táblázatban összefoglaltuk az általánosan alkalmazott színmodelleket a legfontosabb tulajdonságaikkal. A színkeverés eltérő technológiája a digitális térképezésben is használt egyes eszközökön azt eredményezi, hogy alapvetően nem azonos színeket kapunk a képernyőn és a nyomtatásban. Ezen eltérés generálta problémára (WYSWYG) utaltunk az előző alfejezetben (4.2.1.) A színre bontás A térképi és egyéb kiadványok állományainak színrebontása azért szükséges, mert a nagy tömegű és méretű anyagok gyors és gazdaságos nyomtatására szolgáló ofszet nyomdai technológia egyszerre egy színt képes nyomtatni. Maga az eljárás tehát azt jelenti, hogy a kiadványunkon felhasznált színeket az alkalmazott színmodellnek megfelelő számú alapszínre bontjuk. Napjainkban az általános a négy alapszín (CMYK) használata, de ezek kiegészíthetők egyéb, például megfelelően ki nem keverhető színekkel (arany, ezüst). A nyomtatásban azonban különböző tónusértékekre is szükség van. A tónust átmeneteket elemi pontok (raszterpontok) segítségével lehet megvalósítani, mégpedig úgy, hogy a méretüket, térközüket, valamint alakjukat változtatjuk. Egy adott tónusértéket egy százalékos érték fog megadni, ami azt jelenti, hogy egy elemi felületnek mekkora részét fogja festék fedni. Ezt az elemi felületet szokás rácselemnek nevezni és a megadásához három paraméter szükséges: típus (pont, vonal vagy más szabályosan ismétlődő alakzat) sűrűség (a raszter finomsága: pl. L(ine) P(er) I(nch)) elforgatás szöge (az egyes színkivonatok rácselemeinek szöge egymáshoz képest) A 29. ábrának a bal oldalán ugyanannak a képnek a három alapszínre (CMY) történő bontását láthatjuk, míg a jobb oldalon négy színre (CMYK) aminek egyik legnagyobb előnye a tisztább fekete szín, valamint a színes festék megspórolása. A 30. ábra pedig példákat mutat be arra, hogy a különböző paraméterekkel rendelkező elemi pontok segítségével hogyan hozhatók létre az egyes színek. Az ábra két utolsó oszlopában láthatóak a végleges színek nagyítva, illetve távolról szemlélve. 37

38 29. ábra: CMY és CMYK színre bontás 30. ábra: Színre bontás 38

39 4.3. Hierarchia A térképi elemek hierarchiájáról kétféle megközelítésben beszélhetünk. Egyszer a térképi tartalom, azaz a térképi objektumok (síkrajzi elemek, domborzatrajz, megírások) viszonyrendszeréről, az objektumok tulajdonságairól és az ezek segítségével leírt sorrendiségről. Másodsorban pedig a végső térképi mű egyes részleteinek, elemeinek (fő és kiegészítő térképek, aránymérték, jelkulcs, cím, stb.) tulajdonságaiból adódó hierarchiáról Térképi objektumok közötti hierarchia A objektumok mérete, színe mellett még egy lehetőségünk van a különböző jelentőségű térképi elemek megjelenítésére. Ezt a térképi objektumok megfelelő hierarchiájának kialakításával érhetjük el. Azaz definiáljuk, hogy mi lesz az elemek láthatósági/takarási sorrendje. Nyilván a felül lévők lesznek a jelentősebb, kiemelt elemek. Ezek maradnak meg könnyebben a térkép szemlélőjének az emlékezetében. Fontos kiemelni a térképi megírásokat (kereten belüli megírások), hiszen ezek tulajdonságait jól megválasztva, könnyen tudja a térkép közvetíteni a hierarchikus viszonyokat. A hierarchia kifejezésére az alábbi ábrában (31. ábra) felsorolt lehetőségek állnak a rendelkezésünkre. 31. ábra: Kereten belüli szövegek tulajdonságai a hierarchia kifejezésére A végső térképmű (Layout) elemei közötti hierarchia A kész térkép alkotóelemeinek látványbéli hierarchiája az egyik legfontosabb tulajdonság. Nagy hangsúlyt kell rá fektetni a térképek kivitelezése során, hiszen ezen keresztül lehet meghatározni a térkép kiemelt elemeit, melyek segítségével a látvány, a közvetítendő fontosabb információk a felhasználó számára értelmezhetővé, hasznossá teszik a térképet. A fontos, a térkép főbb üzeneteit hordozó elemek feljebb kerülnek a látvány hierarchiában, míg a kevésbé érdekesek lejjebb. A következő elemek azok, melyek a térkép végső formájában megjelenhetnek: Fő térkép Kisebb méretarányú, áttekintő térkép Nagyobb méretarányú, egy-egy részletet kiemelő térkép 39

40 Cím Alcím Jelkulcs Méretarányt jellemző mutatók Tájékozást (irányultságot) leíró mutatók Földrajzi fokhálózat Magyarázó szövegek, megjegyzések Forrás megjelölés Keretvonal Fényképek Grafikák Ezek az összetevők feladatfüggően természetesen még tovább bővíthetők. A térképi látvány hierarchia kialakításában az alábbi eszközök állnak a rendelkezésünkre: A térképi elem mérete Lapon, illetve képernyőn belüli pozíciója Az elem körüli üres területek nagysága A színek, kontrasztok megválasztása Vonalvastagság, kidolgozás finomsága Egymás takarása A következő ábrán (32. ábra) tulajdonképpen csak az elemek méretinek átvariálásával sikerült a hangsúlyokat megváltoztatni és a térkép által közvetített főbb információkat módosítani. 32. ábra: Az első képen a hangsúly a növényzeten, míg a másodikon a nemzeti parkokon van A kisebb kiterjedésű térképi elemeknek is többféle prezentációját alkalmazhatjuk, Például az aránymérték megjelenítésére találunk néhány példát a 33. ábrán. Az első hármat inkább 40

41 tematikus térképeken lenne érdemes használni, hiszen egyszerű, nem túl részletes megjelenésük csak az alapvető, inkább tájékoztató jellegű információval szolgál. Segítségükkel a távolságok inkább csak becsülhetőek, ami elegendő lehet e térképtípushoz. Az alsó részletes aránymértékek azonban már a pontosabb távolság meghatározást szolgálják, így ilyeneket kell alkalmaznunk a tematikus térképeken kívül szinte minden esetben (nagy és közepes méretarány). A távolság mérés ezeken a térképeken az egyik legfontosabb lehetőség és funkció Kiegészítő grafikus elemek, megoldások 33. ábra: Különböző aránymértékek A klasszikus (korábbiakban említett) térképi elemek tulajdonságainak körültekintő meghatározásával már szép és esztétikus térképi művek készíthetők. Azonban van lehetőség a megjelenítés hatásfokának további emelésére. Ehhez nyújtanak segítséget a különböző grafikai elemek, megoldások. Árnyékolások Különlegesnek nevezhető keret- és határoló vonalak Szélrózsa (36. ábra) Zoom vonalak Színes logók Dekoratív betűtípusok Háttér kitöltés A Zoom vonalak teremtik meg a kapcsolatot az eredeti és a nagyított kiegészítő térkép között. Ezeket a vonalakat elhagyva, alkalmazhatjuk a nagyított részlet mozaikszerű megjelenítését is az eredeti térképen. Ez esetben azonban érdemes valamilyen módon kiemelni a mozaikot. A legcélravezetőbb a mozaik hátterét az eredetitől eltérő színűre választani. (34. ábra) 41

42 34. ábra: Zoom vonalak alkalmazása A kiegészítő grafikai elemekkel, de különösen a háttér kitöltéssel kapcsolatosan érdemes megjegyeznünk, hogy eltúlzott alkalmazásuk teljesen elronthatja a térképünket. Eltereli a térkép felhasználójának figyelmét a tényleges tartalomról, illetve a közölni kívánt információkról, ezért óvatosan kell kezelnünk ezeket a lehetőségeket (35. ábra). 35. ábra: A bal oldali térképen a lényeges információt elnyomják a kiegészítő elemek, míg a jobb oldalin arányos elemeket találunk 36. ábra: Különböző szélrózsa típusok 42

43 4.5. A térkép vetülete A vetület megválasztása szintén a térképtervezés része. A vetület egy olyan speciális függvény, amely a Föld felszínét közelítő felületet vagy annak egy részét a síkba képezi le. Vagyis egy vetülethez meg kell adnunk az alapfelületet, ahonnan leképezünk (általában gömb vagy forgási ellipszoid), a képfelületet, ahová leképezünk (általában a sík vagy más, síkba fejthető felület), illetve a leképezés szabályát. A leképezést megtestesítő függvény nagyon kevés kivételtől eltekintve egy-egyértelmű és folytonosan differenciálható. A hagyományosan alkalmazható síkvetületek mellett egyre fontosabb szerepet töltenek be a virtuális gömbökön történő ábrázolások. Nem szabad azonban elfelejtenünk, hogy a vetítések torzulásokkal járnak. Körültekintően kell megválasztanunk az ábrázolás vetületi rendszerét, és így elérni, hogy a fellépő torzulások ne rontsanak a térkép mondanivalójának minőségén. Általánosságban kijelenthetjük, hogy minél kisebb a térkép méretaránya, annál fontosabb a megfelelő vetület kiválasztása. A nagy méretarányú térképeken nincs túl nagy jelentősége a vetületnek a kis ábrázolt terület miatt, kivéve, ha részletes és pontos méréseket szeretne végrehajtani a felhasználó. Az ábrázolt terület nagyságának növekedésével azonban egyre nagyobb odafigyelést igényel a vetület megválasztása. A kontinenseket, óceánokat ábrázoló hemiszférikus térképeknél már döntő fontosságú a választás. Itt is érdemes megjegyeznünk azt a csapdahelyzetet, amit a digitális térképek rejtenek. A korlátlan nagyítás és kicsinyítés, valamint az önkényesen megválasztható pontosságkijelzés a koordináták esetében azt a hamis képzetet okozhatja, hogy nagyon pontos méréseket is végre tudunk hajtani ezeken a térképeken. Holott a valóság az, hogy a mérések pontosságát az alkalmazott adatnyerési módszer és az ábrázolási méretarány befolyásolja döntően. Példaként említhetjük, hogy egy rosszul megválasztott vetületű térképen ábrázolt úthálózatról nehézkessé válhat annak az eldöntése, hogy az adott területen ténylegesen szegényes az úthálózat vagy csak a vetületi torzítások miatt húzódott szét. Az alábbi képeken (37. ábra) hasonló probléma látható. Az első képen Kanada egy részét látjuk Plate Carrée vetületben, ahol a földrajzi szélesség és hosszúság irányában is azonos hosszúságú felosztást definiáltunk. Ez a térkép északi részén (közeledve a pólushoz) egyre durvább vízszintes torzulásokat tartalmaz, nagyon megnehezítve például az itt található szigetek, tavak vizsgálatát. A második képen egy sokkal praktikusabban megválasztott vetületben (területtartó) láthatjuk ugyanezt a területet (Albers Equal Area vetület). Látványosan megváltoztak az arányok a felületi elemek tekintetében és a déli részen lévő úthálózat sem olyan sűrű mint az első képen volt. 37. ábra: Ugyanazon terület, különböző vetületi rendszerben 43

44 A kiválasztott vetület meghatározza a térkép alakját és az adott méretarányban az ábrázolható terület nagyságát is. A második képen jól érzékelhető, hogy az északi területeknek csak a töredéke fért el az első változathoz képest. Ha ezeket a területeket is meg szeretnénk jeleníteni, akkor ezt csak a méretarány változtatásával vagy nagyobb keret alkalmazásával tehetjük meg A kiegyensúlyozott layout Korábban már említettük, hogy a térképmű látvány-hierarchiájának kialakításakor fontos szerep jut az üres területek jó elosztásának. Azt is mondhatnánk, hogy a feladat a layout elemek és az üres területek egyensúlyának megtalálása. Az üres területek jó alkalmazásával úgy oszthatjuk részekre a teljes lapot, hogy a részek közötti kapcsolatok (pl. fő térkép, kiegészítő térkép, jelkulcs) és ezáltal a megértés is egyszerűbbé válhat. A 38. ábrán kékkel vannak kiszínezve az üres területek. Különböző átlagos méretűek, de mindkét esetben azt mondhatjuk, hogy egyensúlyban vannak a layout-on belül. Lehetőségünk van szövegdobozok alkalmazására is (39. ábra), de ez inkább megnehezíti a térkép készítőjének dolgát, mert: Felesleges üres területeket generál Akaratlanul is kiemeli a tartalmát, azaz előre hozza a látvány-hierarchiában 38. ábra: Az üres területek a méretüktől függetlenül egyensúlyban lehetnek 39. ábra: A szövegdobozok sokszor csak problémát generálnak 44

45 Az üres területek jó eloszlása mellett nagy figyelmet kell fordítani a layout elemek egymáshoz viszonyított pozíciójára is. A logikailag összetartozó elemeket fizikailag is úgy kell elhelyezni, hogy a kapcsolatokat jól ábrázolják. Ez nyilvánvalónak tűnik, de hibalehetőségeket is hordoz magában. Például egy fő térkép és a részleteit bemutató kiegészítő térképek közé elhelyezett arányméretről vagy jelkulcsról nem biztos, hogy azonnal tudni fogjuk, hogy mire is vonatkozik (40. ábra). 40. ábra: Az aránymérték rosszul van elhelyezve A jó layout elkészítéséhez komoly tapasztalatra és folyamatos tanulásra van szükség. 45

46 6. Térképi fájl formátumok Manapság már a fájlformátumok igen széles skálájával találkozhat a felhasználó. A szoftverés feladat specifikus formátumoktól kezdődően a kvázi szabványokon keresztül a valódi szabványosított formátumokig. Amikor publikálni vagy másokkal megosztani szeretnénk térképünket, akkor érkezünk el ahhoz a kérdéshez, hogy milyen formában tegyük ezt meg. Általában a következő szempontok szerint hozzuk meg a döntésünket: Felbontás (csak raszteres formátumoknál) Minőség Későbbi szerkeszthetőség Érdemes rendszerbe foglalnunk a kínálkozó lehetőségeket. A legfőbb csoportosítási szempont a fájl adatszerkezete. Ez a szerkezet a környezetünk elemeinek modellezési (2D és 3D) eljárásaiból adódik. A következő megoldásokat érdemes megkülönböztetnünk: analóg, vektoros, raszteres és metafájl formátumok. A legrégebbi módszer az analóg, hiszen a grafikus térképkészítés, topográfia, kartográfia több ezer éves múlttal rendelkezik. Az analóg esetben a térkép az adattároló és egyben megjelenítő eszköz is. A digitális világ megjelenésével alakult ki a másik két modellezési forma. A raszteres eljárás alapja, hogy a vizsgált területet lefedjük hézag és átfedés mentesen valamilyen szabályos alakú elemi cellákkal, míg a vektoros megközelítés abból indul ki, hogy a környezeti objektumok leírása pontokkal, az azokat összekötő vonalakkal és az így keletkezett felületekkel a legegyszerűbb. Mindkettőnek megvannak az előnyei, illetve a hátrányai, amelyekre ebben a fejezetben ki fogunk térni. A térképészeti, térinformatikai szoftverek lehetőséget biztosítanak mindkét alapvető típus kezelésére, illetve exportjára (hibrid rendszerek). A két fő csoport mellett létezik egy harmadik is az úgynevezett metafájlok csoportja, melyek egyaránt képesek kezelni a vektoros és raszteres állományokat is. Éppen ezért kiemelt szerep jut ennek a formátumnak a különböző platformok és szoftverek közötti adatcserében Raszteres formátumok A raszteres adatszerkezet a szabályos tesszelációs modellek legelterjedtebb fajtája. Alapját a négyzet alakú elemek, a pixelek (picture elements) jelentik. Ezek kisméretű cellák, melyek a kép teljes felületét lefedik, valamilyen értéket vehetnek fel, információt hordoznak. Ez lehet egy egyszerű bináris kód vagy tematikus kód, intenzitás érték, fizikai paraméter, de akár terepmagassági érték is. A pixel mérete határozza meg a felbontóképességet, azaz minél kisebb méretű az elemi cella, annál jobb felbontású képet tudunk előállítani, de ez a fájl méretének akár drasztikus növekedését idézheti elő (41. ábra). A méret növekedése ma már nem jelent akkora problémát, mint akár néhány évvel ezelőtt is, mert egyrészről a hardverek teljesítménye, tárolókapacitása nagymértékben fejlődött, másrészről az elérhető internetes hálózati sebességek is ugrásszerűen növekedtek. 46

47 41. ábra: Különböző pixelméretű képek azonos területről A raszteres formátumok szerkezete és jellemzői között nincsenek olyan alapvető eltérések, mint a vektoros formátumok esetében (lásd később). A választható felbontások, tömörítési eljárások mellett az alkalmazott színpalettákban, illetve a színek számában vannak különbségek. A következőkben a legelterjedtebb formátumokat mutatjuk be részletesebben. Bitmap Fájl kiterjesztése:.bmp (bitmap) vagy.dib (device independent bitmap / eszközfüggetlen bitmap) Fejlesztő: Microsoft Ez a típus bináris fájlformátumban tárolja a bittérképes képeket. Két altípusa létezik a Windows-hoz, kettő pedig OS/2-höz. Azért nevezzük eszközfüggetlennek, mert az állomány tárolási módszerében a pixelek színei függetlenek a megjelenítő eszköz színmegjelenítő tulajdonságaitól. a.bpw fájlban adhatjuk meg a földrajzi információkat egy adott bitmap fájlhoz. A fájl főbb részei: Fejléc: a fájlra vonatkozó alapvető adatokat tárolja. (szignatúra, fájlméret, szabad terület, bittérkép kezdőcíme) Információs fejléc: Az eltárolt kép jellemzőit írja le. (szélesség, magasság, felbontás, színmélység, tömörítés, paletta-színek) Paletta (ha a színmélység legfeljebb 8 bit): Az eltárolt kép által használt színek RGB kódjait sorolja fel. (kék-, zöld-, piros-intenzitás, szabad terület) Bittérkép: A kép tényleges tárolási helye. Színek képpontról képpontra sorfolytonosan. Tiff Fájl kiterjesztése:.tif vagy.tiff (tagged image file format) Fejlesztő: Adobe Systems (Aldus) 47

48 Ez a típus szabványosított az ISO által, de nem annyira közkedvelt, mint például a JPEG. Ennek oka az lehet, hogy nagyon sokféle specifikációja létezik és kevés olyan program, ami mindegyiket kezelni tudja. Platformfüggetlen, a professzionális tördelő és grafikus programok kitűnően támogatják. A formátum lehetővé teszi több, akár eltérő tulajdonságú (méret, színmélység, felbontás) kép együttes tárolását is. Ki kell emelni a GeoTiff -et, amely földrajzi kiegészítő információkat (transzformációs paraméterek, alapfelület, vetület) tartalmaz, így a térinformatika és a távérzékelés kedvelt formátuma, valamint a RichTiff -et, amit az újság- és kiadványszerkesztésben használnak. Fejléc: a fájlra vonatkozó alapvető adatokat tárolja. (minden fájl csak egyet tartalmaz) Kép fájl könyvtár: Az adatok jelentésének leírása Kép: A képi fájl könyvtár által leírt, tulajdonképpeni adatok Gif Fájl kiterjesztése:.gif (graphic interchange format) Fejlesztő: Compuserve Platformfüggetlen bittérképes képi formátum. Legfeljebb 8 bites (256 színű) képeket tud veszteségmentesen, akár ad méretűre tömöríteni. Emiatt inkább csak rajzok, grafikonok, kevés színt tartalmazó képek ábrázolására alkalmas, de így is a web közkedvelt formátuma. A paletta mérete tetszőlegesen változtatható, így a fájl mérete jelentősen csökkenthető. A térképek megjelenítéséhez is ideálisnak mondható, hiszen viszonylag kevés színt és nagy homogén területeket használunk ezeken. A 87a jelű verziójától rendelkezésre áll az úgynevezett interlace lehetősége, ami azt jelenti, hogy az állomány négy külön szinten tárolja az adatokat és fokozatosan jeleníti meg. Így például első lépésként csak minden 8. sor információit tartalmazza, ami utána tovább finomodik. Ez lassú hálózat mellett azért hasznos, mert a felhasználó a durva kép alapján eldöntheti, hogy folytatja-e a letöltést. Érdekes lehetőség az átlátszó (transparent) Gif alkalmazása, ahol átlátszóvá tehető egy kiválasztott szín és így az alatta lévő háttér színeket láthatjuk az ilyen színű pixelek alatt. Az állóképek tárolása mellett animálásra is képes, hang nélkül. A fájl főbb részei: Fejléc: a fájlra vonatkozó alapvető adatokat tárolja. (verziószám) Logikai képernyő leíró: jellemzők leírása. (szélesség, magasság, háttér, paletta-színek) Szegmensek: Kép szegmens (lokális színtábla, link a LZW eljárással tömörített adatokat tartalmazó alszegmenshez) Jpeg Kiterjesztés blokk (kiterjesztés típusazonosító, link az adatokat tartalmazó alszegmensekhez) Fájl kiterjesztése:.jpg,.jpeg (join photographic experts group), jpe Fejlesztő: Join Photographic Experts Group 48

49 Az ISO által szabványosított, (a leggyakrabban) veszteséges tömörítést használó típus. Leginkább rajzok és fényképek megjelenítésére alkalmas, mely mára a web egyik legkedveltebb platformfüggetlen formátumává vált. A tömörítést a felbontástól függetlenül egy 8 x 8-as elemi terület alapján végzi. A Jpeg tömörítési eljárást több más formátum is használja (Jfif). Az újabb Jpg2000 formátum már támogatja a wavelet alapú tömörítést is. A.jgw formátum pedig földrajzi információkat képes tárolni egy azonos nevű.jpg képhez így lehetővé téve a georeferálást, például térinformatikai alkalmazáshoz. A fájl formátuma Jif (Jpeg interchange format) szabvány néven ismert, de ez az eredeti forma ritkábban használt főleg a kódolási és dekódolási problémák miatt. Png Fájl kiterjesztése:.png (portable network graphics) Fejlesztő: W3 Consortium Egy viszonylag új formátum (1.0 verzió 1996-ban), amelyet a webes igények kiszolgálása hívott életre. Tömörítési eljárása már nem az LZW algoritmus mert azt szabadalom alá eső részeket tartalmazott hanem egy deflation nevű eljárás. Előnyei, az elődjének tartott.gifhez képest a következők: fokozatosan átlátszó képek gamma korrekció (a nyomtatási és a kijelzőn lévő kép azonos) akár True Color formátum jobb tömörítés kétdimenziós fokozatos (interlace) megjelenítés Fejléc: a fájlra vonatkozó alapvető adatokat tárolja Chunk (darab): A képhez tartozó összes adat ilyen darabokban van tárolva (hossz, típus, adatok) Sid, MrSid IHDR: Az első chunk a fájlban. Alapvető információkat tartalmaz. (kép szélessége és magassága) PLTE: A felhasznált palettát tárolja. IDAT: A képet magát tartalmazza, tömörített formában. IEND: A fájlt lezáró chunk. Fájl kiterjesztése:.sid Fejlesztő: LizardTech Alapvetően GIS alkalmazásra kifejlesztett formátum. Segítségével a nagy raszteres állományok (légi és űr felvételek, ortofotók) is könnyedén kezelhetők. Veszteségmentes (csak a legnagyobb felbontás szintjén) tömörítési eljárása wavelet alapú. A képi tartalomtól és színmélységtől függően a tömörítés mértéke elérheti, sőt meg is haladhatja az 1:25 értéket, ami jobb még a.jpeg2000 formátumnál is. Mára az egyik legnépszerűbb formátummá vált. Legújabb verziója a MrSid 4. generációja (MG4), amely már támogatja a hiperspektrális felvételek, LIDAR pontfelhők és általánosságban terra bájtnyi adathalmazok feldolgozását is. 49

50 A MrSid és a Jpeg2000 formátumok esetében került elő a wavelet alapú tömörítési eljárás. Néhány mondatban összefoglaljuk a legfontosabbakat ezzel a művelettel kapcsolatosan. A nevet hullámocskának fordíthatnánk, mely hullámocska jelenti a módszer bázisát. Az eljárás során, hogy a jelet az eredeti (mother) hullám eltolt és skálázott változataira bontjuk (42. ábra). 42. ábra: Eltolt, majd skálázott hullámocska Ha a skála és idő paraméterek folytonosak, akkor a wavelet transzformációt az alábbi képletekkel írhatjuk le: (4) Ahol x az eredeti jel, Ψ a mother wavelet, τ az eltolódás, s a skála értéke, míg CWT x Ψ egy együttható mátrix. (5) 50

51 43. ábra: A wavelet transzformáció folyamata A raszteres állományok feldolgozásában azonban diszkrét wavelet transzformációt alkalmazunk. Ez azt jelenti, hogy mindkét paraméter diszkrét értékeket vesz fel (a skála a 2 hatványait) és ilyen módon kerül az eredeti jel felbontásra. A wavelet transzformációt tekinthetjük egyfajta szűrési folyamatnak is, így dekompozíciós eljárásban alul és felül áteresztő konvolúciós szűrőket alkalmazhatunk (43. ábra bal oldala). Ennek eredményeképpen létrejön egy approximációs és egy a részleteket tartalmazó komponens. A részletek három alkomponensből állnak: horizontális, vertikális és diagonális (44. ábra). Ezekből aztán visszaállítható az eredeti jel egy inverz művelettel. A folyamat során még alul- és felülmintavételezést is alkalmaznunk szükséges, így elkerülve a pontszámok megkétszereződését. 44. ábra: Példa a diszkrét wavelet transzformáció alkalmazására 51

52 A raszteres fájlok előnyei: A bitmap fájlok könnyedén létrehozhatók a meglévő pixel adatokból, melyek rendezett formában (mátrix) vannak a memóriában tárolva. A bitmap fájlokból történő adatkinyerés során gyakran a pixel értékek koordinátákkal együtt vannak kezelve. Így akár grid adatként is értelmezhetőek. A pixel értékek megváltoztathatók akár egyénileg, akár csoportosan a paletta módosításával, ha szükséges. A bitmap fájlok könnyen transzformálhatók dot formátumú output eszközökre (pl. nyomtatók) A raszteres fájlok hátrányai: A fájlok nagyon nagy méretűek is lehetnek, különösen, ha sok színt tartalmaznak. A tömörítési eljárásokkal csökkenthető a méretük, de a felhasználás előtt ezeket ki kell bontani és ez lassítja a megjelenítést. Emellett minél komplexebb (nagy színmélység és felbontás) egy kép, annál rosszabb hatékonysággal lehet csak tömöríteni. Ezeknek az állományoknak a skálázása nem túl szerencsés. Egy kép decimálással (pixelek elvetésével) történő zsugorítása, vagy pixel replikálással történő növelése sokszor elfogadhatatlan változásokat jelent. Érdemes mindig abban a felbontásban nyomtatni, amiben a kép tárolva volt. A felsorolt raszteres formátumok mellett még természetesen nagyon sok másik is létezik. Az alábbiakban még néhányat megemlítünk a teljesség igénye nélkül:.pcx (Zsoft Corporation).raw (Panasonic, RAW formátum inkább, mint gyűjtőfogalom a digitális fényképezésben).dng (Adobe Systems).webp (Google).tga (Truevision).ecw (Erdas).pgf (Xerania Gmbh.) 5.2. Vektoros formátumok A vektoros adatszerkezet alapját a pontok (csomópontok), vonalak (élek), felületek (poligonok), illetve koordinátáik jelentik. Ezek segítségével a környezeti objektumok és a közöttük lévő topológiai kapcsolatok tökéletesen leírhatók. A vektoros fájlformátumok segítségével valósítható meg ennek az adatszerkezetnek a tárolása, mozgatása. Ez esetben nincs olyan könnyű dolgunk, ha csoportosítani szeretnénk a formátumokat, mint a raszteres megoldásoknál, mert nagyon sokféle, eltérő célú típus létezik. Csak néhány jellemző alkalmazást megemlítve: CAD (Computer Aided Design), DTP (Desktop Publishing), GIS (Geographic Information System) GDS (Graphic Designing Software). Az alábbiakban csak néhányat részletezünk a közismertebb formátumokból. 52

53 Dxf, Dwg Fájl kiterjesztése:.dxf (Autocad drawing exchange format),.dwg Fejlesztő: Autodesk A legismertebb CAD-es formátumok, kvázi szabványok. Sikerüket az Autocad szoftver elterjedésének köszönhetik. A.dwg a szoftver saját kiterjesztése, míg a.dxf arra hivatott, hogy biztosítsa az átjárást az Autocad és a többi szoftver között. 10. verziójától (1988) mind bináris, mind ASCII formát támogatja. A két formátum gyakorlatilag ugyanazt a grafikus információt tárolja, de a.dxf kizárólag szöveges állományban. A fájl főbb részei: Fejléc: a fájlra vonatkozó alapvető információk. (verziószám, rendszerváltozók) Osztály: előre definiált alkalmazás-jellemzők az adatbázis részeihez. (OBJECTS, BLOCKS) Táblázat: változatos információk táblázatos formában. (réteg, vonaltípus, szöveg, koordináta rendszer) Blokk: Speciális objektum, összetett rajzi elemek együttes kezelésére. Entitás: Rajzi, grafikus entitások leírása. Objektum: A nem rajzi, grafikus elemek leírása. Előnézet: A.dxf fájl előnézetét tartalmazza. Dgn Fájl kiterjesztése:.dgn (design) Fejlesztő: Intergraph / Bentley System A bináris formátum 2000-ig az Intergraph (ISFF) specifikációján alapult (V7 dgn), majd a Bentley System fejlesztette tovább (V8 dgn) a Microstation szoftver sajátjaként. Ez a fájl formátum nem járta be azt az utat, amit a.dxf, de még ma is jelentős szerephez jut a legkülönfélébb mérnöki feladatok végrehajtásánál. A két szoftver viszonyát jól jellemzi, hogy míg a Microstation alkalmas.dxf,.dwg konverzióra, addig az Autocad-ben nincs lehetőségünk.dgn mentésére. Érdemes még megemlítenünk a cella (.cel) fájlokat, amelyek hasonló funkciót töltenek be, mint az Autocad-es blokkok. Shp Fájl kiterjesztése:.shp (shape),.shx,.dbf Fejlesztő: Esri A legismertebb GIS formátum az Arcview szoftver sajátja. Habár általában shape fájlról szokás beszélni, ez az állomány három kötelező és több opcionális fájl gyűjteménye. A kötelezőek közül az.shp tárolja a térinformatikai objektumok geometriáját, a.dbf fájl dbase IV. formátumban tárolja az objektumok attribútum adatait, míg az.shx fájl teremti meg a kapcsolatot az első kettő között, objektum indexek segítségével. Az opcionális fájlok közül 53

54 néhány:.prj (koordináta rendszer és vetületi információk),.sbx és.fbx (objektumok térbeli indexei),.ixs és.mxs (geokódolási indexek). A komplex munkánkat project (.apr) fájlként menthetjük A fájl főbb részei: Fejléc: a fájlra vonatkozó alapvető információk. (verziószám, minimális határoló téglalap, Z intervallum, stb.) Rekord: minden rekordnak van külön fejléce, majd a tényleges adatokat tartalmazzák Fejléc: rekord száma, hossza. Aktuális rekord: shape típus (pl. point, polyline, polygon, pointz), típustól függő adatok ben az Esri piacra dobta az ArcGIS 8-as változatát, amelyben az Arcview 3-as és az Arcinfo 7-es verziók lehetőségeinek együttes alkalmazását tette lehetővé. Később megjelent az ArcGIS 9-es (2004) és 10-es (2010) verzió is. Míg a régi verziók a shape és coverage fájlokon alapultak, addig az újakban egy geoadatbázis (Geodatabase) adja a keretet. Formátuma.gdb. Ebben találhatók az adatkészletek (Dataset), melyek az objektumokat és a topológiát is tartalmazzák. A szoftver három nagy részből áll, melyek integráltan működnek: Arcmap, Arccatalog, Arctoolbox. Az Arcmap az adatok megjelenítésére, szerkesztésére, elemzésére való, saját formátuma az.mxd (Arcmap document). Az Arccatalog-ban az adatokat szervezhetjük és menedzselhetjük. Az Arctoolbox tartalmazza a legkülönfélébb geoprocesszáló funkciókat, eszközöket fa struktúrában megjelenítve. A vektoros fájlok előnyei: a vektoros fájlok olyan információk tárolására alkalmasabbak, melyek vonal alapú elemekből állnak (vonalak, poligonok), vagy amelyek ilyenekké alakíthatók, bonthatók (szövegek). Háromdimenziós elemekként olyan szofisztikáltabb modellek is tárolhatók, mint például a drótváz vagy polihedron modellek. A vektoros adatok könnyedén skálázhatóak és manipulálhatók, hogy megfeleljenek az adott output eszköznek. Sok vektoros fájl csak ASCII formátumú adatot tartalmaz, így könnyen módosíthatóak egy egyszerű szövegszerkesztő programmal is. Egyéni szerkesztések, módosítások anélkül kivitelezhetők, hogy hatással lennének más grafikus elemekre. Általában egyszerű a megjelenítésük, könnyen konvertálhatók raszteres formátumba vagy más vektoros formátumba. A vektoros fájlok hátrányai: Nehézkesen használhatók olyan nagyon komplex képek esetében, ahol a színek akár pixelenként változnak. A vektoros formátumú információk megjelenítése nagyban függhet az alkalmazott eszköz interpretációs képességétől, hiszen az eltérhet attól, amivel az eredetit létrehoztuk. Ilyen különbség mutatkozhat például a geometriai primitívek eszközrendszerének vagy a rajzi műveletek szofisztikáltságában. 54

55 A legjobb minőségben a vektoros alapú output eszközökön jeleníthetők meg, de ma már a raszteres alapú eszközök is elérték azt a felbontást, amely elfogadhatóvá teszi alkalmazásukat. Egy vektoros formátum létrehozása mindig hosszabb folyamat, mint egy azonos tartalmú raszteres állományé, mert előbbi esetben minden egyes elemet adott sorrendben, külön külön meg kell rajzolni. Egy vektorokból álló objektumokkal felépített képen minden objektum kitölthető valamilyen színnel, viszont - mivel az objektumok jól elkülöníthető görbékből állnak nem volt lehetőség fotótechnikai eljárások (elmosás, élesítés, homályosítás) használatára. Ezek a műveletek korábban csak pixelgrafikus rajzolóprogramokkal voltak elvégezhetők, de a mai általános célú grafikus szoftverek már alkalmasak erre a feladatra is. A felsoroltakon kívül további vektoros formátumok:.tab,.mif,.mid (Mapinfo).gws (Intergraph Geomedia).gml (Open Geostatial Consortium).vpf (U.S. Department of Defence) 5.3. Metafájl formátumok Wmf, Emf Fájl kiterjesztése:.wmf (windows meta file),.emf (enhanced metafile),.wmz,.emz Fejlesztő: Microsoft A Windows operációs rendszerhez készített grafikus fájl formátum, mely alkalmas vektoros és bittérképes adatok kezelésére is. Egy funkció listát tárol, melynek neve GDI (graphics device interface) és grafikus eszközök csatolását teszi lehetővé. Régi 16 bites típusa a Windows 3.0-hoz készült, ma már nem használatos. Az újabb 32 bites változat (.emf,.emf +) csak a későbbi Windows változatok alatt működik. Elődjéhez képest a következő újításokat tartalmazza: nagyobb eszközfüggetlenség, méretezési lehetőségek, metafájl-azonosító, megfelelő színpaletta. A.wmz és a.emz a tömörített változatai a két metafájlnak. Ps Fájl kiterjesztése:.ps (postscript),.eps (encapsulated postscript),.ai (adobe illustrator) Fejlesztő: Adobe Systems A Postscript formátum korábban de facto szabványa volt a digitális kiadványszerkesztés, térképezés kimeneti termékeinek. Manapság már kezdi kiszorítani a tulajdonképpen belőle származtatott formátum a.pdf. ASCII állományú formátum, mely együttesen képes kezelni a szöveget, képi anyagot, grafikát. Eredendően készítői nyomtatót szerettek volna alkotni, de később egy átfogó nyomtatóvezérlő nyelv létrehozása mellett döntöttek. Három különböző változata vált ismertté: Level 1. (1984), 2. (1989), és a Postscript 3. (1997) A Postscript előnyei és főbb jellemzői: 55

56 Platformfüggetlenség: a fent említett állományokat képest bármely platformon, operációs rendszerben megjeleníteni. Más szoftverekben csak beágyazva lehet megjeleníteni ezeket (.eps) Betűtípusok vektoros kezelése, skálázhatóság, manipulációk Eszközfüggetlenség: az adott állományt az output eszköz legjobb felbontásának megfelelően lehet megjeleníteni Egyenesekből, ívekből, harmadfokú görbékből álló alakzatok kezelése Szöveg, grafika és raszteres állomány egy integrált rendszerben, hasonló műveletekkel (pl. lineáris transzformációk) A hagyományos (.ps) és a beágyazott (.eps) formátumok között nincsen nagy különbség. Utóbbi lényegében egy önmagába ágyazott postscript állományként értelmezhető, melyet valamilyen alkalmazás kreált és mindig tartozik hozzá előnézőkép. A fájl főbb részei: Fejléc: a fájlra vonatkozó viszonylag nagyszámú információ. (verziószám, minimális határoló téglalap, készítő, dátum, elforgatás, nagyítás, színmodell, színrebontás, betűtípusok, előnézőkép ami lehet Tiff, Wmf, MachIntos Pict, EPSI, stb. formátumú) Adatok: ebben a részben a postscript objektumorientáltságának megfelelő struktúrában találhatók meg a különböző vektoros és raszteres elemek. Az Adobe Illustrator (.ai) egy speciális formátum a cég saját grafikus szoftveréhez. 7.0 verziójáig csak vektoros adatokat tudott kezelni, de ezután már metafájl formátumnak tekinthető ben jelent meg a verziója (CS5) mely már tartalmaz olyan különleges lehetőségeket is, mint például a perspektív rajzi eszközök. Pdf Fájl kiterjesztése:.pdf (portable document format) Fejlesztő: Adobe Systems A.pdf egy nyílt szabványú (ISO/IEC :2008) dokumentum-csere formátum, melyet 1993 fejlesztettek. Platform-, szoftver-, hardverfüggetlen, szinte egyeduralkodó formátum. Beágyazottan tartalmazza a komplett leírását egy kétdimenziós dokumentumnak, amely tartalmazhat különböző szövegeket, vektoros grafikákat, raszteres adatokat. Ma már a háromdimenziós változat is létezik (U3D, PRC) 2009-ben jelent meg 1.7-es verziója és hozzá kapcsolódóan a 9.1-es Acrobat Reader szoftver. A formátumban, amit egy optimalizált Postscript-nek nevezhetünk, három technológiát egyesítettek: a Postscript lapleíró nyelv eszköztára a layout-ok létrehozásához fontokat beágyazó, helyettesítő rendszer, ami lehetővé teszi a fontok dokumentummal történő mozgatását strukturált adattárolási rendszer, az elemek együttes, egy dokumentumban történő elhelyezésére (esetenként tömörítéssel) A fájl főbb részei: Fejléc: egyetlen sor, ami a fájl verziószámát tartalmazza 56

57 Törzs: ebben a részben találhatók az objektumok azonosítóikkal (objektum típusok: boolean, numerikus, string, név, tömb, szótár, stream, null, indirekt) Kereszthivatkozási táblázat: hivatkozott objektumok címe, azaz a kezdő byte-jának indexe Lezáró rész: leíró adatok (törzsben lévő objektumok száma, logikai felépítést megadó objektumok címe, pdf fájl azonosítója) Az egyik legújabb altípusa ennek a formátumnak a Geospatial Pdf, ami georeferált adatokat is képes kezelni, hasonlóan a korábban említett más típusú formátumokhoz (pl. GeoTiff). A formátumban egyszerű pdf objektumok szerepelnek a térinformációs rendszerekhez hasonló felépítésben: vektoros, illetve raszteres adatok grafikai reprezentációja táblázatos adatok hozzákapcsolva a grafikus objektumokhoz grafikus objektumok rétegekre rendezve Ezek az adatok kiegészülve a georeferenciát tartalmazó metaadatokkal, hasonló módon működnek, mint a térbeli adatrendszerek. Speciális formátuma a GeoPdf, amit a TerraGo nevű cég fejlesztett ki egy hozzá kapcsolódó alkalmazással együtt, mely az Acrobat Reader alatt fut. Ez a fájltípus megoldást jelenthet arra a gyakori problémára, hogy a speciális GIS szoftverekkel készített térbeli adatbázisokat csak nagy nehézségek árán lehetett közkinccsé tenni a nagy fájlméretek miatt, illetve azért mert a végfelhasználó nem rendelkezett a GIS szoftverrel vagy a megfelelő nézegető, olvasó programmal. A metafájlok előnyei és hátrányai: Mivel a metafájlok bizonyos értelemben a vektoros és raszteres formátumok kombinációjából jönnek létre, magukban hordozzák azok számos előnyét és hátrányát is. Alapvetően a szerint érdemes megválasztani a metafájl formátumot, hogy mely típusú formátum dominál az adatok között. Az alábbiakban néhány általános információ: Habár sok metafájl formátum bináris, van közöttük ASCII formátumú is. Ezek jól mozgathatók a különböző rendszerek között. Ugyanazon képi állomány metafájl formátumban kisebb lehet, mint tisztán bittérképes változatban. Gyakran tartalmaznak redundáns ASCII kódolt adatokat, így jól tömöríthetők. Habár az ASCII kódolásúak elméletileg könnyedén módosíthatóak egy szövegszerkesztő segítségével is, de komplexitásuk miatt nagy figyelmet és hozzáértést igényelnek. A felsoroltakon kívül további metafájl formátumok:.cgm (Graphical Kernel System).pic,.pict (Apple Computer).svg (World Wide Web Consortium).cdr (Corel) 57

58 5.4. Konverzió a formátumok között A konkrét konverziós lehetőségek tárgyalása előtt érdemes néhány mondatban visszatekinteni az időben a formátumok kezelésével kapcsolatosan. Eredendően igen jól elkülöníthetőek voltak a vektoros és raszteres alapú rendszerek, alkalmazások. Általában ezt a jellemzőt a felhasználási terület a maga tradicionális adattípusával (pl. földügy vektor, távérzékelés raszter) szinte előre definiálta. Később egyre több és szélesebb körű funkció jelent meg az adott rendszerekben, melyekkel az alapformátum mellett a másik formátumtípus feldolgozását is lehetővé tették. Az egyszerű megjelenítéstől egészen az adatkonverziókig jutott el ez a folyamat. Ez utóbbit tulajdonképpen a térinformatika megjelenése kényszerítette ki, hiszen itt merült fel elsődlegesen az eltérő formátumok közös rendszerben történő kezelésének igénye. Az újonnan megjelenő hibrid rendszerek valósították meg ezt az együttes kezelést, így kihasználva a raszteres és vektoros adatok nyújtotta előnyöket. A konverzió lehetősége tehát azt jelenti, hogy a vektoros rendszer képes a raszter-vektor, míg a raszteres rendszer képes a vektor-raszter átalakításra. Általánosságban kijelenthetjük, hogy ha lehetséges kerüljük a konverziókat, mert pontosság- és információvesztéssel járnak. A vektor-raszter konverzió megvalósítása viszonylag egyszerű feladat. A vektoros képet pixelekre kell bontani és a pixel értékeket egy mátrixba írni. Ebből már könnyen menthető egy raszteres formátum. Az eljárás nagyban hasonlít a grafikus képernyő megjelenítéshez, vagy a grafikus programok működéséhez, ahol a kurzorral rajzolt geometriai alakzatok vonalak sorozataként jelennek meg a képernyőn. A mentés során azonban bittérképként tárolódnak ezek az adatok. Általánosan jelentkező probléma a raszterizáció során, amikor görbék vagy ferde vonalak raszter képén lépcsőzetes formák alakulnak ki. Az angolban aliasing -nak vagy jaggies -nek nevezett problémára többek között a szupermintavételezésen alapuló antialiasing eljárás alkalmazható (45. és 46. ábra). 45. ábra: Az jaggies probléma gyökere 58

59 46. ábra: Az antialiasing eredménye A raszter-vektor konverziót (47. ábra) három nagy alkalmazói csoport használja: CAD-es alkalmazás: a szkennelt rajzi állományt vektorizáljuk, majd CAD fájlként mentjük. GIS-es alkalmazás: műholdas vagy légi felvételek, valamint szkennelt papír térképek vektorizációja alapvetően térképezési céllal. Grafikus és fotográfiai alkalmazás: grafikák vagy fényképek vektorizációja az egyszerűbb használat érdekében. 47. ábra: Raszter állomány vektorizálása Ez az átalakítás összetettebb feladat, mint az ellenkező művelete, a raszterizálás. Az alapfeladat az, hogy azonos értékekkel rendelkező pixelekből vonalakat konvertáljunk. Az 59

60 eljárás azonban különböző lehet az alkalmazott algoritmus (éldetektálás, vékonyítás), vagy például a kiindulási feltételek (kompatibilitási feltétel) függvényében (48. ábra). Az eljárás jól alkalmazható az egyszerű tartalmú képeknél (fekete-fehér vonalas rajz) de komplexebb esetben nagyon nehézkes a megvalósítás. Térképészeti cél esetén a színre bontott térképi állományok segíthetnek a megoldásban, különös tekintettel a szintvonalakat tartalmazó fóliára. 48. ábra: Szkennelt állomány vékonyítása a vektorizáció során A két kiemelt konverziós művelet mellett előfordulhat, azonos formátumok közötti konverzióra van szükségünk. Az alábbiakban ezeket a lehetőségeket tekintjük át. A raszter-raszter konverzió eredményezi általában a legjobb minőségű átalakítást az összes lehetséges változat közül. A tulajdonképpeni adatokat az egyes pixelek tárolják, így akár pixelenkénti módosítást is lehetővé tesznek az átalakítások, függetlenül a fájl fejlécének tartalmától. Előfordul, hogy a színadatok átrendezésére is szükség van ezt a színpaletta módosításával vagy végső esetben színmodellek közötti konverzióval oldható meg. Tipikus probléma a nagy színmélységről (pl. 24 bit) kisebbre történő áttérés (pl. 8 bit). Ez esetben nincs elegendő hely a változatosabb színpaletta tárolására. A megoldást a kvantálás vagy a szórt árnyalás (dithering) jelentheti. Előbbinél a mintavételezett állomány reprezentatív értékei egy véges értékkészlet közelítő értékeit veszik fel (49. ábra). A második eljárásban a kevesebb színt használó képen úgy oldjuk meg az átmenetek megjelenítését, hogy bizonyos szabályok szerint keverve lesznek a különböző színű pixelek a képen (50. ábra). 49. ábra: A kvantálás folyamata 60

61 50. ábra: A szórt árnyalás eredménye Egy másik problémaforrás az eredeti és a konvertált képek méreteinek eltérése. Ha az eredmény egy kisebb kép lesz, akkor a pixelek egy részét el kell vetnünk (decimálás), ami mindenféleképpen információvesztést fog okozni. Nagyobb konvertált kép esetében pedig plusz információt kell kreálnunk az eredeti pixelek között megjelenő üres helyekre (replikálás) (51. ábra). 51. ábra: a, decimálás b, replikálás A vektor-vektor konverzió sem jelent nagy kihívást elméletben. A gyakorlatban azonban több problémával is szembesülhet a felhasználó. Az alapvető elemek (pontok, vonalak, felületek) konverziója döntően sikeresen végrehajtható, de sok olyan elemtípus vagy tulajdonság létezik, melyek átalakítása során hiba keletkezhet. Ilyenek például a különleges felület kitöltések, vonaltípusok, árnyékolások, fontok, b-spline-ok, vagy a Bezier-görbék. Ilyen problémák voltak megfigyelhetők például a régebbi AutoCad és Microstation fájlok közötti konverzió során, de az újabb verziók már szinte hiba nélküli megoldást kínálnak, vagy könnyedén találhatunk az interneten.dwg vagy.dgn konvertáló programokat. Gondot jelenthet, hogy az eredeti és a konvertált vektoros állomány esetenként más-más módon interpretálja a geometriai primitívek és a képi elemek megjelenítését vagy az állomány méretezését. A metafájl-metafájl konverziónak, a formátum sajátosságából adódóan vannak problémás és problémamentes részei is. Mivel mind raszteres, mind vektoros részeket is tartalmaznak ezek a formátumok, így az előzőekben ismertetett hibalehetőségek előfordulnak ez esetben is. A bittérképes részek általában gond nélkül átalakíthatók, de a vektoros részeknél a pontossági, méretezési problémák előjöhetnek. A metafájl konverziója vektoros és raszteres állományból is elmondhatjuk, hogy a raszteres rész átalakítása a könnyebb része a feladatnak, míg a vektoros adatoknál hasonló akadályokba ütközhetünk, mint a raszter-vektor átalakításnál. Tipikus példa erre az eljárásra, a raszteres és vektoros állományok ASCII formátumú metafájllá alakítása, mint például a Postscript. 61

62 7. Webes térképezés Az internet mára a mindennapok szerves részévé vált. Szinte nélkülözhetetlen lehetőségeket nyújt a munkavégzés, a kutatás, az oktatás terén. Ha belegondolunk, már az a nehezebb feladat, hogy olyan részét nevezzük meg az életünknek, amely valamilyen módon nem kapcsolódik a számítógépes világhálózathoz. Az internet történetét és főbb jellemzőit számtalan publikáció tárgyalja, így ehelyütt csak egy rövid összefoglalást közlünk, a legfontosabb dolgokat kiemelve Az internet és a térképek Mint majd minden technikai újítást, az internetet is katonai fejlesztéseknek köszönhetjük. A hidegháború korszakában az Egyesült Államokban azzal a céllal kezdték el egy számítógépes hálózat fejlesztését, hogy az akkor is működjön, ha egyes részei megsemmisülnek (ARPA / ARPANET). A csomagokban továbbított információknak alternatív utakon kell eljutniuk a címzetthez. A kezdetekben csak elektronikus levelek küldésére alkalmas, katonai és kutatási célokra használt hálózatokban az 1980-as évek közepéig néhány száz gép működött. A robbanásszerű elterjedéséhez egy olyan kezelőfelületre volt szükség, amely az átlagos felhasználó számára is érthető és használható formában valósította meg az információáramlást. Mára az internet alatt az egész világot befonó kisebb-nagyobb hálózatokat összekötő hálózatot értjük, vagy röviden a hálózatok hálózatát. Amely nem mindig jelent fizikai kapcsolatot, hanem csak az összekapcsolódás, a kommunikáció lehetőségét. A hálózat alapja az IP, azaz az internet protokoll vagy szabvány, amelynek kialakításakor az egyszerűségre és a robosztusságra törekedtek. Így az eredmény egy könnyedén használható, olcsó technológia lett. A protokoll csomagkapcsolt hálózatot valósít meg, azaz minden adatcsomagot külön-külön irányít anélkül, hogy direkt kapcsolatot hozna létre a résztvevő felek között. A forrást és a címet IP-cím alapján azonosítja. Napjainkra a hálózatra kapcsolt számítógépek száma %-kal növekszik havonta. Ez olyan gyors fejlődést és fejlesztéseket eredményez, hogy az internettel kapcsolatban nagyon nehéz naprakésznek lenni. Szinte minden jellemző adat hónapokon belül megváltozik. Ehhez nagyban hozzájárul, hogy szintén mindennapossá vált a vezeték nélküli hálózat, amelyre bárhol kapcsolódhatunk, ha az támogatja a mobil eszközünket. Legfontosabb újítása a korábbi médiumokhoz képest, hogy az egyirányú kommunikációt megváltoztatta és lehetővé tette, hogy a tradicionális felhasználók is adatszolgáltatókká lépjenek elő. A szolgáltatás kvázi ingyenessége lehetővé teszi a nem üzleti alapú információközlést is, valamint szűk célcsoportok elérését vagy egymás közötti kommunikációját. Természetesen emellett az üzleti szereplők is szinte kivétel nélkül jelen vannak a hálózaton, mert ma már ez is fontos része a gazdaságos működésnek. A korábban emlegetett áttörést a World Wide Web (WWW) szolgáltatás keretei között sikerült megvalósítani (1990, Tim Barners-Lee). Így platformfüggetlenül érhetünk el távoli adatokat akár otthonról is, amelyek szövegek mellett grafikus információk is lehetnek. A webet tulajdonképpen hiperlinkekkel összekötött dokumentumok összességének nevezhetjük, amely az internetet használja kommunikációs közegként. Az ezeket az információkat megjelenítő weblapokat böngésző programok segítségével kereshetjük fel (52. ábra). 62

63 52. ábra: A web böngészők részesedésének változása az utóbbi években Érdemes ehelyütt elkülönítenünk az internetet és a webet. Előbbi egy globális adatkommunikációs rendszer, hardver és szoftver infrastruktúrával, amely képes kapcsolatot teremteni a számítógépek között, míg utóbbi egy az interneten keresztül kommunikálni képes szolgáltatás a hiperlinkelt dokumentum tartalommal. A világhálózat rohamos fejlődése miatt elkerülhetetlenné vált a szabványosítás. Ebben több szervezet is részt vett, illetve vesz. Ki kell emelnünk a W3C-t (World Wide Web Consortium), mely szervezethez több is kapcsolható. Az alábbiakban a legfontosabb szabványokat soroltuk fel: URL (Uniform Resource Locator): az egyes weblapok, források egyedi címeit leíró szabvány HTTP (Hyper Text Trasfer Protocol) leírja a szolgáltató és a böngésző közötti információ átvitelt HTML (Hyper Text Markup Language) weboldalak készítéséhez, fejlesztéséhez kialakított leíró nyelv XML (Extensible Markup Language) általános célú leíró nyelv, melynek elsődleges célja strukturált szöveg és információ megosztása az Interneten keresztül CSS (Cascading Style Sheets) weblapok megjelenítésének szemantikai (formázás és kinézet) jellemzőit leíró nyelv DOM (Document Object Model) platform- és nyelv-független konvenció a HTML vagy XML dokumentumok objektum alapú megjelenítésére és kezelésére Az internet gyors fejlődése természetesen nagy hatással volt és van a térképészetre és a térinformatikára is. Az utóbbi években különösen felértékelődtek a digitális kartográfiai 63

64 termékek, a webes térképi művek. Ennek talán a legfőbb mozgató rugója az, hogy a társadalom mindinkább mobilissá kezd válni, még a fejletlenebb országokban is és az internet is egyre több helyen és egyre szélesebb körben használatos. Az emberek egyre nagyobb tömege utazik akár munkavégzés, akár turisztikai célból és ennek egyenes következménye az igény a helyhez kötött információkra. Az interneten az egyik legtöbbször keresett dokumentum a térkép. E tények következtében mind nagyobb hangsúllyal jelentek meg a topográfia és kartográfia szakterületén a digitális feldolgozási módszerek, termékek. Ma már azt mondhatjuk, hogy a digitális topográfia és kartográfia egy külön szakterület a maga specifikumaival. Mielőtt ezzel a területtel részletesebben foglalkoznánk érdemes megemlítenünk, hogy az internet előtti időszakokban is készültek már digitális térképi anyagok, kiadványok, de ezeket sem számukban sem ismertségükben nem lehet összehasonlítani az internetes térképi anyagokkal, lehetőségekkel. Azonban a készítésük során szerzett tapasztalatok nagyon hasznosnak bizonyultak a későbbi webes térképek fejlesztésekor. A CD atlaszokról, illetve a multimédiás CD ROM-okról van szó (53. ábra). Ezeknek a kiadványoknak a készítésekor már megmutatkoztak azok az előnyök és hátrányok, illetve korlátok, amelyek a digitális térképezést általánosságban jellemzik. Néhány ezek közül: A térképnek igazodnia kell a megjelenítő eszköz - ez esetben a monitor paramétereihez (felbontás, méret) Nem lehet a teljes megjelenítő felületet kihasználni, mert egyéb fontos elemeknek is kell a hely (görgető sávok, szövegek, menük) Speciális szoftverek voltak szükségesek a kiadványok elkészítéséhez A kiadvány egyedi tartalmi elemeihez (képek, szövegek) egyáltalán nem vagy csak nehezen lehetett hozzáférni A webes térképészet kialakulásával ezeknek a jellemzőknek nagy része átalakult, a korlátok megszűntek. Például nyitottabbak lettek a dokumentumok, így szabadabbá vált a hozzáférés az alkotóelemekhez. Ezt a változást persze tekinthetjük pozitívnak és negatívnak is, attól függően, hogy a térképi mű készítői, avagy felhasználói vagyunk-e. 53. ábra: Multimédiás CD-ROM kiadványok 64

65 A webes térképészet tehát mára már szerves részét képezi a topográfia és kartográfia szakterületének. A következőkben áttekintjük ennek a szakterületnek a lényeges tulajdonságait. Elsőként érdemesnek tűnik csoportosítani a webes térképészet a klasszikus felosztás szerint. Tehát megkülönböztetünk webes térképezést (topográfiát), webes kartográfiát és webes térinformatikát. Azonban a későbbiekben látni fogjuk, hogy mára már nincsenek éles határok az egyes csoportok között Web térképészet A webes térképészet alatt digitális térképek tervezését, szerkesztését, kivitelezését, fejlesztését és közzétételét értjük, mely a World Wide Web szolgáltatásán keresztül történik. Ezeknek a munkarészeknek döntően a technológiai szempontú megközelítésére kerül a hangsúly ez esetben. Míg az elméleti megfontolásokkal inkább a webes kartográfia foglalkozik. A digitális kartográfia számára a web, mint közvetítő médium lényegesen új helyzetet teremtett. Ez az új szituáció számos lehetőséget és jó néhány kihívást is jelent a térképek készítői számára. Olcsóbb és gyakoribb közzététel és frissítés lehetősége, naprakész adatok egyszerűbb kivitelezése, személyes térképi tartalmak integrálása, az adatforrások és földrajzi adatok könnyedébb megosztása. A leküzdendő problémákat két részre oszthatjuk. Egyszer a technikai gondok: komplex technika, felbontás, képernyő nagyság, kis hálózati sávszélesség, különös tekintettel a mobil eszközökre. Másodsorban a szerzői jogi, a biztonsági, a megbízhatósági kérdések. Ez utóbbi szempontok figyelembe vételével már jó előre érdemes megfontolnunk az alábbi kérdéseket: A térképi szolgáltatás ingyenes legyen vagy fizetős? A térképi adatok védelme milyen szintű legyen? Mennyire tudunk megfelelni a szerzői jogi előírásoknak, melyek országonként változnak? A webes térképezés a kezdeti statikus képeitől mára eljutottunk a dinamikus, interaktív és multimédiás elemeket is tartalmazó digitális térképi művekig, valamint a földrajzi információkat kezelő és szolgáltató geo-szerverek és geo-hálózatok világáig. A digitális topográfiának és kartográfiának így kötelező foglalkoznia a minél jobb megjelenítés és használhatóság mellett az interaktív és multimédiás eszközökkel és az általuk nyújtott lehetőségekkel is. Ahogyan az internet fejlődésével együtt járt a szabványosítás, úgy a webes térképészetben is megszülettek azok a nyílt szabványok, melyek nagy hatással voltak a tartalmi és a minőségi fejlődésre is. A szabványosításban élen jár az OGC (Open Geospatial Consortium) mely 1994-ben alakult. Az OGC szabványok nagy részének az alapját az úgynevezett Abstract Specification jelenti, ami tulajdonképpen egyfajta alap adatmodell leírás a földrajzi adatok kezeléséhez, illetve megjelenítéséhez. Ez alapján a konzorciumban részt vevő tagok (több mint 400 kormányzati, üzleti és nonprofit szereplő) fejlesztettek és fejlesztenek újabb a speciális igényeknek is megfelelő szabványokat. Néhány a több, mint 30 szabvány közül WMS (Web Map Service) georeferált raszteres térképek szolgáltatását leíró protokoll WMTS (Web Map Tile Service) mozaik képeket leíró protokoll WFS (Web Feature Service) vektoros térképek (objektumok) szolgáltatását leíró protokoll WCS (Web Coverage Service) adott régió fedvényének szolgáltatását leíró protokoll 65

66 WPS (Web Proccessing Service) interneten keresztüli térinformatikai feldolgozást lehetővé tevő protokoll CSW (Web Catalog Service) katalógusszolgáltatás (keresés, metaadatok, források) A weben keresztüli térképszolgáltatásokat mára már több milliónyian veszik igénybe, de csak kis részük van azzal tisztában, hogy hogyan is működik valójában. Érdemes azonban tisztában lennünk legalább az alapfogalmakkal, hogy ki tudjuk használni a különböző szolgáltatásokban rejlő lehetőségeket. A 4. táblázatban összefoglaltuk az egyes lehetőségeket, amelyek tulajdonképpen a fejlődési sorrendet is jelentik. A kezdeti statikus térképszolgáltatástól kezdődően, a korlátozott interaktivitáson keresztül, hogyan szélesedtek ki a lehetőségek a különböző szerver és kliens oldali alkalmazásokig (Java). Végül pedig ezen lehetőségek együttes alkalmazásával létrejött a térinformatikai funkciókkal felruházott webes térkép, amit méltán nevezhetünk webes térinformatikai alkalmazásnak. Jó példa erre az ESRI cég ArcView Internet Map Server-e A szerver kezeli a klienstől érkező kéréseket. A legegyszerűbb esetben a szolgáltatás lehet egy HTML oldal vagy egy statikus kép A web böngészők már önmagukban is alkalmasak HTML oldalak és képek kezelésére, de egyes esetekben szükséges plugin-ek használata a kliens oldalon (pl. Adobe Acrobat vagy Flash, Apple Quicktime, Sun Java) A Java programozási nyelv segítségével igen szofisztikált interaktív térképek állíthatók elő. Támogatja a 2 és 3 dimenziós vektoros grafikát. Alkalmazásához komoly tudásbázis szükséges 66

67 67 A szerver végezhet hitelesítést, kéréstovábbítást egy dinamikus forrás felé (CGI) A CGI alkalmazások dolgozzák fel a kliens kéréseit és ez alapján a rendezett adatokat webes formában küldik meg eredményként A webes GIS lehetővé teszi a térinformatikai lehetőségek kihasználását egy böngészőn keresztül, úgy hogy az adatkezelés a szerver oldalon történik, ahol egy alkalmazás szerver is működik a háttérben. Megszokott a térképszerver elnevezés is. (ArcIMS, Geomedia Webmap, Autodesk Mapguide) 4. táblázat: A webes térképészet szerver és kliens oldali technológiái A ma ismert webes térképeknek többféle csoportosítása is létezik és azt mondhatjuk, hogy a szakterülettel együtt a csoportosításokban is egyfajta evolúció figyelhető meg. Talán az első átfogó elemzés Jan-Menno Kraak holland térképésztől származik, aki a legelső megközelítésben csak két nagy osztályt különböztetett meg (54. ábra): a statikus és a dinamikus webes térképeket. Mindkét osztályt további két-két alosztályra bontotta: a csak nézegethető és az interaktív térképekre. A klasszikus webes térkép raszteres formátummal rendelkezett, statikus volt és csak nézegetni lehetett. Térképtárak, turisztikai irodák és sok más térképi adatokra hangsúlyt fektető szolgáltató élt ezzel a lehetőséggel és alapvető céljait ezzel el is érte. A későbbiekben megjelentek azok a statikus térképek, melyek interaktív szolgáltatásokkal is rendelkeztek, így például lehetőség volt a kicsinyítésre, nagyításra, eltolásra, hyperlink kapcsolatok definiálására, majd a későbbiekben a rétegkezelésre, szín és szimbólum változtatásra, azaz a jelkulcs módosítására (55. ábra). A második fő csoportot alkotó dinamikus térképek legegyszerűbb formái azok az animációk voltak, amelyek raszteres formátumú képeket vetítettek egymás után (animált-gif) és a felhasználó csak nézhette, de nem avatkozhatott bele a folyamatba. Jó példák erre a különböző, az időjárás változását bemutató animált oldalak (56. ábra). A felhasználói interakció kezdetleges formáját azok a megoldások jelentették, amikor az animáció valamilyen média lejátszó program alatt futott (AVI, MPEG vagy Quicktime formátum) és meg lehetett állítani vagy előre, hátra tekerni. A következő lépés a valós 3 dimenziós modelleket tartalmazó formátumok megjelenése volt (VRML, Quicktime VR), amelyek már nem csak 3D képek sorozatát tárolták. Így a felhasználó meghatározhatta a modell bejárásának, átrepülésének útvonalát, dönthetett a magasságról, az irányról. Végül elérhetők az úgynevezett klikkelhető animációs oldalak, melyeken a felhasználó elindíthat több kisebb-nagyobb részletességű animációt is egyetlen

68 kattintással, mert ezek egymáshoz vannak kapcsolva (link). A 5. számú táblázat egy későbbi kicsit más szempontú csoportosítást tartalmaz, amelyben az előzőekben definiált statikus, dinamikus, interaktív térképi jelzők is átértékelődtek. 54. ábra: Webes térképek alapvető felosztása (Kraak) 55. ábra: Statikus webes térképek csoportosítása 56. ábra: Dinamikus webes térképek csoportosítása 68

69 TÍPUS STATIKUS DINAMIKUS JELLEMZŐK -TIPIKUSAN SZKENNELT VAGY GIS EXPORT ÁLLOMÁNYOK, -RASZTERES VAGY VEKTOROS FORMÁTUM, CSAK NÉZEGETŐ MÓD NINCS INTERAKTIVITÁS, MULTIMÉDIA -A FELHASZNÁLÓ IGÉNYEI SZERINT MINDEN BETÖLTÉSNÉL ÚJRA GENERÁLÓDIK -DINAMIKUS TÉRKÉP SZERVER ADATBÁZISBÓL ONLINE ATLASZ -WEBES LEHETŐSÉGEKET KIHASZNÁLÓ ATLASZOK KINYOMTATHATÓ RÉSZLETEKKEL INTERAKTÍV MEGOSZTOTT ANALITIKUS -LEHETŐSÉG A TÉRKÉPI PARAMÉTEREK VÁLTOZTATÁSÁRA, NAVIGÁLÁSRA, TÉRKÉPI ADATOK KEZELÉSÉRE, -A TARTALOM MEGOSZTOTT ADATBÁZISOKBÓL ÁLL ÖSSZE -SZABVÁNYOK TESZIK LEHETŐVÉ AZ EGYSÉGES ADATKEZELÉST (TOPOGRAFIKUS, TEMATIKUS ADATOK) -TÉRINFORMATIKAI JELLEGŰ ELEMZÉSI LEHETŐSÉGEK SZERVER VAGY FELHASZNÁLÓI ADATOKKAL -NAGY HASONLÓSÁG A WEBES GIS-SZEL ANIMÁLT KOLLABORATÍV SZEMÉLYRE SZABOTT VALÓS IDEJŰ HIPER ÁTFORMÁZHATÓ -A LEGKÜLÖNBÖZŐBB JELENSÉGEK, ESEMÉNYEK GRAFIKUS ANIMÁCIÓJA TÉRBEN ÉS IDŐBEN -A WIKI OLDALAKHOZ HASONLATOS KÖZÖSSÉGI TÉRKÉPFEJLESZTÉS -MINIMÁLIS GEOMETRIAI ELLENŐRZÉS, SZIMULTÁN SZERKESZTÉSI LEHETŐSÉG -EGYÉNI ELVÁRÁSOKNAK MEGFELELŐEN KIALAKÍTHATÓ TÉRKÉPI TARTALOM (ADAT SZELEKTÁLÁS, EGYÉNI JELKULCS) -KÖZEL VALÓS IDEJŰ (NÉHÁNY MP. VAGY PERC ELTÉRÉS) MEGJELENÍTÉSE JELENSÉGEKNEK, ESEMÉNYEKNEK, MONITORING RENDSZEREK -OLYAN LEHETŐSÉG, AMI LEHETŐVÉ TESZI EGY N DIMENZIÓS WEBES TÉRKÉPI STRUKTÚRA EGY RÉSZÉNEK SÍKBELI MEGJELENÍTÉSÉT A TENGELYEK MEGVÁLASZTÁSÁVAL -OLYAN KOMPLEX WEBES TÉRKÉPEK MELYEKET MÁSOK ÚJRA FELHASZNÁLHATNAK A SAJÁT WEBOLDALUKON, TERMÉKÜKBEN 5. táblázat: Webes térképek korszerű csoportosítása 69

70 Végül a következőkben részletesen felsoroljuk a webes térképészet előnyeit és a felmerülő problémákat is: Előnyök: A webes térképezés szoftver és hardver infrastruktúrája jóval olcsóbb, mint a hagyományos térképkészítési eljárásoké. Számos nyitott földrajzi információs adatbázis, térkép szerver, szoftver segíti a minél hatékonyabb és gazdaságosabb munkát. Platform és operációs rendszer független megoldás. Naprakész vagy közel azonos idejű (realtime) információk egyszerűbb szolgáltatása. A háttér adatbázis frissítésének függvényében generálhatók az akár folyamatosan frissülő térképek. (választási, időjárási, közlekedési adatok) A kész térképi termék frissítése egyszerűbben megoldható, mint a hagyományos papíralapú vagy off-line kiadványoknál, hiszen a webes térképi tartalom minden egyes letöltésnél frissíthető, míg utóbbiak esetében a korrekcióhoz egy új verzió kiadására volt szükség a maga lassú munkafolyamatával (újra szerkesztés, nyomtatás, terjesztés). A digitális megoldás egyszerűbb, olcsóbb, gyorsabb, így gyakoribb frissítést tesz lehetővé. A webes térképi tartalom kombinálható más adatbázisok információival. A nyílt szabványok és dokumentumok lehetővé teszik változatos adatok integrálását egy közös termékbe. Emellett az adatbázisok centralizált információkezelése helyettesítheti a sokszor körülményes saját adatkezelést, adatnyilvántartást. A webes térképek személyre szabhatók, ha a térképező rendszer ezt támogatja. Ez esetben a felhasználó saját profilokat használhat, konfigurálhatja a stílusokat és színeket, így kialakítva saját térképét. A közösségi térképezés lehetősége azt jelenti, hogy adott webes közösség tagjai együttműködve fejlesztik a térképi tartalmat. Működése hasonló a Wiki oldalakhoz. A webes térképek támogatják a hyperlink kapcsolatokat más webes tartalmakkal. Kiemelt térképi elemekhez hozzá kapcsolhatunk olyan linket, amely további hasznos információkat tartalmaz az adott elemről vagy azzal kapcsolatban. Könnyedén integrálható multimédia a térképhez. A mai web böngészők már támogatják a multimédiás anyagok lejátszását (hang, videó, animáció). Hátrányok: A megbízhatóság kérdése. A felhasználónak meg kell bíznia a szerverekről letöltött adatokban. Segítséget nyújthatnak a csatolt metaadatok, melyek az adatok legfőbb jellemzőit tartalmazzák. Emellett a megosztott adatot feltöltő személynek nincsen semmilyen kötelezettsége az adatok használhatóságának tekintetében. Több alkalmazásban, de különösen a kollaboratív térképezés esetében, hasonlóan más nyitott projekteknél az adatok minőségi kérdése jelenthet problémát. A tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy igen magas megbízhatósággal rendelkeznek ezek az adatok. A közösségi oldalak információinál nyilván megbízhatóbbak a hivatalos adatok. Ezek azonban nagyrészt drágák (kivéve az USA), illetve csak korlátozottan hozzáférhetők. Sokszor a nagy európai adatszolgáltatók csak kormányzati, állami, uniós kutatási és fejlesztési feladatoknál járulnak hozzá adataik felhasználásához. 70

71 A webes térképészet hatékony használata viszonylag nagy hálózati sávszélességet igényel, ami nem mindig áll rendelkezésre (vezeték nélküli hálózatok). Habár a képernyők felbontása fokozatosan javul, még mindig problémát jelent a képernyők mérete. Különös tekintettel a mobil eszközökre. A webes térképezés nyújtotta szabadság komoly hátulütője, hogy igénytelen és rossz minőségű térképek is készülnek. Habár egyre szélesebb körben terjed a webes térképek és térinformatika használata, még mindig komoly és összetett feladat egy jól használható és megfelelő minőségű térkép elkészítése. Ehhez komoly tapasztalatokkal kell rendelkezni az adatforrások, a technológiák és a szolgáltatások terén. Az önálló számítógépes alkalmazásokhoz képest a webes térképezést is jellemző komplex és integrált fejlesztői eszközök, technológiák esetében lassabb és körülményesebb fejlődés, fejlesztés figyelhető meg. A szerzői jogok kérdése majd minden webes adatszolgáltatásnál kritikus probléma. A földrajzi információkra ez fokozottan igaz, hiszen sokan vonakodva vagy egyáltalán nem szeretnék közzé tenni adataikat, eredményeiket. Ennek legfőbb oka, hogy még mindig igen drágán lehet csak hozzájutni az ilyen típusú adatokhoz. A másik hasonló gond a személyiségi jogokkal van. A nyitott adatbázisok, közösségi oldalak adataiból viszonylag egyszerűen összegyűjthetők egy-egy kiválasztott célcsoport személyes adatai. Emellett problémát jelent a nagy felbontású légi és műhold, valamint az ezeket kiegészítő földi felvételeken megjelenő személyek jogainak kezelése Webkartográfia Ahogyan arra már az előző alfejezetben is utaltunk a webes topográfia alatt inkább a World Wide Web szolgáltatást kiaknázó, digitális térképtervezést, szerkesztést, kivitelezést, fejlesztést és közzétételt értjük, azaz inkább a technológián van a hangsúly. A webes kartográfia ellenben az elméleti megfontolásokat tartalmazza, amelyek segítségével használható és minőségi digitális térképek készítéséhez szükségesek. Lényegében megegyezik a digitális kartográfiával kiegészülve azzal, hogy az internetet, mint új közvetítő médiumot hasznosítja. A webes térképek készítése komoly kihívást jelent a kartográfusok és térinformatikusok számára. A tervezés során tekintettel kell lenni az internetes világhálózat főbb jellemzőire, korlátaira és lehetőségeire. A legfőbb feladatok az egyensúlyra törekvés a térkép funkcionalitása és a minél magasabb szintű vizuális minőség között, valamint a felhasználó számára vonzó megjelenés és a megjelenítő eszköz lehetőségeinek összehangolása. A hardvert és a potenciális hálózati adottságokat mindig figyelembe kell venni. Különösen igaz volt ez néhány évvel korábban, amikor a hálózati sebességek igen alacsonyak voltak és emellett a megjelenítő eszközök felbontása is korlátozott volt. Ezek a körülmények a fájlok nagyságának minimalizálását indokolták, ami sokszor a minőség rovására ment (kisméretű rossz felbontású, leegyszerűsített jelkulcs). A felbontás növekedésével a kicsinyítés és nagyítás megoldást jelentett a kis méretekre. A hagyományos térképészethez képest megnövekedett a hangsúlya a térképi elemek közötti vizuális hierarchiának, hiszen ezen keresztül lehet elérni, hogy a térkép megfelelően töltse be a funkcióját. Fontos szempont lett, az átlátszóság, a színek megválasztása és néhány esetben az árnyékolás (57. ábra). Egyes formátumok csak korlátozottan voltak képesek ezeket a jellemzőket kezelni. Az kihasználható webes és interaktív lehetőségek száma azonban jóval nagyobb a korlátokénál. Néhány funkció a teljesség igénye nélkül: 71

72 legördülő menük kurzor objektumra állításával elérhető funkciók statikus / legördülő / interaktív jelkulcsok hotspot-ok változatos szimbólum rendszer dinamikus zoom (58. ábra) 57. ábra: Az átlátszóság használata 58. ábra: Dinamikus és statikus zoom-olás 72

73 Web GIS A korábbi alfejezetekben már utaltunk rá, hogy napjainkra a webes térképészet és térinformatika szinte egymást lefedő fogalmakká váltak. A külön tárgyalásukat alapvetően a történeti fejlődés indokolja, hiszen a kezdetekben még jól elkülöníthetőek voltak a GIS és a hagyományos topográfia webes térképei, illetve napjaink egyes digitális termékei között is definiálható az a választóvonal, amely a két csoport között húzódik. Azonban azt látni kell, hogy a webes térképészet mára eljutott arra a szintre, hogy mind a szolgáltatók, mind a felhasználók részéről a térinformatikai alkalmazások és lehetőségek jogos igényként jelentkeznek. Ha mégis definiálni szeretnénk a legfontosabb különbséget a két alkalmazás között, akkor az talán legjobban a hangsúlyok eltolódásában figyelhető meg. A térinformatikai munkákban az elemzés (tematika) és a lekérdezések lehetősége, a feladat specifikus (akár komplex) adatkezelés, valamint gyakran a kutatói jelleg dominál. Ha egy másik szemszögből, a térinformatikusok oldaláról közelítjük meg a kérdést, akkor azt mondhatjuk, hogy az idővel egyre nagyobb adatéhség generálta azt a folyamatot, hogy a GIS alkalmazások webes alapokon is használhatóvá váltak. A konkrét elvárások, igények, amelyek gyorsították ezt a folyamatot a következők voltak: digitális formátumú térbeli adatok lehető leggyorsabb adatelérés lehető legfrissebb adatok formátumok közötti konverzió nagy tárolókapacitások adatcsere lehetőségek A webes térinformatika alapvető feltétele tehát egy háttér-adatbázis, amely egyrészt tartalmazza a térképi objektumokhoz rendelt leíró adatokat, valamint a geometriai és attribútum adatok együttes tárolása révén képes a felhasználó kéréseire valamilyen választ, eredményt produkál. Érdemes különböző szempontokból megvizsgálni és csoportosítani a létező megoldásokat. Elsőként érdemes a szerint elkülöníteni a web GIS megoldásokat, hogy milyen stratégiát alkalmaznak az eredmény létrehozásában. Az alapvető megközelítés az, hogy a kliens szerver viszonyban előbbi csak a feladat megfogalmazásában, illetve az eredmények megjelenítésében játszik szerepet, míg a szervergép szolgáltatja az adatokat, alkalmazásokat, azokat a képességeket, melyek a feladat megoldásához szükségesek. A szakirodalom ezt nehéz vagy vastag szerver oldali stratégiának nevezi. (59. ábra) Ahhoz, hogy a szerver képes legyen a földrajzi adatokat kezelni, a kliens felől érkező megkereséseket (HTML) dekódolva kell továbbítania az úgynevezett térkép-szerver felé. Erre fejlesztették ki a CGI (Common Gateway Interface) szabvány szerinti programokat. A térkép-szerverek tulajdonképpen kiterjesztett képességű szerverek, melyek alkalmasak a földrajzi információk kezelésére is. 73

74 A szerver oldali stratégia előnyei: 59. ábra: Szerver oldali stratégia Egyszerűbb, közvetlenebb adathozzáférés, adatkontroll. Könnyebb adatkezelés és naprakész állapot fenntartása. Szerverkapacitást kihasználó bonyolultabb GIS elemzési lehetőségek. Komplex adatkezelés. Magas fokú adatbiztonság. A hátrányai: Esetlegesen nagy válaszidő, vagy elakadás. Ki nem használt szerver oldali kapacitások. A növekvő igényekhez igazodó kapacitás szükséglet. Minden egyes kérés, vezérlés hálózati kommunikációt generál. A másik lehetséges stratégia szerint a szerver csak a szükséges adatokat gyűjti össze a kliens oldalról érkező kérésnek megfelelően, majd továbbítja azokat a kliens gépre. A további feldolgozás, a feladatmegoldás érdemi része már helyben, a kliens gépen történik. Ennek a megoldásnak nehéz vagy vastag kliens oldali stratégia a neve. A feldolgozás és a megjelenítés is többféle módon valósulhat meg. Az egyik megoldást az applet -ek alkalmazása jelenti. Az applet egy speciális szerkezetű JAVA program, mely a rá történő hivatkozásokat tartalmazó HTML dokumentum megnyitása után automatikusan letöltődik a kliens számítógépébe, a böngészőprogramban fut és a megnyitott dokumentumban elhelyezett elemekkel (gombok, szöveg ablakok, stb.) vezérelhető. A dokumentum bezárása után azonban azonnal törlődik és a kliens véglegesen nem tudja letölteni. A kliens géppel a böngészőn kívül nem kommunikál, így csak a szerver adatait képes feldolgozni. (60. ábra) 74

75 60. ábra: Kliens oldali stratégia applet -tel Második megoldást a plug-in lehetőségek jelentik (61. ábra). A plug-in -ek olyan kiegészítő lehetőségeket, funkciókat tartalmazó szoftver komponensek, amelyeket hozzá lehet adni a programokhoz. Ezeket előre telepíteni kell a kliens gépen. Ilyen lehetőség például a webes böngészőkhöz adható videó lejátszók (Quicktime). A kliens oldali stratégia előnyei: 61. ábra: Kliens oldali stratégia plug-in -nel Kihasználja a kliens gép kapacitásait. Nagyobb felhasználói kontroll az elemzések felett. Az elemzések hálózati kommunikáció nélkül is végrehajthatók. A következőkben pedig a hátrányok: Felesleges időtöltés az applet -ek letöltésével (több funkció = nagyobb fájl méret). Felesleges időtöltés az plug-in -ek letöltésével és installálásával. 75

76 Esetleges nagy GIS állományok letöltése szintén időigényes lehet. A kliens gép kapacitása kevésnek bizonyulhat a térinformatikai adatok és elemzések szempontjából. Létezik egy harmadik, úgynevezett hibrid szerver-kliens stratégia. Ennek működése során a klienstől érkező kérések és az adott válaszok és applet letöltések mellett folyamatos adatátvitel és interakció zajlik a két oldal között (62. ábra). Az ilyen alkalmazások kialakításakor fokozott figyelmet kell szentelni a felhasználói igényeknek és a térinformatikai háttértudásnak, illetve a kliens gépek várható kapacitásainak. A hibrid stratégiát felhasználó tipikus alkalmazások a valós idejű térkép böngészők és generáló programok, térbeli adat katalógusok, földrajzi információs keresőmotorok. 62. ábra: Hibrid szerver-kliens stratégia Az alkalmazott stratégiák mellett a következő csoportosítási szempont lehet, hogy milyen módon generálja a webes térinformatikai architektúra az eredményt jelentő térképi műveket. Eszerint három csoportot tudunk megkülönböztetni: Statikus web GIS: Ebben a megoldásban az eredmény dokumentum egy fájlban tárolódik a szerző által meghatározott és fix tartalommal. Egy statikus térképi dokumentumra vonatkozó összes, a kliensektől érkező kérésre teljesen azonos válasz az eredmény, mivel a tartalma nem változik. Hiányoznak az elemző és lekérdező funkciók, így tulajdonképpen azt is mondhatnánk, hogy ez a megoldás nem is tartozik a GIS alkalmazások közé. Azonban kiindulási alapnak megfelelő. Előnye az egyszerűség, a gyors megjelenítés és a megbízhatóság (megfelelő karbantartás mellett), míg hátránya a változások körülményes kezelése és a dinamikus információ kezelés hiánya. Dinamikus web GIS: Ebben a megoldásban az eredmény dokumentumok nem egyetlen fájlban vannak tárolva, hanem minden egyes kérésnek megfelelően újra és újra generálódnak, azaz egyes kérésekhez különböző válaszok tartoz(hat)nak. Előnye a dinamikus térképgenerálás, ami azonban költségesebb hardvereket és szoftvereket igényel. Platformfüggő, általában C, C++, VB nyelveken írt programokról van szó. Alapvetően raszteres formátumban készül a válasz dokumentum. 76

77 Aktív web GIS: Az aktivitás ez esetben azt jelenti, hogy nem csak a szerver gép vesz részt az eredmény létrehozásában, hanem a kliens gép lehetőségeit is kihasználjuk, a felhasználó interaktív módon befolyásolja a térképgenerálást. Ez azt is jelenti, hogy az ilyen alkalmazásokban a felhasználó saját gépén keresztül közvetlenül végezheti az földrajzi adatok input, output, frissítés, lekérdezés, elemzés műveleteit, hiszen lokálisan fut az adatokat kezelő program. Legelterjedtebb formái JAVA-ban készülnek (DDViewer, ActiveMaps), platform függetlenek, interaktivitás és folyamatos adatkezelés tekintetében a dinamikus alkalmazások előtt járnak, nem terhelik nagyon a szerver gépet, valamint vektoros és raszteres formátumot is kezelnek. Összehasonlítva a két csoportosítást nagy átfedés mutatkozik az egyes típusok között. A 6. táblázatban foglaltuk össze a leglényegesebb szempontokat a könnyebb áttekinthetőség miatt. Összességében azt mondhatjuk, hogy a fentiekben bemutatott stratégiák alkalmazása megfigyelhető mind a webes GIS és térképészet területén is, így kijelenthető, hogy a határ a két terület között mára igen elmosódott. A topográfiai termékek egyre nagyobb számban rendelkeznek különböző elemzési lehetőségekkel, valamint a térinformációs adatbázisok térképi, grafikai prezentációja is eléri a korábban csak a topográfiai termékekre jellemző minőséget Mobil web térképek 6. táblázat: A web GIS lehetséges megoldásai A digitális térképészet egy speciális termékéről szót kell még ejtenünk. A mobil térképekről van szó, amelyek olyan speciális tulajdonságokkal rendelkeznek, hogy indokolt a külön tárgyalásuk. Ezeket a térképeket a különböző hordozható számítástechnikai vagy kommunikációs eszközökön kell megjeleníteni, mint például mobil telefonok, okos telefonok, PDA-k, GPS vagy GNSS vevők (63. ábra). Ha a megjelenítés web böngésző keretei között történik, akkor mobil webes térképekről is beszélhetünk. 77

78 63. ábra: Mobil eszközök A mobil eszközökön mára általánossá vált az internet elérésének lehetősége, a telefonok esetében a 128 x 128, 3,2 colos kijelzőknél a 240 x 400 pixeles felbontás és a true color (16,7 millió szín) színmélység. Ez azt jelenti, hogy egyre szélesebb körben felhasználhatók a digitális térképi adatbázisok ezeken az eszközökön is. A tipikus felhasználó útvonal és a számára érdekes helyszínek keresését hajtja végre a legtöbbször. Ezen igények kiszolgálására jöttek létre a következő szolgáltatások, melyeket röviden ismertetünk. Point of interest (POI): Hasznos helyek, érdekes pontok, amelyek a felhasználó számára fontos pontszerűen megjelenített helyszíneket jelenti. Hogy mi lehet egy POI, az igen széles skálán változhat, hiszen ez felhasználó függő: turisztikai látványosság, hotel, étterem, bankautomata, gyógyszertár, orvosi rendelő, üzlet, benzinkút, mozi, iskola, templom, kút, nyilvános WC. A mobil eszközökön futó térképi alkalmazásokban a gyártók elhelyeznek ilyen érdekes pontokat, de természetesen a felhasználó ezt bővítheti igényei szerint. (64. ábra) 64. ábra: POI-k egy térképen Location based services (LBS): Helyfüggő szolgáltatás, amely mobil eszközökkel a mobil hálózaton keresztül érhető el. Mindig a felhasználó pozíciójának függvényében nyújt szolgáltatást. Alapvető feladata adott személyek, objektumok azonosítása, helyzetének meghatározása, mozgásának követése, ellenőrzése. Emellett magába foglalja a személyre szabott vagy mobil kereskedelmet, egyéb szolgáltatásokat. Tulajdonképpen három technológia, az Információs és Kommunikációs Technológia (ICT), az Internet és a 78

79 Térinformációs Technológia (GIS) együttes alkalmazását jelenti (65. ábra). Az együttes technológia alkotórészei: Mobil eszközök (telefon, PDA, laptop) Kommunikációs hálózat (adatátvitel, szolgáltatások közvetítése) Helymeghatározó komponens (GPS, GNSS) Alkalmazás és szolgáltatás komponens (útvonal, POI keresés) Adat és tartalomszolgáltató komponens (állami, üzleti partnerek) 65. ábra: Hely alapú szolgáltatások működésének elvi vázlata A hely alapú szolgáltatások eredménye egy többlépcsős folyamat végén alakul ki. Ehhez szükségesek a geometriai alapot szolgáltató térképek a háttér adatbázisukkal, a felhasználó pozíciójának meghatározása, a keresett objektum térbeli és tematikus információinak ismerete (66. ábra). Tipikus alkalmazásokat a 7. számú táblázatban foglaltuk össze. Ha az ilyen típusú alkalmazások korlátait szeretnénk összefoglalni, akkor három jelentősebb problémát kell kiemelnünk: A mobil eszközök számítási és memória kapacitása korábban gondot jelentett. A technológiai fejlődéssel azonban egyre nagyobb teljesítményű hardverek kerülnek a piacra és ezzel együtt a programokat, alkalmazásokat is ezekhez igazítják. Ez a korlát megnehezítette a térbeli elemzések, az útvonalkeresések és a felhasználó specifikus térképek generalizálásának végrehajtását, de mára ez nagyrészt megoldódott. További használhatósági korlátot jelentenek: az akkumulátorok működési jellemzői (rendelkezésre állási idő, élettartam), a képernyők mérete és az időjárás függőség (napsütésben olvashatatlan kijelző). A mobil eszközök ezen tulajdonságai is fejlődtek az elmúlt években és jóval az elfogadható szint fölé emelkedtek, de még ma is a használat egyik nehézségét jelentik. Végül még mindig jelentős problémák adódhatnak a kommunikációs hálózati rendszerek elérésében, a korlátozott sebesség és a lefedettség tekintetében is. 79

80 66. ábra: Helyfüggő szolgáltatások módszertana 7. táblázat: Hely alapú alkalmazások 80

81 6.2. A web fejlődése Ennek a fejezetnek egy korábbi részében már bemutattuk az internet és a web kialakulásának rövid történetét, alapvető tulajdonságait. Az eredetileg kialakult világhálózat és az ezen keresztül futó alkalmazások döntően úgy működtek, hogy a felhasználó felkereste a szolgáltató honlapját és az ott található tartalmat nézte meg, töltötte le. Ezt a fejlődési szakaszt nevezhetjük a statikus web időszakának, amikor az információtartalmat csakis a szolgáltatók vagy webmesterek határozták meg. A fejlődés azonban hatalmas volt e területen is. A felhasználók és a szolgáltatók száma, a hálózatok sávszélessége robbanásszerűen megnövekedett. Ezzel együtt a web tulajdonságai is kezdtek megváltozni. A XXI. század első éveire már megjelent egy újszerű web használat, ami túlmutatott az eredeti egyszerű technikai szolgáltatáson. Olyan alkalmazások alakultak ki, melyek egyfajta közösségi felhasználást, hálózatépítést és tartalomszolgáltatást jelentettek, azaz felhasználók tömegeit vonták be a webes tartalom formálásába, így alkalmazkodva a folyamatosan változó igényekhez. Ezeknek az új módszereknek, alkalmazásoknak az összességét nevezzük web 2.0-nak (67. ábra). A lényeg tehát nem a technológia változása, hanem a rajta keresztül futó alkalmazások jellemzői: a megoszthatóság, az együttműködés, a moderáció. Ha tömören szeretnénk definiálni ezt az új megközelítést, talán a közösségi vagy társadalmi web lenne a legmegfelelőbb, melynek a legfőbb tulajdonsága a szinergia. Mára azonban már megjelentek azok az elképzelések (jóslatok), illetve definíciók is, amelyek a továbblépés lehetőségeit írják le (web 3.0, 4.0). Ebben az alfejezetben a web ez irányú fejlődését foglaljuk össze Web 2.0 A web 2.0 tehát egy gyűjtőfogalom. A legkülönbözőbb alkalmazások változatos funkciókkal, de közel azonos jellemzőkkel. Közösségi oldalak: Olyan közösségi struktúrák, amelyek egyének vagy szervezetek kapcsolataiból állnak. Tartalmazzák a szereplők közötti szociális kapcsolatok leírását, azaz hogyan és milyen módon léteznek. Óriási népszerűségnek örvendenek, sok százmillió felhasználó keresi barátait, üzletfeleit, ismerőseit, és kommunikál, valamint adatokat cserél velük. Blogok, mikroblogok: (iwiw, Orkut, Facebook, MySpace, Mindenki.hu, Barátikör.com, MyVIP) Weboldalak, melyek periodikusan újabb és újabb bejegyzésekkel bővülnek és ezek sorozatából állnak, függetlenül attól, hogy mi az oldalak témája, formája és hogy nyilvánosan elérhetők-e. Nincs tartalmi és formai megkötésük, de döntően szöveges tartalommal bírnak (kivéve a videóblogokat). Tartalmukat tekintve igen változatosak lehetnek: interneten közzétett személyes, egyéni napló, egyéni vagy csoportos politikai véleménynyilvánítás, üzleti jellegű kommunikáció, tematikus blog. A blogokkal kapcsolatosan érdemes megemlíteni, hogy általában hozzá lehet szólni az adott weboldalon, illetve hírcsatornákon (feed) és olvasó programokon keresztül összegyűjthetők és figyelhetők a kedvenc oldalak. A mikroblog terjedelmében különbözik a normál blogtól. Általában egyszerű felépítésű, személyes tartalommal és csak egy-egy linkből, pár mondatból, egy képből vagy videóból áll. (Twitter, Plurk) 81

82 Fórumok: Online társalgási oldalak, melyek témáit a felhasználók vetik fel és ők is szólnak hozzá általában rövid üzenetekkel. Ehhez regisztráció szükséges, azonban az olvasásukhoz nem. A hozzászólásokat - melyeket időrendben tárolnak - moderátor ellenőrzi, mielőtt azok megjelennének. Általában hierarchikus, fa szerkezetben épülnek egymásra a különböző fórumok. A legváltozatosabb tartalmú honlapokhoz kapcsolódóan találkozhatunk a fórumokkal. Wiki oldalak: Szabadon szerkeszthető ismerettárak, lexikonok, vagy ilyenek készítésére szolgáló programok, melyek lehetővé teszik azt, hogy a szerkesztők (általános esetben bárki) a laphoz új tartalmakat adjanak, vagy azon tartalmat módosítsanak. A wikikben minden oldalnak két formája van: az egyik, ahogyan a lexikonban megjelenik (általában HTML formátum), a másik forma, pedig amelyben az oldalt szerkeszteni lehet. Filozófiájuk alapja, hogy inkább könnyítik a hibák javítását, mint sem hogy megnehezítsék a hibák elkövetését. Ennek végül is az az eredménye, hogy megbízható tartalommal rendelkeznek, mert folyamatosan fejlesztődnek, javítódnak. Manapság némi visszaesés tapasztalható a fejlesztésben, inkább csak a használók köre bővült. Videó-, audió- és képmegosztó oldalak: (Wikipedia, Wikimapia, Wikileaks, Wiki.GIS) Ezeken az oldalakon a felhasználók videoklipeket, hanganyagokat vagy képeket tölthetnek fel, nézhetnek, hallgathatnak és oszthatnak meg. Általában lehetőség nyílik mások feltöltött anyagainak értékelésére, hozzászólások írására, a saját anyagokhoz pedig a felhasználók címet, leírást és a keresést megkönnyítő címkéket rendelhetnek. Aukciós oldalak: (YouTube, Google Videos, IndaVideó Flickr, Indafotó, Picasa, Photobucket) Online piactér, melyen bárki eladásra bocsáthatja áruját és vásárolhat. Használatukhoz kötelező a regisztráció. Alapvetően ingyenesen működnek, de bizonyos szolgáltatásai térítés ellenében vehetők csak igénybe. Hírforrások, hírszálak: (ebay, Vatera, Amazon, Yahoo) Olyan adatformátum, amely lehetővé teszi a felhasználók kiszolgálását gyakori frissítésű tartalmakkal. Az adatszolgáltatók kis hírüzeneteket küldenek a felhasználók felé, amiket aggregátor programokkal lehet összegyűjteni és kiválogatni közülük a számunkra érdekeseket, valamint periodikusan ellenőrizni, hogy új tartalom jelent-e meg az adott szerveren. A hírüzenetek egy linket is tartalmaznak az eredeti webes tartalomhoz, így az könnyedén elérhető. Az RSS (Really Simple Syndication) a legismertebb ilyen típusú alkalmazás. (RSS) 82

83 Virtuális világok: A virtuális világok alapját a számítógépek által generált környezeti (2 vagy 3 dimenziós) szimulációk jelentik, melyben a résztvevők egymás közötti interakciója, kommunikációja és objektumok létrehozása, illetve használata a legjellemzőbb. A felhasználó egy avatáron keresztül tartózkodik a virtuális világban, ami egy valós személye webes reprezentációja. Maga választja, hogy milyen arca legyen a világhálós társadalom előtt. Az avatár általában egy ikon, fotó, kép. A létrehozott mesterséges környezet működhet úgy, mint a valós világ vagy akár egy fantázia világ; lehet egy vagy több szereplős. Mashup-ok: (Second Life) A definíció a zenei világból származik, ahol az új kompozíció kettő vagy több már meglévő zene keveréséből származik. A webes környezetben a különböző forrásokból származó digitális tartalmak együttes és dinamikus kombinációját jelenti. A megvalósítás API (Application Programming Interface) felületen keresztül történik, ami lehetővé teszi a különböző szoftverek közötti kommunikációt a felhasználó és a számítógép közötti kapcsolathoz hasonlóan. Ez az egyik fő tulajdonsága a web 2.0-s alkalmazásoknak. AJAX: Az AJAX (Asynchronous JavaScript and XML) név alatt azokat szerver oldali webes technikák, technológiák és fejlesztések együttesét értjük, melyek segítségével fokozott interaktivitás érhető el. Tehát egy csoport és nem egy önálló technológia. Az aszinkronitás azt jelenti, hogy nem kell minden egyes felhasználói módosítás után újra letölteni az adott weblapot, így növelve a használhatóságot. Az AJAX a következő technikák kombinációja: XHTML (vagy HTML) és CSS (Cascading Style Sheets) a tartalom leírására és formázására. DOM (Document Object Model) kliens oldali script nyelvekkel kezelve a dinamikus megjelenítés és a már megjelenített információ együttműködésének kialakítására. XMLHttpRequest objektum az adatok aszinkron kezelésére a kliens és a webszerver között. XML formátum az adattovábbításra a kliens és a szerver között, bár más formátumok is megfelelnek a célnak, mint a formázott HTML vagy a sima szöveg. Folkszonómia: Egyfajta rendszerezési eljárás, ami alulról építkezve szubjektív módon határoz meg különböző tartalomi kategóriákra utaló címkéket (tag) vagy indexeket. Jellemző minden közösségi webes alkalmazásra. Tulajdonképpen a felülről építkező hierarchikus rendszerezés helyett alakult ki, mert hatékonyabbá teszi az információkeresést a felhasználók számára, sőt a kulcsszavakat vagy szakkifejezéseket tartalmazó tag-ek alapján történő keresés további automatizálási lehetőségeket jelent, ami web továbbfejlődésére nagy hatással lehet (lásd ) 83

84 67. ábra: A web 2.0 alkalmazások térképe 84

85 6.2.2.Web 3.0 és 4.0 A webes technológia és alkalmazások további fejlődésének útját többen megpróbálták már definiálni. A következtetések (jóslatok) abból indulnak ki, hogy a web 2.0-s alkalmazások milyen irányban változnak. Ebben az alfejezetben megpróbáljuk összefoglalni azokat a tulajdonságokat, amelyek nagy valószínűség szerint a jövőben a web jellemzői lesznek. Ezek a tulajdonságok általában a web 3.0-hoz kapcsolódóan találhatók meg, de már a web 4.0 leírásával is gyakran lehet találkozni. A web 2.0 ereje abban rejlik, hogy kihasználja az emberi közösségek együttes tudásbázisát, kapcsolati rendszerét. Minél többen használják, annál hatékonyabb lesz. A bekövetkező változások kétirányúak lehetnek. Egyrészt kijelenthető, hogy a közösségi web iránya újra az önálló személy, a felhasználó felé fordul. Annak igényeit, szokásait próbálja kiszolgálni, követni, azaz személyre szabottá válik. Másrészt egyre inkább a számítógép feladata lesz az óriási mennyiségű integrált adatból az új információt generálása. Így kialakulhat a Tanuló web amely képes önállóan okosodni, fejlődni emberi beavatkozás nélkül. Egyszerű példa erre az az egyre jobban terjedő alkalmazás, hogy az adott webes tartalmat like -olni lehet. Azaz a felhasználó értékeli a weboldalt. Ez az információ automatikusan gyűjthető és kiértékelhető, így lehetővé téve a felhasználók érdeklődési körének leírását, ami a későbbi tartalomkeresésben jelenthet iránymutatást egy intelligensebb webes környezetben. Legfőbb jellemzők tehát a személyre szabottság, a szemantika és a számítógép által végrehajtott tartalom interpretáció. Ez lehetővé teszi, hogy minden egyes felhasználó egy saját egyéni élménnyel gazdagodjon az internet használata közben, kikerülve a számára lényegtelen, felesleges információkat. Az alapvető lehetőségek a következők: Egyéni keresési szempontok Szociális és nyelvi keresés Személyes érdeklődési körnek megfelelő találatok Tippek hasonló felhasználóktól Eldugott, de releváns webes tartalom elérése Az adattartalom tekintetében többen a totálisan integrált világ -ról beszélnek, amelyen nyitott adatbázisok, alkalmazások egész sora szolgálja ki a felhasználókat az élet minden területén és pillanatában a bölcsőtől a temetésig. Ez persze permanens hálózati kapcsolatot feltételez. Olyan ma természetesnek tűnő szolgáltatások változhatnak meg gyökeresen, mint például a televíziózás. Az új megközelítés új nyelvek és alkalmazások megjelenését is jelenti. Az RDF (Resource Description Framework) például már egy olyan keretrendszer, amely képes a szemantikus adatok leírására egy absztrakt modellben, amelyben a források információit leginkább az alany-állítmány-tárgy felbontásra hasonlító módon fejezi ki. Az RDF eljárás - ami lényegében egy címkézést használó irányított multi-gráf megoldás - triples -kek nevezi ezeket a kifejezéseket. A módszer elősegíti az automatikus adattárolást, adatcserét és értelmezést. A SPARQL az RDF-ben működő szabványosított lekérdező nyelv. Segítségével a web egy önálló hatalmas adatbázisként értelmezhető, melyben globális lekérdezések hajthatók végre hasonlóan az SQL működéséhez. A web 4.0 már az előszobája lehet a mesterséges intelligenciának, ahol a számítógépes hálózatokon a gépek által definiált címkék, algoritmusok segítségével történik az információ válogatása, gyűjtése majd a felhasználó sajátos igénye szerinti megjelenítése. A számítógép vagy a hálózat képes lesz gondolkodni, döntéseket hozni, attól függően, hogy a felhasználó mit keres. 85

86 A fejlődés irányába mutató új alkalmazások már ma is megtalálhatók a világhálón, melyek közül néhányat az alábbiakban bemutatunk. Természetesen a gyors változásoknak köszönhetően ezek némelyike el is tűnhet vagy meghatározó is lehet az idők folyamán. A Twine egy 2007-ben indult online közösségi webes alkalmazás, amely információtárolással, szolgáltatással foglalkozik. Kombinációja a fórumoknak, wikiknek, online adatbázisoknak és hírcsoportoknak. Intelligens szoftvereket használ az adatok és kapcsolataik tárolására és keresésre. Az Opera böngésző 10-es verziójában (Opera Unite) a készítők a hálózat demokratizálását ígérik. Azt, hogy minden számítógépből tartalmak és szolgáltatások megosztására alkalmas csomópont lesz. Minden egyes gép kétirányú utcává válik. És az emberek dönthetik el, mit akarnak megosztani, kivel, miközben az adatokat mindvégig a saját gépükön tárolják Az APML (Attention Profiling Mark-up Language) segítségével a felhasználó adatainak, dokumentumainak, keresési szokásainak, elektronikus levelezésének és egyéb kommunikációjának ismeretében egy úgynevezett érdeklődési profil alakítható ki. Az érdeklődési profil strukturált formában tartalmazza azt, hogy mi esik az adott felhasználó érdeklődési körén kívül, illetve belül. (68. ábra) 68. ábra: Az APML összetevői A Freebase egy nyitott adattárház, amely strukturált formában tárol információkat entitásokról (ez lehet egy személy, egy tárgy, egy helyszín) egy általános licensz készletnek megfelelően. Az entitások közötti kapcsolatokat a gráfokhoz hasonlóan kezeli. Használata során egyszerűen azonosíthatunk egyedi entitásokat a weben vagy lekérdezéseket futtathatunk, illetve alkalmazásokat készíthetünk saját fejlesztéseinkhez. Az OAuth (Open Authorization) pedig egy nyitott szabvány az adatmegosztás engedélyezéséhez. Lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a megosszák saját adataikat, privát forrásaikat (fotó, videó, névlista) egy másik webhellyel, anélkül, hogy kiadnák a 86

87 személyes információkat (felhasználónév, jelszó). Ez a hozzáférés csak korlátozott mértékű; például adott fájlokra vagy időszakra vonatkozik csak. Végül pedig két ábra, amelyek igen jól szemléltetik a várható fejlődési tendenciákat. Az elsőn (69. ábra) az információk és a közösségi kapcsolatok függvényében láthatók az egyes alkalmazások, míg a másodikon (70. ábra) egy marketinges megközelítést láthatunk, ami tökéletesen leírja a továbblépés irányát. 69. ábra: Webes alkalmazások fejlődése I. 70. ábra: Webes alkalmazások fejlődése II. 87

88 8. Digitális Föld-, és városmodellezés A földfelszín modellezése tradicionálisan a topográfiai felszín, azaz a szárazföldeket és a vízfelületeket a légkörtől elválasztó határfelület leírásával foglalkozik. A hagyományos térkép felhasználók számára ez a modellezési szint ma is kielégítő, de több olyan változás is történt az elmúlt évtizedekben, amely komoly változásokat tett lehetővé e téren. A digitális topográfiáról és kartográfiáról és a webes alkalmazásokról a korábbi fejezetben tettünk említést. Ezekben az újszerű eljárásokban a térképezés egyes lépéseit egy új eszközrendszerrel hajtjuk végre, melyet az informatika, illetve a számítógépes világhálózat biztosít. Azonban ezek mellett további előrelépések történtek az egyre fejlettebb technikai vívmányok és a párhuzamosan felmerülő igények megjelenésével. A mai társadalmunk fele már most városi környezetben él és ez az arány egyre nagyobb lesz. Az ENSZ szerint 2050-re az emberiség hetven százaléka lesz városi, valamint a mostani 19-ről 27-re emelkedik a megavárosok, azaz a 10 milliósnál nagyobb települések száma, de a városi lakosság növekedésének több mint ötven százaléka a nagyságrendekkel kisebb, 500 ezernél kevesebb embernek otthont adó városokat érinti majd. A városi környezet indukálta az igényt a pontos, megbízható, személyre szabott, akár háromdimenziós adatok gyors hozzáférésére. Emellett igényként jelent meg egy egységes globális adatrendszer létrehozására is, elsőként csak a legkülönbözőbb tudományos szakterületeken, később az egyedi felhasználó szintjén is. Ezen elvárásoknak próbáltak megfelelni a különböző tudományágak első globális adatbázisai. Eleinte geológiai, felszínborítottsági, hidrológiai adatrendszereket készítettek az egyes intézmények, azonban ezek csak korlátozott mértékben tartalmaztak konkrét távérzékelt adatokat, többnyire becsléseken alapultak. (71. ábra) 71. ábra: Felszínborítottsági térkép Később aztán az egyre jobb minőségű felvételeket készítő műholdak megteremtették az alapot a magasabb elvárásoknak is megfelelő adatbázisok létrehozására. Ez a lépés már szükségessé tette ezeknek a rendszereknek a keretbe foglalását, illetve szabályozását. Így született meg a térbeli adatinfrastruktúra fogalma. Adatinfrastruktúra egy olyan keretrendszer, amely szabályozott eszközök és módszerek együttesén keresztül segíti a felhasználó tevékenységét, feladatmegoldását. A térbeli adatinfrastruktúra ezt helyhez kötött információkon keresztül valósítja meg. Technológia, adatpolitika, szabványosítás, emberi erőforrás együttes alkalmazása a térbeli adatok nyerésére, tárolására, kezelésére, elemzésére, ezzel segítve a döntéshozatalt, a hatékony gazdálkodást és tájékoztatást. Fontos szempont, hogy ennek a keretrendszernek a kialakítására kormányzati szervek jöttek létre. Tipikus példája a térbeli adatinfrastruktúrának az Európai 88

89 Bizottság által életre hívott INSPIRE program (72. ábra), amely a tagországok számára írja elő az egységes adatkezelést 34 féle adattartalommal (pl. koordináta rendszer, földrajzi nevek, ortofotók, felszínborítottság, talajtípus, épületek, energiaforrások) 72. ábra: INSPIRE térkép A hivatalos intézményekkel párhuzamosan az üzleti szféra is felismerte a globális információkban rejlő lehetőségeket és fokozatosan fejlesztett tartalommal megjelentek az úgynevezett virtuális földgömbök, melyek alapjául a nagyfelbontású műholdfelvételek szolgáltak. Az adattartalmuk, a változatos alkalmazásaik és ezzel együtt népszerűségük is fokozatosan növekszik. A két rendszert a 8. táblázatban hasonlítottuk össze, különböző szempontok alapján. 8. táblázat: globális adatrendszerek összehasonlítása 89

90 7.1. Virtuális földgömb A virtuális földgömbök mára közismert és elismert részévé váltak a világhálónak. Felhasználók milliói használják az egyszerű helykereséstől kezdve a navigációs lehetőségeken át az utazási élmények megosztásáig. Az internet ilyen célú alkalmazásának ötlete Al Gore amerikai alelnök 1998-ban meghirdetett vízióján alapszik, ami a teljes Föld háromdimenziós adatinak világhálón keresztül történő megjelenítését tűzte ki célul. A nagy áttörést a Google Earth alkalmazás 2005-ös megjelenésétől számíthatjuk. Innentől kezdve a virtuális földgömbök népszerűsége óriási lett. A kezdetekben alapvetően csak megjelenítési céllal létrehozott alkalmazások offline módon működtek (Encarta: Virtual Globe 98, Cosmi: 3D World Atlas), majd megjelent az első online változat is (NASA: World Wind). Később egyre több funkcióval, egyre nagyobb és részletesebb adattartalommal (nagy felbontású műhold felvételek és légi fényképek) ruházták fel ezeket az alkalmazásokat. Jelenleg már jóval tíz fölötti az elérhető virtuális földgömbök száma és várható továbbiak megjelenése is (Bing Maps, Skyline Globe, EarthPlusPlus, stb.) Szinte minden, nagyfelbontású felvételeket készítő műholddal rendelkező ország készül egyegy saját alkalmazás beindítására. Az adatok tekintetében az alábbi jellemzőket érdemes kiemelni: A NASA World Wind-ben a Landsat 7 műhold felvételeit és az USGS (United States Geological Survey) adatait használták fel. A Google Earth alapját a Landsat 30 méteres felbontású multispektrális képei jelentik, melyek felbontását a 15 méter pixelnagyságú pankromatikus képekkel élesítik (pansharpening). Az egyre nagyobb területeket lefedő nagyfelbontású képek alapvetően a SPOT műhold képei, de más források is felhasználásra kerülnek. (a GeoEye tulajdonképpen a Google saját műholdjának tekinthető). A Google Earth képei országonként vagy ország csoportonként más-más geometriai felbontásúak. Általában az 1 méter körüli értékek a jellemzőek a nagy felbontású képekkel lefedett területeken. Ezeken kívül pedig a 15 méteres felbontás a mérvadó. Egyre több város területe jelenik meg az alkalmazásban néhány deciméteres felbontásban (pl. Prága 1 dm, Budapest 3 dm). Az alkalmazásokban magassági adatok is rendelkezésre állnak, de ezek még változatosabb pontossággal rendelkeznek, mint a vízszintes adatok. Az Óceán funkció megjelenésével a tengerfenék mélységi jellemzők is megjeleníthetők egy a virtuális felszínre vetített színskála segítségével. A Google Earth alkalmazás ingyenes (korlátozott funkciók) és fizetős, üzleti használatra készült változata is elérhető. A változatos funkciók és alkalmazások közül csak néhányat ismertetünk: A vizsgált terület megjeleníthető képi (raszteres), térképi (vektoros) vagy akár hibrid formában is. Közvetlenül elérhetők az adott helyszínhez köthető, különböző közösségi tartalmak (Wikipedia, YouTube, Panoramio). Különböző szintű adminisztratív határvonalak, és címkék megjelenítése POI-k és hely alapú szolgáltatások. Út- és vízi közlekedési hálózatok ábrázolása. Utcaszinti nézet megjelenítése (Street View) 3D épület- és városmodellek. 90

91 Repülőgép szimulátor. Időjárás adatok. Galéria a legkülönbözőbb képi, videó anyagokkal. Óceán alkalmazás a tengerfenékre, élővilágra vagy például a sportolási lehetőségekre vonatkozó információkkal. Égbolt alkalmazás csillagászati adatokkal. Mars és Hold alkalmazások. Útvonaltervezés (közösségi közlekedés). Valós idejű közlekedési információk. Látható, hogy a virtuális földgömbök mára már milyen szerteágazó funkciókkal rendelkeznek a felhasználói igényeknek megfelelően vagy sokszor megelőzve azt. Összességében az alábbi módon definiálhatjuk ezeket az alkalmazásokat: A virtuális földgömbök a Föld vagy más égitest háromdimenziós megjelenítését megvalósító programok, melyek a megfigyelő számára szabad mozgási lehetőséget teremtenek a virtuális térben a megfigyelési szög, a pozíció és a tartalom tekintetében, korlátozott elemzési lehetőségeket is biztosítva. Ezeknek az alkalmazásoknak a megvalósításához a már korábbiakban említett HTML és XML leíró nyelveknek (lásd 6.1.) különböző feladat specifikus változatait fejlesztették ki, mint például: GML (Geographic Markup Language): eredetileg az OGC fejlesztette XML típusú nyelv, ma már ISO szabvány. Földrajzi objektumok, rendszerek, tranzakciók leíró nyelve, mely változatos primitíveket tartalmaz a különböző alkalmazások felépítéséhez: objektum, dinamikus objektum, geometria, topológia, referencia koordináta rendszer, idő, térképi megjelenítési szabályok, stb. KML (Keyhole Markup Language): eredetileg a Keyhole Inc., majd a Google által fejlesztett XML alapú nyelv, amely a GML részének tekinthető. Földrajzi objektumok, jelenségek megjelenítése és szerkesztése az alapvető célja. A Google Earth volt az első alkalmazás, amely támogatta ezt a formátumot. CityGML: 3D-s városi objektumok megjelenítésének általános leíró nyelve. Alkalmas a jellemző városi topográfiai objektumok osztályokba szervezésére, kapcsolatrendszerük leírására, a geometriai, topológiai és szemantikai és megjelenítési információk figyelembe vételével Városmodellek Mint az a korábbi, a virtuális földgömbök funkcióinak felsorolásából kitűnik a városmodellek tulajdonképpen ezen alkalmazások részeinek tekinthetők. Megjelenésük ezekben a programokban alapvetően a megnövekedett sávszélességnek köszönhető, hiszen ezekhez a megjelenítésekhez igen nagy adatforgalomra van szükség. Ezen kívül fontos fejlesztési szempont volt, hogy lehetővé tették, hogy a felhasználók is bővítsék a 3D-s tartalmat így megosztva ezt a hatalmas feladatot (Web 2.0). A felhasználók éltek, illetve élnek is a lehetőséggel így az egyes épületek után mára már komplett városok, városrészek teljes modelljeit tartalmazzák a különböző virtuális földgömbök. A továbblépés egyik irányára példa a 73. ábra, ahol már mobil eszközön megjelenítve látható egy 3D-s városrészlet. 91

92 73. ábra: Virtuális 3D város ipad-en Az épített környezet háromdimenziós modellezését természetesen a virtuális földgömbök megjelenése előtt is alkalmazták különböző feladatok végrehajtására. Tipikus alkalmazási területeit az alábbiakban foglaljuk össze: Várostervezés és rendezés Építészeti alkalmazások Ingatlangazdálkodás és forgalmazás Energiaszolgáltatás Gazdasági, kulturális és turisztikai felhasználás Közlekedésirányítás és szimuláció Környezeti hatástanulmány (zajtérkép, szimuláció) Tematikus vizsgálatok Polgári védelmi, katonai alkalmazás A következőkben röviden összefoglaljuk a városmodellezési eljárások fejlődését az időben és a minőség tekintetében. Az első lépésként a panoráma fényképeket említhetjük meg e témához kapcsolódóan, melyek léteznek analóg (papíralapú) és digitális formában is. Ez utóbbi felvételeket tekinthetjük egyfajta korlátozott vagy statikus virtuális térnek is, hiszen a megfigyelés pozíciója kötött és nem változtatható, így nagy területek kerülhetnek takarásba. Az élmény, amit nyújthatnak ezek a képek mégis újszerűnek tekinthető. Ebbe a csoportba általában a 100 -nál nagyobb látószögű felvételeket soroljuk, köztük a részleges-, hengeresvagy gömbpanoráma képeket. Az eljárás előnyei között az olcsóságot és a valós állapotok tükrözését lehet megemlíteni, míg hátrányai a statikusság és az interaktivitás hiánya. (74. ábra) 92

93 74. ábra: Panoráma felvétel és fényképezőgépek A számítástechnika fejlődésével és a számítási, valamint megjelenítési lehetőségek bővülésével párhuzamosan kialakultak a különböző virtuális modellezésre alkalmas leíró nyelvek. E nyelvek első csoportba azokat soroljuk, melyek tisztán geometriai információkat tartalmaznak, szemantikai információ tartamuk nincsen. Ide tartozik például a VRML, a COLLADA, a KML, az U3D, valamint a különböző CAD-es formátumok. Ezek közül kiemelkedik a VRML (Virtual Reality Modeling Language), amely 1997 óta szabvány, és háromdimenziós interaktív, alapvetően vektoros grafika előállítására alkalmas. Eredendően 3D adatcsere formátumként alkották meg. A VRML állomány egy szöveges formátumú fájl, melyben egyszerűen definiálhatók például egy háromdimenziós poligon csomópontjai és élei, a színnel, textúrával együtt. A virtuális világokból ismert animációk, megvilágítási jellemzők, hangok beállítására is van lehetőség, a 2.0 (1997) változattól az interaktivitás is megoldott. Ezt a formátumot tekinthetjük a HTML háromdimenziós kiterjesztésének. Hátrányaként azt lehet megemlíteni, hogy a megjelenítéséhez segédprogramra van szükség és csak korlátozott számú poligont, illetve textúra felbontást képes kezelni. (75. ábra) 75. ábra: VRML-ben készült modellek Érdemes még foglalkoznunk a CAD-es állományokkal is. A különböző mérnöki tervezést segítő szoftverek már a kezdetekben is alkalmasak voltak valós háromdimenziós modellezésre (testmodellek), igaz kezelésük igen nehézkes volt. A programok fejlődése azonban mára lehetővé tette a városmodellezésben történő alkalmazásukat, melyre szép példákat találhatunk a alfejezetben. A CAD-es alkalmazások számos felhasználóbarát tervező és szerkesztő funkcióval rendelkeznek, melyek segítségével szofisztikált modellek hozhatók létre. (76. ábra) Egy bizonyos szintig nem jelent akadályt a nagy mennyiségű és pontosságú adatok tárolása, feldolgozása vagy megjelenítése. Léteznek ingyenesen letölthető modellező 93

94 programok (pl. PowerSHAPE, Google SketchUp), de a professzionális szoftverekért komoly összegeket kérnek a fejlesztők (AutoCAD, MicroStation, ArchiCAD) 76. ábra: CAD-es alkalmazásban készült modell A következő csoportba a térinformatikai szoftverek tartoznak, melyek egyesítették a korábbi modellező programok pozitív jellemzőit a térbeli elemzési lehetőségekkel, így a 3D geometria, a tematikus információk, a magas szintű (akár fotorealisztikus) megjelenítés mellett elérhetővé vált például a georeferált modellezés, a korszerű adatforrások információinak együttes egységes rendszerben történő feldolgozása vagy a változatos GIS analizálási funkciók. (77. ábra) Hátrányként a CAD rendszerekhez hasonlóan az egy adott szintnél nagyobb adatmennyiség nehézkes kezelését említhetjük. 77. ábra: GIS alkalmazásban készült modell 94

95 A városok modellezésének folyamatában gyakran előfordul, hogy az egyes lépésekhez tartozó információforrások, feldolgozó szoftverek különböző formátumokat állítanak elő, illetve használnak. Végső soron azt mondhatjuk, hogy egy geometriai, topológiai és szemantikai szempontból heterogén adathalmazzal van dolgunk. Így permanens cél egy megfelelő adatcsere formátum kidolgozása, amely biztosítja a megfelelő minőségi elvárásokat az egyes lépések során és kiküszöböli az esetleges adatvesztést. E célnak megfelelően fejlesztették ki korábban a VRML nyelvet is, azonban mint azt az előzőekben említettük ez nem volt alkalmas a szemantikai információk kezelésére. Egy ilyen korszerű formátumnak a következő kritériumoknak kell megfelelnie: Strukturált 3D geometriai és szemantikai adatok támogatása. Az objektumoknak olyan szemantikai információkkal kell rendelkezniük, melyeket az egymást követő lépésekben a megfelelő módon lehet interpretálni vagy a felhasználó által értelmezni. Az adatcserében az információknak a kurrens állapotukban kell részt venniük, akár rekonstrukcióról, akár minősítésről van szó. Ez csak akkor lehetséges, ha a formátum kezelni tudja a különböző komplexitású adatokat, a legegyszerűbb önálló geometriai adatoktól kezdődően az összetett, és összefüggő geometriai topológiai szemantikai információkig. A rendelkezésre álló adatforrásoknak, illetve a felhasználói elvárásoknak megfelelően alkalmasnak kell lennie változatos minőségű modellek (objektumok) létrehozására ugyanazon információkból. Például különböző LOD-dal (lásd a következőkben) rendelkező modelleket. Az esetleges transzformáció vagy aggregáció végrehajtása után is meg kell őriznie az eredeti adatokat. Térbeli referencia rendszerek alkalmazása. Egy adott objektum adatai különböző szenzorokból is származhatnak, így alkalmasnak kell lennie egy objektum felszínének több típusú megjelenítésére is. Ezen kritériumoknak már megfelelnek a legújabb leíró nyelvek, mint például a CityGML, melyet már az előző alfejezetben is említettünk. A CityGML leíró nyelv főbb tulajdonságai: Az ISO modellen alapuló, városi környezet háromdimenziós geometriával történő megjelenítésére szolgáló modell (GML3). Alkalmas az objektumok felszíni tulajdonságainak leírására (textúra, anyag). A felépítés tekintetében az alábbi fő modulokat lehet megkülönböztetni: o Digitális domborzat modell (TIN, raszter, pontfelhő, struktúravonalak) o Helyszínek (épületek) o Vegetáció (terület, csoportos és egyedülálló objektumok) o Vizek (tömeg, felület) o Közlekedési, szállítási lehetőségek (gráf struktúra vagy 3D felszíni adatok) o Városi bútorok o Általános városi objektumok o Felhasználó által generált csoportok. Opcionális topológiai kapcsolat az egyes objektumok és alkotórészeik között. Speciális alkalmazások lehetősége (Application Domain Extensions, ADE), például légszennyezés modellezése. Különböző részletességű (LOD, lásd a következőkben) modellek együttes kezelésének lehetősége. 95

96 A háromdimenziós modellek egyik legfontosabb tulajdonsága a részletesség vagy felbontás szintje. A nemzetközi irodalomban erre a jellemzőre a LOD (Level of Detail) kifejezést használják. Öt különböző, jól definiált LOD szinttel lehet találkozni az egyes alkalmazásokban, melyeket a 9. táblázatban foglaltunk össze. A 10. táblázat pedig egy részletesebb szöveges leírását tartalmaz. 9. táblázat: Az egyes LOD szintek és jellemzőik 96

97 10. táblázat: Az egyes LOD szintek és jellemzőik Adatgyűjtési módszerek A különböző információgyűjtő eljárásokkal már bővebben foglalkoztunk a 3. fejezetben, így itt csak a városmodellezési szemszögből vizsgáljuk meg újra az egyes lehetőségeket a teljesség igény nélkül, az újszerűségre és a hatékonyságra koncentrálva. A digitális városmodell-készítés leghatékonyabb adatgyűjtési technológiája a lézerszkenneres mérés, mely segítségével akár 5-30 pont/m2 sűrűséggel is kaphatunk adatokat a felszín domborzatáról. Ezeket a nagy sűrűségű és igen pontos adatokat azután már igen széleskörűen lehet felhasználni. A telekommunikáció gyors fejlődésével szükségessé váltak az épületek és a terep magasságainak naprakész, megbízható, pontos háromdimenziós adatai. Ezekből az adatokból kiindulva lehet például a mobiltornyok elhelyezését megtervezni. A létrehozott 97

98 modell segítségével akár a zaj terjedése is modellezhető. A városok digitális formában való megjelenítése a várostervezés, építészet terén is egyre fontosabb célokat szolgál. A lézerszkenneres mérések adatai alkothatják a modell vázát, amelyre fényképeket, ortofotókat vetítve, valósághű virtuális város állítható elő. Külön kihangsúlyozandó az eljárásnak az az előnye, hogy a különböző helyekről visszaverődött impulzusok szétválogatásának lehetőségével, hatékony megoldást találunk eltérő felhasználói területek gyors kiszolgálására. Például ugyanazon mérésből előállítható a teljes digitális felszínmodell, a növényzet nélküli felszín modell (78. ábra) vagy a domborzat modell is. 78. ábra: Az első és második impulzusból kinyert felszínek (Karlsruhe / Deutsche Forschungsgemeinschaft) A mobil térképező rendszerek szintén nagyon hatékony eszközei a városmodellezésnek. Az eljárás során párhuzamosan nyerhetünk geometriai adatokat, képi információkat és ezeken keresztül tematikus adatokat. Az integrált adatfeldolgozás tipikus példája (79. ábra), amikor a lézerszkennelt adatokat együtt dolgozzuk fel különböző képalkotó eszközökből nyert információkkal. Példánkban ez a képalkotó eszköz egy halszemoptikával rendelkező kamera. 98

99 79. ábra: Mobil térképező rendszer alkalmazása városi környezetben a, lézerszkennelt pontfelhő b, TIN modell c, színes pontfelhő d, eredeti kép és a 3D modell textúrával Gyakorlati példák Ebben az alfejezetben néhány jellemző példát szeretnénk tömören bemutatni, a korai megvalósításoktól kezdődően a mai modern web 2.0-n alapuló alkalmazásokig. A városok, városrészek, épületek háromdimenziós számítógépes modellezése az egyik olyan alkalmazás volt, amely rögtön megjelent, amint a hardveres és szoftveres eszközök kapacitásai ezt lehetővé tették. Kezdetekben csak tömbszerű ábrázolásokkal találkozhattunk, majd egyre szofisztikáltabb és realisztikusabb modellek jelentek meg. Tulajdonképpen, ezt a fejlődési 99

100 folyamatot is jól leírja a LOD skála, melyet a fejezet korábbi részében ismertettünk. A következő példákon keresztül, egy-egy komplex feladat megoldását szeretnénk bemutatni. CAD-es szoftverek alkalmazása A CAD szoftverek alkalmazása a városmodellezés területen teljesen természetes. Több kiváló példát találhatunk az AutoCad, ArchiCad illetve a Microstation programok városmodellezésben történő alkalmazására. Ezek közül az egyik jelentős eredmény a Koppenhága városát feldolgozó háromdimenziós adatrendszer (80. ábra). Készítője a BlomInfo A/S ( térképész és térinformatikai cég. A modell, melyet Microstation környezetben alkottak meg, igen komoly területi kiterjedéssel és részletes felbontással rendelkezik. Az adatok alapvetően légi felvételek kiértékeléséből származnak. A vektoros drótvázra kerültek a különböző színek, textúrák vagy digitális fotók. Az alkalmazás képes a megadott dátum és időpont szerinti benapozási, illetve árnyékolási jellemzők számítására. Néhány fontos modelljellemző: épület cm pontosság az épületek tekintetében 50 cm pontosság az terep tekintetében 3 m-nél nagyobb tetőrészek megjelenítése (manzárdablak, kémény) 45 cm-nél nagyobb tetőhajlatok 4 m-nél magasabb fák 80. ábra: Koppenhága város modellje 100

101 Az ArchiCad szoftver alkalmazhatóságára példa Hamburg város modellje (81. ábra), melynek első ütemében ( ) több, mint objektumot dolgoztak fel, mintegy 170 km 2 területen. A teljes feldolgozott terület végül 775 km 2 kiterjedésű lett. A minőségi paraméterei hasonlóak a koppenhágaiéhoz. Ezt a modellt integrálták a Google Earth alkalmazásba. GIS szoftver alkalmazása 81. ábra: Hamburg város modellje Térinformatikai programok alkalmazására szintén igen sok példát lehetne említeni, de ezek közül csak egyet mutatunk be. Rotterdam város virtuális modelljének készítése során az ESRI cég programcsomagjának több modulját is felhasználták (82. és 83. ábra). Az ArcMap, az ArcScene és a CityEngine szoftverek együttes alkalmazásának eredményeképpen állt elő a modell. Előbbi kettő szolgáltatja a vízszintes és magassági adatokat, valamint a különböző elemzési eredményeket (pl. árnyékok), utóbbi pedig a végső háromdimenziós modellt generálja. 82. ábra: Rotterdam város modelljének létrehozása (Copyright 2010 City of Rotterdam, Teleatlas, ESRI) 101

102 83. ábra: Rotterdam város modellje (Copyright 2010 City of Rotterdam, Teleatlas, ESRI) Web 2.0 alkalmazása A korábbi példákban említett modellek még abban a korszakban készültek, amikor a közösségi web, még ismeretlen volt vagy gyerekcipőben járt. Manapság már széles körben ismertek azok a világhálós alkalmazások, melyek tartalmát a felhasználók is formálhatják. Ezek közé tartozik egy ideje a Google Earth is, melynek háromdimenziós épület és objektum modelljeit a felhasználók is létrehozhatják és egy ellenőrzési lépcső után az adatbázis részévé is válnak. Az alkalmazás alapvetően tájékoztató célú, a benne futó modellezési algoritmusok nem ismertek, így mérnöki alkalmazásra csak igen korlátozottan alkalmas. A Google SketchUp nevű program segítségével lehet az Earth alkalmazásba szánt modelleket elkészíteni. A SketchUp szoftvert eredetileg Software fejlesztette az 1990-es évek végén, majd a Google 2006-ban dobta piacra az ingyenesen letölthető változatát, amely ugyan korlátozott funkciókkal rendelkezik a Pro verzióhoz képest, de így is alkalmas széleskörű modellezésre, illetve a Google Earth-be és egy úgynevezett 3D adattárházba (warehouse) történő adatfeltöltésre. A 3D adattárház segítségével a felhasználók kész modelleket kereshetnek és tölthetnek fel és le. A feltöltött "Google Earth Ready" típusú modellek egyfajta ellenőrzésen esnek át (valós, megfelelő pontosságú adatok) és megkaphatják a "3D Warehouse Layer" minősítést. Ezután láthatóvá válnak a Google Earth 3D épületek moduljában (84. ábra felső része). Érdekességképpen jegyezzük meg, hogy már létezik több változatos alkalmazás a Google SketchUp alapjain. Ilyen alkalmazás például a 3D óceáni modell túra, amely a megfelelő.kml fájl letöltése után lehetővé teszi több hajóroncs (pl. Bismarck), tengeralattjáró, különböző tengeri megfigyelő állomások (NOA időjárás figyelő bója), víz alatti laboratóriumok és a tengerfenék megtekintését. (84. ábra alsó része) 102

103 84. ábra: A Google SketchUp-ban készített 3D-s modellek 9. Az idő kezelése adatbázisokban A térinformatikai alkalmazások egy részében így például a települések modellezésében nem minden esetben elégséges csak egy adott térbeli állapot rögzítése, hanem szükség van időben egymást követő állapotok összevetésére, illetve a változások elemzésére is. Az idő, mint a negyedik dimenzió kezelése új feladatokat jelent a térinformációs rendszerek számára, hiszen másfajta megközelítést igényel, mint a térbeli adatok. A problémák gyökerét alapvetően két dolog jelenti. Először is, az idő fogalmának már-már filozófiai jellegű meghatározásában lévő bizonytalanságok, melyekkel itt nem kívánunk foglalkozni; másodszor pedig a térinformatikának az a fajta öröksége, ami a topográfiából és a kartográfiából származtatható. Eszerint mindig egy adott időpillanatra jellemző statikus állapot kerül rögzítésre az adatbázisokban, nehézkessé téve az időbeli vizsgálatokat egyes esetekben. Az idő kezelése és a változások szemléltetése a hagyományos GIS adatbázisokban az alábbi korlátokba ütközhet: T 0, T 1, T i időpontok mindegyikéhez egy-egy állapotképet rendelünk hozzá, ami tartalmazza a változásokat és a változatlan adatokat is, így a redundáns tárolás egy idő után kezelhetetlenné teheti az adatbázist. Logikusnak tűnik az állapotképeknek adott, szabályos időközönkénti készítése. Azonban előfordulhat, hogy egy részfolyamat két egymást követő állapotkép felvételi időpontja között zajlik le, így nem jelenik meg az adatbázisban. Sokszor csak az állapotok és nem a változások jelennek meg. 103

104 E korlátokat figyelembe véve a szakirodalom, alapvetően a funkcióik alapján megkülönböztet időbeli (temporal), és hagyományos (atemporal) adatbázisokat. Ha célként azt fogalmazzuk meg, hogy a térbeli adatokhoz hasonlóan szeretnénk kezelni, elemezni az idő adatokat, akkor azt mondhatjuk, hogy ma még nem ismert olyan általánosan felhasználható, komplex megoldás, ami ezt lehetővé tenné. Döntően feladat specifikus adatmodellek léteznek, ahol a két eredeti komponens (helyzet, attribútum) egészül ki a harmadik, idő komponenssel. A feladattól függően általában az egyik komponens meg van kötve, egy másik kontrollált (egy értéktartományban mozog) és csak a harmadik komponens kerül meghatározásra (11. táblázat). Az 85. ábra egy tipikus alkalmazás képeit tartalmazza, ahol az attribútum (telefonazonosító) kötött, az idő kontrollált és a pozíciók kerültek meghatározásra. 11. táblázat: A különböző adatok szerepe az egyes GIS alkalmazásokban 85. ábra: Tipikus alkalmazás a térbeli és időbeli adatok együttes kezelésére (mobil telefon használat) A következőkben sorra vesszük azokat a nehézségeket, amelyek az idő adatok térinformatikai feldolgozásánál fennállnak. A fentebbi sorokból egyenesen következik az első, miszerint az időintervallumokra vonatkozó vizsgálatok jóval bonyolultabbak, mint az egyes időpontok állapotainak elemzése. Problémák adódhatnak már a feladat megértésében is, hiszen az idő 104

105 adatok eltérést mutatnak a térbeli orientációtól, navigációtól. Lehetséges például az időben hátra-, és előrelépni (szcenáriók). Olyan fogalmakat kell tudni kezelni, mint például a kialakulás, tartam, megszűnés, periodicitás, ami a formalizálásban jelent nehézséget. Végül a már szintén említett komplex kezelés kérdése: a térbeli és időbeli felbontás, a méretarány függőség, a változások modellezése, valamint a térbelihez hasonló elemzések lehetővé tétele Az idő kezelésének lehetőségei A problémák és nehézségek után következzenek azok a megoldások, amelyek kísérletet tettek, tesznek az idő adatok kezelésére a térinformatikában. Mielőtt azonban a konkrét adatmodellekre, illetve a funkcióik szerinti csoportosításokra térnénk rá, érdemes a legalapvetőbb csoportosítási szemponttal megismerkedni. Ez a szempont akár filozófiai megközelítésnek is nevezhető, hiszen az objektumok és az idő viszonyának filozófiai mélységű vizsgálatát feltételezi. Az első megközelítés szerint az időbeli kiterjedés különbözik a térbelitől. A különböző időbeli állapotok szerves belső részét képezik egy-egy objektumnak, melyeket így akár időbeli kompozitoknak is nevezhetünk. Mint a hernyó és a pillangó, melyek ugyanannak a lénynek különböző állapotai. A másik megközelítés szerint azonban az időbeli kiterjedés szemantikailag azonos a térbelivel, az idő csupán egy újabb dimenzió. A térbeli objektumok idősorokban készült állapotképekkel írhatók le. Az idő adatokat is feldolgozó térinformatikai adatmodellek egyes funkcióik szerint is osztályozhatók. Az alábbiakban tömören ismertetjük a legfontosabb csoportosítási szempontokat: Az adatmodelleket alkalmazásuk szerint csoportosíthatjuk, az egyes komponensek kötöttsége szerint, amire már a korábbiakban kitértünk. (11. táblázat) Az első szemponthoz kapcsolódóan kell megemlíteni, hogy az egyes alkalmazásokban a tér és az idő komponensek nem mindig szerepelnek azonos súllyal. Így meg lehet különböztetni őket az egyes komponensek dominanciája alapján is. (86. ábra) Az ábrában a balról jobbra haladva növekszik az idő adatok dominanciája, ami együtt jár a térbeli információk jelentőségének csökkenésével. Az egyes alkalmazások a tér-idő adatok viszonya szerint kerültek besorolásra a három csoportba. 86. ábra: Tér-idő dominancia a különböző alkalmazásokban Az időtartam tekintetében ad hoc és permanens jellegű adatbázisokat lehet megkülönböztetni. Előbbiek egyedi feladatok kapcsán jönnek létre és a probléma 105

106 megoldása után lezártnak tekinthetők, míg utóbbiak folyamatos működés mellett újabb és újabb információkkal és a hozzájuk tartozó műveletekkel egészülnek ki. Különbség van a GIS adatbázisok között a frissítések módozataiban is. Bizonyos esetekben a régi információt törlik, felülírják, vagy pedig az új adatokkal helyettesítik a régieket, azok megőrzése mellett. Az adatok megjelenítésére változatos módszereket használnak a különböző alkalmazásokban: adatok grafikus vagy szöveges módosítása, kiegészítése, tematikus szimbólumok, idősorok, animáció. A következőkben a legismertebb térbeli és idő adatokat is feldolgozó térinformatikai adatmodellek koncepcióit mutatjuk be, előnyeikkel és hátrányaikkal együtt. Az ismertetés sorrendje megfelel a fejlődés sorrendjének is. Természetesen jóval több modell is ismert az idő adatok kezelésére (különös tekintettel az utóbbi évekre), de ezeket túl feladat specifikusnak ítéltük meg, így a terjedelmi korlátok miatt nem térünk ki rájuk. Tér-idő kocka (Time-space cube): Ez az elképzelés egyszerűen a két térbeli dimenzióban történő folyamatokat ábrázolja az idő függvényében. Az információ kinyerése egy referencia pont, egy vektor, egy metszet vagy egy kisebb kocka kijelölésével történhet. (87. ábra) 87. ábra: Tér-idő kocka Szekvenciális állapotképek (Sequential snapshots): Adott időpillanatokban készített állapotképek sorozata. A hagyományos térképészet jelenti a gyökereit, és hasonlít a lepergő filmkockákra is. Ebből a megoldásból hiányzik a változások megjelenítése, hiszen a T i időpontokhoz tartozó állapotokat tartalmazza. Két különböző időpontbeli állapot közötti különbség meghatározása nehézkes lehet. Két legfőbb hátránya a rejtett struktúra és a redundáns adattárolás. (88. ábra) 106

107 88. ábra: Szekvenciális állapotképek (Kunmadaras) Alapállapot módosításokkal (Base statement with amendments): A koncepció állapotképek sorozatát jelenti, kiemelve a különböző időpontok közötti változásokat. Előnye, hogy az egyes időpontokhoz kapcsolódóan nem szükséges a teljes vizsgálati terület objektumait tárolni, hanem csak a változásokat. A változások típusa, időzítése, illetve sorrendje jelenti az időbeliség tulajdonképpeni lényegét, ezért ezeknek az adatoknak a tárolása jóval logikusabbnak tűnik, mint a szekvenciális állapotsorok használata. E megoldás további előnyei az adatstruktúra nyilvánvaló időbelisége és a minimális redundancia. (89. ábra) 89. ábra: Alapállapot módosításokkal (Kunmadaras) Tér-idő kompozit (Space-time composite): Ez a megoldás az Alapállapot módosításokkal koncepcióból indul ki, és további különösen adattárolási célokat valósít meg. Az egyes entitások jellemezhetők a teljes történetükkel, azaz attribútum típusú adatokkal. Egy tér-idő kompozit generálása egy időbeli állapotsorból a három dimenzió kettőre történő redukálását jelenti, ami lehetőséget teremt a térbeli komponens kezelésére az idő kizárásával, illetve az idő kezelésére a helyzeti információk nélkülözésével. A koncepció legfőbb hátránya, hogy egy idő után a modellben egyre növekvő számú és egyre kisebb területű entitásokat kell ábrázolni, így csak viszonylag kis terület és kis időintervallum esetén alkalmazható hatékonyan. (90. ábra) 107

108 90. ábra: Tér-idő kompozit (Kunmadaras) Objektum orientált rendszer (Object-Oriented Model): Ez az újszerű adatmodellezési eljárás a térinformatikai alkalmazások esetében is megjelent. Többek között az idő kezelésével kapcsolatosan is. Ezek közül egyet emelünk ki, amely véleményünk szerint jól mutatja be e koncepció lényegét. A konkrét adatmodell elnevezése: Feature Evolution Model. Ez a rendszer is egy alapállapotból indul ki, és az egyes időpontokhoz kapcsolódóan tárolja az objektumok verzióit. Az objektumok állapotát az attribútum adatok írják le. A modellben a változások is objektumokként jelennek meg, események vagy folyamatok formájában, melyek szintén rendelkeznek attribútumokkal. Az események egy időponthoz, míg a folyamatok egy időintervallumhoz köthetők. A változások az objektumok attribútumain keresztül alakítják ki az új állapotot, azaz ugyanazon objektum két állapota (verziója) között egy változás teremt kapcsolatot. (91. ábra) A modell következő szintjén az egyedi objektumok és változások szerveződnek komplex objektumokba (pl. régió) és átmenetekbe. (92. ábra) Végül a harmadik szinten két összefoglaló jellegű objektum típus létezik: a kialakult objektum és az állapot leíró. Ezek közvetlen kapcsolatban vannak az egyedi és komplex objektumokkal és az átmenetekkel is, így tulajdonképpen az egyes objektumtörténeteket tartalmazzák (93. ábra). Ez egyfajta redundanciát eredményez, de azért van szükség rá, mert például egyes objektumok megszűnhetnek, és csak ily módon marad nyomuk. Itt szeretném megjegyezni, hogy a magyar elnevezésekkel ez esetben is bajba kerülhet a felhasználó és az olvasó, mert igen nehéz az angol feature és object definíciók elkülönítése és értelmezése. 108

109 91. ábra: Objektum orientált modell (OOM) 1. szintje 92. ábra: Objektum orientált modell (OOM) 2. Szintje 109

110 93. ábra: Objektum orientált modell (OOM) 3. szintje Mindegyik koncepció esetében a legfontosabb kérdés az időtartam és ehhez kapcsolódóan a T i időpontok helyes megválasztása, azaz a megfelelő időintervallumok kijelölése. A mintavételezés folyamatának megértése nagy jelentőségű, mivel az adatokból levonható következtetések függhetnek a mintavételezés módjától. Azonban sok esetben nincs lehetőség az ideális vagy ahhoz közelítő mintavételezés kivitelezésére. Összességében elmondható, hogy a térbeli és időbeli adatok együttes komplex kezelésére szolgáló, általánosan használható térinformatikai alkalmazások még váratnak magukra. Egyes szakterületek azonban már rendelkeznek saját problémáikra megoldást jelentő rendszerekkel Gyakorlati megvalósítások Korai példa az FDOT (1996) nevű alkalmazás, amely közlekedési adatok kezelésére alkalmas adatbázisra épült. A vizsgált terület Florida állam volt és az alaptérkép leglényegesebb része természetesen a főúthálózat. Az egyes közlekedésfigyelő, monitoring állomások éves adatit Oracle adatbázisban tárolták. Az ArcInfo program segítségével, ODBC kapcsolat révén a megfelelő objektumokhoz kapcsolták az egyes adattáblákat, így létrehozva az adatbázist. Az egyes évekhez tartozó adatok azonban külön-külön rétegeken jelentek meg (94.ábra bal oldala), így egy speciális script megírására volt szükség, amely lehetővé tette különböző évek adatsorainak összehasonlítását. A felhasználó kiválasztotta az összehasonlításban szereplő éveket, illetve a változások számításának, megjelenítésének módozatát (különbség, százalékos eltérés) és a script ennek megfelelően produkálta az adatokat (94. ábra jobb oldala). Ez az alkalmazás előremutató lépés volt az addig statikus GIS alkalmazásokhoz képest. Néhány évvel később megjelentek azok az új elképzelések, melyek az egyes eseményeket, objektumok (személyek) időbeli térbeli mozgását geometriai primitívekkel próbálták leírni. Ezekre az elméleti megfontolásokra a mai napig több gyakorlati alkalmazás is épül. A térbeli és időbeli változások leírására több definíció is napvilágot látott (például Forer (1998) a téridő akváriumot használja), de alapvetően két fő irány létezik. Az első szerint az alapvető objektum egy (tér-idő) prizma, amely a tér egy régióját reprezentálja, kezdő- és végpontokkal, valamint egy maximum sebességet. A másik koncepcióban az alapobjektum egy folytonos vonal, ami térben és időben egy adott utat jár be. Ezt nevezhetjük idővonalnak vagy életvonalnak is. Tulajdonképpen egy vertikális egyenes, horizontális irányú ugrásokkal (95. ábra). 110

111 94. ábra: Az FDOT (1996) alkalmazás 95. ábra: Az idővonal és tér-idő prizma kapcsolata 111