MAGYAR TUDOMÁNYOS AKADÉMIA SZÁMÍTÁSTECHNIKAI ÉS AUTOMATIZÁLÁSI KUTATÓINTÉZET BPVM 1.0

Átírás

1 Operációkutatás és Döntési Rendszerek Kutatócsoport H-1111 Budapest, Lágymányosi u. 11. Hungary Honlap: Fülöp János, a Kutatócsoport vezetıje Tel.: +36 (1) Fax: +36 (1) fulop@sztaki.hu BPVM 1.0 Budapest vektoriális térkép és adatbázis rendszer térinformatikai modellezés céljára Általános leírás A létrehozott térinformációs rendszer (az alaptérképpel és az adatbázissal együtt) azt a célt szolgálja, hogy komplex természeti, gazdasági és/vagy társadalmi folyamatok megjelenítéséhez és idıbeli vizsgálatához földrajzi hátteret szolgáltasson. Az elkészült rendszer mind térképi tartalmában, mind a hozzá kapcsolódó adatbázisait tekintve folyamatosan bıvül. Fontos alkalmazási területek Térinformatikai eszközök segítségével számos környezeti probléma egyszerőbben modellezhetı. Levegıszennyezés, felszíni víz és talajvíz szennyezés, zajszennyezés Különbözı szennyezések vizsgálatánál rendkívül fontos az adatok térbeli és idıbeli megjelenítése, értékelése. Az esetek többségében nem áll rendelkezésre megfelelı mennyiségő mért adat, ilyenkor azonban modellezés segítségével nyert számított értékeket lehet figyelembe venni. Az eredmények megjelenítése és megfelelı adatokkal (pl. mért adatokkal) való összehasonlítása után új információk nyerhetık. Például meg lehet állapítani adott szennyezıforrás esetén annak a környezeti szennyezésben játszott szerepét és intézkedéseket lehet tenni a környezeti terhelés csökkentésére. Monitorozás Sok esetben nemcsak adott idıállapotra vonatkozóan van szükség a környezet állapotának ismeretére, hanem tudni kell annak egy idıszakon belüli változását is. A lehetséges környezeti változások elırejelzéséhez a múltbeli állapotokat tükrözı lehetıleg hosszú adatsorokra van szükség. Ezeket tekintve, hogy szorosan kapcsolódnak a földrajzi környezethez célszerő térinformatikai rendszerben kezelni, további elemzések és értékelések céljából.

2 Tipikus példa erre Budapest levegıminıségének monitorozása, amelynek során a fıvárosban napi szinten vizsgálják a légszennyezettségi adatokat, a mérıállomások adatai alapján. A mérıállomások száma és elhelyezése adott, ezért a mért adatok interpolációjával készülnek el a napi légszennyezettséget mutató térképek. Beruházások elıkészítése Új beruházásoknál törvény írja elı az adott beruházás környezetre gyakorolt hatásának vizsgálatát. A környezetünket alakító természeti tényezık a földtani szerkezet, a földtani felépítés, a domborzat, az éghajlat, azon belül a levegı, a vízrajzi tényezık, a biogén tényezık, azon belül a növényzet és az állatvilág, valamint a talaj. A felsoroltakon kívül figyelembe kell venni az emberi tevékenységet. Nagy beruházások esetében számos egyéb szempontot is figyelembe kell venni, ezért az adatok egy rendszerben történı kezelésére, különbözı tematikus elemzések elvégzésére és az eredmények vizuális megjelenítésére irányuló felhasználói igények kielégítését segíti a térinformatika alkalmazása. Ilyen feladat volt például a budapesti 4-es metró tervezett nyomvonal változatainak összehasonlító értékelése, amelynek során a következı szempontokat kellett figyelembe venni: épületek állapota, forgalomszervezési szempontok, védett épületek, földtani viszonyok, levegıminıség, felszín alatti vizek, zajterhelés, rezgés. Az adatok térinformatikai rendszer adatbázisaiként való eltárolása, illetve megfelelı szintő feldolgozása és a különbözı döntési szempontokhoz rendelt tematikus megjelenítése a döntéselıkészítés szerves részét képezte a leginkább megfelelı nyomvonal kiválasztásához. Forgalomirányítás Városi forgalomirányítás megtervezéséhez is segítséget jelent a térinformatika, mivel lehetıséget ad a korábbi évek vagy évtizedek baleseti statisztikáinak térben és idıben történı kényelmesebb kiértékelésére. Ha a balesetek helyszínét és kimenetelét különbözı nagyságú és színő jelek szimbolizálják, akkor a város közlekedési rendszerének kritikus és veszélyes pontjait könnyen azonosítani lehet a baleseti statisztika alapján. A vizsgálatok alapján javaslatot lehet tenni a forgalomszervezés továbbfejlesztésére, alkalmazkodni lehet a gyorsabban változó közlekedési viszonyokhoz, és ezáltal meg lehet elızni baleseteket. További alkalmazási területek Különbözı veszélyeztetettségi szintek megállapítása; árvíz által veszélyeztetett térségekben az épületek és termıföldek esetében az elmúlt évszázad árvízi adatait feldolgozva létrehozható hatékony katasztrófavédelmi rendszer. Szoftverkörnyezet A Budapest térinformációs rendszer a MapInfo segítségével készült és ennek a formátumában (*.tab) került tárolásra. A formátum konvertálható a térinformatikában elterjedt ArcView shp, az AutoCad dxf és a MicroStation dgn formátumaira is. Az adatbázisok részben a MapInfo saját adatbázis-kezelı rendszerében kerültek tárolásra, részben az Access adatbázis-kezelıben, amely lehetıvé teszi, hogy konvertálás nélkül is dolgozni lehessen az állományokkal MapInfo-ban. Ez utóbbi módon a nem grafikus adatokat tartalmazó táblázatok kerültek tárolásra.

3 Vetületi rendszer, elméleti méretarány A teljes Budapest állomány a polgári térképészetben jelenleg használt EOV (Egységes Országos Vetület) rendszerben készült el. Az alaptérkép 1: méretarányú térkép részletességének felel meg, bizonyos elemek azonban ennél nagyobb részletességgel kérdezhetık le. Ez a méretarány csak elméleti, mivel a térkép nagyítható és kicsinyíthetı, de a nagyítás következtében nem nı a tartalmi részletesség egy 1: es térképhez képest. Alaptérképi állományok Az alaptérkép állományai azzal a filozófiával készültek, hogy alkalmasak legyenek akár egész Budapest területének, akár egy-egy részterületnek a bemutatására. Bizonyos alkalmazások esetén a vizsgálat csak szőkebb térségre vonatkozik, ezért ilyenkor nincs szükség Budapest teljes területének a megjelenítésére. Ebben az esetben célszerő, hogy az állománynak csak az adott területre vonatkozó része kerüljön felhasználásra, ami egyben gyorsítja is a rendszert, mert kevesebb adatot kell beolvasni. Részterületenként lehet kezelni a 23 budapesti kerületet, továbbá a fıvárossal szomszédos néhány várost és községet is. Valamennyi fedvényt egyszerő módon le lehet válogatni egy elıre meghatározott részterületnek megfelelıen. A részterület(ek)nek egy-egy azonosítóval történı meghatározása alapján a grafikus elemek adatbázisaiból leválogathatók az egy vagy több részterületre vonatkozó objektumok.

4 Fedettségi viszonyok (fedvénynév, majd zárójelben a tartalmi megfelelıje a térképen): 1. alapszín (rét-, mezı-, szántó területek); 2. erdık, több mint 500 poligon; 3. parkok (parkok és a lakótelepek körüli zöldterületek), több mint 700 poligon; 4. lakóterület (az összes lakóövezet, kivéve a lakótelepek épületei; a belvárosi bérházak és a zöldövezeti kertes házak nincsenek megkülönböztetve), több mint 1000 poligon; 5. lakótelep (a lakótelepek épülettömbjei), több mint 5000 poligon; 6. iparterület (gyártelepek, rendezı pályaudvarok, bevásárlóközpontok épületei), több mint 450 poligon; 7. Duna (minden felületi víz, ide tartozik a Duna és az összes tó, víztározó, valamint a strandokon az egyes medencék is), több mint 100 poligon; 8. terek (a nagyobb felületként megjelenı terek), több mint 100 poligon (az adott terek nevei is eltárolásra kerültek). Vonalas elemek: 1. Kategorizált úthálózat az autópályáktól a földutakig. Összesen 7 kategória került elkülönítésre. Megjelenítési szempontokat is figyelembe véve minden utca két különbözı módon is eltárolásra került. Elıször minden út felületként került meghatározásra, amivel elérhetıvé vált, hogy a különbözı nagyítási fokozatok esetén arányosan változik az utcák szélessége. A másik tárolási módnál az utcák egyszerő vonalas elemként kerültek be a rendszerbe. Itt minden utcához egy, az utcák tengelyét kijelölı vonal tartozik. Az utcatengelyes állományoknál az adott közterület neve is szerepel, melyek ezáltal kereshetıvé váltak. Az utcatengelyek száma meghaladja a et. 2. Vasutak (vasútvonalak, a rendezı-pályaudvarokon a mellékvágányok). 3. Patakok (ide tartoznak az igen kis kiterjedéssel bíró felszíni vízfolyások, illetve az öntözı- és egyéb csatornák is), több mint 250 vonalas elem. A névvel rendelkezı vízfolyásoknál lekérdezhetı azok neve is. 4. Kerítések (nagyobb elkerített területek pl. repülıtér, katonai lıtér, temetı körül épített kerítések), több mint 100 vonalas elem.

5 5. Városhatár (Budapest közigazgatási határa). 6. A szintvonalak az utcákhoz hasonlóan kétféle módon kerültek tárolásra. Egyrészt vonalas elemként, másrészt a fıszintvonalak, nagyobb vastagságuk miatt felületként is. A vonalas elemként tárolt szintvonalrajznál minden szintvonalhoz bevitelre került a hozzá tartozó magassági érték. Összesen több mint 2000 vonalas elem tartozik a szintvonalrajzhoz. Az alkalmazott alapszintköz 10 m. 7. Kerületek (Budapesten a kerülethatárok, a fıvároson kívül a községhatárok szerint), a 23 kerület és a környezı községek, összesen 55 poligon. Névrajzi elemek: Az egyes úthálózati szintekhez kapcsolódóan rendelkezésre állnak az utcákhoz tartozó közterületnevek mint poligonok, ebbıl következıen nem szerkeszthetıek. Tematikus állományok Ide soroljuk a szintvonalrajzot és a utcák tengelyeit tartalmazó állományokat is, mivel ezek is tartalmaznak az egyes elemekre vonatkozó leíró adatokat. További tematikus állományok, melyekhez térképi objektumok is tartoznak, Budapestnek és környékének teljes tömegközlekedési hálózata: 1. villamosjáratok (minden villamosjárat külön vonalként került tárolásra, a járatszám és az aktuális BKV menetrend lekérdezhetı minden egyes járatra); 2. autóbuszjáratok (hasonló a villamosokéhoz, de a gyorsjáratú buszok járatait nem tartalmazza); 3. trolibusz (az összes trolibuszvonal külön vonalként került tárolásra, a járatszámuk és a menetrendük lekérdezhetık);

6 4. Metró-HÉV (mindhárom metróvonal és az összes HÉV vonal, továbbá a fogaskerekő és a libegı járatait is tartalmazó állomány, csak a járatok neve kérdezhetı le); 5. villamosmegálló (az összes budapesti villamosmegálló szerepel, lekérdezhetı az egyes megállókra vonatkozóan az ott megálló járatok száma), több mint 300 megálló; 6. autóbuszmegálló (az összes budapesti és a Budapestrıl induló helyi busz megállóit tartalmazza az állomány, a járatszámok itt is lekérdezhetık), több mint 2000 megálló; 7. trolibuszmegálló (az összes budapesti trolibuszjárat megállóit foglalja magában az adatbázis, lekérdezhetık a járatszámok megállónként), összesen több mint 150 megálló; 8. Metró-HÉV megálló (a három metróvonal, a HÉV járatok és a fogaskerekő állomásai). Adatbázisok A Budapest térinformációs rendszerben lévı folyamatosan bıvülı adatbázisok elsıdleges célja, hogy minél több lehetıséget biztosítsanak gazdasági, társadalmi és környezeti folyamatok összefüggéseinek vizsgálatához. Az adatok a budapesti kerületekre, a fıvároson kívüli községekre és a városokra vonatkoznak. Az adattáblák hosszabb idısorokat ölelnek fel, ezért jó alapot adnak idıbeli változások vizsgálatához. A meglévı állományok a következıképpen csoportosíthatók: 1. közlekedés és távközlés; 2. közmőhálózatok; 3. lakásviszonyok; 4. népesedés; 5. pénzügy, kultúra, oktatás ; 6. költségvetés; 7. egyéb. Az adattáblák mindenütt a budapesti kerületekre az közötti idıszak adatait tartalmazzák. A következı adattáblák érhetık el: Közlekedés és távközlés fıre jutó nyilvános telefonvonalak száma (db); 2. nyilvános telefonok száma (db);

7 3. telefonvonalak száma (db); 4. közparkok területe (m 2 ); 5. burkolatlan utcák hossza (km); 6. burkolt utcák hossza (km); 7. burkolt utcák alapterülete (m 2 ); 8. burkolt gyalogjárók (járdák) területe (m 2 ). Közmőhálózatok 1. egy fıre esı gondozott parkterületek nagysága (m 2 ); 2. gázfıcsıhálózat hossza (km); 3. gondozott parkok területe (m 2 ); 4. játszóterek száma (db); 5. játszóterek területe (m 2 ); 6. közcsatornahálózat hossza (km); 7. távfőtıvezetékek hossza (km); 8. vízcsıhálózat hossza (km).

8 Lakásviszonyok 1. épített lakások átlagos alapterülete (m 2 ); 2. épített lakások száma (db); 3. felújított lakások száma (db); 4. lakásállomány (db); 5. lakásbérlemények száma (db); 6. megszőnt lakások száma (db); 7. háztartási gázfogyasztók száma (db); 8. melegvízhálózatba bekapcsolt lakások száma (db); 9. távfőtéses lakások száma (db). Népesedés 1. állandó népességen belül a felnıtt korúak száma; 2. állandó népességen belül a gyermekkorúak száma (14 éves korig); 3. állandó népességen belül a munkaképes korúak száma; 4. állandó népességen belül a nyugdíjasok száma; 5. állandó népesség; 6. lakónépesség.

9 Intézmények 1. önkormányzatok; 2. rendırségek; 3. tőzoltóságok; 4. nagykövetségek; 5. postahivatalok; 6. egyetemek és fıiskolák; 7. színházak (még készülıben); 8. ATM automaták Budapesten (még készülıben). Költségvetés 1. bevételek (ezer Ft); 2. bevétel helyi adóból (ezer Ft); 3. bevétel SZJA-ból (ezer Ft); 4. bevétel normatív állami támogatásból (ezer Ft); 5. bevétel céltámogatásból (ezer Ft); 6. bevétel címzett támogatásból (ezer Ft); 7. kiadások (ezer Ft); 8. összes mőködési kiadás (ezer Ft); 9. egészségügyi és szociális kiadás (ezer Ft); 10. oktatási kiadás (ezer Ft); 11. kommunális kiadás (ezer Ft); 12. szórakoztatási és sport kiadások (ezer Ft); 13. felhalmozás (ezer Ft).

10 Egyéb 1. Természetvédelmi területek (Természetvédelmi Területek, Tájvédelmi Körzetek, Védett Természeti Értékek, helyi védett értékek). 2. Háborús kárstatisztika (Budapest lakásállományában keletkezett károk ben). Tematikus térképek Domborzatmodell A Budapest térinformációs rendszer keretében rendelkezésre áll 10 m-es alapszintköző szintvonalrajz. Minden egyes szintvonalhoz kapcsolódóan tárolásra került a hozzá tartozó magassági érték is. Ennek alapján interpolációval készíthetı olyan tematikus térkép, mely a magassági viszonyokat tükrözi. Az elkészült tematikus térkép elınye, hogy minden pontra megkapható a magassági érték, amit a program a szintvonalak interpolálásával számít ki.)

11 A magassági viszonyokat mutató tematikus térkép a továbbiakban felhasználható digitális domborzatmodellezéshez is. A domborzatmodell kombináltan is alkalmazható más elkészített tematikus térképekkel együtt. Adott idıpontra vonatkozó adatok kezelése Bizonyos feladatok esetében csupán adott idıállapotra vonatkozóan érdekes a különbözı adatok térbeli elhelyezkedése. A térinformatika ehhez is támogatást nyújt. A bemutatott példákban a környezeti problémákban elıforduló szennyezı anyagok koncentrációi képezik a vizsgált térbeli adatokat, de bármilyen más térbeli adat is hasonlóan kezelhetı. Ha csak egy adat térbeli változásának vizsgálata a cél, azt a következıképpen lehet megvalósítani: Lehet mért, vagy modellezésbıl származtatott értékekbıl (illetve a kettı kombinációjából) kiindulni. Az esetek többségében nincs mód arra, hogy a vizsgált célterületrıl, azt nagy sőrőséggel lefedı mérıállomások által szolgáltatott adatok alapján lehessen következtetni. Ezért rendszerint a csekély számú mért adat csak ellenırzésként szolgál a modellezett értékek mellett. A vázolt kiindulási adatok alapján elkészíthetık olyan tematikus térképek, melyek az adott anyagok (pl. valamilyen légköri szennyezıanyag) mennyiségét mutatják a vizsgált terület minden egyes pontjában. A megjelenítésnél a fı problémát az okozza, hogy bár az adott anyag térbeli eloszlása szemléletesen látható, ugyanakkor a valós földrajzi környezet rejtve marad. Ez a felületi színekkel történı szemléltetésbıl következik. A teljes célterületet lefedı felületi színek kitakarnak minden más alaptérképi tartalmat. A térinformatikai eszközök segítségével ez a nehézség megoldható, az elkészült eredménytérkép átlátszóvá tehetı, ezáltal földrajzi környezetbe helyezhetık az adatok, továbbá a térkép bármely pontjára állva az egérrel, automatikusan lekérdezhetı az adott pontbeli koncentrációérték. Amennyiben a vizsgálat tárgya egynél több anyagra, de egy idıállapotra vonatkozik, akkor a következı megoldás alkalmazható: Minden anyagra elkészíthetık az eredménytérképek, azonban ezek közül egyszerre csak egyet lehet szemlélni, mert a felületi színek elfednék egymást. Viszont egy tetszılegesen kiválasztott anyag eredménytérképével együtt oszlopdiagrammal megadható a többi anyagra vonatkozó érték is, tetszılegesen választott pontra vagy pontokra. A modellezés során ugyanis elméleti rácsháló készül, ami lefedi a teljes térképi területet és melynek egyes rácspontjaihoz a számított koncentráció értékek tartoznak. A modellezésnél tetszılegesen beállítható a rácsháló sőrősége. (A példákban bemutatott modelleknél az egyes rácspontok 50 m távolságban helyezkednek el egymástól.) Ez a rácsháló lehetıvé teszi, hogy a vizsgált területen belül tetszıleges ponthoz elkészíthetık legyenek több anyagra vonatkozó diagramok. Ezek a diagramok a különbözı szennyezı anyagok koncentrációit szemléltetik a felhasználó által kiválasztott pontokban (útkeresztezıdések, jellemzı pontok stb.). Lehetıség van arra is, hogy kiválasztott pontokhoz a vizualizálást segítı különálló grafikonok készüljenek.

12 Monitorozás Számos feladat esetén nem elég adott idıpillanatban vizsgálni különbözı anyagok térbeli jellemzıit, hanem fontos az idıbeli változás követése is, amire több módszer áll rendelkezésre. Az egyes anyagokra vonatkozóan létre kell hozni egy-egy adatbázist, ahol tárolásra kerülnek az anyagok térbeli koncentrációértékei az egyes idıpillanatokra lebontva. (Ezek létrehozását és karbantartását célszerő külsı adatbázis-kezelı rendszer segítségével végezni. A MapInfo esetében az Access alkalmazása ajánlatos ilyen külsı rendszer gyanánt, mivel ez szervesen kapcsolódni tud a MapInfo saját belsı formátumaihoz.) Az adatbázisban az egyes rekordok a elméleti rácsháló csomópontjainak adatait tartalmazzák. (Az x, y koordináták egy adott vetületi rendszerben, és az egyes idıpontokra vonatkozó koncentrációértékek). A létrehozott adattáblák alapján bármely anyagra elkészíthetı tetszıleges idıpillanatban a koncentráció értékeket mutató áttetszı eredménytérkép. A különbözı idıpontokhoz készült térképek együttes tanulmányozásával könnyen követhetı a változás. Alkalmazható azonban más módszer is. Az adatbázisban eltárolt két idıpillanatra vonatkozó értékek különbségeit kigyőjtve létrehozható egy új adattábla, ami csak a két idıállapot közötti változást tartalmazza. Ez a tábla már nem abszolút mértékben adja meg a koncentrációkat, azonban a benne tartalmazott különbségek alapján a változás iránya és mértéke jól érzékelhetı. Ezek az eredménytérképek továbbra is csak egy anyagra vonatkoznak, bár az idıbeli változás jól követhetı, továbbá a földrajzi környezetbıl sincsenek kiragadva, ami növeli az értelmezhetıségüket. Ha egynél több anyagra vonatkozóan kell vizsgálni az idıbeli változást, akkor az elıbb leírt módszerek mellett ismét a pontokra vonatkozó diagramokat lehet alkalmazni. Ebben az esetben azonban az egyes diagramok nem különbözı anyagoknak egy idıpontban lévı mennyiségeit adják meg, hanem egy anyagnak a különbözı pillanatokban lévı értékeit. Ebben az esetben is tetszıleges számú pontra lehet elkészíteni ezeket a diagramokat, de legfeljebb két anyagra. (Egy anyag esetében álló, két anyag esetében fekvı diagramokat érdemes alkalmazni.) A korábban említett grafikonkészítési lehetıség itt is rendelkezésre áll. Ebben az esetben viszont a grafikonokon idıbeli változást lehet követni, tetszılegesen kiválasztott pont esetén. A leírt módszerek még kombinálhatók a domborzatmodellel is, hogy szükség esetében térben is szemlélni lehessen az eredménytérképeket. Összességében a folyamatok modellezésének a térinformatikával való ötvözése új és rendkívül hasznos segítséget adhat gazdasági, társadalmi és környezeti folyamatok vizsgálatára. Számítógépes környezet WINDOWS, MAPINFO