INTELLIGENS KÖZLEKEDÉSI RENDSZEREK ÉS TANTÁRGY SEGÉDLET Szerzők: Dr. Barsi Árpád Dr. Lovas Tamás Siegler Ádám Dr. Schuchmann Gábor
Tartalomjegyzék 1 INTELLIGENS KÖZLEKEDÉSI RENDSZEREK FOGALMA, FELOSZTÁSA, TERÜLETEI, SZABÁLYOZÁSA, TÁMOGATÁSA... 1 1.1 Az intelligens közlekedési rendszerek feladatai... 1 1.2 A közlekedés, mint rendszer... 1 1.3 Az ITS motivációja, ITS direktívák... 5 1.4 Az ITS fő területei és kutatási, fejlődési irányai... 7 1.5 ITS helyzete Magyarországon... 8 1.6 Hivatkozások... 9 2 ADATOK, ADATGYŰJTÉS I: TÉRKÉP (JELLEMZŐK, ADATGYŰJTÉSI ELJÁRÁSOK)... 10 2.1 Az ITS adatok köre, jellemzői, gyűjtési módszerei általában... 10 2.2 A Föld ábrázolása, a térkép fogalma, fajtái, jellemzői... 12 2.3 Térképkészítési módok... 13 2.4 Térképtípusok, -minták, -adatbázisok... 18 3 ADATOK, ADATGYŰJTÉS II: TÉRKÉPI TARTALOM... 27 3.1 Alapfogalmak, topológia... 27 3.2 Topológia... 32 3.3 Térképi tartalom... 36 3.4 Infrastruktúra adatok és gyűjtésük... 37 4 JÁRMŰSZENZOROK, JÁRMŰ- ÉS GYALOGOS NAVIGÁCIÓ, FLOTTA MENEDZSMENT... 43 4.1 Járműszenzorok... 43 4.2 Járműbiztonsági szenzorok... 43 4.3 Járműszenzorok fejlődése és csoportosítása... 44 4.4 Járműszenzorok... 45 4.4.1 Blokkolásgátló... 45 4.4.2 Kitörésgátló... 47 4.4.3 Vészfékasszisztens... 47 4.4.4 Adaptív tempomat... 47 4.4.5 Holttér figyelő... 48 4.4.6 Sávtartó automatika... 48 4.4.7 Éberség figyelő... 49 4.4.8 Akadályérzékelő... 50 4.4.9 Éjjellátó... 51 4.4.10 Adaptív fényszórók... 51 4.5 Járműszenzorok fejlődési irányai... 52 4.6 Jármű- és gyalogos navigáció... 53 i
4.6.1 Járműnavigáció... 54 4.6.2 Gyalogos navigáció... 55 4.7 Flotta menedzsment... 57 4.8 Hivatkozások... 58 5 ADATOK, ADATGYŰJTÉS III.: A POZÍCIÓ... 59 5.1 Alapfogalmak... 59 5.2 Helymeghatározási módok... 59 5.3 Térképillesztés... 64 6 ADATOK, ADATGYŰJTÉS VI.: A KOMMUNIKÁCIÓ... 65 6.1 A kommunikáció általában... 65 6.2 Járműveket érintő kommunikációs megoldások... 70 7 ZH... 74 8 ADATFELDOLGOZÁS I.: GRÁFELEMZÉSEK... 75 8.1 Gráf alapok... 75 8.2 Elemzési példák... 81 9 KÖZLEKEDÉSI ADATOK TÉRINFORMATIKAI ELEMZÉSE... 92 9.1 A térinformatika fejlődési irányai, jövőképe... 92 9.2 Térinformatika az ITS-ben... 93 9.2.1 Infrastruktúrán gyűjtött adatok elemzése... 94 9.2.2 Járműadatok elemzése... 100 9.3 Hivatkozások... 103 10 HÁTTÉR, FELADAT... 104 11 KITEKINTÉS: A VILÁG VÁLTOZIK... 107 12 INTELLIGENS KÖZLEKEDÉSI RENDSZEREK A GYAKORLATBAN FORGALOMSZABÁLYOZÓ RENDSZEREK MŰKÖDÉSE... 114 12.1 Dinamikus forgalomszabályozó rendszerek... 117 12.2 Kollektív rendszerek... 117 12.2.1 Hálózati szabályozó rendszerek... 118 12.2.2 Vonali szabályozó rendszerek... 118 12.2.3 Csomóponti szabályozó rendszer... 119 13 VIDEOKAMERÁS FORGALOMFIGYELŐ RENDSZEREK MŰKÖDÉSE... 122 14 S TÉRKÉPI ADATBÁZISOK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK MÓDSZEREI... 129 14.1 Térképadatbázisok előállítása... 129 14.2 1 Példa: Topológia... 134 14.3 2. Példa: Földrajzi indexelés... 135 ii
1 INTELLIGENS KÖZLEKEDÉSI RENDSZEREK FOGALMA, FELOSZTÁSA, TERÜLETEI, SZABÁLYOZÁSA, TÁMOGATÁSA 1.1 Az intelligens közlekedési rendszerek feladatai Az intelligens közlekedési rendszerek (angolul: Intelligent Transportation Systems (ITS), a rövidítése a magyar szakirodalomban is elfogadott) célja a közlekedési hálózat kapacitásának optimalizálása modern informatikai megoldásokkal. Ez azonban túl egyszerű definíciónak tűnhet, a modern ITS nem csak elosztja a forgalmat a hálózaton, hanem úgy osztja el, hogy minél biztonságosabb, kényelmesebb legyen a közlekedés, a lehető legkisebb környezeti terhelés mellett, azaz a főbb céljai: Közlekedési idő csökkentése Környezeti terhelés csökkentése Biztonság növelése Kényelmi szint emelése Az ITS részletesebb kifejtése előtt érdemes az alapfogalmakat is definíció-szerűen tisztázni: Közlekedés: Személyeknek ill. tárgyaknak járművekkel való rendszeres szállítása, forgalma (Magyar Értelmező Kéziszótár) Intelligencia: Értelmi felfogóképesség, ítélőképesség (MÉK) Rendszer: Egynemű vagy összetartozó dolgoknak, jelenségeknek bizonyos törvényszerűségeket mutató rendezett egésze (MÉK) A rendszer intelligencia szintjét aszerint is meg lehet fogalmazni, hogy a rendszer milyen szinten segíti elő a döntéseket vagy akár milyen szintű döntéseket hoz meg, hajt végre. 1.2 A közlekedés, mint rendszer A közlekedést különböző szempontok szerint lehet csoportosítani, pl. aszerint, hogy személy- (egyéni, csoportos vagy tömeg-) vagy áruszállításról (egyéni- vagy áru-tömegközlekedés) beszélünk. A közlekedés fajtái közül az intelligens közlekedési rendszerek fejlesztési irányaihoz igazodva a jelen tárgy kereteiben csak a közúti közlekedésről lesz szó. Az ITS teljesítményét és lehetőségeit, más informatikai rendszerekhez hasonlóan alapvetően a gyűjtött és rendelkezésre álló adatok határozzák meg. Az Intelligens közlekedési rendszerek és járműnavigáció tárgy keretén belül az adatok oldaláról tárgyaljuk az ITS lehetőségeit, az adatgyűjtéstől kezdve, az adatfeldolgozáson át a megjelenítésig. Ehhez a szemlélethez elengedhetetlen a tárgyalt területek pontos ismerete, kategorizálása. A közlekedés egy lehetséges csoportosítását adjuk meg a következőkben. 1
A közlekedés elemei: Forgalom Közúti járművek Kerékpár Személyautó Teherautó Különleges járművek Különleges szállítmány Megkülönböztetett jármű Gyalogos KRESZ Infrastruktúra Úthálózat Városban, városon kívül Földút, mellékút, főút, autópálya Útburkolati jelek, jelzőtáblák, forgalmi lámpák Informatikai, kommunikációs hálózat Forgalomirányító lámpák Diszpécser-központok ITS központok Segélyhívók Környezet Úthálózat saját környezete Autópálya pihenők Parkolók, garázsok Benzinkutak, szervizek Bevásárlóközpontok Autópálya mérnökség Úthálózattal határos környezet Vegetáció Egyéb Események 2
Vészhelyzetek Baleset Karbantartás Kátyúzás Növényzet ápolás Útépítés Egyéb terelés (pl. delegáció vonulás, tüntetés) Az ITS-re helytől is időtől függően számos definíciót adtak, ahogy a fejezet elején mi is egy általános definíciót közöltünk. A fenti fogalmakat és csoportosításokat figyelembe véve néhány elfogadott és széles körben alkalmazott meghatározás: MIT: Az intelligens közlekedési rendszer kommunikáció, szabályozás, elektronika és számítógépes hardver valamint szoftver jól működő együttese a felszíni közlekedésben. Wikipedia: Az ITS más megközelítésben olyan erőfeszítések összessége, amelyek infokommunikációs technológiákkal bővítik a közlekedési infrastruktúrát és a járműveket, egyidejűleg figyelembe véve olyan tényezőket, mint rakomány, üzemanyag, utak, emellett növelik a közlekedési biztonságot és kényelmet, csökkentik az utazási/szállítási időt és annak költségeit. Az NHIT egy ábrán keresztül szemlélteti az ITS célrendszereit és feltételezett hatásmechanizmusát (1-1. ábra). + Közlekedési infrastruktúra állapota + Közlekedési teljesítmény + Intelligens közlekedési rendszerek + Káros mellékhatások Környezeti hatás Jelmagyarázat: jónak tekintett hatás rossznak tekintett hatás + növelő hatás csökkentő hatás + Baleseti statisztika 1-1. ábra. Az ITS hatásmechanizmusa Informatikai megközelítésben az ITS összekapcsolja a járműveket és a közlekedési infrastruktúrát érzékelők, kommunikáció, IT és algoritmusok révén. Eszerint tehát az alapvető technológiák: 3
Az érzékelés a kommunikáció A számítás Az algoritmusok. Az ITS felfogható a hagyományos közlekedési egyesítő, új technológiák és új módszerek alkalmazó rendszerként is. A hagyományos technológiák: Érzékelők (pl. hurokdetektorok) Közlekedési jelzések (pl. táblák, lámpák) Forgalmi irányítók Vészhelyzet kezelése (pl. rendőrség) Stb. Az új technológiák: Fejlett kommunikáció (pl. WiFi, S-band) Korszerű számítógépek GNSS Képalkotó szenzorok Távérzékelési szenzorok Egyéb szenzorok Az új módszerek: Képfeldolgozás Adatok egyesítése (Data fusion) Optimalizálás Térinformatika Új algoritmusok és feldolgozás Az adat központú szemlélet szempontjából vizsgálandó, honnan származnak adataink: Mért adatok Sávonkénti járműszám Járműosztályok Sebességek Környezeti körülmények Adatbázisból 4
Szabályozási körülmények Hálózati adottságok Korábbi adatok (Változás jellege) A későbbiekben a fentiekkel részletesebben foglalkozunk. 1.3 Az ITS motivációja, ITS direktívák Az ITS alkalmazásának motiváció a célok ismeretében egyértelműek: Mobilitási igény Munkaerő mobilitása Népesség növekedése Üvegházhatást fokozó gázkibocsátás csökkentése Zaj és légszennyezés csökkentése Urbanizáció terjedése Nem várható el azonban, hogy az ITS terjedését a piac szabályozza, így kormányzati, európai uniós szinten állnak rendelkezésre irányelvek, direktívák, szabályozások. Ezen irányelvek betartása az érdekelt szervek (pl. cégek, állami szintű szervezetek) számára kötelező, még ha egyes esetekben be nem tartásuk nem is büntethető. A következőkben a teljesség igénye nélkül közlünk a környezet és balesetvédelmet érintő irányelveket, melyek alapvetően befolyásolják a különböző ITS rendszerek fejlődését, terjedését. A környezeti terhelés nehezen mérhető, nehezen számszerűsíthető. Az EU az autógyárakat a CO2 kibocsátás korlátozásával ösztönzi a környezetet minél kevésbé szennyező járművek előállítására. 2020-ra flottaszinten (azaz az autógyárak termékpalettáját figyelembe véve) el kell érni a 95 g/km-es átlagos CO2 kibocsátást. A közúti közlekedés biztonságának javítása érdekében a halálos balesetek számának drasztikus csökkentését tűzték a zászlóra. A 2000-ben kiadott irányelv szerint 2001 és 2010 között a halálos balesetek számát az EU-ban a felére kellett csökkenteni. Ahogy az alábbi ábra is mutatja, ezt nem sikerült elérni (kivéve egyes országokban, pl. az Egyesült Királyságban), de a halálos balesetek száma csökkenésének tendenciája bíztató (1-2. ábra). 5
1-2. ábra. Halálos balesetek számának alakulása az EU-ban 2020-ig az EU ismét a halálos balesetek 2010-es számának felezését tűzte ki célul. Ez nehezen kivitelezhető olyan országokban, ahol nagyon fejlett a motorizáció (modern járművek, fejlett infrastruktúra) és könnyebb azokban, ahol még számos területen lehet kis ráfordítással is nagy hatékonyságú beavatkozásokat tenni. A közlekedés biztonságának fejlesztését az alábbi területekre koncentrálják: Jogosítvány Szabályok betartatása a közlekedésben Alkohol, drog és gyógyszerek Infrastruktúra Vészhívások Baleseti adatok gyűjtése Szabványosítás Közlekedés- Képzés Munkakörülmények Tachográf Munka ellenőrzése Járművek Típusengedély Regisztráció Gyalogosvédelem Biztonsági öv és egyéb biztonsági berendezések Gumiabroncsok Nappali fény 6
Holttérfigyelés Tömeg és méret korlátozás A környezetvédelmen és balesetbiztonságon kívül nagyon fontos közlekedési EU-s irányelve az igazságos útdíjfizetés. A 1999/62/EC direktíva, illetve ennek 2006/38/EC módosítása szabályozza a távolság arányos útdíjazást és az idő-alapú fizetést a 3.5 tonnánál nehezebb nehézgépjárművekre, mely az infrastruktúra bővítését, üzemeltetését és fejlesztését szolgálja. Fontos szempont a használat arányában történő díjazáson túl, hogy az egyes díjfizetési rendszerek minél kevésbé térjenek el mértékükben és módszereikben is az egyes tagállamokban. 1.4 Az ITS fő területei és kutatási, fejlődési irányai Az intelligens közlekedési rendszereket számos szempont szerint lehet csoportosítani: Működési mód szerint Statikus Dinamikus Járművezetőre való hatás alapján Kollektív Individuális Információ megadásának helye szerint Út menti Járművön belüli Kooperatív rendszerek járművek közötti kommunikáció járművek és infrastruktúra közötti kommunikáció infrastruktúra egyes elemei közötti kommunikáció A felosztásból is látszik, hogy mind a járműben, mind az infrastruktúrán működő rendszerek összehangolt működése a cél. Az infrastruktúra alatt egyaránt értjük az utakat és az ITS vezérlő és kommunikációs infrastruktúráját. A későbbiekben külön fejezetekben tárgyaljuk a főbb rendszer komponenseket és fejlesztési irányokat: Járműszenzorok, Adatgyűjtés az infrastruktúrán, Navigációs rendszerek, Adatközlés az infrastruktúrán. 7
Általánosságban elmondható, hogy a fejlesztéseket alapvetően befolyásolják a piac igényei, pl. az autógyártókkal szemben támasztott követelmények vagy éppen a felhasználók szolgáltatás-orientált (pl. szórakoztató elektronikai termékek használata) hozzáállása. Az ITS nagy kihívása a fejlesztett eljárások, technológiák és termékek telepítése, elterjesztése. Az alkalmazandó technológiák beszerzéséhez és kiépítéséhez meg kell találni a megfelelő forrásokat, a telepítéshez a kapcsolódó iparágakkal (pl. útfenntartás és üzemeltetés) az életképes kapcsolatot. Az EU kutatási projektek finanszírozásával igyekszik segíteni a fejlesztéseket. A finanszírozás arányait figyelembe véve a közlekedés a 3. legnagyobb kutatási terület (12.8%), csak az egészségügy (18.8%) és az informatika (27.9%) előzi meg. Az EU a 7-es keretprogramjában 4 180 millió Eurót fordított közlekedési fejlesztésekre, ebből: Fenntartható felszíni közlekedésre: 1 340 M Űrkutatásra: 1 340 M Galileo műholdas helymeghatározó rendszer fejlesztésére: 350 M JTI tiszta égbolt programra (légi közlekedés CO2kibocsátásnak csökkentése): 800 M SESAR (légiközlekedés összehangolása, optimalizálása) 350 M 1.5 ITS helyzete Magyarországon Hazánkban számos területen szükséges az ITS fejlesztése. Aktuális forgalmi információk gyűjtésével különböző szervezetek (pl. Fővinform, Útinform) foglalkoznak, melyeket megosztanak rádióadások közlekedési híreiben, TMC-n keresztül kiszolgálhatják a járműnavigációs rendszerek forgalmi információs rétegeit. Autópályáinkon egy-két helyen vannak csak változtatható jelzésképű táblák, melyeken az út kezelője aktuális forgalmi (pl. baleset miatt 2km-es torlódás), időjárási (pl. jegesedés veszély) vagy általános (pl. jobbra tartás kötelező!) információkat osztanak meg. Számos hazai szervezet foglalkozik intelligens közlekedési rendszerekkel akár kutatásfejlesztési, akár alkalmazói szinten, közülük emelünk ki párat: ITS Hungary (ITSH) Közlekedéstudományi Intézet (KTI) Közlekedésfejlesztési Koordinációs Központ (KKK) KÖZÚT Kht. (Útinform) BKV Zrt. (Fővinform) Autópályakezelő Zrt. (AK) Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány (ITKI) ITS Szövetség Oktatási intézmények (pl. BME) 8
1.6 Hivatkozások http://ec.europa.eu/environment/ http://ec.europa.eu/transport/ Fi I.: Forgalomtechnika és menedzsment 9
2 ADATOK, ADATGYŰJTÉS I: TÉRKÉP (JELLEMZŐK, ADATGYŰJTÉSI EL- JÁRÁSOK) 2.1 Az ITS adatok köre, jellemzői, gyűjtési módszerei általában Az ITS szempontjából legfontosabb adatokat a következő szempontok szerint lehet csoportosítani: Geometriai nem-geometriai (másnéven attribútum) Statikus féldinamikus dinamikus Elsődlegesen gyűjtött másodlagosan gyűjtött Főcsoportok és alcsoportok: hierarchia szerint Minőségi mérőszámok szerint. A geometriai és nem-geometriai csoportosítás jellemzően persze a térinformatika szemléletét tükrözi, tehát az adatrendszerben szereplő hely, alak, kiterjedés stb. információt a geometria hordozza. Más megfogalmazásban a rendszerben szereplő objektumok és jelenségek térbeli helyére, kiterjedésére és a köztük megfigyelhető topológiai kapcsolatokra vonatkozó információk sorolhatók a geometriához. A geometria részeként elsősorban tehát a hely megadására kerül sor. A Hol található? típusú kérdésre válaszul megadhatjuk a kérdéses objektum helyét koordinátáival, utcaházszámával, postai irányítószámával, GSM cellájának azonosítójával, szelvényszámával, gráf-élének azonosítójával stb. Érezhető, hogy az eddigiekben megszokott koordinátás megadás mellett a többi felsorolt lehetőség is több-kevesebb helyzeti pontossággal, térbeli részletességgel, hétköznapi használati erővel adja meg a helyet. A megadás túlnyomórészt (ha a koordinátákra gondolunk) hosszúságegységet használ dimenzióként. A helyzet megadása a Milyen az elhelyezkedése? jellegű kérdés kapcsán merül fel. Válaszképp azimút, irányszög, égtáj, célállomás stb. adható meg. Ez az adat tehát leggyakrabban (de nem kizárólagosan) szöghöz hasonló mérőszámot jelent. Az alak megjelölése részét képezheti a geometriának. Az alak jellemzésekor dönteni kell a térbeli dimenziók számáról is: két vagy háromdimenziós szemléletet kívánunk-e követni. A valóság egyre növekvő pontosságigényű leírásánál ez a szempont kulcsfontosságú, mégis eddig jórészt elhanyagolták. Navigációs rendszerekben például egészen más vonzatai vannak a kétdimenziós (síkidomos) vagy a háromdimenziós (testes) megadási módnak. A geometria meghatározását követően az adatmodell leírása követi, erről a következő fejezetben esik szó. A geometriával ellentétben vagy inkább emellé vehető a nem-geometriai leírás. A GIS-ben általánosan csak attribútum tulajdonságoknak nevezett adatkör az objektumok szakmai jellemzői; a szakadatok, amelyek például forgalmi, meteorológiai, pénzbeli értéket stb. fejeznek ki. Az adatok időbeli jellegét a statikus-féldinamikus-dinamikus kategória adja vissza. Statikus adatokról akkor beszélünk, ha időben elegendően hosszú távon állandónak tételezhetjük fel 10
azokat. Statikus tulajdonságnak szokás nevezni a nyomvonal tulajdonságait, valamint a statisztikai adatokat. Féldinamikus akkor az adat, amennyiben közepes időtávon belül változik; például a közlekedés szempontjai szerint az útlezárások, ideiglenes korlátozások sorolhatók ide. Dinamikus az adat akkor, ha az időbeli változása viszonylag gyorsan bekövetkezik. Jellemzően a forgalom, a meteorológia képezik a dinamikus adatok körét. Természetesen a vizsgált rendszer szempontjából kell ennek a három kategóriának megfeleltetni az objektumokat, illetve azok tulajdonságait. Elképzelhető például az az eset is, amikor az ideiglenes útlezárásokat már dinamikusnak tekintjük. Az adatok gyűjtési módjai alapján szintén lehetséges azok kategóriákba sorolása. A térinformatikai irodalom geometriai és attribútum, valamint közvetlen és közvetett gyűjtési módokat különböztet meg. Ha ezen két-két lehetőség szerinti kombinációkat felvázoljuk és mindre adatgyűjtési módokat kívánunk példát felhozni, a következő ábrához hasonlót kapunk: Közvetlen (elsődleges, direkt) geometriai módok: Geodézia, fotogrammetria, távérzékelés Közvetlen (elsődleges, direkt) attribútum módok: Általában a mérések, szakadat-gyűjtések Közvetett (másodlagos, indirekt) geometriai módok: Térképdigitalizálás, térképszkennelés Közvetett (másodlagos, indirekt) attribútum módok: Adatbázisok felhasználása, adatimport 2-1. ábra. Adatgyűjtés alapján lehetséges csoportosítás Az adatgyűjtési módok csoportosíthatók aszerint is, hogy pontszerű, vonal mentén elhelyezkedő, felület vagy teljes 3D-s adathalmaz lesz-e a végeredmény. Így akár az adatgyűjtési megoldásokhoz térbeli dimenziót rendelhetünk. Természetesen a kategorizálás továbbvihető: a mérések platformja, a mérőeszköz hordozójának földtől mért távolsága szerint is lehetséges az osztályozás. Ennek megfelelően léteznek földi, légi, sőt űr vagy műholdas gyűjtési módok. Nagyon lényeges tulajdonság az automatizáltság mértéke; eszerint léteznek teljesen automatikus, félautomatikus és manuális megoldások. Utóbbiak alatt az egyáltalán nem automatizált módokat értjük. A teljesen automatikus megoldások ma még nem léteznek; igazából inkább nagyobb és kisebb fokú automatizáltságról beszélhetünk. A végterméket tekintve numerikus, grafikus vagy tónusos változatról beszélhetünk. A numerikus (számszerű) csoportba a koordináták, méretek, területek stb. tartoznak; a grafikus termék valamilyen rajzot, például alaprajzot, metszetet, szintvonalrajzot stb. jelent. A tónusos végtermék képszerű termék, ilyen a képtranszformátum, a fotótérkép, sőt mostanában a perspektív látványkép is. Az általunk kezelt adatok körében azok hierarchiája szintén szerepet játszik. Az alá-fölé rendeltségben a geometria is, és az attribútumok is tetten érhetők. A geometria szempontjából érdekes hierarchiára példaként a következőket nézzük meg: egy település ábrázolható pontszerűen, esetleg jelkulcsi elemként (kisméretarányú, pl. földrajzi térképen), ábrázolható egyszerűsített utcahálózattal (topográfiai térképen), részletes utcahálózattal (autóstérképen), de akár a forgalmi sávok pontos megadását jelentő térképpel (megvalósulási rajzon) is. Értelemszerűen a fenti papír alapú példák mellett hozhattunk volna hasonló digitális példákat is. 11
Végül az utolsó csoportosítást lehetővé tevő eszközök az adatminőségi mérőszámok. Ide tartoznak az adatok eredetére (honnan származnak, ki és milyen módszerrel gyűjtötte, hogyan tárolta, kezelte azokat stb.), teljességére (mennyire sikerült minden elérhető adatot begyűjteni, tárolni, s nem maradt-e ki lényeges adat), naprakészségére (aktualitására) (mennyire tekinthető újnak és nem elavultnak az adatok), a konzisztenciára (milyen módon sikerült az adatok közötti összhangot is figyelembe venni/leírni), valamint a pontosságra/ élességre/ megbízhatóságra vonatkozó információk. Az ITS lényeges elemének tekintett (jármű)navigáció például kimondottan érzékeny az aktualitásra: a térképi háttér frissítése talán bizonyos elhanyagolással a helyzeti pontosságnál is lényegesebb. A konzisztencia, tehát az összhang azt fejezi ki, hogy a geometria (annak részének tekintett topológia) és a szakmai adatok, az attribútumok mennyire harmonizálnak, mennyire írják le együtt a valóságot. 2.2 A Föld ábrázolása, a térkép fogalma, fajtái, jellemzői A következő részben szeretnénk bemutatni a Föld ábrázolásának lehetőségeit, a különböző térképeket, azok jellemzőit. Lényeges azonban hangsúlyozni azt, hogy az Olvasó sokkal részletesebben megismerkedhet a témával a geodézia vonatkozó könyveinek, jegyzeteinek, segédleteinek olvasásával. Célunk ebben a részben az volt, hogy az intelligens közlekedési rendszerek hátterében található térképeket és térképi adatbázisokat kiemeljük és érthetőbbé tegyük szerepüket. A definíció szerint a térkép a Föld egyes részeinek felszínét, valamint a felszínen vagy alatta lévő természetes és mesterséges tereptárgyakat arányosan kicsinyítve, megadott vetítési szabályok szerint általában síkfelületen ábrázoló fénykép vagy rajz. Napjainkban a térkép iménti meghatározása a szakma paradigma váltásának köszönhetően elavul, s helyette a térképi adatbázis meghatározását kell megadnunk. Ilyen módon a felszín, azon lévő, az alatt elhelyezkedő természetes és mesterséges tereptárgyak digitális reprezentációját, valamint az ahhoz szorosan kötődő megjelenítési szabályrendszert kell térképi adatbázis alatt érteni. A digitális reprezentáció tulajdonképpen a korábban ábrázolásra kijelölt tárgyak geometriai adatainak numerikus formájú leírását jelenti a topológia figyelembe vételével. A pusztán digitálisan tárolt adathalmaz emberi megjelenítéséhez pedig a kartográfia szabályait leképező megjelenítési eszközök, jelkulcsok, színezések, szabályok szükségesek, melyekkel digitális eszközökön (kijelzőkön, képernyőn) vagy analóg megoldással (papíron) lehet a térképet megjeleníteni. A méretarány kérdése a digitális térképi adatbázis használatával átértékelődik: adatsűrűségről és megjelenítési méretarányról kell inkább beszélni. Az adatsűrűség alatt a geometriai tartalom részletezettsége mellett a geometria felbontását is ide kell érteni. A térképek fajtái lehetnek típus szerint földmérési, topográfiai, közlekedési, tematikus, kataszteri, közmű és egyéb térképek. A megjelenés szerint megkülönböztethetünk vonalas, fotó vagy ortofotó térképeket. Előbbiek csak absztrakt elemekből álló művek, utóbbi két változatban azonban a terepről készült tónusos képek is egyidejűleg megjelennek a vonalas tartalom mellett. Az egyre jobb minőségű légi felvevő eszközöknek köszönhetően ezen két utóbbi térképkategória használata jelentősen megnövekedett. A tónusos tartalom rendkívül érthetővé teszi a felszín ábrázolását nem szakmabeli felhasználók, tehát az átlagemberek számára is. 12
A (megjelenítési) méretarány szerint beszélhetünk nagy (pl. 1:1000), közepes (1:25 000) és kis (1:1 000 000) méretarányú térképi termékekről. A térképek általános ismertetéséhez hozzá tartoznak a jellemzők bemutatása. Az egyik leglényegesebb jellemző az alapfelület fajtája, ami lehet gömbi vagy ellipszoidi. Az alapfelületet jelentő alakzat (pl. az ellipszoid) mérete, lokális vagy globális elhelyezése, valamint tájolása alapvetően a felsőgeodézia tudományához tartozik. A térkép használóinak azonban ismerniük kell az alapfelületről szóló információkat, hogy megfelelő módon tudják a rajta elhelyezett objektumok geometriáját megadni, azokat ábrázolni, esetlegesen más rendszerekbe áttérni. Az alapfelületi reprezentációhoz a vetület szervesen kötődik: ez lehet geometriai vagy jóval absztraktabb matematikai megoldással megvalósítható. A szokásos vetületi formák a sík, kúp vagy henger idomok, amelyek jól közelítik a Föld vagy annak ábrázolandó részletének alakját, ugyanakkor síkba fejthető felületként ismertek, tehát papírlapon ábrázolható módon lehet felszínüket kiteríteni. A vetületi felületet jelentő idomok lehetnek érintő vagy metsző helyzetűek, a tájolásukat tekintve pedig normális, transzverzális vagy éppen ferdetengelyűek. A torzulás szempontjából szög-vagy területtartó vetületek különböztethetők meg az általános torzulású változatok mellett. A vonatkozási rendszerekben az alapfelület és a vetület mellett a koordináta rendszer megadása nélkülözhetetlen. Fajtáit nézve derékszögű vagy polár(is) koordináta rendszereket használunk síkbeli esetleg térbeli módban. A koordináta rendszer lehet felületi vagy súlyponti, tájolása szerint észak-keleti (ÉK), netán délnyugati (DNy). Az egyes koordinátákat megadhatjuk hosszúság vagy szögegységekben, attól függően, hogy milyen rendszert választottunk. A földrajzi léptékű térképek hagyományosan szögszerű, a vetületi térképek pedig inkább hosszegységes (pl. méter) megadást követik. A nagy térképművek használatához elengedhetetlen a sok térképlap egységes azonosítása, vagyis a szelvényezési rendszer. A különböző alapfelületek, vetületek és koordináta rendszerek közötti átjárást a koordináta transzformáció képezi. Feladata, hogy eltérő térképek és térképi adatok együttesen is kezelhetők legyenek az egységes térhivatkozás" által. A transzformáció módjai között szerepelnek a vetületi összefüggések, egyenletek felhasználására épülő szabatosnak is, koordinátamódszernek is mondott verziók. Az áttérés lehetséges mindkét rendszerben adott, vagy legalábbis azonosítható közös pontok, fotogrammetriai szóhasználattal illesztő pontok segítségével. A koordináta transzformáció matematikai megoldásáról, a számítás pontosságáról a vetülettan, valamint a geodézia irodalma adhat átfogó és részletes ismereteket. 2.3 Térképkészítési módok A térképkészítési módok előtt hangsúlyoznunk kell, hogy jelen fejezetben az ITS szempontjait szem előtt tartva átfogó képet szeretnénk nyújtani a megoldásokról. A geodézia és rokon szaktárgyak sokkal részletesebb és alaposabb ismertetéssel szolgálnak, így az érdeklődők számára javasolt a szakirodalom tanulmányozása. A földi geodézia használatakor teodolitokkal, tachiméterekkel, mérőállomásokkal, szintező műszerekkel vagy GNSS vevőkkel kell méréseket végezni. Az adatgyűjtés diszkrét pontokban történik, amelyekre támaszkodva további pontok akár interpolációval is számíthatók. Lényeges az álláspont és a mért terepi pont megközelíthetősége. Az eredmény többnyire koordinátalista vagy grafikus térkép. 13
2-2. ábra. Mérőállomással mért útrészlet A földi távérzékelés a nevében szereplő módon tehát egy távérzékelési technológia, ahol a föld felszínéről készítjük a felvételeket. Gyakran földi fotogrammetriának is nevezik, noha a közelfotogrammetria megnevezés is előfordul. A mérés tulajdonképpen képek elkészítésével történik, pontosabban kezdődik, majd a képeken végezzük az igazi méréseket. Az ún. térfotogrammetria vagy sztereofotogrammetria segítségével térmodellt állítunk elő, majd 3D-s adatokat határozunk meg. A szakirodalom több szerzője szerint ide a földi fotogrammetria részét képezi a ma legdinamikusabban fejlődő távérzékelési módszer a földi lézerszkennelés is. Amennyiben a lézerszkenneléssel meghatározott pontfelhőn kívül képeket is rögzítünk, majd azokat a pontfelhővel együtt használjuk fel, dolgozzuk fel, az ún. adategyesítést vagy fúziót, más szóhasználattal a szenzor fúziót alkalmazzuk. Az eredmény háromdimenziós pontfelhő tónusos információkkal (nevezhetjük tónusos pontfelhőnek is). Meg kell említeni, hogy a nyersen rögzített adatok feldolgozásakor a modellezés végrehajtásakor írjuk le a valóságot. A levezetett végeredmény lehet az említetten kívül 2D-s rajz, pl. síkrajz vagy metszet. 2-3. ábra. Földi lézerszkenneléssel felmért közlekedési csomópont A földi mérési módszerek egyik különleges ötvözete a mobil térképezés, amikor mozgó platformról, például autóról történik a mérés. A mozgó szenzoregyüttes helyének meghatározásá- 14
ra pontos pozícionáló berendezések szolgálnak; ezek lényegesebb komponensei a GNSS vevők, az inerciális szenzorok (INS), esetlegesen kerékfordulatszám-mérők és matematikai eljárások, pl. Kalman-szűrő. A hordozott szenzorok lehetnek kamerák, lézerszkennerek, távmérő vagy akár ezek kombinációi. Gyakori, hogy az út és az útmenti tárgyak felmérése történik mobil térképezéssel, így a közelekdési táblák, szalagkorlátok stb. folyamatos, de néha csak diszkrét mérése történik. A mobil térképezés is gyakran alkalmazza a szenzorfúziót. A geometriai adatok (pl. nyomvonal) mellett sokszor egyidejűleg attribútum-mérés (pl. burkolatállapot) is történik. 2-4. ábra. A svéd fejlesztésű Road Surface Tester (RST) mobil térképező rendszer 2-5. ábra. A BME en fejlesztett burkolatfemérő rendszer, a PHORMS mintamérései A légi fotogrammetria szintén képek elkészítésén keresztül képes numerikus, grafikus, vagy akár képi/tónusos termék előállítására. Az időjárásra való érzékenysége, valamint a munka so- 15
rán az épületek kitakarása azok a szempontok, amikre folyamatosan tekintettel kell lenni. A nagy kiértékelő műszerigény az utóbbi időkben a fedélzeti műszerezettséggel és a számítógépek fejlődésével jelentősen megváltozott. A légifényképező repülőgépek GPS/INS műszeregyüttese révén újabban a dierkt szenzortájékozásnak köszönhetően felgyorsult a képek feldolgozása, mivel a komplikált tájékozási folyamat rövidült. A kijövő adat lehet diszkrét pontokban, vonalak vagy felület mentén. Érdekes kimenet a terep felszínének modellje, a digitális felszínmodell (angol nevével Digital Surface Model DSM), vagy a növényzet és emberi építmények elhagyásával kapott digitális domborzatmodell (Digital Elevation Model DEM). A légifénykép torzulásmentes átalakítása eredményezi az ortofotót. 2-6. ábra. Ortofotó képrészlet nagy geometriai felbontással A lézerszkennelés légi változata a fotogrammetriához hasonlóan digitális felszín, levezetve domborzatmodell előállítására alkalmas. A technológia kialakulásának meghatározó momentuma volt a direkt szenzor tájékozás. Itt is gyakran találkozhatunk szenzor fúzióval, valamint az utófeldolgozás jelentős lehet. 16
2-7. ábra. Autópályáról készült légi lézerszkennelés A lézer mellett a radar, mint aktív távérzékelési mód, szintén napjainkra fejlődött ki. Az interferimetriát kihasználó ún. szintetikus nyílású radartechnológia, az IfSAR eredményül digitális felszínmodellt ad; a repülőgépes megoldás mellett itt már műholdas méréssel is találkozhatunk. E technológiának köszönhetően globális lefedettségű domborzatmodellek készültek, ilyen az SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) adatbázis. A radar méréstechnikája kevésbé érzékeny az időjárásra, ellenben további sajátosságokra kell tekintettel lenni, mint például rövidülés. 2-8. ábra. Az SRTM felszínmodelljének egy magyar részlete A radaron kívül optikai eszközök is megtalálhatók a Föld körül keringő műholdakon. Segítségükkel képek készülnek, melyeket nagyon nagy felbontással (fél méter alatti geometriai felbontás!) kapunk meg, viszonylag jó időbeli sűrűséggel (néhány naponta). Említésre méltó a műszertörténelmileg ismert Landsat és Spot program, később az IKONOS, a Quickbird, majd a WorldView. 17
INTELLIGENS KÖZLEKED DÉSI RENDSZEREK ÉS 2-9. ábra. Az M3 autópálya budapesti kivezető szakasza Quickbird képrészleten A mérési technológiák még sorolhatók tovább, ehelyett azonban érdemes megnézni, hogy az intelligens közlekedési rendszerek számára milyen szempontok a leglényegesebbek. Ezek az attribútum vagy tematikus adatok gyűjtésének lehetősége, a szenzor telepítésének és fenntar- A tápellátás és a kommunikáció megoldott legyen, a pillanat jellegű (snapshot) mellett folya- tásának ára, lehetőleg ne érintse az útpályát a szenzor, annak segédberendezése és kábelezése. matos megfigyelés (monitoring) megoldható legyen, az automatizáltság pedig természetesen minél magasabb fokú legyen. 2.4 Térképtípusok, -minták, -adatbázisok A konkrét típusok bemutatásaa előtt tekintsük át, hogy az ITS közreműködői és használói mi- a lyen módon igénylik a térképeket. A térképszükséglet megjelenik az útépítők, -fenntartók, diszpécserközpontok, az utastájékoztató szolgálatok (pl. Útinform), a közlekedési adatszolgál- és tatók (pl. TMC központ), a navigációs rendszerek gyártói, használói, valamint az internetes webes útvonaltervezők oldaláról. Természetesen ezt a felsorolást lehetne még folytatni. A térképeket manapság célszerűen analóg és digitális típusokra különíthetjük el. Kezdjük az analóg típusokkal! A legismertebbek közé sorolhatjuk a földmérési alaptérképeket, a topográfiai térképeket, az autós térképeket, város- vagy kerülettérképeket, a hálózati térképeket (pl. metrótérkép), a tené- matikus térképekett (pl. forgalmi térkép), vagy a tervezési és megvalósulási térképeket. hány példa az alábbi képeket látható. 18
2-10. ábra. Topográfiai térkép (példa) 2-11. ábra. Autóstérkép (példa) 19
2-12. ábra. Várostérkép autóstérképen (példa) 2-13. ábra. Közlekedési csomópont térképe 20
2-14. ábra. Metróhálózati térkép 2-15. ábra. Tematikus forgalmi térkép 21
2-16. ábra. Tervezési/megvalósulási térkép (példa) A digitális térképtípusok természetesen átvették a bemutatott analóg térképek adattartalmát, gyakran szerepét is. Így léteznek digitális topográfiai térképek (pl. Németországban az ATKIS rendszer), vannak a digitális világ meghatározó cégeinek térképei (pl. a Google Maps). Az open source mozgalom keretében is készülnek már digitális térképek (pl. OSM). Digitálisan elérhető ma már több bevásárlóközpont, plaza térképe is, repülőtér térképek stb. Az útvonaltervező alkalmazások is sokszor saját, külön térképi háttérrel rendelkeznek. Az egyik legperspektivikusabb megoldás pedig a dinamikus tartalommal bíró térképek világa, melynek egyik változata a Safespot projekt LDM-je (Local Dynamic Map). 2-17. ábra. ATKIS példa digitális topográfiai térképre 22
INTELLIGENS KÖZLEKEDÉSI RENDSZEREK ÉS 2-18. ábra. Google Maps térképrészlet 2-19. ábra. 3D-s tartalommal kiegészített Google térkép (Google Earth) 23
2-20. ábra. Mobiltelefonos térképek (Nokia) 2-21. ábra. Utcanézetes térkép (Google Streetview) 24
2-22. ábra. Az OpenStreetMap (OSM) térképe a BME környékéről 2-23. ábra. Az útvonaltervező alkalmazások térképei (utvonalterv.hu) 2-24. ábra. Épülettérkép (példa: Westend, Budapest) 25
2-25. ábra. A Safespot Local Dynamic Map-je 26
3 ADATOK, ADATGYŰJTÉS II: TÉRKÉPI TARTALOM 3.1 Alapfogalmak, topológia Az intelligens közlekedés szempontjából is a valóság egyszerűsített, absztrakt mását, azaz modelljét használjuk. A térbeli modellezésben a térinformatikában ismert lépéseket követjük, azaz a következő lépések sorakoznak egymás után: Elméleti modell: a jelenségek, kiválasztott jellemzők és kapcsolatok leírása, az alapelemek (entitások) meghatározása Logikai modell: az alapelemek, az objektumok definiálása ( digitális entitások ), osztályok és azok jellemzőinek megállapítása (geometria, topológia és attribútumok) Fizikai modell: az adattárolás elemeinek meghatározása. Az ismert összefüggések szerint tehát az alapelemek az objektumok, amelyeknek felsőbb szerveződési szintjei az objektum osztályok, vagyis hierarchikus szerkezetet használunk a leírásunkban. Ilyen hierarchikus szerkezetet kiválóan megfigyelhetünk konkrét realizációkban, például a német ATKIS rendszer objektumkatalógusában. A katalógus a főbb osztályokat a következőkben állapítja meg: Határ (1000) Település (2000) Közlekedés (3000) Növényzet (4000) Víz (5000) Domborzat (6000) Terület (7000). A zárójelekben ezeknek az osztályoknak az azonosítóit tüntettük fel. A közlekedés osztályon belül alosztályok találhatók: Közúti osztály (3100) Vasúti osztály (3200) Légi osztály (3300) Vízi (3400) Segédlétesítmények (3500). A közúti osztályon belül szereplő objektumok a következők: Utca (3101) Út (3102) 27
Tér (3103) Komplex utca (3104) Úttest (3105) Útpálya (3106) Komplex csomópont (3180) Nullapont (3181) Szakasz (3182) Elágazás (3183). Az utca geometriai tulajdonságai mellett a következő attribútumok tárolása is megtörténik: Név, rövidítés, másodnév Jelentőség (településen belüli/kívüli) Különleges sávok (járda, kerékpár stb.) Pálya és útszélesség Sávok száma Burkolattípus Útrang (autópálya, főút stb.) Állapot, Stb. A 3-1. ábra utca típusú objektum geometriai vázát mutatja be. 3-1. ábra. Az utca objektum geometriai szemléltetése (és definíciója) 28
A fenti katalógushoz hasonlóan a digitális térképi szabványok mind-mind saját katalógus definiálásával működik. Magyarországon a Digitális Alaptérképi szabvány, a DAT a magyar szabvány része is, MSZ 7772-1 számozással. Objektum-orientált szerkezetű katalógus (hasonlóan az ATKIS-hoz). A DAT fontosabb részei a fogalmi modell, az adatszerkezet, az adatcsere leírás, valamint a megjelenítéshez szükséges digitális jelkulcs. A DAT hasonlóan a többi térinformatikai modellhez geometriai és attribútum adatok tárolását teszi lehetővé. Összesen 9 objektumosztály, azokon belül 36 objektumcsoport és 261 objektumféleség meghatározása található meg a szabványban. Az ETAK nevű térképi szabvány volt talán az első ITS szempontból jelentős térképi reprezentáció. 1983-ban az USA-ban alapított azonos nevű navigáció cég (ma a TeleAtlashoz tartozik) adatformátuma volt, amelyet az Etak Navigator nevű termékükben különböző platformokon (pl. Clarion, Blaupunkt stb) volt elérhető. Érdekessége, hogy 1:24 000-es méretarányban mintegy 1.6 milliló mérföldet tartalmazott az adatbázis, amellyel így az USA lakosságának közel 70%-át lefedte. A digitális térképi szabványok szintén igen jelentős változata, amely több fejlődési szinten ment keresztül mostanra, a Geographic Data Files, vagyis a GDF. Az európai Ertico és az amerikai Navtech (ma Navteq) formátuma szabvány lett, mégpedig CEN európai szabványügyi szervezetnél. A GDF 3.0 változat belső azonosítója ENV14825:1996 volt; majd a Nemzetközi Szabványügyi Testület is rábélyegzett, így a neve ISO GDF 4.0 (ISO14825:2004) lett. A jelenlegi változat az 5.0-ás (ISO/DIS14825). A nagy térképszolgáltató cégek (köztük a TeleAtlas és a Navteq emelkedik ki) saját szabványuknak tekintik. Alapvetően textformátumú, XML és SQL támogatással létező leírás, amely ma már a 3D és az UML törekvéseinek is igyekszik megfelelni. Dolgoznak az időkoordináták használatán is, így a következő változatban ilyen bővülésre lehet számítani. Alkalmazásfüggetlen formátum, tartalmazza az objektumok (feature-ök), azok attribútumainak és kapcsolatainak katalógusát, reprezentációs sémákat (pl. pont, vonal, felület, komplex elem), logikai adatszerkezetet, globális adatkatalógust és minőségi specifikációt. Ez utóbbi igen jelentős előrelépés a térképi szbványosításban. A GDF elemkatalógusa a következő lényegesebb objektumokra tér ki: Utak és kompok Adminisztratív területek Települések és névvel rendelkező területek Felszínborítottság és használat Brunnel (híd és alagút) Vasutak Vízi utak Úttartozékok (road furniture) Szolgáltatások Tömegközlekedés Általános elemek. 29
A szabványhoz kapcsolati diagramok is tartoznak, ilyenre láthatunk példát a 3-2. ábra. A 3-3. ábra pedig az útelem geometriájának és attribútumainak kapcsolatát illusztrálja. 3-2. ábra. Út és kapcsolati diagramja 3-3. ábra. Út és kapcsolati diagramja 30
A GDF kapcsolati lehetőségeire a 3-4. ábra alaprajzi példát láthatunk. 3-4. ábra. GDF kapcsolati példák A következő érdekes térképi szabvány a TIGER, ami a Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing System US Census Bureau név rövidítése. A 3-5. ábra láthatóan topológiailag korrekt információt tárol különféle primitíveken keresztül. 3-5. ábra. TIGER példa geometriai alapelemekkel 31
A szokásos geometriai leírás mellett a navigációban jelentősek az ún. érdeklődési pontok vagy POI-k (Point of Interest). Gyakori még az érdekes hely és a hasznos hely megnevezés is. Az egyik ismert navigációs megoldás alapján a fontosabb kategóriái: Fuvarozás Szórakozás Sport&kikapcsolódás Szolgáltatás Bevásárlás Kultúra Sürgősségi szolgálat, hivatalos Étel, ital Mesterséges tereptárgy Vízrajzi pont Szállás Természeti pont. A fuvarozáson belül olyan példákat találunk, mint terminálok, kompállomás, buszmegálló, pihenőhely, repülőtér, vasútállomás, parkoló, felszíni közlekedés, általános, kikötő. Más megoldás szerint ide tartoznak még az összegyűjtött benzinkutak, barkácsboltok, hotelek, szupermarketek, bankok, örökségi és ősi helyek, a templomok, mecsetek, az autópályaszolgáltatások, a farmok, a foci- és rögbipályák, sportlétesítmények, valamint a kempingek. Léteznek természetesen felhasználói kezdeményezéssel gyűjtött POIgyűjtemények is. 3.2 Topológia A topológiai a térképek világában eredetileg térbeli adatstruktúra volt elsősorban annak biztosítására, hogy a hozzárendelt adatok konzisztens és tiszta szerkezetet alkossanak. Ma már ehelyett a megközelítés helyett szabályalapú implementációban adjuk meg s rugalmasabb geometriai kapcsolatok lehetségesek. A topológiai primitívek (alapelemek) a következők: Csomópont (node) Él (edge vagy arc) Közbülső pont (vertex). A topológiát jellemezhetjük az él-csomópont kapcsolatokon keresztül; ezt hívják összekötöttségnek (connectivity). Jellemezhetjük a poligonok és élek kapcsolatával, ezzel a területmeghatározás valósul meg, valamint lehetséges a bal-jobb kapcsolatok megadása, amivel az irányultság vagy irányítottság (contiguity) adható meg. 32
Az ESRI nevű térinformatikai gyártó a saját implementációjában a 3-6. ábra látható táblázatszerkezetet alkalmazza a klasszikus topológiai megközelítésben. 3-6. ábra. Klasszikus topológia megközelítés táblái A topológiát természetesen gráfosan s annak akár mátrixos reprezentációjában is megadhatjuk. Ennek a közérthető megközelítésnek a szokásos menete az él-csomópont tábla, vagyis az incidencia mátrix. Belőle levezethető a csomópont-csomópont mátrix, az adjacencia mátrix. Ennek részleteiről a BSc-s térinformatikai elemzésekben esik szó. A topológia kapcsán mindenképpen beszélni kell annak hibáiról is. A fontosabb hibák a következők: Túlnyúlás (overshoot) Alulnyúlás (undershoot) 33
Metszéspont hiánya Álcsomópont Önmetszés Kettőzés/többszörözés Attribútum-hibák. A modern topológiai megközelítésre (szabály-alapú megközelítésre) szintén jó példának az ESRI újabb rendszereiben bukkanhatunk. A 3-7. ábraán az implementált verzió sémája látható az egyes osztályokkal, műveletekkel és azok kapcsolataival. 3-7. ábra. Szabályalapú topológiai reprezentáció ESRI-sémája A topológia bemutatásakor elkerülhetetlen, hogy megemlítenénk a geometria és a topológia térképezési különbözőségét. A Balaton körül végzett manuális térképdigitalizálás példáján (3-8. ábra) keresztül érezhető, hogy a nyomvonal pontos lefutása és az elágazások alapján felépített következetes topológia mennyiben tér el. 34
3-8. ábra. A geometria és topológia leírás különbözősége (zöld a nyomvonal geometria, kék a logikai összekötöttség topológia) A topológia gyakorlati megvalósulása az egyes tárolási formátumokban más és más. Az igen elterjedt és népszerű shape-formátumban (SHP) például csak közvetve van meg a topológia, ugyanis direktben nem tartalmazza sem a szabályokat, sem a topológiai táblákat, noha a geometriai elemek közötti kapcsolat korrigált (záródó poligonok stb.). A fedvény (vagy coverage) már elemi szinten hordozza a topológiát, így szintén korrigáltnak tekinthető, a geoadatbázis pedig teljes mértékben tartalmazza a modern megközelítésű topológiát. A nyílt forráskódú OpenStreetMap (OSM) szintén korrigált, azonban a csomópont-töréspont keveredés lehetséges, ez a korrekt topológiát igénylő feladatokban előzetes igazítást igényel. Ez utóbbi változatnak például az alapelemei a node, a way, az area és a relation. 3-9. ábra. OSM objektum adatai, benne a topológiára történő utalással 35
Az eddig elmondottak a kétdimenziós világ topológiájára voltak igazak. Az OSM esetében Németországban megkezdődött a 2D-s rétegek mellé 3D-s rétegek integrálása, így SRTMméréssel előálló magasságok, továbbá felszínborítottság és használat, épületmodellek, címkék, POI-k integrálása. Mindez természetesen úgy, hogy a megjelenítéshez vagy felhasználáshoz választható legyen a részletezettség, vagyis a LOD (level of detail). 3-10. ábra. 3D-s térképi adatbázis megjelenítése Heidelberg példáján keresztül 3.3 Térképi tartalom A térképi tartalom rendszerezése a hely megadási módjainak áttekintésével kezdődik. A koordinátákkal történő megadás mellett már említettük, hogy eltérő lehetőségek is kínálkoznak. Ilyen alternatíva például a jelentősebb intézmények, hivatalok, szervezetek stb. nevének megadása. Jó példa erre a Parlament, a Városháza, a BME. A navigációban ezzel szemben a hely leggyakoribb megjelölése címként történik, vagyis településnév, utcanév és házszám megadása biztosítja az egyértelmű helyet. Némely esetben ez kiegészülhet a postai irányítószámmal, sőt lehetnek olyan alkalmazások is, amelyekben kizárólag ilyen típusú kóddal kell a helyet azonosítani. Tematikus térképezésben például a választókörzetek azonosítóinak megadása is elegendően pontos helyazonosítást jelenthet. A közlekedésben még egy különleges helymegjelölés terjedt el: a szelvényezés alapú megadási mód. Itt nem a térképszelvényezésre, hanem az út vagy víziút (pl. folyó) mentén mért távolság, mint szelvényszám megadása történik. A közlekedési eseményeket, útlezárásokat, baleseteket stb. a hétköznapokban is az út azonosítójával és egy szelvényszámmal jelöljük: baleset történt a 8. számú főút 42-es km-énél. 36
A térképi tartalom a térinformatikai modelleknek megfelelően tehát pontszerű, vonalszerű és felületszerű elemekből áll össze. Az úthálózat tárolására a gráfos reprezentáció kiválóan alkalmas, ezt rendkívül sokféle megoldásban találhatjuk meg. Az OpenStreetMap (OSM) nevű nyílt forráskódú kezdeményezésben például a térkép geometriai tartalma naponta frissül (köszönhetően a hibák bejelentésének, a folyamatos ellenőrzésnek, a bővülésnek stb.). Magyarországról például az OSM adatbázisában kétféle formátumban áll rendelkezésre adat: SHP és XML. Előbbi az eredetileg az ESRI által kidolgozott, később általánosan elterjedt formátum, utóbbi a szöveges, általánosan felhasználható, laza kódolású formátum. A SHP reprezentációban 7 rétegen 28 állományban kerül tárolásra az ország, 2010-ben mintegy 17.7 MB, 2011-ben már 39.7 MB terjedelemben. Látható, hogy jelentős mértékben növekszik az ingyenesen használható és hozzáférhető adathalmaz! Az utakat tartalmazó Road nevű réteg 2011-ben 84 950 db polyline-t, azaz összetett vonalat, 840 113 db törés- és végpontot tárolt. Ugyanennek az országos térképi adatbázisnak az XML változata egyetlen file, amely 2011-ben már több, mint 4.7 millió sorból állt, mérete pedig 341 MB volt. (El lehet így képzelni, hogy a Magyarországnál jóval nagyobb és népesebb Németországban mekkora adatállományokról van szó!) Nem elhanyagolható ezeknek az adatállományoknak a folyamatos ellenőrzése és frissítése sem! A tartalom ábrázolása rendkívül sokszínű, a professzionális kartográfiai igényességű megjelenítéstől az egyszerű vonalas rajzig számos megoldás létezik. A 3-11. ábra London ábrázolása látható különböző részletességű, célú, és kartografálású térképeken. 3-11. ábra. London különféle térképeken 3.4 Infrastruktúra adatok és gyűjtésük Az infrastruktúra, s azon belül elsősorban a közúthálózat kapcsán a geometria mellett a forgalmi, a baleseti és az időjárási adatok kerülnek gyűjtésre, tárolásra és megjelenítésre. A forgalom jellemezhető a forgalom nagyságával, vagyis adott útkeresztmetszeten adott idő alatt áthaladó járművek számával. Mértékegysége a jármű/óra vagy egységjármű/óra. A má- 37
sodik jellemzési lehetőség a forgalom sebességének megadása. Ez egyfajta út-hatékonyságot tükröz; rajta keresztül az egyes utak osztályozhatók. Mértékegysége km/ó. Végül az utolsó megadási mód a forgalom sűrűségének közlése, amikor adott szakaszon adott időpillanatban tartózkodó járműszámot kell levezetni a mérésekből. Ez utóbbiról könnyen belátható, hogy a forgalomnagyság és a sebesség hányadosaként értelmezhető mennyiség. A forgalmi adatokat gyűjteni, feldolgozni és megjeleníteni leginkább tervezési, ritkábban üzemeltetési célból szokás. Lehetőség van ekkor keresztmetszeti számlálásra, egy-egy útszegmens terhelésének, forgalom összetételének megismerése céljából. A pl. kikérdezéses célforgalmi számlálás nagy költségvonzata miatt nem olyan gyakori, mint a manapság egyre könnyebben kiépíthető több-kevesebb mértékben automatizálható számláló/mérő megoldások. A régi forgalomfelvételi lap helyébe számítógépes mérőrendszerek, érzékelő hálózatok lépnek. Sajnos ilyen rendszer telepítése még mindig elég sok építési, így terelési és korlátozási munkálatokkal jár. Az ún. indukciós hurkok vagy hurokdetektorok például Budapesten lassan bővülő halmaz (3-12. ábra). 3-12. ábra. Budapesti detektorhelyek a térképen Az említett hurkok használatával többnyire az érzékelő huzal feletti járművek számát, tartózkodási idejét és sebességét lehet rögzíteni. 38
Egyre gyakoribb forgalmi mérőberendezés a forgalmi kamera. A képekből alkalmas algoritmusokkal sokrétű adathalmaz állítható elő. Gyakori, hogy a kamerák képeit akár feldolgozás nélkül is megjelenítik weboldalakon, ahogy arra példa látható a 3-13. ábra. 3-13. ábra. Forgalmi kameraképek megjelenítése weben A kamerák képeiből szinte bármely időpillanatra és forgalmi irányra megállapítható a jellemző mérőszám. Idősor látható a 3-14. ábra. 3-14. ábra. Csomóponti forgalom kameraképeken, beazonosított és követett járművekkel 39
Érdekességképpen említjük meg, hogy a forgalom figyelésére szolgáló kamera nem kell, hogy feltétlenül egy oszlopra szerelten működjön, megfelelően stabil hőlégballon (pl. Zeppelin), helikopter, repülőgép vagy műhold fedélzetén egyaránt elhelyezhető. A térképi tartalom egyik különös lehetősége az áramló járművek térképe, aminek elterjedt angol elnevezése a Floating Car Data ábrázolása. 3-15. ábra. FCD adatok színes térképeken (Stuttgart, a taxik 95%-a alapján) Az infrastruktúra adatai közé tartoznak a baleseti adatok is. A rendőrség, a Központi Statisztikai Hivatal, a Magyar Közút, s még lehetne említeni néhány intézmény vagy hivatal nevét, amelyek például a magyar közutakon bekövetkezett balesetek adatait gyűjtik, tárolják, feldolgozzák. A balesetek kapcsán egyrészt rögzítésre kerül annak helyszíne (pl. melyik út melyik szelvényében, esetleg más úttal való kereszteződésében következett be a baleset), továbbá a baleset körülményei, mégpedig meglehetősen részletesen: ideje (dátum, idő), típusa (pl. Ütközés hátulról, forgalmi sáv változtatásánál), a baleset résztvevőinek neme, vezetési tapasztalata, ittasság/kábítószer fogyasztás, út- és időjárási körülmények, kimenet/súlyosság stb. Mindezen jellemzők alapján az egyes hivatalok, szervezetek saját szempontjaik szerinti statisztikákat levezetik, így a balesetek időbeli lefolyását (3-16. ábra), jogosítvány kora és baleseti gyakoriság összefüggései, balesettípusok területi eloszlása. (Ezekről az adatelemzésekről, különös tekintettel a földrajzi mintázatokra egy későbbi fejezetben még visszatérünk.) 40