Hore

virtuálna fotografia II.

Myslíte si že snímač fotoaparátu má nejaké obmedzenia? Predstavím Vám snímač, ktorého plocha sa udáva v hektároch. Má všetko, čo má akýkoľvek fotoaparát, ale je tak trocha jednoúčelový a dosť ťažko sa s nim manipuluje.

Aby som začal hovoriť o fotoaparáte značky GIS treba pripomenúť niektoré základné pojmy. Informačné systémy, informačná spoločnosť, informačné technológie nie sú v súčasnej dobe už len módnymi slovami, ktorým rozumie úzka skupina ľudí. S informáciami v rôznej podobe sa stretáva každý z nás v bežnom živote. Geografické informačné systémy (GIS) sú nástrojom na tvorbu kvalitných mapových podkladov a poskytovanie potrebných informácií o území. Zabezpečujú spojenie grafických a textovo-číselných údajov o objektoch, ako aj následné analýzy javov a procesov v území.

Informačné systémy zjednodušujú život, pracujú s množstvom informácií, ktoré aj keby sme boli schopní spracovať rozumom, nie sme schopní v našom mozgu uskladniť, ale hlavne nie sme schopní komplexne posúdiť dôsledky našich rozhodnutí vo väzbe na získané informácie. V poslednej dobe sme však svedkami globálnych zmien v prírode spôsobených aktivitou spoločnosti, ktoré v mnohých prípadoch vedú k ničeniu životného prostredia. Do popredia sa dostávajú otázky, ako uspokojiť potreby súčasnej generácie bez toho, aby boli ohrozené potreby budúcich generácií. Ako môžeme dostatočne včas odhadnúť dôsledky navrhovaných opatrení do prírodného spoločenstva?

Modelovanie v prostredí GIS je perspektívnym a efektívnym nástrojom tvorby a využitia modelov s cieľom skúmať, poznať a prognózovať priestorové, časové a funkčné stránky geografickej sféry, s využitím poznatkov z teórie informácie, systémov, kybernetiky, matematickej štatistiky s použitím výpočtovej techniky.

Či už fotíte veľhory, potok za dedinou alebo portrét, stávate sa tvorcom digitálnych údajov. Pomocou technológií ich zaraďujete do informačného systému (privátna sieť), zverejňujete na fotoserveroch (verejná sieť), komerčne využívate, prípadne ich transformované s novými kvalitatívnymi údajmi vraciate späť do informačného systému (napr. trojrozmerný model budovy).

V predchádzajúcej časti som hovoril o projekte pozemkových úprav a teraz znova sa k nim budem vracať. Na analógii vlastností systémov GIS a fotoaparátu Vás prevediem druhým kolom virtuálnej fotografie: popisom fotoaparátu značky GIS.

Fotoaparát GIS

Základom digitálnej fotografie je snímač, v zásade však hovoríme o snímačoch o rozmeroch niekoľko centimetrov. Všetky snímané body (pixely) ekvidištantné, t.j. sú od seba rovnako vzdialené. Klasické fotografické metódy, vrátane digitálnych technológií sa používajú vo fotogrametrii, ale táto metóda je presná len štatisticky. Za najpresnejšie a obsahovo dôležitejšie údaje sa považujú údaje získané kontaktnými metódami merania.



Podobné, ale presnejšie výsledky sa získavajú kontaktnými metódami merania, v tomto prípade sa dá hovoriť o snímačí, ktorého veľkosť je rádovo v stovkách hektárov. Na rozdiel od fotogrametrie je snímacím bodom (pixelom) merač s GPS prístrojom, ktorý zaznamenáva súradnice meraného bodu a ďalšie kvantitatívne a kvalitatívne informácie o bode a jeho okolí (napr. typ porastu, spôsob využitia pozemku a podobne), teda niečo ako RGB informácia zo snímača fotoaparátu. Druhým, ale podstatným rozdielom je, že merané body nie sú v pravidelnej štruktúre.

Samozrejme, že takéto meranie nie je samoúčelné, meranie sa vykonáva v rámci spracovania projektov pozemkových úprav, ktoré sa v ostatnej dobe vykonávajú v mnohých katastrálnych územiach na Slovensku. Dnešné pozemkové úpravy, ktorým sa kedysi hovorilo komasácie, však zahŕňajú omnoho viac úloh ako len jednoduché scelenie pozemkov. Projekty pozemkových úprav sa vykonávajú za účelom vytvorenia ucelených pozemkov podľa potrieb vlastníkov pôdy, v súlade s požiadavkami ochrany životného prostredia a tvorby územného systému ekologickej stability krajiny. Teda prostredníctvom rozhodovania, technológií a organizácie majú zabezpečiť rovnováhu tak, aby boli uspokojené materiálne potreby človeka bez obmedzenia počtu generácií a zachovať zdravé životné prostredie na neobmedzenú dobu (trvalo udržateľný rozvoj).

V obvode pozemkových úprav sú zahrnuté, pokiaľ sa vyskytujú, biosférické rezervácie, unikátne a reprezentatívne prírodné ekosystémy, ako aj výrazné pozmenené až degradované ekosystémy, ktoré by mali byť v rámci návrhu spoločných opatrení revitalizované, alebo renaturované. Zmyslom ochrany prírody realizovanej prostredníctvom projektov pozemkových úprav nie je obmedzovať, prípadne zakazovať hospodárske aktivity, ale zosúladiť záujmy ochrany prírody s využívaním prírodného prostredia na princípe trvalo udržateľného rozvoja.

Trvalo udržateľný rozvoj krajiny je teda také hospodárske využívanie krajiny, pri ktorom by sa nemala prekračovať limitná hodnota využitia územia. Prekračovaním limít nastávajú rôzne zmeny v ekosystéme, ktoré vytvárajú ekologické problémy. Iba dôsledné poznanie limít umožňuje sformulovať závery o stave a možnosti optimálnej voľby. Ako jeden systém pritom musíme vnímať ekonomiku a životné prostredie, ich stavy, vzájomné toky a spätné väzby, teda všetko čo ovplyvňuje chovanie systému.

Snímanie obrazu

Fotoaparát je nástroj, ktorý dokáže pomerne presne získať údaje z okolitého prostredia. Vďaka súčasným technológiám je možné z týchto údajov získať viac údajov, ako by sa mohlo zdať a ako fotografia na prvý pohľad obsahuje, napríklad popis vzniku fotografie a jej atribúty (EXIF), informácia o lokalite (GPS), vzdialenostiach (fotogrametria) a objemoch a tvare (3D model). Všetky tieto informácie vo všeobecnosti môžu byť súčasťou informačného systému. Spojenie takéhoto systému a GISu prináša užívateľovi vysokú pridanú hodnotu v podobe vizualizácie údajov, ich väzby na aktuálny stav, históriu a podobne. Takýto celok má vyššiu výpovednú hodnotu aj jeho jednotlivé časti.

V projekte pozemkových úprav sa údaje získavajú kontaktnými metódami, to znamená že merač sa musí dotknúť meraného bodu, zapamätať si jeho polohu (čo samozrejme robí GPS prístroj v spojení s počítačom), zaznamenať ďalšie jeho atribúty, teda môžeme hovoriť o hĺbke ostrosti. Tá je daná presnosťou merania, čo je v prípade geodetických GPS prístrojov a požadovanej presnosti, ktorá je rádovo v centimetroch. Z toho, že sa fyzicky musí každý bod prejsť, vyplýva aj časová náročnosť spracovania, teda čas expozície. V teréne sa body merajú v mriežke cca 20x20 metrov, v problematických miestach (napr. hrany zrázu, kraje ciest, netypické objekty) hustejšie. Odhadom sa dá hovoriť o desiatkach tisíc zameraných bodov. Pretože sa nedá merať za každého počasia, nie všetky objekty sa dajú merať celoročne je rádovo „expozícia“ takéhoto snímača niekoľko mesiacov. Niektoré objekty sa nedajú merať GPS prístrojmi (napr. v roklinách) sa údaje získavajú inými metódami (s takmer rovnakou presnosťou). Takže už máme analógiu s objektívom a clonou (hĺbka ostrosti), expozíciou a snímačom (merač s GPS).

V analógii so spracovaním fotografie, by sa dalo hovoriť o kontaktných technikách vzniku obrazu, dajte so na fotografický papier rôzne predmety, osvetlite ho a vyvolajte.

Základné pracovanie obrazu.

Údaje z digitálneho fotoaparátu sú uložené v súboroch, ktorých formát je známy a väčšina programov si s ním vie poradiť (.jpg, .tiff, .cr2 a podobne). Ich štruktúra je známa a v podstate sú použiteľné aj pre iné účely.

Údaje, ktoré sme získali meraním, treba transformovať do formátu, ktorý je čitateľný nielen pre odborníkov, ale aj pre laickú verejnosť. Jednou z ciest vizualizácie týchto údajov je vytvorenie súborov v takých formátoch, ktoré sa dajú ľahko zobraziť a dá sa s nimi ľahko manipulovať. Najčastejším výsledkom spracovania údajov je vytvorenie výškopisných máp, teda 3D modelov, na základe ktorých sa vytvárajú rôzne simulácie (napríklad vodná erózia). Vstupné údaje, ako sme ich popísali vyššie, sú neekvidištantné, takže ich treba transformovať do pravidelných štruktúr, napríklad so zachovaním výškovej súradnice do tzv. grid súborov, alebo do .tiff alebo .bmp súborov, resp. komprimovaných .jpg súborov, kde sa výška transformuje do farebnej škály.

Vstupné údaje pre spracovanie sú veľmi jednoduché, teda súradnice X a Y, a výška, napríklad

-495446.65 -1197480.71 367.42
-495446.55 -1197461.05 364.65
-495446.39 -1198025.00 360.00
-495446.22 -1197472.77 366.21
-495446.14 -1197482.54 367.70

Načítané údaje vyzerajú nasledovne (spolu s vektorovými údajmi)



Na spracovanie takýchto údajov existuje množstvo programov, od komerčných až po programy s licenciou open-source. Program SAGA som použil už v prvej část, takže s ním budem pokračovať.

Aj keď údaje sa merajú len v obmedzenom území, aby mali čo najväčšiu výpovednú hodnotu, je možné ich doplniť údajmi v dostatočne veľkom okolí, ktoré boli získané inými spôsobmi ako kontaktným meraním, napr. z digitálnych máp väčšieho rozsahu. Pre ilustráciu je predchádzajúci príklad doplnený údajmi získanými zo satelitných snímok (veľkosť rastra 50 metrov, odkaz na údaje je v predchádzajúcom článku). Údaje z výškopisu okolia nemajú takú kvalitu, ako priamo merané údaje, upravili sa tak, aby na spojnici medzi meranými bodmi a technicky získanými bodmi nevznikali nesúlady



A to sa už dostávame priamo k tvorbe digitálneho modelu terénu. Z údajov vo forme súradníc sa pomocou matematických metód (napr. pomocou spline, kriging, TIN modelov a podobne), získavajú údaje, ktoré sú už ekvidištatné (jednotlivé body sú od seba rovnako vzdialené), a teda tento výstup sa dá priamo transformovať do formátov, s ktorými môže pracovať napríklad Photoshop (.tif, .jpg).

Výsledným súborom v grid formátu má nasledujúci tvar (ak je v textovom formáte)

NCOLS 1501
NROWS 2001
XLLCORNER -496251.250000
YLLCORNER -1201001.250000
CELLSIZE 2.500000
NODATA_VALUE -99999.000000
369.49 369.61 369.78 369.97 370.15 370.35 370.54 370.74 ...
369.25 369.38 369.54 369.73 369.92 370.11 370.30 370.50 ...
368.94 369.05 369.21 369.40 369.58 369.78 369.98 370.18 ...
...



V tomto prípade je farebná škála daná nadmorskou výškou. V zásade sa dá povedať, že sa jedná o surové údaje (raw), ktoré sa musia ešte nejakým spôsobom spracovať (vyvolať).

Samozrejme, pri takýchto údajoch je dôležitá ešte jedna informácia: transformácia do geodetických súradníc. Treba povedať, že systémov geodetických súradníc je viacero, pre geodetické činnosti sa na Slovensku používa súradnicový systém S-JTSK (lokálny systém, vhodný na územie Slovenska), v GPS systémoch sa používa WGS-84 (svetový súradnicový systém). Informácie o umiestnení súboru sú doplnkovou informáciou a umožňujú však umiestniť obrázok v navigačných systémoch do ich reálneho umiestnenia. Súbor, v ktorom sú georeferenčné informácie má príponu odvodenú od pôvodného grafického súboru .jpg - .jgw. .tiff -> .tfw. Ich formát je jednoduchý (veľkosť rastra v metroch v smere osi X, Y a súradnice ľavého dolného rohu):

-2.500000
0.0
0.0
-2.500000
-492498.75
-1195998.75

Záver

Chcel som týmto článkom ukázať, že existuje aj iné spojenie informačných technológií a fotografie, že všetko súvisí so všetkým a skoro vždy sa dá nájsť zjednocujúci prvok alebo nejaká vlastnosť.

Súvisiace články
http://www.ephoto.sk/komunita/clanky-uzivatelov/46/virtualna-fotografia-i/
http://www.ephoto.sk/komunita/clanky-uzivatelov/268/virtualna-fotografia-iii/

Komentáre

Pridaj komentár Pridaj komentár Zobraziť posledný príspevok

Ďalší článok z kategórie

Inzercia

ČLÁNKY - aktuálne diskutované