Jakub Naňo: Distribuované sieťové analýzy GIS v prostredí Geoweb (diplomová práca) vedúci: Mgr. Roman Boroš, PhD. študijný odbor: 4.1.35 Geografia škola: Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Katedra kartografie, geoinformatiky a DPZ rok: 2008

1. UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE
Prírodovedecká fakulta
Katedra kartografie, geoinformatiky a DPZ
DISTRIBUOVANÉ SIEŤOVÉ ANALÝZY GIS
V PROSTREDÍ GEOWEB
Diplomová práca
Jakub NAŇO
Študijný odbor 4.1.35 Geografia
Vedúci diplomovej práce: Mgr. Roman Boroš, PhD.
BRATISLAVA 2008

3. Na vlastnú česť vyhlasujem, že som diplomovú prácu vypracoval samostatne na
základe uvedenej literatúry.
V Bratislave, dňa 27.4.2008 ………………………...……
autor

4. Poďakovanie:
Na tomto mieste vyslovujem poďakovanie všetkým, ktorí
prispeli k vzniku tejto práce, predovšetkým diplomovému
školiteľovi Mgr. Romanovi Borošovi, PhD. za profesionálny
prístup a nenahraditeľné rady. V neposlednom rade taktiež
ďakujem pracovníkom Katedry kartografie, geoinformatiky
a DPZ za ochotu odpovedať na akúkoľvek otázku.

5. ABSTRAKT
Naňo, Jakub: Distribuované sieťové analýzy GIS v prostredí GEOWEB
[Diplomová práca]. Univerzita Komenského v Bratislave. Prírodovedecká fakulta;
Katedra kartografie, geoinformatiky a DPZ. Školiteľ: Mgr. Roman Boroš, PhD.
Bratislava: Prírodovedecká fakulta UK, 2008.
Diplomová práca sa zaoberá dopravnými sieťami, a to cestnou
a železničnou sieťou, z hľadiska geografických informačných systémov od
samotného počiatku, kde sa stávajú objektom skúmania GISov, cez návrh
konceptuálneho údajového modelu, realizáciu logického a jeho implementáciu do
HW a SW prostredia pre vznik fyzického databázového modelu. Samozrejme,
tento proces vzniku bázy dát je postavený na základoch európskeho štandardu
Geografic Data Files vyprodukovaného inštitútom CEN. Nad vytvorenou BD je
zrealizovaných niekoľko typov analýz na čele so sieťovými analýzami, na ktoré
bol použitý špecializovaný softvér GeoMedia Transportation Manager. V práci je
preverená funkčnosť BD a rovnako je tu poskytnutý celý rad možností jej
využitia, ale aj využitia používaných nástrojov pri podobných ale aj iných
príležitostiach. Práca je distribuovaná a prezentovaná v prostredí WEB a to hneď
niekoľkými spôsobmi. Prvým je webová mapová aplikácia, ďalej spôsobom WMS
a WFS služieb pomocou SW GeoMedia WebMap Publisher a taktiež aj WMS cez
map súbor, ktorý je integračným framework-om vytvoreným v prostredí Quantum
GIS a následne doeditovaný.
URL adresa diplomovej práce: http://gis.fns.uniba.sk/?p=0&s=3&projekt=doprava
Kľúčové slová: geografické informačné systémy (GIS), Geografic Data
Files (GDF), údajový model, dopravné siete, sieťové analýzy, webová mapová
aplikácia, webová mapová služba (WMS), webová feature služba (WFS)

6. ABSTRACT
Naňo, Jakub: Distributed network analyses of GIS to GEOWEB
environment [Diploma work]. Comenius University in Bratislava, Faculty of
Natural Sciences, Department of Cartography, GIS and DPZ. Adviser: Mgr.
Roman Boroš, PhD. Bratislava: Faculty of Natural Sciences, CU, 2008.
Diploma work is engaged in transportation networks (road network and
railway network) in the part of geografic information systems from the begin,
where they become an object of investigation of GIS, through scheme of
conceptual data model and realisation of logical model and his implementation to
SW and HW environment. The reason is to make a physical database model.
This process of creating DB is built on the basement of European standard
Geografic Data Files produced by CEN institution. The DB is checked by many
types of analyses at the head of network analyses, made by special network
analyser Intergraph GeoMedia Transportation Manager. Diploma work is
distributed to GEOWEB environment in 4 different ways. The first way is web
map application, the second is web map service (WMS) and web feature service
(WFS) produced by SW GeoMedia WebMap Publisher. The last way is WMS
distributing by map file, which is integration framework of SW Quantum GIS.
URL address of diploma work: http://gis.fns.uniba.sk/?p=0&s=3&projekt=doprava
Keywords: geografic information systems (GIS), Geografic Data Files
(GDF), data model, transportation networks, network analyses, web map
application, web map service (WMS), web feature services (WFS)

7. OBSAH
1. Úvod 1
2. Prehľad informačných zdrojov 3
3. Teoreticko-metodicko-principiálny základ GIS 5
3.1 Chápanie GIS 5
3.2 Kompozícia GIS 7
3.3 Definícia subsystémov SGIS 10
3.3.1 Subsystém SZP 10
3.3.2 Subsystém SDB 10
3.3.3 Subsystém SA 11
3.3.4 Subsystém SD 12
3.4 Databázy GIS 12
3.4.1 Základné prvky databázy GIS 13
3.4.2 Typy DB modelov 14
3.5 Údajové modely 15
3.5.1 Hierarchický údajový model 15
3.5.2 Sieťový údajový model 16
3.5.3 Relačný údajový model 16
3.5.4 Objektovo orientovaný údajový model 18
3.6 Interoperabilita GIS 20
4. GDF 20
4.1 Objektový katalóg 21
4.2 Údajový model GDF 24
4.3 Levely reprezentácie objektov 24
4.3.1 Level 0 24
4.3.2 Level 1 24
4.3.3 Level 2 26
4.4 Levely kategórie objektov „Roads and Ferries 26
4.5 Atribútový katalóg 28
4.6 Väzbový katalóg 29
5. Definícia vybraných OGC web map služieb 30
5.1 Web Map Service 30
5.1.1 GetCapabilities 31
5.1.2 GetMap 32
5.1.3 GetFeatureInfo 34
5.2 Web Feature Service 35

8. 5.2.1 Požiadavky WFS 36
5.2.2 DescribeFeatureType 37
5.2.3 GetFeature 37
5.2.4 GetCapabilities 37
6. Aplikácia metodiky a diskusia 38
6.1 Vstupné údaje 38
6.2 Návrh bázy dát podľa GDF 40
6.3 Import údajov do prostredia GeoMedia Prof 43
6.4 Úprava a editácia bázy dát 44
6.5 Geometria a Konektivita 47
6.6 GM Transportation Manager 47
6.7 Analytické sieťové nástroje 50
6.8 Ukážka analýz sieťových a priestorových analýz 52
7. GeoMedia WebMap (Distribúcia 54
7.1 Vytvorenie Publisher Webovej Aplikácie 55
7.1.1 WebMap Publisher Administrator 57
7.1.2 WebMap Publisher meta DB 59
7.1.3 WebMap Publisher Web Application 59
7.1.4 Editovanie mapového obsahu 61
7.2 Vytvorenie WMS a WFS 64
7.3 Route Service. 65
8. . Quantum GIS (Distribúcia) 66
9. Problémy s WMS 67
9.1 Problém KVALITY 67
9.2 Problém ČASU 68
9.3 Problém SYMBOLÓGIE 68
10. Prehľad Internet GIS sieťových aplikácii 69
11. Záver 71
12. Literatúra 73
Summary 76
Prílohy 78

9. Zoznam skratiek a termínov
AK – Atribútový Katalóg
CEN – Comité Européen de Normalisation
CSF – Coordinate System File
EPSG – European Petroleum Survey Group
GDB – geografická databáza
GDF – Geografic Data Files
GIF – Graphics Interchange Format
GIS – Geografický Informačný Systém
GM – GeoMedia
GMTM – GeoMedia Transportation Manager
GMWMP – GeoMedia WebMap Publisher
GWS – GeoWorkspace
HW – HardWare
IT – Information Technology
JPEG – Joint Photographic Experts Group
NIAM – Nijsssen Information Analysis Method
OGC – Open GIS Consortium
PNG – Portable Netvork Graphics
QGIS – Quantum GIS
RTTT – Road Transport and Traffic Telematics
SRS – Spatial Reference System
SVG – Scalable Vector Graphics
SW – SoftWare
TIFF – Tagged Image File Format
URL – Uniform Resource Locator
W3C – World Wide Web Consortium
WA – Web Application
WCS – Web Coverage Service
WebCGM – Web Computer Graphics Metafile
WFS – Web Feature Service
WH – Warehouse
WMS – Web Map Service
WWW – World Wide Web
XML – Extensible Markup Language

10. Anglický Slovenský
Definícia
termín preklad
Atribute Atribút Charakteristika objektu, ktorá je nezávislá od iných
objektov
Enclosed Traffic Uzavretá oblasť Každá obmedzená plocha v ktorej je povolená doprava len
Area so špeciálnym povolením.
Entity Entita Fenomén skutočného sveta, ktorý nie je ďalej deliteľný.
Edge Hrana Smerovaná časť nepretnutého líniového segmentu s
uzlom na každom konci.
Feature Objekt Databázová reprezentácia javu skutočného sveta.
Feature Class Trieda Objektov Súbor objektov jedného druhu usporiadaných do jednej
skupiny.
Ferry Prievoz Množina spojení, ktorá predpisuje konkrétnu linku
s možnosťou prepravovať dopravné prostriedky medzi
dvoma pevnými bodmi cestnej siete a ktoré majú
predpísanú možnosť transportu, napríklad loďou alebo
vlakom.
Ferry Connection Spojenie Prievozu Prostriedok prepravy medzi dvoma fixnými miestami na
cestnej sieti, ktorý používa predpísaný spôsob transportu,
napríklad vlak alebo loď.
Intersection Križovatka Objekt úrovne LEVELU 2 križujúci spoje Ciest alebo
Prievozov. Komplexný objekt zložený z jedného alebo
viacej Prípojov, Cestných Úsekov a Uzavretých oblastí
úrovne LEVELU 1.
Junction Prípoj Objekt, ktorý tvorí spoj Cestných Úsekov a/alebo
Prievozov. Cestný Úsek alebo Prievoz vždy vytvára spoj
medzi dvoma prípojmi. Cestný Úsek alebo Prívoz je vždy
ohraničený dvoma Prípojmi. Prípoj je reprezentovaný
fyzickým spojením medzi Cestnými Úsekom a/alebo
Prievozmi.
Line Feature Líniový objekt Jednodimenzionálny objekt, ktorý definuje jedna alebo viac
hrán.
Node Uzol Nedimenzionálny objekt, ktorý je topologickým prepojením
dvoch alebo viacerých hrán alebo koncový bod hrany.
Road Cesta Objekt úrovne LEVELU 2 zložený z jedného alebo viac
Cestných Úsekov a spojujúci dve križovatky. Je
reprezentáciou najmenšej nezávislej jednotky cestnej siete
úrovne LEVELU 2.
Road Element Cestný Úsek Líniový úsek na zemskom povrchu, ktorý je projektovaný
alebo používaný na pohyb vozidiel. Slúži ako najmenšia
jednotka cestnej siete úrovne LEVELU 1, je nezávislý a na
každom konci sa nachádza Prípoj.
Path Trasa Konečná, striedajúca sa sekvencia uzlov a hrán.
Segment Segment Priame prepojenie medzi presne dvoma medziľahlými
bodmi.

11. 1. Úvod
Logická kompilácia. Táto vlastnosť nás určite jediných na Zemi predurčuje
rásť vo vyspelosti po každej stránke najrýchlejšie zo všetkých našich živých
konkurentov. Veď napríklad len nedávno sa “Slnko točilo okolo Zeme“, alebo
bola objavená Amerika a dnes sme svedkami prvých pokusov pristáť na Marse.
Len prednedávnom lietali len vtáci, no dnes už aj ľudia. Najznámejším
dopravným prostriedkom bol kôň, a dnes ich počítame na stovky pod kapotou.
Avšak nerastie len výkon, ale s pribúdaním počtu ľudí na našej planéte aj
množstvo všetkého, nevynímajúc zväčšujúci sa počet dopravných vozidiel.
S týmto faktom bezpodmienečne súvisí štandardizácia v každej oblasti a sfére
nášho pôsobenia. V riešení tejto diplomovej práce je do detailov rozobraný
štandard cestnej siete, nazvaný Geografic Data Files, ktorého aplikácia do
reálneho sveta je nevyhnutná pre optimalizáciu priebehu cestnej premávky,
a teda všetkého, pretože cestná doprava bola, je a aj bude spätá s každým
odvetvím nášho života.
Diplomová práca sa teda zaoberá železničnou, ale hlavne cestnou sieťou,
pre ktorú je potrebné vytvoriť najskôr konceptuálny databázový model, aplikovať
ho do vhodne zvoleného softvérového prostredia a naplniť ho údajmi. Základom
týchto krokov je vynikajúca znalosť teórie geografickej bázy dát a implementácia
štandardu GDF, ktoré si vyžadujú rozsiahlu geoinformačnú podporu. Takto
vytvorená databáza je otestovaná viacerými druhmi analýz, ktoré poskytuje GM
Transportation Manager. Vzhľadom na expanzívny rast možností využitia
internetu, je celý počítačový experiment distribuovaný do prostredia webu a to
hneď štyrmi spôsobmi. Formou webovej mapovej aplikácie, webovej map služby,
webovej feature (objektovej) služby a webovej mapovej služby pomocou
konfiguračného *.map súboru. Priestor na internete, ktorý poskytuje geografické
služby budeme nazývať GEOWEB.
Diplomová práca je rozdelená do 12 kapitol. Hneď po úvode nasleduje
Kapitola o informačných zdrojoch, ktoré poslúžili autorovi na vhĺbenie sa do
danej problematiky. Kapitola 3 rozoberá metodicko-principiálne fakty
1

12. geografických informačných systémov, založené na použitej literatúre. Časť
nazvaná GDF vysvetľuje štandard dopravnej siete ciest. Distribujúce
a publikujúce služby sú predvedené v nasledujúcej 4. kapitole. Aplikácia
metodického základu je deklarovaná na počítačovom experimente rozobranom
v kapitole 6. Webové služby, definované v kapitole 5., sú otestované
a praktizované softvérom GeoMedia WebMap v kapitole 7. Taktiež je tu
popísaná Publisher webová aplikácia. Distribúcia pomocou exportovaného *.map
súboru zo SW Quantum GIS je rozobratá v kapitole 8. V kapitole 9 sa čitateľ
dozvie o problémoch WMS služieb. Desiata kapitola stručne oboznamuje
s najznámejšími sieťovými dopravnými službami na Internete a Záver
zhodnocuje dosiahnuté výsledky.
2

13. 2. Prehľad informačných zdrojov
Objektom tejto diplomovej práce sú siete dopravnej infraštruktúry, na ktoré
sa pozeráme z hľadiska geografických informačných systémov. Tieto siete sú
vytvorené podľa štandardu a sú aplikované do softvérov, kde sú testované.
Nakoniec sú publikované do prostredia webu a podávajú istú informáciu na
verejnom mieste. Presne podľa týchto okruhov sú špecifikované aj skupiny
informačných zdrojov pre tento postup použitých.
V prvom rade je to skupina prác zaoberajúcich sa geografickými
informačnými systémami. GIS-om sa dnešných časoch venuje na celom svete
pomerne veľký okruh autorov. V tomto smere sa pozornosť upriamila na doslova
domácich autorov (Mičietová 1998, 1999, 2001a, 2001b, Tuček 1998). Vo svojej
podstate nestarnúcimi dielami sú aj (Krcho, Mičietová 1989a, 1989b). Tieto diela
podávajú základnú charakteristiku, definície a funkcie GIS. GIS je chápaný
predovšetkým ako systém, ale aj subsystém. Na tomto základe je postavené aj
dielo (Boroš 2006) kde je naviac spracovaná otázka interoperability, tak ako
napríkklad aj v diele (Bishr 1998) Z trochu iného pohľadu sa na GIS pozerá
(Hofierka 2003), ktorý rozoberá GIS ako interdisciplinárnu vedu.
Definovaniu geografických ale aj všeobecne databázam sa vo svojich
dielach venujú autori (Hofierka 2003, Mičietová 1999, Tang, Adams, Usery
1996, Mennis Peuquet, Qian 2000). Hlavným objektom skúmania je objektovo
orientovanej databázy, ktorá sa v posledných rokoch stáva viac a viac
používanou.
Asociácia NCGIA publikovala v mene autorov (Yeung 1998, Meyer 1997)
diela podrobne sledujúce a analyzujúce geografické bázy dát a v diele od (Foote,
Kirvan 1998) autori podávajú aj informácie o publikácii geografickej databázy do
prostredia webu. Meranie a hodnotenie kvality navrhnutia bázy dát ale aj kvality
spracovania geografických informácii v nich rozoberá dielo (Veregin 1998).
Dopravnej infraštruktúre sa venuje predovšetkým štandard GDF, ale
taktiež aj dielo (Martínek 2005). Zdrojom údajov bol iste aj portál
3

14. www.wikipedia.com, čo je stále rozrastajúcou sa encyklopédiou. Nemožno
zabudnúť ani na Slovenskú Správu Ciest a on-line softvér Google Earth, ktoré
poskytli hlavne tematické informácie o cestnej sieti.
Informácie o distribúcii na web boli čerpané hlavne z (Foote, Kirvan 1998, Boroš
2006, Mičietová, Čerňanský, Krcho 2006a). Viac špecifikované a tematicky
vyhranené diela v oblasti distribúcie geografických informácii na WEB sú (Mitchel
2005 a Zhong – Ren, Ming – Hsiang 2003) Druhí spomínaní sa okrem iného
venujú aj distribúcii na web pomocou Geomedia WebMap. Veľmi dôležitou
skupinou sú normatíva vydané konzorciom Open Geospatial Consortium. Tieto
definujú Web Map Službu a Web Feature Službu.
Poslednou skupinou informačných zdrojov sú manuály a helpy priložené
ku každému technologickému prostrediu.
4

15. 3. Teoreticko-metodicko-principiálny základ GIS
3.1 Chápanie GIS
Už od názvu tejto diplomovej práce sa stretávame so skratkou GIS
(Geografický informačný Systém) a preto je nevyhnutné tento pojem definovať
a zaradiť do globálneho systému celej našej planéty.
Pojem geoinformačný a geografický informačný sa objavuje už od 70.
rokov minulého storočia. Od tej doby sa objavilo množstvo definícii a pohľadov
na túto disciplínu. Najskôr však vysvetlime informáciu ako takú a na jej základe
postavíme geografickú informáciu.
„Informácia je neenergetická veličina, ktorej hodnota je úmerná zmenšeniu
entropie systému.“ (Habr, Vepřek, 1973)
Geografia je veda, ktorej objektom skúmania je geografická sféra, ktorá
obsahuje geografické informácie o krajine. Geografickú informáciu teda chápeme
ako trojdimenzionálnu veličinu, ktorej zložky sú poloha, téma a čas. V zmysle
práce (Mičietová, 2001a) sa takéto integrálne chápanie geografickej informácie
prejavuje v štruktúre geografickej bázy GIS, kde sa nepreferuje polohová zložka
údajov o geosfére, ale preferuje sa integrita tematickej, polohovej a časovej
zložky geografickej informácie. Týmto chápaním sa aj presadila špecifikácia
geografické v rámci domény geoinformačných systémov.
Integrálne chápanie geografickej informácie na všetkých úrovniach jej
spracovania podmieňuje údajový model informačného systému, jeho databázový
údajový model, a teda štruktúru celého systému. Integritu systému teda možno
špecifikovať z hľadiska celostnosti geografickej informácie a z hľadiska metód,
ktorými sa táto informácia generuje v prostredí informačného systému.
Implementácia predstavuje zavedenie systému s takto chápanou štruktúrou v
konkrétnom technologickom prostredí, pretože práve v ňom pojem údajový
model a databázový údajový model nadobúdajú konkrétnu reprezentáciu. Z tohto
5

16. hľadiska teda implementácia GIS nie je totožná s inštaláciou technológií v
počítačovom prostredí.
Na geoinformatiku a geografický informačný systém sa dá podľa
(Hofierka, 2003) pozrieť aj z hľadiska vývoja vzhľadom na iné vedné disciplíny.
Geografia bola od prvopočiatku GIS jeho materskou základňou. Pretože rástol
objem rôznych typov informácii, bolo potrebné ich ukladať ale aj spracovávať.
Ďalšími najbližšími vednými disciplínami sú určite diaľkový prieskum Zeme,
kartografia, informatika, geodézia a matematika, a preto môžeme hovoriť
o geoinformatike ako o interdisciplinárnej vede (Obr. č. 1), ktorej rozvoj je
podmienený výsledkami rôznych iných vedných disciplín a na druhej strane
geoinformatika stimuluje svojim rozvojom ich vlastný rozvoj. (Hofierka 2003)
Obr. č. 1 Geoinformatika – interdisciplinárna veda (Hofierka 2003)
GIS sa dá tiež chápať ako tri rôzne oblasti – GIS ako technológia, GIS ako
aplikačný nástroj a GIS ako vedný odbor (Tuček, 1998). Pod GIS ako
technológiou Tuček rozumie prostriedky nevyhnutné na realizáciu
a prevádzkovanie aplikácie: HW a SW vybavenie. GIS ako aplikácie predstavuje
informačný systém „geografického typu“, ktorý je súčasťou riadenia istej
organizačnej jednotky. Vedný odbor GIS by sa mal venovať riešeniu integrácie
poznatkov špecializovaných vedných disciplín, vytváraniu jednotného pojmového
6

17. aparátu a riešeniu úloh špecifických pre GIS, ktoré nie sú riešené, alebo sú
riešené len čiastočne v rámci iných vedných disciplín.
Vnímanie času v súvislosti s geografickým informačným systémom
neodmysliteľnou súčasťou z hľadiska pokroku a vedy. Z globálneho pohľadu sa
najviac zmien udialo v oblasti technologickej platformy geoinformačných
systémov, najmä vďaka pokroku v informačných a telekomunikačných vedách.
Menej zmien sa už ale pozoruje v oblasti koncepcie geografických informačných
systémov a preto je kapitola o metodike, o princípe, o koncepcii a o definícii v jej
samotnej podstate nestarnúcou ale aj neobnovujúcou sa kapitolou.
3.2 Kompozícia GIS
Ak uvažujeme informačný proces ako proces zberu, prenosu a
spracovania informácie a riadenie ako rozhodovací proces, v ktorom na základe
spracovaných informácií vznikajú rozhodnutia o skúmanom riadenom objekte,
možno potom rozlíšiť tri základné prvky rozhodovacieho procesu: prvok riadiaci,
prvok riadený a prvok informačný. Na základe týchto informácii a aj fakte, že
všetky prvky sú spätno-väzobne prepojené (Obr. č. 2), možno definovať systém
riadenia:
SR=( SRC, SRD, SINF),
kde: SRC – prvok riadiaci
SRD – prvok riadený
SINF – prvok informačný
V tomto systéme riadenia sú všetky jeho prvky podsystémy, v zmysle
(Kačír 1971), a teda subsystém riadený poskytuje údaje o stavoch pre dopyt zo
subsystému riadiaceho, pričom subsystém informačný transformuje údaje na
informácie o subsystéme riadenom. Na základe tejto informácie dáva subsystém
riadiaci dopyt, resp. rozhoduje (riadi).
7

18. SR
Obr. č. 2 Systém riadenia SR so subsystémami SRC, SRD, SINF a okolím systému (aO)R
Ak tieto pojmy prenesieme do reálneho sveta, potom riadiaci subsystém
predstavuje jednotlivé stratégie modelovania, výskumu, využitia a ochrany krajiny
a vlastný objekt riadenia je v najširšom zmysle slova krajina ako výrez
z geografickej sféry. Geografické informačné systémy sú v tomto zmysle
integrujúcou zložkou v systéme riadenia krajiny (Krcho, Mičietová 1989a, 1989b,
Mičietová 2001a)
Podľa definície (Kačír 1971) je informačný systém taký systém, ktorého
väzby sú definované informácie a prvky sú definované ako miesta transformácie
(spracovania) informácie. V tomto zmysle vyjadríme ďalej informačný systém ako
množinu SINF = (TR, IR), kde TR je množina miest transformácií a IR je množina
informácií. Uvažujeme štyri úrovne transformácie informácie - zber, integrácia,
analýza a distribúcia. Každú z úrovní informačného systému SINF budeme
v zmysle (Mičietová 2001a) považovať za samostatný subsystém SZP = (TZP, IZP)
– subsystém zberu, SDB = (TDB , IDB) – subsystém integrácie, SA = (TA, IA) –
subsystém analýzy, SD = (TD, ID) – subsystém distribúcie.
Obr. č. 3 Štruktúra GIS, SINF = SGIS(Kačír 1971)
8

19. Všetky prvky – subsystémy systému SINF = SGIS (Obr. č. 3) sú však
funkčne vzájomne prepojené, pretože výstupy z jedného subsystému–
transformované prvotné ako aj odvodené informácie – sú súčasne vstupmi do
iného subsystému (Obr. 2). Integrita geografického informačného systému je
nevyhnutnou podmienkou fungovania celého informačného systému SINF = SGIS
a možno ju v zmysle práce (Habr, Vepřek, 1973, Krcho, Mičietová, 1989)
uvažovať v troch rovinách:
• Prvú rovinu tvorí vlastný predmet geografického informačného systému –
geografická sféra v najširšom slova zmysle (SRD), ako aj aplikačné úlohy,
riešené v procese riadenia na základe stratégie riadenia krajiny pomocou
dostupných modelovacích nástrojov na odvodenie novej informácie o
krajine.
• Druhú rovinu integrity informačného systému predstavujú miesta
transformácie informácie (zber, prenos, formálne zjednotenie, logické
zjednotenie, uchovanie a distribúcia informácie).
• Tretiu rovinu integrity predstavujú informatické, technologické a
organizačné nástroje, ktorými GIS interaguje s ostatnými prvkami systému
riadenia krajiny a s okolím tak, aby boli zabezpečené funkcie
interoperability geografických informácií a nástrojov na ich spracovanie.
Integrita systému SGIS je celostnosť systému, ktorá sa prejavuje tokom údajov,
štruktúrovanou metodikou ich spracovania, generovaním kvalitných
geografických informácií a kompatibilnou technologickou platformou na všetkých
úrovniach v rámci geografického informačného systému.
Interoperabilita systému SGIS je schopnosť systému zdieľať údaje, informácie,
informatické a technologické nástroje v rámci systému riadenia ako aj s okolím
systému
Systémová integrácia SGIS je koncipovanie systému ako modelovacieho,
informatického a technologického nástroja.
Implementácia SGIS je realizácia systémovej integrácie.
9

20. 3.3 Definícia subsystémov SGIS
Podľa (Boroš 2007) možno každý zo subsystémov SZ, SI, SA, SD bližšie
charakterizovať pomocou údajov, informácií, metód, informatických a
technologických nástrojov. Komplexné chápanie geografickej informácie na
všetkých úrovniach jej spracovania podmieňuje vlastnosti údajového modelu
informačného systému, jeho databázového údajového modelu, ale aj štruktúru
celého systému.
3.3.1 Subsystém SZP
Zabezpečuje zber a prvotné spracovanie údajov, ich formálnu a logickú
kontrolu a transformáciu údajov do takej formy, ako požaduje komplexná báza
dát. Prvotné údaje GIS sú z rôznych zdrojov, a preto sú rôznorodé z hľadiska
formy, polohového priradenia, územnej platnosti, formátu a informačnej hodnoty.
Z hľadiska formy to môžu byť údaje analógové alebo digitálne. Automatizované
spracovanie údajov vyžaduje jednotnú formu údajov. Zdrojom údajov sú napr.
analógové mapy, ktoré sa následne vektorizujú a digitalizujú, ďalej literárne
zdroje, štatistické pramene, údaje získané terénnym výskumom, priamo
namerané hodnoty, údaje z DPZ, digitálne mapy, textové súbory, tabuľky a iné.
Rôznorodosť údajov zapríčiňuje aj ich rôznu informačnú hodnotu. Niektoré zdroje
merania poskytujú údaje s nadbytočnou „hustotou“, iné zasa nedostatočne, a
preto je potrebné stanoviť kritériá reprezentatívnosti. Okrem rozličnosti zdroja,
existujú rozdiely v témach, ktoré napĺňajú informačný systém. V závislosti od
témy a od požiadaviek užívateľa sa v subsystéme SZP vykonáva aj transformácia
vstupných údajov do údajových štruktúr podľa požiadaviek bázy dát s jednotnou
polohovou lokalizáciou v GIS.
3.3.2 Subsystém SDB
Zabezpečuje zjednotenie prvotných údajov v komplexnej údajovej
základni a ich uloženie na pamäťové médiá vo forme súborov. Uplatňuje sa
princíp banky dát, ktorá pozostáva z bázy dát a systému riadenia bázy dát.
10

21. Zároveň je zabezpečená jednota údajovej základne a programovo-
technického aparátu na prácu s údajmi. Prvkami bázy dát sú súbory údajov,
ktorých logická organizácia zodpovedá vonkajším vlastnostiam predmetu GIS,
ako aj aplikačných úloh. Tieto podmieňujú spôsoby výberu údajov o území,
určujú tzv. prístupové cesty k údajom v báze dát. Logické súbory údajov, ako aj
prístupové cesty k nim fyzicky zabezpečuje systém riadenia bázy dát (SRBD)
ako špecifický programovo-technický aparát, nezávislý od konkrétnych
aplikačných úloh. SRBD obhospodaruje a zdieľa údaje dohodnutým spôsob tak,
aby bola zaistená integrita obhospodarovanej databázy.
Pôsobí ako ústredné, centrálne riadenie nad všetkými interakciami medzi
databázou – údajmi a aplikačnými programami, cez ktoré ich užívatelia
používajú. Nezávisí ani od formátu a miesta uložených údajov a rôzne aplikačné
programy tak nemusia vedieť, kde sú vlastne údaje fyzicky uložené.
Meyer (1997) rozlišuje tri úrovne abstrakcie, z ktorých je zložený SRBD:
• fyzická implementácia databázy do digitálneho prostredia, uloženie
štruktúr, metódy prístupu k údajovým štruktúram,
• koncepčná – vyjadrenie databázového modelu reálneho sveta v jazyku
údajového modelu,
• úroveň „pohľadu“ - rôzni užívatelia majú rôzny prístup k rôznym častiam
databázy (svoj „pohľad“).
3.3.3 Subsystém SA
Zabezpečuje odvodenie polohových, ale aj iných informácií o území na
riadiace a rozhodovacie účely. Je to široko-spektrálny subsystém rôznych
aplikačných programov, ktorých úlohou je zabezpečovať čo najširšie spektrum
užívateľmi požadovaných funkcií – aplikačných úloh. K základným typom
aplikačných úloh geografického informačného systému patria priestorové analýzy
prvkov geografickej sféry, modelovanie zložitých priestorových štruktúr, ako aj
kartografické modelovanie priestorových vzťahov v krajine.
11

22. 3.3.4 Subsystém SD
Je subsystém za zabezpečenie distribúcie základných geografických
informácií, ako aj odvodených geografických informácií jednak v rámci
geografického informačného systému medzi jeho jednotlivými subsystémami, ale
aj medzi rôznymi informačnými systémami navzájom.
3.4 Databázy GIS
Ak chceme geografické údaje odlíšiť od iného typu údajov, musíme ich
najskôr správne definovať. Najdôležitejšou charakteristikou geografických údajov
je, že ich vlastnosti sú tesne späté s geografickým priestorom. A teda môžeme
hovoriť o troch hlavných vlastnostiach:
• Spojitosť – implikuje problémy reprezentácie geografického priestoru
• Priestorová závislosť – podobnosť vlastností susedných oblastí
• Lokalizácia údajov – k povrchu geoidu („geografické“)
Týmito vlastnosťami ohraničené informácie sú geografické informácie.
Podľa (Mičietová 2001) je geografická báza údajov definovaná ako súbor
digitálnych údajov, ktoré sú logicky organizované v podobe databázy.
Geografický aspekt krajiny predurčuje priestorovosť takýchto databáz
a špecifické charakteristiky stavov krajiny reprezentujú potom ich tematický
obsah. Geografická báza údajov GIS je súbor priestorovo referencovaných dát
s definovanou časovou platnosťou, ktoré fungujú ako model reality. Databáza je
model reality v tom zmysle, že reprezentuje vybraný súbor alebo aproximáciu
javov. Tieto vybrané javy sú považované za dostatočne dôležité na to, aby boli
reprezentované v digitálnej forme.
Obsah bázy údajov vyjadruje najmä súlad jej definície a užívateľských potrieb.
Vyjadruje väzby medzi reálnym a „modelovým“ svetom, teda objektami
uloženými v báze údajov.
Technická kvalita bázy hodnotí kvalitu uložených údajov. Kritérium je
komplexné, pričom zahŕňa hodnotenie podkladov, metód a ich transformácie,
12

23. lokalizačnú a atribútovú presnosť údajov, logickú konzistenciu a komplexnosť
uložených objektov.
Aktuálnosť bázy údajov vyhodnocuje nakoľko je báza dát v danom čase
aktuálna. Okrem aktuálnosti jednotlivých prvkov hodnotí aj aktuálnosť celej bázy
údajov a systém jej udržiavania. (Talhofer 2001 In.: Mičietová 2001)
3.4.1 Základné prvky databázy GIS
Prvky reality – geografické objekty – modelované databázou GIS možno
vyjadriť dvoma formami identifikácie:
• entita – prvok, element reality
• objekt – reprezentácia entity v databáze
Treťou formou identifikácie prvkov reality môže byť kartografický symbol, ktorým
je entita/objekt znázornená do mapy.
V zmysle štandardov DCDSTF (Digital Cartographic Data Standards Task
Force) sú ďalej používané nasledovné pojmy na vyjadrenie prvkov a štruktúry
geografickej databázy:
Entita – fenomén objektívnej reality, ktorý je ďalej nedeliteľný
Objekt – digitálna reprezentácia celej entity alebo jej časti, pričom metóda
digitálnej reprezentácie závisí od mierky, účelu a ďalších faktorov
Typ entity – zoskupenie podobných javov, ktoré môžu byť
reprezentované a uložené jednotným spôsobom; prvým krokom pri vývoji
databázy je výber a definícia typov entít a druhým je výber vhodnej metódy na
priestorovú reprezentáciu každého typu entity
Typ priestorového objektu – digitálna reprezentácia typu entity. Ich
klasifikácia je založená na definícii priestorových dimenzií :
• 0-D – objekt, ktorý má polohu v priestore, ale nemá žiadny rozmer,
• 1-D – objekt s jedným rozmerom (dĺžkou), zložený z dvoch alebo
viacerých 0-D objektov,
13

24. • 2-D – objekt s dvoma rozmermi (dĺžka a šírka), ohraničený najmenej tromi
1-D objektmi,
• 3-D – objekt s tromi rozmermi (dĺžka, šírka a výška/hĺbka), ohraničený
aspoň štyrmi 2-D objektmi,
Trieda objektov – množina objektov reprezentujúcich množinu entít
Atribút – vlastnosť entity vybranej pre databázovú reprezentáciu,
väčšinou je nepriestorová (i keď niektoré môžu byť spojené s priestorovým
charakterom študovaného fenoménu, napr. výmera, obvod)
Hodnota atribútu – skutočná hodnota atribútu, ktorá bola nameraná
(získaná) a uložená do databázy; hodnoty atribútov sú často koncepčne
organizované do atribútových tabuliek, kde v riadkoch sú jednotlivé entity a v
stĺpcoch atribúty
Vrstva – priestorové zoskupenie objektov, ktoré reprezentujú jeden typ
entity alebo skupinu pojmovo príbuzných typov entít.
3.4.2 Typy DB modelov
Databázový model sa považuje za koncepčný opis databázy definujúci typ
entity a priradené atribúty, pričom každý typ entity je reprezentovaný špecifickými
priestorovými objektmi. Po zostrojení databázy jej model slúži ako prehľad
databázy, ktorý systém prezentuje užívateľovi.
Všeobecne sa rozlišujú tri úrovne implementácie databázového modelu:
• konceptuálny (pojmový) model je systém pojmov reprezentovaných v
budovanej databáze,
• logický model je systém databázových prvkov a ich väzieb, zohľadňujúci
konceptuálny model a vlastnosti softvéru – databázového systému a
systému riadenia bázy dát; databázové systémy používajú rôzne údajové
modely - hierarchický, sieťový, relačný, objektovo-orientovaný, ktoré
predurčujú formu implementácie konceptuálneho modelu do zvoleného
databázového prostredia,
14

25. • fyzický model je systém databázových prvkov usporiadaných do súborov,
fyzicky reprezentovaných v zvolenom softvérovom a hardvérovom
prostredí; prvky fyzického modelu riadi systém riadenia bázy dát (SRDB),
ktorý zabezpečuje nasledovné funkcie :
1) definíciu typov údajov v databáze,
2) štandardné operácie nad údajmi v databáze,
3) DDL (data definition language) na popis obsahu databázy,
4) SQL (structured query language) na tvorbu dopytov na databázu
a manipuláciu s údajmi v nej.
3.5 Údajové modely
Konceptuálna, pojmová organizácia údajov databázy sa označuje ako
údajový model. Myslí sa tým štýl, spôsob popisu a manipulácie údajov v
databáze. Ullman (1988 In.: Meyer 1997) definuje údajový model ako
matematickú formalizáciu zloženú z dvoch častí, a to záznamu opisujúceho údaj
a množiny operácií používaných na manipuláciu s údajmi. Niektorí autori
používajú pojem údajová štruktúra.
Existujú tri klasické údajové modely, ktoré sa používajú pri organizácii
databáz: hierarchický, sieťový a relačný. Najnovšie sa v GIS začína uplatňovať
objektovo-orientovaný údajový model.
3.5.1 Hierarchický údajový model
Organizácia údajov v hierarchickom údajovom modeli pripomína stromovú
štruktúru, ktorá je formovaná ako sústava spojení všetkých záznamov vo forme
stromu. Do koreňa, ktorý je vrcholom hierarchie sa napája jeden alebo viacero
elementov z nižšej úrovne, z ktorých každý môže mať opäť jeden alebo viac
podriadených elementov. Spojenia existujú len medzi nadriadenými a
podriadenými elementmi. Najväčšou nevýhodou tohto modelu je, že neexistujú
spojenia medzi elementmi na tej istej hierarchickej úrovni. Zamedzuje to
vytváranie nových horizontálnych prepojení po vybudovaní databázy, čiže model
15

26. je nepružný. Prehľadávanie je možné len cez kľúčové položky, u atribútových
položiek to spôsobuje problém. Na druhej strane, tieto modely sa vyznačujú
vysokou rýchlosťou prehľadávania a údaje v nich sa ľahko modifikujú. Používajú
sa pre oblasti, v ktorých existuje určitá hierarchia údajov (katalógy, riadiace
štruktúry, ...).
3.5.2 Sieťový údajový model
Sieťový údajový model už prekonáva niektoré nedostatky hierarchického
údajového modelu. Jedna entita môže mať viacero nadradených aj podriadených
entít. Ale spojenie medzi entitami rovnakého druhu ešte stále nie je povolené.
Záznam môže byť definovaný v ľubovoľnom počte súborov, čiže môže mať
viacero majiteľov. Ide o tzv. krížový záznam. Hoci má sieťový model tendenciu
byť menej redundantný, musia sa v ňom ukladať rozsiahlejšie informácie o
prepojení medzi záznamami, čo zväčšuje veľkosť a zložitosť údajových súborov.
Obhospodarovanie týchto pridaných údajov o prepojeniach je takisto časovo
náročné. Pokiaľ ide o reprezentáciu údajov, v skutočnosti ide o jednoduchú
hierarchiu. Avšak sieťový model môže reprezentovať komplexnejšie štruktúry
údajov z reálneho sveta. Podobne ako u hierarchického modelu, vzťahy medzi
údajmi sú zakódované v báze údajov. To poskytuje vysokú rýchlosť
prehľadávania, ale vzťahy sa ťažko modifikujú (Tuček 1998). Sieťový údajový
model používajú aj programovacie jazyky Pascal alebo C.
3.5.3 Relačný údajový model
Relačný údajový model je tvorený relačnými tabuľkami, ktoré sú uložené
ako osobitné súbory. Riadky týchto tabuliek tvoria záznamy označované ako
tuples. Každý záznam predstavuje skupina trvalo príbuzných súvisiacich faktov,
ktorých hodnoty patria k určitým atribútom. Atribúty tvoria stĺpce relačných
tabuliek. Tabuľka ako celok reprezentuje vzťahy medzi všetkými atribútmi, ktoré
obsahuje a často sa teda označuje termínom „relácia“ – vzťah.
Meyer (1997) podáva nasledovnú definíciu: „Nech D1, ..., Dn sú množiny
hodnôt, ktoré tvoria n polí. Potom tuple (záznam) je množina hodnôt t = {d1, ...,
16

27. dn}, kde d1 je prvok D1, ..., dn je prvok Dn. Polia sa nazývajú atribúty. Relácia
(vzťah) R je množina tuples (záznamov) ako výsledok karteziánskeho súčinu D1
x ... x Dn.“
Pri použití relačného modelu sa môže robiť prehľadávanie každej
jednoduchej tabuľky s použitím každého atribútového poľa jednotlivo alebo spolu.
Prehľadanie súvisiacich, príbuzných atribútov, ktoré sú uložené v rôznych
tabuľkách sa môže vykonať spojením dvoch alebo viacerých tabuliek s použitím
ktoréhokoľvek atribútu, ktorý majú spoločný, čiže obsahujú ho obidve tabuľky.
Táto operácia sa označuje ako spojenie (join). Spoločný atribút pritom sám
nemusí byť časťou vzťahu, ktorý sa analyzuje. Nazýva sa primárny kľúč.
Primárny kľúč je stĺpec alebo kombinácia stĺpcov, ktoré v žiadnom prípade
nemajú identické hodnoty v žiadnych dvoch riadkoch (Yeung 1998). Ak sa
primárny kľúč v jednom vzťahu stáva atribútom v inom vzťahu, tak sa v tom
vzťahu nazýva cudzí (foreign) kľúč (Meyer 1997).
Aby bola zachovaná integrita databázy, vzťahy sú vždy normalizované.
V zmysle (Yeung 1998) musia spĺňať podmienky prvej, druhej a tretej normálnej
formy :
• prvá normálna forma (1NF) – vzťah spĺňa podmienku 1NF, iba ak jeho
záznamy obsahujú neopakujúce sa atribúty,
• druhá normálna forma (2NF) – vzťah spĺňa podmienku 2NF, ak spĺňa
podmienku 1NF a zároveň každý nekľúčový atribút je neobmedzene
závislý od primárneho kľúča,
• tretia normálna forma (3NF) - vzťah spĺňa podmienku 2NF, ak spĺňa
podmienku 1NF a zároveň nekľúčové atribúty sú vzájomne nezávislé.
Relačné databázy sa odbúraním hierarchie atribútov stávajú flexibilnejšie.
Každý atribút môže byť použitý ako primárny kľúč a údaje v oddelených
relačných tabuľkách môžu byť spojené s využitím ktoréhokoľvek atribútového
poľa, ktoré majú spoločné. V porovnaní s predchádzajúcimi dvoma údajovými
modelmi, v relačných vzťahy nie sú explicitne zakódované v databáze. Preto
relačný model neobmedzuje rozsah dopytov a užívateľ nemusí poznať štruktúru
17

28. bázy údajov. Dopytovací jazyk preto nie je závislý na štruktúre údajov a takéto
jazyky sa označujú ako neprocedurálne. Najpoužívanejším neprocedurálnym
dopytovacím jazykom je Structured Query Language (SQL) vyvinutý firmou IBM.
3.5.4 Objektovo-orientovaný údajový model
V posledných rokoch sa v oblasti informatiky stala téma objektov a
objektovej orientácie jednou z najfrekventovanejších a najdiskutovanejších.
Objektovo-orientovaný GIS je fundamentálne nový prístup k modelovaniu
databázy. Takáto databáza by mala poskytnúť logický prehľad údajov a takisto z
nich odvodené informácie na vyššej úrovni, ktoré by boli v súlade s vlastným
poznávacím pohľadom ľudí. Jej úlohu je integrovať princípy skúmania do
geografickej databázy (Mennis et al. 2000). Základným komponentom objektovo-
orientovaného údajového modelu je objekt. Objekt umožňuje jednotnú
reprezentáciu reálnej entity z hľadiska jej vlastnosti a správania (dynamiky,
pravidiel). S takýmto objektom sa v programovom prostredí narába ako s jediným
prvkom, na rozdiel od oddeleného prístupu reprezentácie v duálnych systémoch
(Mrázik 1995). Každý objekt v databáze musí obsahovať údaje o polohe, čase a
téme, a to prostredníctvom atribútov a vzťahov medzi jeho priestorovými a
nepriestorovými zložkami. Atribútom je nejaká priestorová alebo nepriestorová
charakteristika. Priestorové zložky vyjadrujú polohu, a to pomocou atribútov
(napr. súradnice, bod, čiara, areál, pixel) a vzťahov (topológia). Nepriestorové
zložky, ktoré predstavujú tému objektu, sú tvorené atribútmi (napr. materiál, typ,
stav) a nepriestorovými vzťahmi vyjadrenými operátormi (napr. is a kind of – je
druh, part of - časť niečoho, composed of – zložený z). A napokon časová zložka
je vyjadrená časovými atribútmi (napr. dátum, trvanie) a časovými vzťahmi (napr.
was – bol, will be – bude).
Tieto všetky zložky objektov, ktorých funkciou je okrem určenia polohy,
času a témy objektu, zabezpečiť aj dostatok informácií na definovanie jedinečnej
identity objektu vrátane vzťahov s ostatnými objektmi a charakteristiky správania,
možno v zmysle (Tang et al. 1996) rozdeliť do šiestich skupín:
• originálny identifikátor
18

29. • polohové informácie
• nepriestorové atribúty
• topologické vzťahy
• netopologické vzťahy
• metódy (metódy správania sa objektu pri činnostiach ako vytváranie
nových objektov, dopytov, výpočtov, zobrazení a pod.).
Každý objekt patrí do nejakej triedy objektov. Trieda objektu je
systematické zoskupenie objektov, ktoré sú si nejakým spôsobom podobné
alebo sa s nimi podobne zaobchádza. Zahŕňajú v sebe všeobecné vlastnosti,
ktoré tvoria charakteristiky danej triedy. Môžu byť usporiadané do rôznych
hierarchických úrovní. Triedy objektov na tej istej hierarchickej úrovni majú
rovnakú dôležitosť. Atribúty, ktoré sú charakteristické pre danú triedu objektov sú
uložené s touto triedou, a potom všetky podtriedy zdedia tieto atribúty. To
umožňuje uloženie informácií spoločných pre celú triedu s minimálnou
redundanciou.
Základnými vzťahmi medzi objektmi sú teda príslušnosť objektu k triede a
dedenie medzi triedami. Vzťahy medzi objektmi sú obojsmerné a spravidla
nesymetrické, napr. jeden objekt je vo vzťahu k druhému jeho triedou a naopak
druhý objekt je inštanciou prvého. Označenie vzťahu na strane objektu
označujeme úloha objektu v príslušnom vzťahu.
Porovnanie objektovo-orientovaného a relačného údajového modelu
Objektovo-orientovaný údajový model sa líši od relačného v nasledovných
bodoch (Meyer 1997):
• V objektovo-orientovaných modeloch môžu byť objekty atribútovými
poliami, čo nie je možné v relačných modeloch.
• V objektovo-orientovaných modeloch sú všetky entity objektmi, čo je oveľa
všeobecnejšie poňatie než vzťah – relácia (vzťah môže byť objektom, ale
nie všetky objekty sú vzťahmi).
19

30. • V relačnom modeli sú entity identifikované ich atribútovými hodnotami,
zatiaľ čo v objektovo-orientovaných modeloch má každý objekt svoj
identifikátor.
• Objekty tvoria triedy a triedy tvoria hierarchiu objektovo-orientovaného
modelu. V relačnom modeli neexistuje žiadna hierarchia, iba vzťahy.
• Relačný model je jasne definovaný, korektný a kompletný. Na druhej
strane, zatiaľ neexistuje všeobecne akceptovaný objektovo-orientovaný
model a k dispozícii je málo dopytovacích jazykov v porovnaní s relačným
modelom.
3.6 Interoperabilita GIS
Interoperabilita je schopnosť systému alebo zložiek systému zabezpečiť
prenositeľnosť informácií a kontrolu procesu interaplikačnej spolupráce. Dve
geografické databázy X a Y sú interoperabilné, ak databáza X môže vyslať
požiadavku P na databázu Y pri obojstrannom pochopení požiadavky P oboma
databázami X aj Y a zároveň databáza Y môže vrátiť odpoveď O databáze X pri
obojstrannom pochopení odpovede O na požiadavku P oboma databázami X aj
Y (Bordie 1992 In.: Bishr 1998).
Interoperabilita môže byť charakterizovaná ako forma inteligencie
systému, ktorá zvyšuje spoluprácu medzi informačnými systémami. Inteligencia
je požadovaná na zabezpečenie služieb, nájdenie zdrojov, spoluprácu
a vykonanie komplexných funkcií v rámci informačných systémov bez potreby
vopred presne poznať podstatu zdrojov a spôsob ich osvojenia.
4. GDF
GDF je skratka štandardu Geografic Data Files. Tento CEN štandard,
vyprodukovaný Pracovnou Skupinou 7.2 CEN Technickým Výborom 278 Road
Transport and Traffic Telematics, ktorej základňa je v Holandskom
20

31. Normalizačnom Inštitúte. Vývoj a vznik tohto štandardu podporilo viacero
celosvetovo známych a vývojovo významných firiem aj na poli Geografických
Informačných Systémov ako napríklad Intergraph, European Geographic
Institute, Siemens, Volvo, Sagem, Philips Electronics, Daimler Benz a iné.
Tento štandard bol vyvinutý potrebou profesionálov a organizácii
zahrnutých vo vytváraní, aktualizácii, akomkoľvek prispievaní a používaní
referenčných a štruktúrovaných cestných sieťových dát. Jednou z hlavných
myšlienok vytvorenia štandardu bolo zlepšenie a zvýšenie efektívnosti
zachytenia, predvedenia a manipulácie s geografickými informáciami súvisiacimi
s cestnými komunikáciami. Tento štandard sa nepozerá na skupinu užívateľov
a skupinu producentov ako na dve distinktne rozdielne kompánie, pretože veľkou
výhodou je jednoduchosť referenčného modelu, kde na jednej strane môžu
užívatelia jednoduchým spôsobom ukotviť svoje požiadavky a rovnako na strane
druhej aj producenti definíciu produktov. GDF obsahuje definíciu výmenného
formátu a preto zabraňuje problémom kompatibility medzi producentskou
a užívateľskou stranou. Základňa štandardu je postavená na všeobecnom, nie
aplikačnom dátovom modeli. Na špici tohto modelu bol vybudovaný špecifický
model cestnej siete.
Najlepšou cestou ako pochopiť GDF a takisto aj množstvo relevantných
štandardov je vyjadriť ich pomocou NIAM (Nijssens Information Analysis
Method) diagramov. Princíp vzťahov v takomto type diagramov je znázornený
(Obr. č. 4) a poskytuje presný kľúč k pochopeniu dátových modelov obsiahnutých
v tejto práci.
4.1 Objektový katalóg
Definuje objekty skutočného sveta, napríklad cesty, budovy,
administratívne plochy atď., ktoré sú vyvodené z podmienok každodenného
života a ktoré majú význam v rozsiahlom rozmere aplikácie tohto štandardu.
Všetky definované majú istý vzťah k okoliu ciest.
21

32. Obr. č. 4 Kľúč k NIAM diagramom
Kód kategórie Kategória Feature Theme (Category)
11 Administratívne plochy Administrative Areas
31 Obývané a nazvané plochy Settlements and Named Areas
41 Cesty a prievozy Roads and Ferries
42 Železnice Railways
43 Vodné trasy Waterways
50 Verejná doprava Public Transport
71 Využitie Zeme Land Cover and Use
72 Cestné značenie Road Furniture
73 Služby Services
75 Tunely/Mosty Brunnels
80 Univerzálne objekty General Purpose Features
90 - 99 Užívateľom definované objekty User-defined Features
Tab. č. 1 Kategórie objektového katalógu podľa GDF
Dodávatelia dát, smerujúcich k navigačným systémom vozidiel, systémom
obsluhujúcim cesty a iným aplikáciám, nájdu stručný, ale jasný opis a klasifikáciu
objektov v tomto katalógu (Príloha č. 14). Každý objekt má jasne stanovené
22

33. svoje meno, avšak pre dátovú výmenu sa nepoužíva meno, ale štvormiestny
numerický kód pre objekty a dvojmiestny kód pre kategóriu objektov. Schéma
kategórii je uvedená v Tab. č. 1.
Obr. č. 5 Údajový model GDF a schéma reprezentácie objektov
23

34. 4.2 Údajový model GDF
Obrázok č. 5 zobrazuje hierarchiu usporiadania všetkých súčastí
údajového modelu podľa GDF. Na najvyššom stupni je Kategória, ktorá obsahuje
Triedy Objektov. V nich sú uložené Objekty s Atribútmi. Ďalší rozvoj smerom od
Objektu je schéma reprezentácie objektov. Jej úlohou je špecifikovať, ako sú
samotné objekty, bodové, líniové, areálové, reprezentované Uzlami, Hranami
a Plochami.
4.3 Levely reprezentácie objektov (Obr. č. 6)
4.3.1 Level 0 : Topológia
Level 0 opisuje geometriu mapy v podmienkach kartografickej
jednoduchosti, to znamená, že ukazuje mapu v jej najzákladnejšej forme
reprezentácie. Všetky elementy mapy musia byť preto znázorňované v dvoch
dimenziách na jednej ploche. Oblé tvary musia byť zložené zo série rovných
lineárnych segmentov.
4.3.2 Level 1 : Jednoduché Objekty
Level 1 opisuje mapu v podmienkach jednoduchých základných objektov.
Tieto môžu mať formu buď Bodu, Línie alebo Plochy. Príkladom môže byť
Cestný element ako jednoduchý líniový objekt. Dôležitým faktom je, že na Leveli
1 získavajú elementy z Levelu 0 významovú hodnotu zo „skutočného sveta“.
Reprezentácia Level 1 nemusí byť striktne rovinná. Nasledujúce relácie existujú
medzi Levelom 0 a Levelom 1:
• každý Bod v Leveli 1 musí korešpondovať s jedným Uzlom z Levelu 0 a
Uzol z Levelu 1 bude reprezentovaný 0, 1 alebo viac Bodmi z Levelu 1
• každá Línia v Leveli 1 musí korešpondovať s jednou Hranou z Levelu 0
avšak nie každá Hrana v Leveli 1 korešponduje s Líniou v Leveli 1
• každá Areál musí korešpondovať s jednou alebo viac Plochami z Levelu 1
• každá Hrana tiež korešponduje s (časťou) Línie alebo hranicou Plochy
24

35. Level 2 – Komplexné Objekty
napríklad: Cesty, Križovatky
Level 1 – Jednoduché Objekty
• Bodové objekty
• Líniové objekty
• Areálové objekty
napríklad: Prípoje, Cestné Elementy
Level 0 – Topológia
• Uzly
• Hrany
• Plochy
Geometria
• Segmenty
• Body
• Medziľahlé body
Obr. č. 6 Levely reprezentácie objektov
25

36. 4.3.3 Level 2 : Komplexné Objekty
Niektoré objekty môžu byť považované za zložené zo skupiny
jednoduchých objektov. Príkladom je Intersection (Križovatka), ktorá je skupinou
Cestných Elementov a Prípojov. Tieto zložené objekty sa nazývajú Komplexné
a formujú Level 2 štandardu GDF. Reprezentácia Levelu 2 nemusí byť plošná.
4.4 Levely kategórie objektov „Roads and Ferries“
(Cesty a Prievozy)
Na cestnú sieť je primárne pozerané najmä z pohľadu transportu
a dopravy. Preto sú aj Prípoje prievozov umiestnené spolu s cestnou sieťou do
jednej kategórie, aj keď tam na prvý pohľad nepatria. Cestná sieť môže byť a aj
je reprezentovaná úrovňami dvoch rozdielnych levelov.
Napríklad v navigačnom systéme vozidiel môže byť Level 1 použitý ako podklad
pre kalkuláciu trasy a Level 2 môže byť použitý na podanie informácií
a navigačných inštrukcií o vopred vypočítanej trase pre vodiča.
Dátový model pre kategóriu Cesty a Prievozy (Obr. č. 7) opisuje a vzťahy medzi
objektami navzájom a medzi Level 1 a Level 2.
Úroveň Levelu 1 definuje v kategórií „Cesty a Prievozy“ všetky jednoduché
cestné elementy (Cestný Úsek, Prípoj, Spojenie Prievozov, Uzavreté Oblasti
atď.) tak, ako to zodpovedá reálnemu stavu, počítajúc geometriu
mimoúrovňových križovatiek a paralelných a pomocných ciest.
Úroveň Levelu 2 sú v tejto kategórií komplexné objekty (Cesta, Križovatka,
Prievoz atď), ktoré sú budované z rozličných kombinácií cestných elementov,
prípojov a neprejazdných oblastí. V Leveli 2 je hlavným cieľom funkcionalita.
Spojenie medzi dvoma blízkymi križovatkami je riešené iba jedným
prienikom ciest – teda výrazne zjednodušeným priebehom. Toto sa dá ilustrovať
na príklade (Obr. č. 8) na krížení diaľnic, kde celá križovatka má rozlohu až 1
km2, avšak znázornením v úrovni Level 2 vznikne len jedno kríženie bodového
26

37. charakteru. Križovatky, ktoré sú však samostatnou funkčnou jednotkou sú
v Leveli 2 prezentované len ako jedna križovatka.
Obr. č. 7 Dátový model kategórie Cesty a Prievozy Levelu 1 a 2
Vytvorenie úrovne Levelu 2 má tieto hlavné pravidlá:
1. Jednoúrovňová križovatka, kde sa stretávajú minimálne tri
jednoduché alebo viacprúdové cesty dohromady, alebo prípoje
27

38. a cestné úseky tvoriace jednu križovatku, môžu byť generalizované
do jedného bodu s názvom „Križovatka“ (Crossing).
2. Skupina nadjazdov a podjazdov, rovnako ako paralelné a pomocné
cestné elementy, ktoré sú súčasťou zjazdov z rýchlostných
komunikácií môžu byť generalizované do jedného bodu s názvom
„Zjazd z diaľnice“ (Freeway Exit).
3. Skupina cestných elementov tvoriacich kruhový objazd so všetkými
prípojmi môže byť generalizovaný do jedného bodu s názvom
„Kruhový objazd“ (Roundabout).
Obr. č. 8 Levelové úrovne kategórie „Cesty a Prievozy“
4.5 Atribútový katalóg
AK Definuje niekoľko charakteristík objektov a možnosti vzťahov. Niektoré
atribúty môžu byť priradené práve jednej partikulárnej triede objektov a iné
atribúty zas môžu byť aplikované všeobecne. Niektoré typy atribútov môžu
nadobúdať rôzne množstvo odlišných atribútov, napr. šírka, niektoré zas majú
obmedzené množstvo hodnôt, napr. prejazdnosť ÁNO/NIE.
GDF vyjadruje atribúty a hodnoty atribútov päťmiestnym alfanumerickým
kódom, kde prvé dva znaky sú alfabetické a vyjadrujú kód atribútu a ostávajúce
tri znaky sú numerické a vyjadrujú buď skutočnú alebo kódovanú hodnotu
atribútu, pričom za každým číslom stojí slovný popis hodnoty atribútu. Atribút ma
vopred stanovené hodnoty, ktoré môže nadobúdať, a to buď skutočné alebo
kódované. Skutočné hodnoty sú typické miery ako výška, dĺžka, váha, šírka
28

39. a podobne. Hodnota atribútu môže byť vyjadrená aj intervalom. Kódovanie je
možné ukázať na príklade šírky cesty. Z atribútového katalógu vyplýva, že kód
pre šírku cesty je WI, pričom hodnoty atribútu sú skutočné hodnoty v metroch.
Teda ceste širokej napr. 20 m pripadne kód WI 020. Spolu so zaradením do
kategórie vyzerá kód nasledovne: 4110 WI 020, kde 4110 je hodnota triedy
objektov cestného elementu.
4.6 Väzbový katalóg
Opisuje vzťahy medzi objektami, ktoré môžu poskytovať informácie
o skutočnom stave. Príkladom tohto môže byť väzba existujúca medzi Cestným
Elementom a Budovou, pretože Budova je pozdĺž Cestného Elementu. Toto
ponúka obohatenie modelu, ktorý reprezentuje reálny svet.
Väzbový katalóg definuje spojenie medzi dvoma alebo viac objektami,
ktoré musia byť nevyhnutne uvedené v objektovom katalógu. Väzbový katalóg so
všeobecnou štruktúrou (napr. spojenie objektu A a objektu B) a so všeobecným
významom je roztriedený v typoch vzájomných väzieb. Väzby sú vo väčšine
prípadov binárne, napr. väzba dvoch objektov. Je však možné definovať vzťahy
skladajúce sa z troch a viac prvkov, napr. väzby „Zakázané manévre“ (Prohibited
Manoeuvre) sa skladá z cestného elementu (Road Element), prípoja (Junction)
a aspoň jedného ďalšieho cestného elementu. Väzbový katalóg určuje vytváranie
komplexných objektov (napr. na základe dopytov na DB). Väzby sú vždy
orientované k objektom – napr. k objektu prípoj sú pridané atribúty z cestného
elementu. Väzby ako také sú definované štvormiestnym numerickým kódom. Na
obr. č. 9 je uvedený príklad väzby „Zakázané manévre“ (kód 2102).
V obrázku sú líniové segmenty označené písmenom „L“ + číslo daného
segmentu. Symbol „J“ + číslo symbolizujúce prípoj na cestnej sieti.
29

40. Kód Cestný Cestný
Prípoj
väzby úsek úsek
2102 L711 J1 L512
2102 L712 J4 L522
2102 L713 J3 L521
Obr. č. 9 Príklad väzby „Zakázané manévre“
5. Definícia vybraných OGC web map služieb
Open Geospatial Consortium je medzinárodné konzorcium 359
organizácii, štátnych agentúr a univerzít účastných v procese vývoja verejne
prístupných špecifikácii. OpenGIS® Špecifikácie podporujú interoperabilitné
riešenia, ktoré „geo-sprístupňujú“ Web a miestne-založené služby s IT v hlavnom
prúde. Zámerom je vyvinúť komplexné priestorové informácie, ktoré budú
užitočné a službami prístupné pomocou všetkých druhov aplikácii. Okrem iných
definícii vyvinulo OGS aj špecifikáciu (štandard) pre webové služby, ktoré sú
jedným z objektov skúmania aj tejto práce. Na tomto základe sú stručne opísané
dve z webových služieb, a to Web Map Service a Web Feature Service.
5.1 Web Map Service
Je štandardnou webovou službou [OGC] založenou na protokole, je
služba vyvinutá konzorciom OGC ako štandard pre prenášanie máp
a georeferencovaných dát cez internet/intranet. Jedná sa pomerne o stálu
a vyzretú špecifikáciu (počiatky v rokoch 1998-1999), ktorá však dodnes
nepostačuje novými požiadavkami kladenými na webové služby [Ružička, Šeliga
2005]. Užívatelia (klienti) môžu prehliadať mapy a georeferencované dáta
pomocou prehliadačov vytvorených pre takýto typ webovej služby. Jedným
z takýchto prehliadačov je napríklad GAIA. Pomocou jednoduchej editácie
30

41. generovanej požiadavky skladať vlastné pohľady na mapu. Najväčším prínosom
týchto technológii je umožnenie zdieľania geopriestorových dát v distribuovanom
prostredí internetu, odbúranie neustáleho kopírovania dát a manipulácie
s nosičmi a rýchlejšie načítavanie mapového podkladu v aplikácii a prístup
k najaktuálnejším dátam. Klienti tak môžu zdieľať mapy rastrovej (PNG, JPEG,
TIFF a GIF) a vektorovej (SVG a WebCGM) podoby a aplikácie bez nutnosti ich
fyzického ukladania a prenášania cez pamäťové zariadenia. Rastrový obrázok
môže byť plne vyplnený pixlami s nejakou farbou, ale v obrázku sa môžu
vyskytovať aj pixely priehľadné alebo čiastočne priehľadné, čo umožňuje naraz
prehliadať a naskladať mapy rôznych tém na seba z rôznych zdrojov.
Podľa [OGC] sú definované dva nevyhnutné parametre (GetCapabilities,
GetMap) a jeden voliteľný (GetFeatureInfo) pre WMS. Nasledujúca kapitola
načrtne ich opis a stručnú štruktúru.
5.1.1 GetCapabilities
Je povinným parametrom pri Webovej Mapovej Službe. Jeho
zodpovednosťou je požadovať hlavné informácie o službe samotnej
a špecifikovať informácie o dostupných mapách. Špecifikácia parametra
GetCapabilities je uvedená v Tab. č. 2.
Request Parameter Povinný/Voliteľný Opis
VERSION=version V Požaduje verziu.
SERVICE=WMS P Typ služby.
REQUEST=GetCapabilities P Požaduje meno.
FORMAT=MIME_type V Výstupný format metadáta služieb.
UPDATESEQUENCE=string V Postupnosť čísiel pre cache kontrolu.
Tab. č. 2 Parametre GetCapabilities
• VERSION – Tento údaj je voliteľný, čo znamená, že nemusí byť zadaný.
špecifikuje číselnú verziu protokolu a obsahuje tri pozitívne celé čísla, ktoré sú
31

42. oddelené bodkou v tvare “x.y.z”. Čísla “y” a “z” nikdy nemôžu prekročiť číslo 99.
Každá služba je číslovaná nezávisle.
• SERVICE – Je povinný údaj a indikuje, ktorá z prístupných typov služieb
je volaná. Pri invokovaní GetCapabilities na WMS, ktorá má implementovanú
verziu 1.0.6 alebo skoršiu, parameter SERVICE by nemal byť použitý Klientom
alebo môže byť serverom ignorovaný, pretože v skorších verziách nebol vôbec
definovaný.
• REQUEST – Tento údaj je taktiež povinný a indikuje, ktorá operácie je
volaná. Jeho hodnota musí byť menom operácie.
• FORMAT – Definuje výstupný formát metadátových služieb. Každý server
podporuje text/xml formát. Podpora iných formátov nie je povinná.
• UPDATESEQUENCE – Je nepovinným údajom. Slúži na udržovanie
cache konzistencie počítača. Môže nadobúdať hodnotu integera alebo formát
času alebo akékoľvek číslo. Server môže obsahovať tento parameter v jeho
Capabilities XML súbore. Jeho hodnota by mala byť zvýšená v prípade, keď
nastávajú zmeny, napr. pri pridávaní nových mapových vrstiev do WMS. Server
je výhradný rozhodovateľ veľkosti tohto parametra.
5.1.2 GetMap
Tento základný a povinný parameter je vytvorený na produkciu mapy,
ktorá je definovaná byť ilustrovaným obrázkom alebo súborom grafických
elementov. Po prijatí požiadavky na mapu, by mal Mapový Server buď vyhovieť
požiadavke, alebo odoslať námietku na formát požiadavky. Povinnými údajmi
tohto parametra sú (Tab. č. 3):
• VERSION – Jeho nastavenia sú rovnaké ako u GetCapabilities. Vo WMS
verzii 1.0.0 bolo meno tohto údaja „WMTVER“ a už nie je schválené, avšak pre
dôvod kompatibility by mal server akceptovať obe formy.
32

43. Request Parameter Povinný/Voliteľný Opis
VERSION=version P Požaduje verziu.
REQUEST=GetMap P Požaduje meno.
LAYERS=layer_list P List mapových vrstiev.
STYLES=style_list P List štýlov pre vrstvy.
SRS=namespace:identifier P Súradnicový systém.
BBOX=minx,miny,maxx,maxy P Hraničné súradnice mapy v SS
WIDTH=output_width P Šírka mapy v pixeloch.
HEIGHT=output_height P Výska mapy v pixeloch.
FORMAT=output_format P Výstupný formát mapy.
Tab. č. 3 Povinné parametre GetMap-u
• REQUEST – Jeho nastavenia sú rovnaké ako u GetCapabilities. Jeho
hodnota by mala byť „GetMap“. Vo WMS verzii 1.0.0 bola jeho hodnota „map“.
Táto hodnota je už neschválená, ale pre dôvod kompatibility by mal server
akceptovať obe formy.
• LAYERS – Tento parameter zostavuje mapové vrstvy získané touto
GetMap požiadavkou. Hodnoty parametra LAYERS sú oddelené čiarkou
a povolené mená vrstiev majú charakter dátového obsahu <Vrstva> a <Meno>
ktoréhokoľvek elementu v Capabilities XML súbore.
• STYLES – Slúži na zostavovanie štýlov ktorých je každá vrstva
predložená. Hodnota tohto parametra je čiarkou oddelený list jedného alebo viac
platných mien štýlov. Je tu „jedna k jednej“ korešpondencia medzi hodnotou
v LAYERS parametri a hodnotou v STYLES parametri. Každá mapa v liste
LAYERS je kreslená na základe tejto korešpondencie.
• SRS – Tento parameter definuje, ktorý súradnicový referenčný systém
aplikuje hodnoty v BBOX parametri. Hodnota názvu obsahuje predponu mena,
dvojbodku a číselný identifikátor súradnicového systému. Táto špecifikácia
definuje dve možné predpony, EPSG a AUTO. EPSG používa European
Petroleum Survey Group tabuľky, ktoré definujú číselné identifikátory pre mnohé
projekcie, napr. „EPSG:2065“, čo definuje Systém Jednotnej Trigonometrickej
Siete Katastrálnej (S-JTSK). Ak požiadavka obsahuje súradnicový systém, ktorý
serverom nie je podporovaný, tak server vypíše chybu (code = “InvalidSRS”).
33

44. • BBOX – Dovoľuje klientovi vyžiadať si príslušný hraničný rámec
definovaný maximálnymi a minimálnymi súradnicami. Je to súbor štyroch čiarkou
oddelených číselných hodnôt. Tieto hodnoty špecifikujú minimálne X a Y
a maximálne X a Y hodnoty rámca v súradnicovom systéme špecifikovanom
v SRS parametri (Obr. č. 10).
Obr. č. 10 Príklad BBOX-u s min a max súradnicami
• FORMAT – Definuje požadovaný formát odpovede požiadavky. WMS
podporuje rastrový (obrázkový) alebo vektorový formát. Rastrový zahŕňa GIF,
PNG a JPEG a vektorový SVG a WebCGM formáty.
• WIDTH, HEIGHT – Špecifikujú veľkosť produkovaného mapového
obrázku. WIDTH (ŠÍRKA) určuje počet pixlov použitých medzi minimálnym X
a maximálnym X (vrátane) a HEIGHT (VÝŠKA) medzi min a max Y hodnotami.
V prípade, že pomer medzi WIDTH a HEIGHT je odlišný ako v BBOX-e, tak
WMS pretiahne výsledný obrázok a prispôsobí ho k veľkosti strán v BBOX-e.
5.1.3 GetFeatureInfo
Táto operácia je voliteľná a teda nemusí byť definovaná. Je podporovaná
len pre tie vrstvy, ktoré majú definované atribúty. Je navrhnutý na poskytnutie
klientovi informácii o objektoch na mapách, ktoré boli zobrazené na základe
požiadavky na mapy. Všeobecne rozširuje možnosti ponúkane Web Map
Službou. Základná operácia ponúka schopnosť pre Klienta špecifikovať pixel,
ktorý je dopytovaný, v ktorej vrstve je zahrnutý a aký má formát. Taktiež indikuje,
ktorú mapu práve Klient prezerá, zahŕňajúc parametre VERSION a REQUEST.
34

45. Z priestorových informácii (BBOX, SRS, WIDTH, HEIGHT) poskytuje X,Y pozíciu
a ďalšie dedukovateľné údaje. Jeho parametre uvádza Tab. č. 4.
Request Parameter Povinný/Voliteľný Opis
VERSION=version P Požaduje verziu.
REQUEST=GetFeatureInfo P Požaduje meno.
<map_request_copy> Čiastočná kópia parametrov mapy,
P ktoré generovali mapu, pre ktorú
sú informácie požadované.
QUERY_LAYERS=layer_list P List požadovaných vrstiev.
INFO_FORMAT=output_format P Formát informácii.
FEATURE_COUNT=number Počet objektovo o ktorých má byť
O
informácia (default=1).
X=pixel_column P X súradnica v pixeloch objektu
Y=pixel_row P Y súradnica v pixeloch objektu
EXCEPTIONS=exception_fotmat Formát námietky odpovedanej
O
WMS.
Tab. č. 4 Parametre GetFeatureInfo
• VERSION – Nastavenia rovnaké ako u vyššie uvedených.
• REQUEST – Nastavenia rovnaké ako u vyššie uvedených.
• QUERY_LAYERS – Jeho hodnotou je list s jednou alebo viacerými
čiarkou oddelenými mapovými vrstvami. Ak akákoľvek mapa v tomto liste
nie je obsiahnutá v Capabilities XML súbore, WMS vyprodukuje
námietkovú odpoveď.
• INFO_FORMÁT – Indikuje, ktorý formát sa má použiť na posielanie
požadovaných informácii.
• FEATURE_COUNT – Definuje maximálny počet objektov, pre ktoré môžu
byť informácie odoslané. Pôvodná hodnota je 1 a môže nadobúdať kladné
a celé čísla.
• X, Y – Indikujú a identifikujú miesto záujmu na mape.
5.2 Web Feature Service
WFS je štandardnou webovou službou [OGC], ktorá podobne ako WMS
umožňuje klientovi prekrývať obrázky máp ponúkaných z rôznych miest na
35

46. internete, avšak dovoľuje klientovi aj nahradiť a obnoviť priestorové dáta
kódované v Geography Markup Language (GML) jazyku.
5.2.1 Požiadavky WFS:
1. Rozhranie musí byť definované v XML súbore.
2. GML musí byť použité na vyjadrenie objektov v rozhraní.
3. WFS musí byť minimálne schopné prezentovať objekty pomocou GML
4. Vlastnosť jazykového filtra bude definovaná v XML.
5. Údajový sklad geografických informácii by mal byť nepriehľadný pre
klientove aplikácie a jediný nadhľad na údajový sklad by mal byť cez
WFS rozhranie.
6. Používanie XPath podmnožiny pre referenčné vlastnosti.
Obr. č. 11 Schéma WFS
WFS operácie podporujú INSERT (VKLADACIE), UPDATE
(AKTUALIZOVACIE), DELETE (VYMAZÁVACIE), LOCK (ZAMYKACIE), QUERY
(DOPYTOVACIE) a DISCOVERY (OBJAVOVACIE) operácie na geografické
objekty používaním HTTP ako distribuovanú počítačovú platformu.
Sú definované nasledovné povinné WFS operácie:
36

47. 5.2.2 DescribeFeatureType
Generuje opis schémy typov objektov použitých WFS implementáciou.
Opis definuje ako WFS implementácia očakáva kódovanie pri impute a ako budú
objekty generované pri output-e. Každý element operácie pozostáva z jedného
alebo viac TypeName elementov, ktoré kódujú mená typov objektov, ktoré sú
opisované.
5.2.3 GetFeature
Dovoľuje získavať objekty z WFS. GetFeature je spracovávaná Web
Feature Službou a keď je hodnota outputFormat nastavená na text/gml, tak
žiadaný GML dokument, obsahujúci výsledky, je odoslaný klientovi.
5.2.4 GetCapabilities
Definuje XML súbor v požiadavkách na hlavné informácie o službe
samotnej a špecifikuje informácie o dostupných mapách a metadáta službách.
Ostatné operácie sú nepovinné:
• GetGmlObject
• Transaction
• LockFeature
Na základe uvedených operácii sú definované tri triedy Web Feature
Služieb:
1. Basic WFS – Implementuje GetCapabilities, GetFeature
a DescribeFeatureType a vytvára READ-ONLY Webovú Feature Službu.
2. XLink WFS – Podporuje všetky operácie z Basic WFS ale implementuje aj
GetGmlObject operáciu pre lokálne a vzdialené XLinky a ponúka možnosť
uskutočniť GetGmlObject operáciu počas GetFeature.
3. Transaction WFS – Implementuje všetky povinné aj voliteľné operácie.
37

48. 6. Aplikácia metodiky a diskusia
Cieľom tejto diplomovej práce je navrhnúť a realizovať geografickú
databázu dopravnej infraštruktúry, túto databázu otestovať pomocou sieťových
analýz na integrovanej infraštruktúre, publikovať geografickú databázu vo forme
mapových služieb a webovej aplikácie a nakoniec zhodnotiť možnosti a využitie
distribuovaných sieťových analýz v prostredí GEOWEB. Tieto ciele budú
postupne predvedené a popísané v tejto kapitole, ktorá je postavená na
teoreticko – metodicko – principiálnom základe geografických informačných
systémov, ďalej na štandarde GDF, ktorý definuje a normuje cestné komunikácie
a na štandardoch publikácie a distribúcie geografických databáz do prostredia
webu. Rovnako aj vynikajúca znalosť a praktické skúsenosti s vybranými GIS
softvérmi predurčujú riešiteľa dospieť k požadovaným výsledkom.
Vývojový diagram celého počítačového experimentu je uvedený na obr. č.
12.
6.1 Vstupné údaje
Vstupné údaje slúžia na aplikáciu metodiky. Po ich úprave, počítajúc
rôzne typy dopytov, meraní, transformácii, sumarizácii, optimalizácii alebo
vytvorení hypotéz, dostávame buď požadované alebo nepožadované výstupy.
Kvalita vstupných databáz sa hodnotí z hľadiska presnosti, rozlišovacej úrovne,
logickej konzistentnosti a kompletnosti údajov uvažovaných v dimenziách poloha,
téma a čas a predpovedá kvalitu výsledkov a taktiež množstvo času stráveného
pri úpravách alebo editácii DB.
Charakteristika vstupných údajov
Vstupné údaje možno v prípade tejto diplomovej práce selektovať na
niekoľko typov:
38

49. 39

50. 1. Databázové vstupy
• mdb (Microsoft DataBase) databáza cestnej siete SR – poskytnutá
Geodeticko-kartografickým ústavom SR, obsahovala segmenty
cestnej siete a nepotrebné atribúty
• mdb databáza železničnej siete SR – vyprodukovaná ako výstup
práce (Kolaja, 2007)
• mdb administratívnych hraníc SR – poskytnutá Katedrou
kartografie, geoinformatiky a DPZ
• mdb riečnej siete SR – taktiež poskytnutá katedrou
2. Rastrové mapy
• Mapa cestnej siete SR, mierka 1:175 000, rozdelená podľa krajov,
stav cestnej siete k dátumu 1.1.2006, poskytnutá štátnou
organizáciou Slovenská Správa Ciest Bratislava a vytvorená
Ústavom Geodézie, Kartografie a Katastra Slovenskej Republiky
a ArcSlovakia s.r.o.
• Satelitné obrázky diaľničných križovatiek SR – zdroj: SW Google
Earth
• Ortofotomapa SR – poskytnutá Katedrou kartografie,
geoinformatiky a DPZ.
6.2 Návrh bázy dát podľa GDF
Tvorba geografickej DB zo štruktúrovaných vstupných údajov predstavuje
proces, pri ktorom transformujeme vstupné grafické štruktúry do komplexných
objektov a databázových údajových štruktúr. Štruktúra vytváranej databázy (Tab.
č. 5) vychádza z katalógu objektov a katalógu atribútov, pričom do databázy boli
implementované len tie objekty, ktoré definoval štandard GDF a ktoré mali pre
túto prácu zmyselné miesto.
Uvedené objekty sú špecifikované na základe ich:
1. polohy (súradnicový systém S-JTSK, bod, línia, polygón)
2. témy (atribútová hodnota, symbol)
40

51. 41
Tab. č. 5 Návrh bázy dát podľa štandardu GDF

52. 3. času (vzťahujúce sa na dátum 1.1.2006, po aktualizácii)
Spolu tvoria prvky konceptuálneho modelu, východiskovou pojmovou
základňou pre tvorbu geografickej databázy.
Kompletná DB dopravnej infraštruktúry vytvorená podľa štandardu GDF
obsahuje 7 kategórii (11, 31, 41, 42, 43, 90 a 91). V rámci kategórie
Administrative Areas sa nachádza 5 tried objektov:
Krajina (1111)
Hranica_Kraja (1112)
Hranica_Okresu (1113)
Hranica_Katastra_Obce (1114)
Mesto (1115)
Všetky obsahujú atribút Oficiálne Meno (hodnota text) a Oficiálny Kód
(hodnota číslo). Pre nás je však najzaujímavejšia kategória 41 Roads and
Ferries. Obsahuje len dve triedy objektov, a to:
Cestný_Element (4110)
Prepojenie (4145)
Podľa DB obsahuje každý úsek cesty nasledovné atribúty:
• RN Road Number – oficiálne označenie cesty, napr. D1 alebo 425,
hodnota atribútu je text
• FC Functional Road Class – klasifikácia ciest podľa ich nadradenosti,
V SR rozoznávame: rýchlostné komunikácie – označenie 0
cesty 1. triedy – označenie 1
cesty 2. triedy – označenie 2
cesty 3. triedy – označenie 3
• AS Average Speed – priemerná rýchlosť, v tejto práci je uvedená
maximálna povolená pre každú triedu v rámci FC, keďže na území SR
sa väčšinou priemerná a maximálne povolená skoro vôbec nelíši
• OW Ownership – vlastník komunikácie,
rýchlostné a cesty 1. triedy vlastní štát
cesty 2. a 3. triedy vlastní VÚC
• WI Width – šírka cesty
42

53. • LM Measured Length – dĺžka cesty
6.3 Import údajov do prostredia GeoMedia Professional
Tento produkt firmy Intergraph, GeoMedia
Professional, je komplexná priestorová dáta
editujúca aplikácia vytvorená pre budovanie a udržiavanie geopriestorových
informácii používajúc štandardné relačné databázy. Prináša vysokoproduktívne
nástroje na editovanie objektov, ktoré zrýchľujú implementáciu databáz.
Platforma GeoMedia ponúka flexibilitu, interoperabilitu a otvorenú architektúru
a dodržiava najnovšie svetové štandardy. Obsahuje komplexný rad nástrojov na
prácu s rastrom ale aj vektorom. Podporuje všetky štandardizované rastrové
a vektorové formáty nevynímajúc OGC Web Map Service, Web Feature Service
a Geography Markup Language (GML). Dáta je schopný exportovať do formátov
MicroStation, AutoCad, ShapeFile, Oracle, Microsoft Access a Microsoft SQL
Server.
Pred samotným importom mdb databáz do GeoMedie Prof. je najskôr
potrebné vytvoriť pracovné prostredie. Bola použitá predvolená šablóna normal
Ďalej bolo potrebné definovať súradnicový systém. Vzhľadom na vstupné údaje
je voľba jasná:
Projekcia: Krovak
Geodetický dátum: S-JTSK
Referenčný elipsoid : Bessel 1841
Vertikálny dátum: Elipsoid
Takto prednastavené prostredie je pripravené pre vstup údajov. Pomocou
nového pripojenia sme postupne pridali všetky triedy objektov zo vstupných mdb
databáz a vytvorili sme tak logický údajový model (Obr. č. 13).
43

54. Obr. č. 13 Logický model DB
Pretože firma Intergraph sa pri vytvorení svojho produktu GeoMedia
držala svetových štandardov, implementovanie konceptuálneho modelu bázy dát
prebiehalo bez problémov. Všetky informácie sú v tomto prostredí uložené
v údajových skladoch (Warehouse).Preto na najvyššej hierarchickej úrovni,
úrovni Warehouse-u, bol situovaný KÓD KATEGÓRIE a NÁZOV. O úroveň
nižšie sa nachádzajú objekty (Features), čo v našom prípade predstavuje
NÁZOV aj s KÓDOM TRIEDY OBJEKTOV. Charakteristikou objektov sú atribúty,
a teda KÓD ATRIBÚTU a NÁZOV a najnižšie je hodnota atribútu a teda aj KÓD
HODNOTY ATRIBÚTU a jej názov.
Nasledovali kroky úprav a editácie jednotlivých vrstiev.
6.4 Úprava a editácia bázy dát
Na hodnotenie priestorovej presnosti geografických údajov sa používa
niekoľko metód, napríklad metóda RMSE. Táto metóda však vyžaduje existenciu
etalónových údajov (napr. geodeticky zamerané body), ktoré však neboli
k dispozícii a preto hodnotenie priestorovej presnosti nebolo možné vykonať.
Z hľadiska času je možné hodnotiť kvalitu vstupných údajov z pohľadu
pravidelnej aktualizácie mapy. V porovnaní vektorovej vrstvy cestnej siete SR
a nedávno vytvorenej ortofotomapy SR bolo zistených niekoľko nedostatkov.
Niektoré objekty neboli správne uchytené („snapnuté“) a cestná sieť nebola
44

55. aktuálna. Ako príklad stačí uviesť, že diaľnica D1, ktorá sa v dnešnej dobe tiahne
od Bratislavy až po medzizastavenie pri Považskej Bystrici, pri obci Sverepec,
končila vo vstupnej databáze pri Piešťanoch, pri obci Horná Streda, čo je
vzdialenosť približne 80 km. Z tohto dôvodu bolo potrebné databázu editovať.
Do prostredia GeoMedia bol nainštalovaný užitočný Plug-in s názvom
WMS Connector. Je to nástroj rozširujúci toto prostredie v oblasti pripájania
WMS vrstiev. Týmto spôsobom bola pripojená ortofotomapa SR, ktorá slúžila ako
podklad pre editovanie chýbajúcich úsekov ciest.
S istotou časovo najnáročnejšou prácou pri upravovaní databázy bola
klasifikácia ciest podľa atribútu FC (Functional Road Class) – klasifikácia ciest
podľa tried (rýchlostné, 1., 2., 3. triedy). Pretože celá trieda objektov cestná sieť
sa pôvodne skladala z približne 7 000 samostatných elementov, bolo potrebné
každý element osobitne označiť a zaradiť do jednej zo 4 kategórii (Obr. č. 14).
Šedá farba reprezentuje diaľnice, červená farba cesty I. triedy, tyrkysová cesty II.
triedy a oranžová farba cesty III. triedy.
Pretože cestná (Roads and Ferries) a železničná (Railways) sieť sú
samostatné siete, ale v skutočnosti sú prakticky prepojené a spolu tvoria
v podstate tiež komunikačnú sieť, boli tieto dve siete spojené a vytvorili novú
kategóriu v rámci navrhnutej bázy dát. Kód tejto kategórie je 91. Štandard GDF
ponúka tzv. User Defined Categories presne pre takýto typ prípadu. Ich
označovanie začína číslom kategórie 90. Tento je tiež v DB obsadený a to
kategóriou Queries (Dopyty).
Kategórie Roads and Ferries a Railways sú v jednej kategórii, ale
vytvorenie ich prienikov nemôže byť nekontrolovateľné. Tento proces sa nemôže
zautomatizovať. Z toho dôvodu bola vytvorená nová trieda objektov a obsahuje
iba priesečníky cestnej a železničnej siete vo všetkých mestách SR.
45

56. Obr. č. 14 Pôvodná vstupná vrstva ciest, Mapa cestnej siete(zdroj: Slovenská
Správa Ciest) a DB cestnej siete po úprave.
Ako vstupná vrstva bola dodaná aj vrstva miest SR. Aby však mohla byť
využiteľná pre naše potreby, tak každý bod reprezentujúci jedno mesto musí
ležať na cestnej sieti. Ako štandardný nástroj GeoMedie je k dispozícii funkcia,
ktorá priradí nejaký prvok, napr. bod mesta, k inému najbližšiemu prvku. Tento
nástroj je však pre naše potreby nevyužiteľný, pretože pre potreby SW
GeoMedia Transportation Manager (vysvetlený v ďalšej kapitole) musí takýto bod
ležať priamo v priesečníku nejakých cestných segmentov.
46

57. 6.5 Geometria a Konektivita
Sieť ako taká, ak má správne fungovať, musí byť geometricky dokonalá
a spojitá. To znamená, že ak je geografická báza dát modelom reality, potom
v súvislosti so sieťami musí byť križovatka na mieste križovatky, prípoj v mieste
prípoja, zastávka v mieste zastávky a na mieste nespojitosti nespojené miesto.
Nástrojov na deklarovanie, validáciu a opravovanie geometricky neprávnych
elementov poskytuje GeoMedia niekoľko. Medzi ne patria Validate Geometry,
Validate Connetivity, Fix Geometry a Fix Connetivity. Po zbehnutí analyzovania
bolo nájdených viac ako 100 geometricky nesprávne konfigurovaných elementov.
Niektoré boli opravené automaticky, no našli sa aj také, ktorým bolo treba
venovať osobitnú pozornosť.
Takto upravená sieť je pripravená na ďalšiu editáciu a následné vykonanie
databáz, ale už v prostredí GeoMedia Transportation Manager.
6.6 GM Transportation Manager
GeoMedia Transportation Manager je programovou nadstavbou programu
GeoMedia Professional rozširujúci funkčnosť tohto technologického prostredia
v oblasti generovania a správy dátového modelu pre analytickú činnosť
v aplikačnom smere dopravného inžinierstva. Poskytuje možnosti dynamickej
segmentácie a trasovania s cieľom zabezpečenia možnosti realizácie
efektívnych analýz pre dopravné siete (diaľnice, cesty, železnice, letecké trasy,
vodné cesty, produktovody). GeoMedia Transportation Manager umožňuje rýchlo
overovať správnosť generovaného dátového modelu a v prípade zistených
nedostatkov vykonávať v nástroji programového prostredia t.j. v nástroji
GeoMedia Professional, potrebné korekcie a generovať tak model cestných sietí.
GeoMedia Transportation Manager pracuje na základe lineárneho
referenčného systému (linear referencing system, LRS). Ten umožňuje na
základe siete a lineárnych referenčných metód jednoznačne identifikovať každý
bod špecifikovaním smeru vzdialenosti od akéhokoľvek iného bodu na tejto sieti.
47

58. LRS lineárny prvok (LRS Linear Feature) reprezentuje sieť ako takú.
Dátová štruktúra LRS prvkov nadobúda tieto hodnoty:
• ID – hodnota, ktorá jednoznačne identifikuje každý prvok v tabuľke (dátový
typ: autonumber)
• LRSKeys 1-4 – polia, ktoré dohromady definujú trasu („route“), ktorej
náležia jednotlivé prvky (dátový typ: long integer)
• StartMeasure – numerická hodnota, ktorá zodpovedá vzdialenosti od
počiatku trasy do prvého bodu danej línie (dátový typ: double)
• EndMeasure – numerická hodnota, ktorá zodpovedá vzdialenosti od
počiatku trasy do posledného bodu danej línie (dátový typ: double)
• Duration – numerická hodnota predstavujúca dĺžku línie (dátový typ:
double)
Nástroje tohto analytického softvéru ponúkajú, okrem iných možností,
počítať trasu na základe najkratšej vzdialenosti (podľa Distance) alebo podľa
váhového koeficientu (podľa Cost). Pretože je databáza geografická a informácie
sú polohovo priradené k súradnicovému systému, tak presnú dĺžku každého
segmentu vieme presne vypočítať. Čo sa týka váhového koeficientu, tak tu je
viacero možností. Dôležitá je ale podstata nástroja Cost. Ten spočítava všetky
hodnoty atribútu definovaného ako váhový koeficient a zo všetkých možných trás
vyberie jedinú, ktorej počítaná suma je najmenšia. V tejto práci bol použitý čas
prejdenia segmentu ako Cost atribút. Počítaný na základe:
t=s/v
kde t je čas, s je dráha a v je rýchlosť.
Cestnú sieť je možne nakonfigurovať presne podľa reálneho stavu. To
znamená, že v GMTM sú nástroje na editáciu rôznych charakteristík cestnej
siete:
Turn Editor – Slúži na editáciu križovatiek. Do databázy presne zapíše,
z ktorej cesty sa cez križovatku nedá prejsť na inú a podobne. Tiež sa dajú
definovať prednostné cesty naopak menej preferované.
48