GIS a pozemkové úpravy

Data pro využití území (DPZ)

Josef Krása

Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, Fakulta stavebníČVUT v Praze

1

Papírová mapaNevymizela v době GIS systémů (Stále základní pomůcka terénních prací a měření i strategických jednání.)

Mapa a účely v GIS: Podklad digitální databáze Nástroj při práci s GIS (terén, …) Výstup z GIS projektu

Má základní atribut – souřadný systém, klad a měřítko. (V souvislosti s digitálními daty často měřítko zmiňováno, ale vlastně nemá smysl v digitálním vyjádření – myslí se jím obvykle právě původní měřítko papírových map z nichž byla databáze (např vektorová) odvozena. Měřítko GIS soubor získá až zas při přípravě papírového výstupu projektu.)

Ekvivalent papírové mapy v GIS rastrový (DRG) vektorový (DLG)

Papírová mapaEkvivalent papírové mapy v GIS rastrový (DRG)

Zdroj: http://www.cuzk.cz/

Papírová mapaEkvivalent papírové mapy v GIS vektorový (DLG)

Zdroj: http://www.cuzk.cz/

Papírová mapaEkvivalent papírové mapy v GIS vektorový (DLG)

Zdroj: http://www.cuzk.cz/

Papírová mapaEkvivalent papírové mapy v GIS kombinace rastru a vektoru

Zdroj: http://www.cuzk.cz/

GEOREFERENCE

GEOREFERENCE

(Každá) lokalizace objektů na Zemi GEOREFERENCE

Aby byly užitečné – georeference musí být trvalé (třeba i problém plovoucích zemských desek)

Každá georeference má své rozlišení – přesnost lokalizace

Mapa není jen obrázek – musí být „zakotvena“ v realitě

GEOREFERENCEUkázky:

Systém Působnost Metrický? Příklad Rozlišení

Místní jména Různá Ne ČR, Praha, Podolí,

Různé dle typu objektu

Poštovní adresa Globální Ne Poštovní schránka

Telefonická oblast

Státy Ne +420, 2, 317, … Různé

Katastr Místní, státní Ne Parcela č. 120 -01, k.ú. Aš

Velikost pozemku

Poledníky, rovnoběžky

Globální Ano 119°45‘ W34°40‘ N

„nekonečně“ přesný

UTM Samostatné Zemské zóny

Ano 563 146 E4356732 N

„nekonečně“ přesný

S-JTSK, … Národní systém Ano X= -697 200Y= -1 020 546

„nekonečně“ přesný

GEOREFERENCE – MĚŘENÍ ZEMĚ (φ,λ)Přesná lokalizace = GIS. Problém? nepravidelný zemský tvar

Země = nepravidelný geoid. (rotující okolo těžiště)Mapová aproximace = rotační elipsoid (spheroid = ne koule!)

Rovnoběžky (Rovník = 0):• Severní a jižní šířka (φ)= Úhel mezi kolmicí k povrchu

elipsoidu a rovníkem

Poledníky (Greenwich = 0):• Vých. a záp. délka (λ)= Úhel mezi poledníkem k a

nultým poledníkem

Zdroj obrázku: http://kartoweb.itc.nl

GEOREFERENCE – MĚŘENÍ ZEMĚ (φ,λ)Přesná lokalizace = GIS. Problém? nepravidelný zemský tvar

Země Mapová aproximace = rotační elipsoid (spheroid)

Definice elipsoidu: střední poloměr a zploštění f = (a-b) / a ~ 1/300

Pro georeferenci – stanovení souřadnic (úhlů) φ a λ používány různé elipsoidy – tzv. DATUM (dříve často i s různým středem, mimo těžiště Země, proto na 1 místě nesouhlasí φ a λ měříme-li v různých projekcích)

Elipsoid Poloměr (m) Zploštění Využití (projekce)WGS 84 6378137 1/298.257223563 GPS systémy, UTMBessel (1841) 6377397.155 299.1528128 S-JTSKKrassovsky 1940 6378245 298.3 S-42

Několik důležitých elipsoidů (v GIS = datums):

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y)Převod souřadnic elipsoidu (φ, λ) do roviny mapy (x, y)

Mapa je plocha. Rastr je plocha stejných buněk, snímek je plocha. Na rovinném snímku koule je střed bez zkreslení, ale kraje ubíhají.

Proto zavedeny projekce do kartézského systému souřadnic.

X = f (φ, λ)Y = g (φ, λ)

(a odpovídající zpětné rovnice)

Nejjednodušší:Neprojektovaná projekce(Plate Carrée)

X= φ, Y= λ

Plate carrée projekce – rovnoběžky a poledníky jako souřadnice x,y

Zdroj: http://kartoweb.itc.nl

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y)Převod souřadnic elipsoidu (φ, λ) do roviny mapy (x, y)

Projekce jsou: Podle zkreslení plochojevné (equivalent)

délkojevné (v daném směru)konformní = úhlojevné

Podle konstrukce kuželovéazimutálníválcové

sečnétečné

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y)Převod souřadnic elipsoidu (φ, λ) do roviny mapy (x, y)

Výběr projekce je podmíněn požadavky na zkreslení:

Tečná:

Sečná:

Zdroj obrázku: http://kartoweb.itc.nl

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y)Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR

Historicky to byly:

S-JTSK (Křovák)= Gaussovo dvojité úhlojevné kuželové zobrazení v šikmé poloze (výpočet značně komplikovaný)

S-42 (Gauss-Krüger)= úhlojevné válcové příčné zobrazení elipsoidu do roviny bez použití referenční koule

Dnes to jsou:

• S-JTSK (Křovák) – v GIS jako EastNorth

• WGS 84 (nejen elipsoid)

• UTM - úhlojevné válcové příčné Mercatorovo zobrazení

• ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989

Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR

S-JTSK (Křovák)= Gaussovo dvojité úhlojevné kuželové zobrazení v šikmé poloze (výpočet značně komplikovaný)Besselův elipsoid do roviny prostřednictvím referenční koule (R = 6 380,7 km - Gaussova)

Z koule na sečný kužel, aby se eliminovalo délkové zkreslení (0,9999)

1922 nejprve katastrální mapy, později i pro mapy tzv. definitivního vojenského mapování

od roku 1968 - Základní mapa ČSSR, S-JTSKkartograf. pól: φ=59°42’42,7“, λ=42°31’31,4“ od F.

Dnes již transformace z ostatních syst. podporovány většinou velkých GIS softwareV GIS obvykle jako S-JTSK / Krovak East North (nebo „Krovak Negative“) , záměna os x a y za matematický standart y(sever)-X, x(východ)-Y. Pak jsou obě záporné a pro celou ČR platí Y<X

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSK

Souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální (S-JTSK):

S-JTSK je závazným geodetickým referenčním systémem na území ČR dle nařízení vlády č. 430/2006 Sb. v platném znění. V prohlížecích a stahovacích službách jsou podporovány souřadnicové referenční systémy reprezentované EPSG kódy 5514 a 5221 s matematickou orientací souřadnicových os (osa x směřuje na východ, osa Y směřuje na sever, na území ČR jsou obě souřadnice záporné)

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSK

Název dle EPSG Kód EPSG Poznámka

S-JTSK / Krovak East North 5514použito Křovákovo zobrazení, matem. orientace os, definováno od nultého poledníku Greenwiche

S-JTSK (Ferro) / KrovakEast North 5221

použito Křovákovo zobrazení, matem. orientace os, definován od nultého poledníku Ferro

ČÚZK uvádí:

EPSG databáze je mezinárodní databáze parametrů požadovaných k jednoznačnému identifikování souřadnicového systému, definování transformací a konverzí.

Zdroj: http://tvorbamap.shocart.cz

Meridiánová konvergenceV ArcGIS lze využít příkaz CALCULATE GRID CONVERGENCE ANGLE.Konvergence se pohybuje od 9,6° na západě po 4,5° na východě, přičemž průměr činí 7,3°.

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSKZákladní mapy (ZM10) – odvozené (a v ČSSR civilní = deformované)Na okrajích mapového rámu najdeme nomenklatury sousedních mapových listů. Na mapách vydaných po roce 1993 najdeme již kilometrovou síť S-JTSK a zeměpisnou síť. Síť S-JTSK je na rámu vyznačena průsečnicemi příslušné osy s rámem a hodnotou souřadnice v km a v mapě průsečíky této kilometrové sítě. Na rámu je vyznačena zeměpisná síť na Besselověelipsoidu ve stupních a minutách (pozor - tyto souřadnice nejsou totožné se souřadnicemi WGS84 uváděnými v GPS přijímačích.)

Podklad pro digitální ZABAGED

Měřítko Výchozí mapa Dělení Počet listů Příklad označení Počet listů v ČR

1 : 200 000 24 19

1 : 100 000 ZM200 2 × 2 4 24-1 59

1 : 50 000 ZM100 2 × 2 4 24-11 211

1 : 25 000 ZM50 2 × 2 4 24-111 787

1 : 10 000 ZM10 5 × 5 25 24-11-01 4555

Klad:

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSKZákladní mapy (ZM10) – odvozené (a v ČSSR civilní = deformované)Na okrajích mapového rámu najdeme nomenklatury sousedních mapových listů. Na mapách vydaných po roce 1993 najdeme již kilometrovou síť S-JTSK a zeměpisnou síť. Síť S-JTSK je na rámu vyznačena průsečnicemi příslušné osy s rámem a hodnotou souřadnice v km a v mapě průsečíky této kilometrové sítě. Na rámu je vyznačena zeměpisná síť na Besselově elipsoidu ve stupních a minutách (pozor - tyto souřadnice nejsou totožné se souřadnicemi WGS84 uváděnými v GPS přijímačích.)

Podklad pro digitální ZABAGED

Klad:

Zdroj obrázků: http://tvorbamap.shocart.cz

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-JTSKStátní mapy (SMO-5) – odvozenéMapové listy všech měřítek jsou obdélníky v síti S-JTSK a tedy mapový rám nekoresponduje s poledníky. Poledníková konvergence se směrem na západ zvětšuje a tedy zeměpisný sever bude svírat se svislým rámem mapy větší úhel.

Měřítko Výchozí mapa Dělení Příklad označení Rozměr listu Rozměr území

1:5 000 Náchod 7 - 3 0,5 × 0,4 m 2500 × 2000 m

1:2 000 1:5 000 2 × 2 Náchod 7 - 3/1 0,625 × 0,5 m 1250 × 1000 m

1:1 000 1:2 000 2 × 2 Náchod 7 - 3/11 0,625 × 0,5 m 625 × 500 m

1:500 1:1 000 2 × 2 Náchod 7 - 3/111 0,625 × 0,5 m 312,5 × 250 m

Klad:

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-42Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR

S-42 (Gauss-Krüger)= úhlojevné válcové příčné zobrazení elipsoidu do roviny bez použití referenční koule

1952 pro Topografickou mapu ČSSR, vojenské

využívá Krasovského elipsoidusystém sférických dvojúhelníků po 6°(od postupně otáčeného válce dotýkajícího se podél poledníku)

základní poledník přímkový a délkojevný

rovník přímkový a délkojevný

obrazy poledníků sinusoidy, rovnoběžek paraboly

Relativně přesná projekce vyjádřitelná přímými rovnicemi

Rovník

0. poledník

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-42Na území ČR padnou dva listy milionové mapy světa M-33 a M34, přičemž do listu M-34 náleží relativně velmi malá část našeho státního územ í východně od Opavy, tj. za 180 meridiánem. Pro mnohé aplikace z oblasti GISů lze s výhodou uvažovat území pouze 3. pásu, s mírně asymetrickým rozšíření za 180 meridián.

Zdroj : http://tvorbamap.shocart.cz

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-42Topografické mapy (vojenské) – VGHMÚř Dobruška - Geografická služba AČR

Měřítko Výchozí mapa Dělení Počet listů Rozsah listů -z. šířka a délka Příklad označení

1 : 1 000 000 4° 6° M-33

1 : 500 000 MMS 2 × 2 4 2° 3° M-33-A

1 : 200 000 MMS 6 × 6 36 40´ 1° M-33-XXXVI

1 : 100 000 MMS 12 × 12 144 20´ 30´ M-33-144

1 : 50 000 TM100 2 × 2 4 10´ 15´ M-33-144-A

1 : 25 000 TM50 2 × 2 4 5´ 7´30´´ M-33-144-A-a

1 : 10 000 TM25 2 × 2 4 2´30´´ 3´45´´ M-33-144-A-a-4

Klad:

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) S-42

Podklad např. pro digitální DMÚ25 (distribuováno i v S-JTSK, ale po mapových listech dle S-42)

Základní tematické vrstvy jsou:

- vodstvo- komunikace- potrubní, energetické a

telekomunikační trasy- rostlinný a půdní kryt- sídla, průmyslové a jiné

topografické objekty- hranice a ohrady- terénní reliéf

Topografické mapy (vojenské) – VGHMÚř Dobruška - Geografická služba AČR

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y)Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR

Dnes to jsou:

• S-JTSK (Křovák) – v GIS jako EastNorth

• WGS 84 (nejen elipsoid)

• UTM - úhlojevné válcové příčné Mercatorovo zobrazení

• ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989

• ČÚZK souřadnicové systémyhttp://geoportal.cuzk.cz/(S(4htfxkomymoy1tomgyemfhom))/Default.aspx?mode=TextMeta&side=sit.trans&text=souradsystemy

Souřadnicové referenční systémy - INSPIREhttp://geoportal.cuzk.cz/(S(4htfxkomymoy1tomgyemfhom))/Default.aspx?mode=TextMeta&text=INSPIRE_ref_systemy&side=INSPIRE_dSady&head_tab=sekce-04-gp&menu=411

Transformace souřadnichttp://geoportal.cuzk.cz/(S(4htfxkomymoy1tomgyemfhom))/Default.aspx?head_tab=sekce-01-gp&mode=TextMeta&text=wcts&menu=19

GEOREFERENCE – WGS 84Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR

World Geodetic System (WGS) je používán zejména ve spojení s technologií globálníchpozičních systémů pod názvem GPS; ty jsou využity v moderních navigačních systémech.Tento globální souřadnicový systém se však díky své univerzálnosti velmi rychle zařazujemezi geodetické a kartografické standardy jednotlivých zemí světa. WGS je geocentrickýmsouřadnicovým systémem; znamená to, že střed jeho souřadnicové soustavy je umístěn dohmotného středu Země.

Vychází z toho, že kolem Země po přesně určených trajektoriích obíhají satelity, které jsoupřesně časově synchronizovány. Z polohy tří a více satelitů vůči pozorovateli je možné velmipřesně určit nejen jeho polohu, ale i nadmořskou výšku. Z družicových měření byly rovněžzpřesňovány parametry referenčního elipsoidu - v současnosti je používán elipsoid soznačením WGS84.

Pro převod zeměpisných souřadnic do rovinných je používáno zobrazení UTM (UniversalTransverse Mercator).

http://tvorbamap.shocart.cz/kartografie/systemy.htm

GEOREFERENCE – WGS 84Základní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR

Souřadnice WGS84 vycházejíze souřadnic zeměpisných,polohu tedy určíme pomocízeměpisné délky, šířky a výšky.Šířka nabývá 0°–90° na severod rovníku a 0°–90° na jih odrovníku. Délka pak nabýváhodnot 0°–180° na západ odnultého poledníku a 0°–180° navýchod od nultého poledníku.

Nultým poledníkem ve WGS84 je„IERS Reference Meridian“, ležící5,31 úhlových vteřin východně od„Greenwich Prime Meridian“

https://cs.wikipedia.org/wiki/World_Geodetic_System

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) - UTMZákladní potřebné projekce pro práci v GIS v podmínkách ČR

UTM= úhlojevné válcové příčné Mercatorovo zobrazení sečné

dříve pro vojenské mapy USA a NATO, dnes běžně

60 pásů (zón) po 6 stupních

úhlojevné, od Gauss-Kr. se liší:

používá Hayfordův elipsoid + WGS 84

základní poledníky pásů nejsou délkojevné (měř. 0.9996 )

pouze mezi 80. rovnoběžkamipolární oblasti od 79°30’ - UPS (Universal Polar stereographic)

GEOREFERENCE – PROJEKCE (x,y) - UTM

Každá z 60 zón má vlastní kartézský souřadný systém E (východ) a N (sever)

Každý střední poledník E=500 000Severní polokoule: rovník N=0Jižní pol.: rovník N= 10 000 000

(tak je zabráněno záporným souřadnicím)

Na okrajích zón je vždy mapováno cca o 40 km dále – překryv zón, v oblasti některých měst či státních hranic větší.

Použití: řada papírových (např. turistických) map zemí Západní Evropy má kilometrový UTM grid

Topografické mapy ČR – nová vydání obsahují síť UTM.Projektovaná data řady zemí. Práce s GPS

Česká republika – zóna 33N

Závěrečná doporučeníSouřadnicové systémy používané pro výdej souborů rastrových a vektorových dat ČÚZK:

Používejte v detailu (tedy KPÚ)

úhlové souřadnice (GPS)

Můžete použít pro mapky celé ČR

Zóna 34 - nepoužívejte

Nepoužívejte

Používejte mapky celé ČR!

Nepoužívejte

Děkuji za pozornost

Josef Krása

Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, Fakulta stavebníČVUT v Praze

33

GIS a pozemkové úpravy2015

josef.krasa@fsv.cvut.czhttp://storm.fsv.cvut.cz