ARC/INFO jako jeden z významných reprezentantů systémů GIS

ARC/INFO a jeho verze pro počítače typu PC-kompatibilní zvaná PC ARC/INFO, je jedním, v České republice, z nejrozšířenějších systémů GIS. Tento produkt, jež patří i ve světě k nejvyhledávanějším, se skládá z několika základních modulů, které spolu úzce spolupracují. Jsou zde zabudovány, jak základní nástroje GIS pro zpracování dat, tak velice sofistikované moduly pro analýzu dat.

Jedná se celkem o 6 modulů:

• PC STARTER KIT - je vlastně jakýmsi jádrem, umožňujícím digitalizaci a tvorbu map, strukturování topologických dat, tvorbu atributových tabulek, tvorbu zákaznických aplikací a rozhraní a komunikaci s hostitelským počítačem
• PC ARCPLOT slouží pro zobrazování geografických dat na obrazovce počítače nebo pro kvalitní kartografické výstupy na kreslicí zařízení, současně je určen pro databázové dotazy a analýzu
• PC ARCEDIT je určen pro editaci prvků a umožňuje simultánní editaci grafických dat a atributových tabulek prvků
• PC DATA CONVERSION zahrnuje nástroje pro konverzi pro přenos dat mezi vrstvami ARC/INFO a množstvím dalších standardních geografických datových formátů
• PC OVERLAY poskytuje pokročilé nástroje pro prostorovou analýzu překryvu bodů, čar, ploch a mnohoúhelníků, vytvoření oblasti kolem požadovaného objektu, nalezení plochy se zadanými parametry, vše založené na topologické datové struktuře PC ARC/INFO
• PC NETWORK nabízí mocné funkce pro analýzu sítě (např. silniční) a adresování. Směry, alokace, náklady pohybu, rychlostní a směrová omezení mohou být uložena jako atributy pro každou spojnici v síti a následně analyzovány pro řešení daného problému

PC ARC/INFO bylo poprvé představeno, jako produkt pro platformu počítačů založených na procesorech typu Intel v roce 1987. Od té doby zaznamenala tato verze obrovský rozmach a zároveň umožnila rozšíření systémů GIS z platforem výkonných , ale drahých pracovních stanic, do oblasti levnějších počítačů typu PC. Dnešní, asi nejtypičtější konfigurace PC ARC/INFO zahrnuje počítač PC-kompatibilní (486, 4 MB paměti RAM, 25 MB volného prostoru na pevném disku, Windows 3.1 a vyšší - minimální požadavky nejnovější verze PC ARC/INFO - verze 3.5), digitizér, kreslicí zařízení (tzv. plotter) a tiskárnu. Díky plně funkčním schopnostem systémů GIS a přitom relativně nízké ceně, došlo k značnému rozšíření mezi místními zastupitelstvy (u nás téměř každý okresní úřad - i když, zde se vnucuje otázka zda takové nasazení je adekvátní našim měřítkům), organizacemi pro ochranu přírody, státními úřady a universitami.

Datová struktura

Před tím než budu pokračovat v dalším postupu bych se rád zmínil o filozofii datových formátů programu PC ARC/INFO. Jednotlivé motivy jsou zde rozděleny do vrstev, zde nazývaných Coverage. Jejich funkce by se dala přirovnat ve vrstvám v programech CAD - v jedné vrstvě jsou uloženy veškeré informace například o zástavbě, v jiné zase o vodstvu nebo o zeleni. Je výhodné, aby každá vrstva obsahovala informace popisující stejná tematická data, protože potom je mnohem jednodušší provádět analýzu, třídění, překryvy apod. Celá vrstva v ARC/INFO je tvořena jako samostatný direktoriář, obsahující několik klíčových souborů. Jejich funkce je vysvětlena na následujícím případě. Na obrázku je vyobrazena direktoriářová struktura našeho projektu - mapy Prahy. Tato struktura je vytvořena automaticky při tvorbě vrstev (coverages). Neměli bychom tuto strukturu měnit, protože PC ARC/INFO je založeno na tom, že si vytvoří na dané úrovni adresářů tzv. "pracovní prostor" (workspace) a vrstvy jsou tvořeny jako jejich podadresáře. Tyto podadresáře obsahují veškeré soubory potřebné k popisu topologie dané vrstvy. Tato topologie je tvořena vrcholy, úsečkami a mnohoúhelníky.

Direktoriář popisující např. vrstvu "Zástavba" může obsahovat tyto soubory:

AAT - Arc Atribute Table
ABN - Arc index file
ABX - Arc index pointer file
ARC - Arc coordinates and topology
ARF - Arc cross-reference file
BND - Coverage minimum and maximum coordinates
CNT - Polygon centriod table
LAB - Label point coordinates and topology
LOG - Coverage or wokspace history file
MSK - Edit area mask
PAL - Polygon topology
PAT - Polygon/Point Attribute Table
PBN - Polygon index file
PBX - Polygon index pointer file
PFF - Polygon Filter File
PRF - Polygon/Pointer cross-reference file
TBN - Annotation index file
TBX - Annotation index pointer file
TIC - Tic coordinates and IDs
TOL - Coverage processing tolerances
TXT - Coverage annotation features
XBN - Point index file
XBX - Point index pointer file

Výrazu "může obsahovat"" je zde použito protože ne všechny soubory jsou vždy nutné pro popis vrstvy. Vždy by zde měly být alespoň soubory AAT nebo PAT, BND, TIC - všechny tyto soubory jsou formátu DBF (dBase), proto je velice snadné je upravovat v jakémkoliv programu, který je schopen tento rozšířený formát přečíst.

Soubor AAT je soubor určující vzájemné vztahy mezi vrcholy a úsečkami. Tento soubor obsahuje položky nutné pro popis vztahů mezi vrcholy (nodes) a úsečkami (arcs).

FNODE_ a TNODE_ počáteční a koncový vrchol

LPOLY_ a RPOLY_ pravý a levý polygon hrany (podle orientace)

LENGTH délka hrany v předem zadaných jednotkách

CESTY2_ a CESTY2_ID interní a uživatelské ID hrany (vždy složeno ze jména vrstvy - zde název vrstvy CESTY2 => CESTY2_ID

Soubor PAT je naopak určen pro popis mnohoúhelníků (polygons).

AREA - plocha polygonu (zajímavý je právě první polygon, který má zápornou hodnotu obsahu - jedná se o tzv. venkovní polygon, tj. okolí všech ostatních polygonů a jeho obsah je roven součtu obsahů všech ostatních polygonů, avšak se zápornou hodnotou

PERIMETER obvod polygonu

CESTY2_ a CESTY2_ interní a uživatelské označení polygonu

Soubor TIC uschovává informace o souřadnicích referenčních bodů vrstvy tzv. TICs (zpravidla to bývají čtyři rohové body). V souboru BND se naopak nacházejí informace o maximálních hranicích vrstvy. Na obrázku jsou vyznačeny jednotlivé topologické prvky

Obr. 7 Topologické prvky vrstev

PC ARC/INFO však potřebuje pro zpracování vrstev si ještě vytvořit vlastní topologii. Tato topologie je tvořena vrcholy, úsečkami mezi vrcholy a mnohoúhelníky. Vztahy mezi těmito prvky jsou uloženy v několika souborech. Po převedení z Microstation, je PC ARC/INFO již schopno zobrazit danou vrstvu, ale kvůli chybějící topologii, ještě není možné provádět žádnou analýzu. K vytvoření této struktury slouží dva velmi významné příkazy BUILD a CLEAN. Příkaz BUILD slouží k vytvoření buď liniové nebo polygonové struktury (případně struktury bodové). Příkaz CLEAN je určen pro odstranění chyb a k vytvoření topologie. Chyb může být několik druhů a vznikají v naprosté většině při nepřesném vytváření vektorové podoby mapy. PC ARC/INFO považuje za chyby následující případy:

Pseudo node error

- chyby způsobené tím, že v jednom bodě se scházejí právě dvě úsečky
- tento případ nemusí znamenat opravdovou chybu, protože je mnoho případů, kdy toto reprezentuje skutečný stav (např. uzavřený kruh, silnice, která se mění z prašné na asfaltovou apod.)

Dangle node error

- chyby způsobené tím, že úsečka nekončí v žádném bodě
- zde se ještě rozlišují dva typy chyb

- tyto chyby jej již , na rozdíl od předcházejících, nutno odstranit, a to právě pomocí příkazu CLEAN, který úsečku buď zkrátí nebo prodlouží tak, aby volný konec procházel nově vytvořeným bodem - chyby je samozřejmě možno opravit buď v modulu PC ARCEDIT nebo načtením nových opravených souřadnic (někdy je tento postup nezbytný, protože při některých zadáních by mohlo dojít k nežádoucímu zdeformování vrstev).

Label Error

- zde chybí identifikační číslo mnohoúhelníku, popř. mnohoúhelník obsahuje více než jedno označení (tzv. labels) - náprava tkví opět v použití modulu PC ARCEDIT, popř. v nové digitalizaci

Pokud máme tedy vytvořenu bezchybnou topologii všech vrstev, můžeme přistoupit k vlastní analýze. Jak je vidět z dosavadního průběhu, největší časovou náročnost má právě vytvoření korektní topologie vrstev. Vlastní analýza již není tak časově náročná (samozřejmě závisí na použitém počítači a množství zpracovávaných dat).