Článek přináší náhled do možností vytvoření středně- nebo velkoměřítkové topografické mapy v jednotném klíči a struktuře užitím nástrojů geografických informačních systémů, především databází. Ukazuje výhody sběru atributových informací o prvcích nejen co se týče jejich kvality nebo klasifikace, ale také vazeb na okolní prvky a vztahů k jiným prvkům či datovým sadám. Ukazuje příklady datových modelů pro vybrané typy prvků a vztah topologického rozšíření datového modelu k tvorbě znakového klíče.

Úvod

V souvislosti s postupným přerodem kartografie v digitální kartografii je výhodné zohlednit nové možnosti oboru také ve specializované činnosti, kterou je tvorba velkoměřítkové či středněměřítkové topografické, případně tematické mapy.
Autor tohoto článku tvoří pro své potřeby podrobnou tematickou mapu coby turisticko-vlastivědnou nadstavbu nad mapovým základem – topografickou mapou. Taková mapa by se proto dala nazvat mapou turistickou. Turistické mapy jsou takto běžně komerčně označovány a v rozličných podobách, měřítcích, podrobnosti a kladu pokrývajícím celou republiku nebo její část jsou nabízeny jako tištěný nebo digitální produkt digitální kartografie.
Ne vždy však vydavatelství vydávající takové mapy jsou odbornými kartografickými pracovišti a kvalita mapových produktů proto kolísá. Ve snaze ušetřit prostředky a čas se někdy vydavatelé uchylují k drobným nebo i zásadním porušením kartografických zásad, týkajících se podobných děl. Přitom snazšímu a efektivnějšímu zpracování a následné údržbě topografické mapy může napomoci precizně a promyšleně zpracovaný databázový model, použitý pro generování celé mapy nebo jejích částí.

Ukázka turistické mapy 1 : 25 000 vytvořené pomocí GIS software

Databáze jako úložiště prvků mapy

Prakticky všechny v současnosti vydávané podrobné mapy (záměrně zmiňováno topografické – tedy nikoli plány měst nebo jiné speciální velkoměřítkové mapy a plány) vznikají jako produkt vizualizace dat uložených v databázi. Ovšem struktura a forma tohoto uložení se zásadním způsobem podílejí na vizuální preciznosti výsledné mapy a v neposlední řadě na čase potřebném k jejímu vytvoření a dalšímu udržování v aktuálnosti.
Zde je třeba poněkud vyčlenit mapy pro orientační běh, které jsou sice také případem velmi detailní topografické mapy, ovšem zde způsob jejich vzniku a používání a především prakticky nulová možnost jakékoli kartografické generalizace je předurčují k jinému způsobu tvorby a udržování.
Základem pro vytvoření vhodného datového modelu pro uložení prvků mapy je definice přesné a konečné množiny zobrazovaných jevů a informací o nich. Zde dochází mnohdy také k nešvarům, kdy mapy zobrazují objekty jenom určitých parametrů (aniž to zmiňuje legenda), zobrazují neúplný výčet prvků, které nepodléhají generalizaci (např. jsou v mapě zakresleny kostely a kaple, ale některé z nich v mapě chybějí) apod. a tak matou uživatele, kteří pochopitelně onu úplnost pokrytí intuitivně očekávají ♦. To však není předmětem tohoto článku.
Jistým limitujícím faktorem tvorby databázového modelu mapy může být struktura dat použitých jako podklad (pokud se nejedná o mapu vzniklou vlastním šetřením v terénu, přestože i v takovém případě by se pravděpodobně jednalo pouze o šetření v rámci části rozsahu prvků) případně vzájemný nesoulad několika použitých podkladových datových sad. Vhodné je všechny prvky všech datových sad utřídit a všímat si vztahů mezi nimi a jejich vzájemného ovlivnění.

Tvorba databázového modelu – úloha GIS při tvorbě databáze

Prakticky samozřejmostí je, že GIS aplikace, případně celé GIS softwarové balíky, dokáží připravit data a tiskové výstupy pro tvorbu mapy. Stupeň úrovně a kvality map vytvořených různými softwarovými prostředky je různý, ovšem obecně platí, že drahé a rozsáhlé softwarové balíky nabízejí prakticky neomezenou formu vizualizace dat a limitujícím faktorem celkové grafické úrovně výsledné mapy zde není ani tak použitý software, ale data samotná, jejich kvalita.
Nejen pomocí GIS software mapy vznikají a druhou významnou kategorií jsou programy na pomezí CAD a GIS přístupu, případně zcela typu CAD. Zde již není na rozdíl od první kategorie natolik automatická schopnost (dobře) pracovat s databázemi a především mohou chybět některé analytické funkce.
Velmi vhodné je ještě před započetím tvorby mapy zautomatizovat co nejvíce práce, která by později mohla během tvorby mapy vzniknout, a užitím GIS analýz připravit data, i ta v ne úplně ideálním stavu, do takového databázového modelu, pomocí něhož bude možné co možná nejsnadnější generování vizuálně precizní mapy vyžadující jen málo zásahů kartografa.
Zde jsou opačným extrémním případem mapy, které vznikají bezduchým nagenerováním prvků z databáze – v jisté rámcové vizualizaci a jen s opravdovým minimem zásahů odborníka–kartografa nebo ještě hůře zcela bez nich. Takových map jsou plné navigační přístroje, schematické mapy v letácích a brožurách apod., ale mnohdy i mapy v médiích nebo dostupné na renomovaných zdrojích na internetu. Výsledným dojmem zhruba odpovídající této kategorii jsou mapy vytvořené programy, které jsou prakticky pouze grafické a pro kartografickou tvorbu nemají žádné speciální nástroje.
GIS analýzy však mohou pomoci vyřešit neduhy, které podkladová data mohou obsahovat, a posunout tak mapu poměrně snadno na kvalitativně vyšší úroveň. Zároveň se pomocí GIS analýz dají kombinovat různé datové sady a tak je zpřesňovat nebo z nich vytvářet zcela nové datové vrstvy. Příkladem zde může být vrstva komunikací, zakoupená u silniční databanky, a vrstva liniové vegetace, získaná z naprosto jiného zdroje (viz obr. níže). Již na první pohled jsou patrné problémy, které mohou při souběžném zobrazení obou vrstev vzniknout: tam, kde má liniová vegetace komunikaci sledovat, se s ní na mnoha místech kříží, linie se vzájemně přibližují a vzdalují apod.

        

Nesoulad liniových vrstev z různých zdrojů (vlevo) a opravený stav (vpravo)

Řešení tohoto stavu je více. Jedním z nich je omezování počtu datových vrstev v modelu a jejich nahrazování atributy vrstev jiných. V zásadě lze prostorovou analýzou oddělit vegetaci, která tvoří stromořadí kolem komunikací, od ostatní liniové vegetace (např. definováním prahové vzájemné vzdálenosti linií obou vrstev) a přeměnit je na atribut příslušného úseku komunikace, který udává, zda je stromořadí na levé straně komunikace, na pravé, na obou anebo zde není.
Analogickým způsobem lze definovat atributové informace o celé řadě dalších skutečností, a to nejen u komunikací, ale např. u vodních toků, energetických tras apod. a ve vhodných případech také u plošných nebo bodových objektů. Tyto informace zpravidla nevyjadřují kvalitativní vztahy jako většina ostatních atributů prvků (např. objekt vodní plocha – s atributy jezero / rybník / odkaliště / usazovací nádrž / nespecifikováno), ale vztahy topologické nebo jiné vztahy potřebné pro konkrétní typ mapy, které z topologických vycházejí.

Databázově orientované vedení mapy má pomoci ve dvou aspektech:
–    udržet řád v datových sadách a umožnit méně pracné a snazší udržování mapy včetně případného odvozování jejích zvětšenin nebo tematicky obměněných forem, provádění rozsáhlejších změn apod.;
–    dodržet nepsané kartografické zásady tvorby středně- nebo velkoměřítkové mapy, přinejmenším alespoň ty, které vycházejí z topologie.
Navíc, časový atribut evidovaný u prvků mapy (v zásadě stačí pouze u vybraných) může posléze posloužit jako snadný způsob tvorby např. časových řad map nebo dokumentace vývoje zástavby / dopravy / využití území atd. v dané lokalitě. V praxi se ukazuje, že zcela postačuje evidovat počátek a konec existence jednotlivého mapového prvku.

2.2 Vybrané již užité databázové modely

Některé vlastnosti databázových mapových modelů a odlišné přístupy lze ukázat na základních bázích geografických dat, které v České republice používá civilní resp. vojenský sektor, tj. na databázích ZABAGED resp. DMÚ25. Obě využívají hojně atributových informací a obě se do jisté míry překrývají, co se týče obsahové náplně a evidovaných datových sad.

Databáze ZABAGED je zaměřena silně na samotný mapový výstup, tzn. převážná většina dat, evidovaných pro jednotlivé prvky, má vztah k jejich zákresu v mapě. Ovšem atributy zde slouží pouze coby možnost odlišení jednotlivých dílčích typů objektů anebo evidence popisů, topologické vztahy zde nejsou na jejich úrovni vůbec řešeny. Dokonce lze říci (a pramení to částečně i ze způsobu, kterým databáze ZABAGED vznikala), že zde platí topologicky opačný přístup – totiž že data jsou již v databázi geometricky uložena tak, aby splňovala potřeby konkrétního mapového výstupu a naplnění zásad kartografické vizualizace. U datové sady GeoNames doprovázející data ZABAGED, jsou atributově (coby souřadnice X, Y S-JTSK) uloženy rohy bounding-boxu pro snazší vykreslení názvů v mapách.

Databáze DMÚ25, ze které vznikají vojenské topografické mapy, je orientována podobně. Je zde patrná snaha o přesnější geometrické zanesení prvků bez ohledu na pozdější kartografickou vizualizaci (zde ovšem limitována daleko nižší celkovou přesností datových sad), která ovšem přináší problémy při samotné tvorbě topografických map, které splňují nepsaná kartografická pravidla jen s výhradami. Jejich tvorba navíc jistě vyžaduje daleko více zásah a prostorových operací skrytých na pozadí. Tato databáze oproti ZABAGED eviduje daleko více atributů, které pro mapový výstup nejsou nijak potřebné a slouží pro vojenské účely. Na druhou stranu stupeň jejich naplnění je daleko nižší než u předchozí databáze. Objevují se zde mírné tendence uložit vybrané topologicky orientované informace do atributů prvků, např. u komunikací je evidován počet jízdních pruhů, což umožňuje rychlé zobrazení např. dálnic jedinou linií oproti ZABAGED, kde jsou víceproudé komunikace evidovány jako samostatné jízdní pruhy, atributově provázané a tvořící jedinou výslednou komunikaci.

Obdobně existuje např. hydroekologický informační systém ČR, datové modely pro své potřeby mají např. Lesy ČR a většina ostatních institucí produkujících geoprostorová data.
Jiným případem jsou komerční mapy a jejich databázové pozadí. Tyto modely zpravidla nejsou veřejně přístupné, nicméně mnoho informací o nich lze vyčíst z kvality výsledných map, případně z dostupných částí znakových klíčů apod. Takto např. většina datových modelů webových map pokrývajících celou planetu (mapy Google, Bing, Yahoo apod.) vůbec v potaz topologické vztahy nebere. Ty se dají nahradit prací kartografa, ovšem snahou zde je, aby byly mapy především levné a snadno aktualizovatelné, proto je jejich grafická stránka poměrně špatná až nedostatečná.
Naproti tomu lokální vydavatelé, kteří tvoří topografické mapy na omezeném území (v Čechách např. T-Mapy, společnost Mapy.cz a další), zpravidla věnují vedle kvalitativních charakteristik velkou pozornost také topologickým vztahům mezi prvky již na úrovni databázev daleko větší míře než státem spravované báze dat.

Aplikace databázového modelu – znakový klíč mapy

Celý význam databázově vedených topologických atributů spočívá ve vyčištění mapy od topologických chyb zmíněných výše a usnadnění vygenerování některých složitějších případů vizualizace prvků, které by musely jinak být řešeny např. pomocí výjimek kartografických

Ukázka nevhodně aplikované symbologie – mapa generovaná z databáze s minimálními zásahy kartografa

reprezentací nebo i ručně zcela individuálně na jednotlivých místech jejich výskytu, což samozřejmě prodlužuje tvorbu mapy a prodražuje ji.
Jaké situace mohou být takovým rozšířením datového modelu řešeny? Zejména sousednosti prvků ne zcela souvisejících datových sad, překrývání prvků přes sebe, ale i umisťování popisů a další.
Nejvíce tyto atributy pomáhají při skládání složitějších liniových prvků nebo jejich provázání s dalšími jevy. Typickým příkladem jsou komunikace. Vedle běžně evidovaných atributů jako je číslo komunikace, typ, počet pruhů, případně šířka, povrch apod. lze evidovat také vztah k okolním jevům, mezi které lze zařadit násep/zářez, stromořadí, násep/val podél komunikace, sledující další linie (např. různá značení, hranice apod.), zdi/ploty a další dle potřeby – viz obr. vpravo.
Pro tyto doprovodné jevy je třeba vytvořit sadu atributů, které vyjadřují, zda je doprovodný jev nalevo, napravo nebo na obou stranách od linie, případně ještě další kvalitativní charakteristiky těchto doprovodných jevů, např. zda je stromořadí běžné nebo je tvoří památné stromy. Tímto sice nabývá geodatabáze na velikosti, nicméně ubývá tříd prvků, které je třeba zobrazit, tudíž nedochází celkově ke zbytečnému navýšení datového objemu.
Složitější situace nastává u definice znakového klíče. Pokud jsou zmiňované doprovodné jevy evidovány jako samostatné vrstvy bez vazby na další prvky, mívají vlastní značku nebo sadu několika značek dle typu. V reálné mapě mohou nastat situace, kdy se u jednoho úseku linie kombinuje několik doprovodných jevů a tuto situaci nedovede již původní znakový klíč korektně postihnout – je třeba definovat kombinace vizualizací těchto jevů, přičemž lze velmi dobře vyhovět pravidlům kartografické vizualizace, případně specifickým účelům konkrétní mapy.
Obdobným způsobem lze ve znakovém klíči postihovat za pomoci databázového rozšíření další situace.

Mezi takové patří např.:
–        chování symbolu umisťovaného na lomové body linie v situaci, kdy dojde ke křížení takových linií;
–        vyplnění dutého symbolu barvou dle barev podkladových vrstev;
–        křivkové anebo lomené vykreslování linie v závislosti na prvku mapy;
–        vazba textů na linie pro křivkové texty apod.
Výhodou vyvažující toto rozšiřování znakového klíče je čistá mapová kresba bez křížení a překrývání prvků, které by bylo nutno jinak řešit dalšími procedurami.

Závěrem

Databáze geoprostorových dat jako prostředek tvorby a údržby mapy velkého nebo středního měřítka do značné míry přispívá k usnadnění celého procesu a k udržení větší kontroly nad čistotou, správností, aktuálností a korektní vizualizací prvků ve výsledné mapě. Z toho důvodu prakticky již všechny vydávané mapy ukládají v databázi alespoň kvalitativní znaky zobrazovaných prvků a na základě definovaného datového modelu pak mají sestaven znakový klíč.
Jen některé však berou při tvorbě a aplikaci datového modelu pro výslednou vizualizaci ohled také na topologické vztahy prvků. Přitom právě jejich zahrnutí vede k vizuálně dokonalejším mapám. Naopak jejich zanedbání spolu se situací, kdy kartografičtí tvůrci omezují z  časových a finančních důvodů etapu korektur výsledné vygenerované mapy kartografem, produkuje zbytečné nesoulady, chyby a nepřesnosti, kterých se lze vhodným rozšířením a přizpůsobením datového modelu mapy vyvarovat.

---

♦
Jiným případem jsou objekty generalizaci podléhající (lesy např. až od 1000 m², budovy pouze s číslem popisným apod.) nebo jiné objekty výběrového charakteru, kde je tato skutečnosti zřejmá nebo je v legendě mapy zmíněna (vybrané restaurace, vybrané zajímavé přírodní lokality apod.).