Pripis k članku "Geografski in zemljiški informacijski sistemi" Članek magistra Radoša Šumrade se v uvodu bežno ukvarja z zgodovino geografskih informacijskih sistemov (GIS) in zemljiških informacijskih sistemov (LIS). Ne vključuje pa naših domačih dosežkov iz začetka se- demdesetih let, ki so nastali pod vodstvom Tomaža Banovca, dipl.inž. na Inštitutu Geodetskega zavoda SRS. Bralca opozarjamo na bibliografi- jo raziskovalnih nalog, objavljeno v posebni številki Geodetskega vest- nika, kjer so natisnjeni referati za 20. Geodetski dan, ki je bil le- tos v Kranjski gori - tam bo našel npr. bibliografske podatke za raz- iskovalno nalogo "Prostorski informacijski sistem III.faza", ki pred- stavlja zaključek raziskovalnega projekta o prostorskem informacijskem sistemu Slovenije (PIS). Radoš ŠUMRADA* CAD SISTEMI PROTI GIS PRINCIPU IN METODOLOGIJI Recenzijska komisija UDK 528.067.4:681.3 002.659.2:681.3 (21) Pregled Avtomatski kartirni sistemi ali CAC vsebujejo ali obsegajo dve tehnolo- giji. Pomembno je razumevanje ter razlikovanje obeh sistemov. Potencial- ni uporabniki CAC sistemov, računalniško podprtih kartirnih in grafičnih sistemov (Computer Assisted Cartography), pogosto zamenjujejo avtomatske kartirne sisteme, ki temeljijo na CAD-u (Computer Assisted Drafting ali tudi Design) tehnologiji za novejšimi GIS-i (Geografskimi informacijski- mi sistemi). Ali dejansko obstaja razlika med omenjenima sistemoma, in če obstaja, kako naj se bodoči uporabnik odloči o izbiri med obema teh- nologijama? Ob sedanjem dinamičnem in dramatičnem razvoju, uporabi ter rasti proda- je obeh tehnologij je razumevanje njunih razlik ter možnosti njunih po- vezav še kako pomembno za informiranost potencijalnega uporabnika in mo- rebitnega kupca. Računalniško podprti CAD sistemi so bili originalno razviti za avtomati- zacijo risanja ter različne funkcije oblikovanja. Na področju kartogra- fije se to prevede na sisteme za avtomatsko kartiranje. GIS tehnologija je bila zasnovana ter razvita za hranjenje, vzdrževanje in obdelava ve- likih količin geografskih oziroma prostorskih podatkov. Za zgodovinski razvoj avtomatske kartografije so značilni proizvodi, ki so bili zasno- vani na specializirano uporabo in vsebujejo široko in neodvisno organi- zacijo in strukturo. * 61000 Ljubljana, YU, FAGG-VTOZD GG; mag.geod. Prispelo za objavo: 1987-11-02. GV 31(1987)4 339 Skoraj vsi zgodnji in predhodni pristopi k organizaciji podatkov, avto- matizaciji postopkov ter k risanju kartografskih podatkov, so uporablja- li CAD tehnologijo, s posebnim poudarkom na interaktivnih grafičnih si- stemih ali grafičnih delovnih postajah. Ker vsebujejo karte veliko koli- čino risanih elementov in ker zagotavljajo CAD sistemi izvorne možnosti avtomatskega risanja, so se izkazali takšni, za potrebe CAC prirejeni CAD sistemi, kot učinkovito orodje za povečavo produktivnosti pri izde- lavi, vzdrževanju in ažuriranju kart ter organizaciji kartografskih po- datkov v tako imenovane grafične podatkovne baze. CAD sistemski pristop Podatkovna baza v CAD sistemih pojmuje prostorske podatke kot elektron- ske risbe, sestavljene iz grafičnih elementov, ki so organizirani v te- matske plasti ali digitalne "prosojnice". Podatkovni modeli v CAD sis- temih obravnavajo torej prostorske podatke kot elektronske risbe gra- fičnih elementov karte. Vsebina karte ali načrta je elektronsko ali di- gitalno shranjena karta v računalniku ter organizirana v tako imenovani grafični podatkovni bazi. CAD sistem omogoča uporabniku, da kreira, editira, oblikuje, rotira, shranjuje, prikazuje in izrisuje grafične elemente risb s ,pomočjo ali ob podpori računalnika. Takšne operacije vsebujejo ukaze ali funkcije kot na primer dodaj, premakni, zavrti, izbriši; preoblikuj, simbolizi- raj, tekst, itd. Risbe se ustvarijo ter hranijo z vnašanjem enostavnih grafičnih elementov, kot so na primer linije, loki, krogi, četverokotni­ ki, krivulje in točke. Grafične elemente lahko uporabnik tvori z inter- aktivnim editiranjem ali oblikovanjem, ali pa se registrirajo s pomočjo različnih vhodnih naprav. Na primer, s pomočjo vektorskih digitalnikov, rastrskih ter vektorskih skenerjev, itd. Takšni grafični elementi so shranjeni na elektronskih spominskih medijih ter jih lahko prikažemo in editiramo na zaslonu. CAD sistemi nadomeščajo večino risarskega oro- dja, medijev in pripomočkov za shranjevanje grafičnih risb, ki so zna- čilni za okolje ročne izdelave kart in načrtov. Uporabnik vnaša elemente karte s pomočjo osnovnih (GKS) grafičnih sli- kovnih gradnikov ali pa z uporabniško sestavljenimi simboli, ki so ses- tavljeni iz takšnih grafičnih gradnikov. Enostavni pojavi, kakor na pri- mer linije in poligoni, so shranjeni kot zaporedje koordinatnih točk z definiranimi povezavami. Bolj zapleteni pojavi so shranjeni kot zapo- redje točk skupaj z ustreznim matematičnim izrazom, ki definira na pri- mer krog, krivuljo, lok, četverokotnik, trikotnik, itd. V zgodnjih za kartiranje uporabljenih grafičnih sistemih so bili podatkovni modeli eno- stavni, sestavljeni v glavnem v celoti iz simboliziranih grafičnih ele- mentov. Takšna sestava slik iz osnovnih grafičnih gradnikov.omogoča upo- rabniku shranjevanje vsebine kart kot simbolizirano grafiko. V CAD po- datkovnem modelu so vsi grafični elementi definirani ter narisani z za- poredji parov x, y koordinat v skupnem koordinatnem sistemu, kar določa pozicije grafičnih elementov in odnose med njimi. v kasnejših inačicah je postala organizacija podatkov bolj "inteligent- na". Ne-grafični podatki so bili shranjeni kot posebni tabelarični po- datki ali atributi, kasneje tudi organizirani v posebno atributno podat- kovno bazo. Takšni atributi grafičnih elementov karte se uporabljajo za različna poizvedovanja ter manipulacije s prikazi. Grafični sistemski softver je dovoljeval različne načine uporabe digitalnih datotek karte, kot na primer editiranje, ažuriranje, poizvedovanja in manipulacije s podatki ter različne načine prikaza. Medtem ko je bil prvotni namen in uporaba grafičnih sistemov avtomatiza- cija risanja ter izdelave karte, so se le-ti sčasoma razvili v bolj sploš- no orodje za organizacijo in uporabo digitalnih podatkov karte. Takšni CAC/CAD sistemi so postali posebno priljubljani pri organizaciji avtomat- 340 GV 31(1987)4 ske izdelave kart in jih uporabljajo številne kartografske organizaciJe in tvrdke ter tudi različne družbe, ki upravljajo s komunalnimi naprava- mi in vodi. Avtomatizirano risanje kart ter splošne manipulacije s prostorskimi po- datki na kartah s pomočjo CAD sistemov so prinesle znatne ter pomembne olajšave in koristi različnim javnim in privatnim organizacijam. Vendar pa zahtevajo resnični splošno zasnovani sistemi za obdelave ter manipu- liranje s prostorskimi podatki, organizacijo podatkov v združeno podat- kovno bazo in softversko tehnologijo, ki znatno presega ponujeno rešitev v CAD sistemih. V zgodnjihšestdesetih letih je skupina teoretikov ter raziskovalcev, ki so delali za kanadske vladne ustanove, skušala ugoditi takšnim zahtevam z razvojem popolnoma novega softverskega koncepta in metodologije, znane kot GIS. GIS-i so bili originalno zasnovani za obdelave in manipulacije velikih količin podatkov o naravnih virih in okolju. Kasneje se je raz- širila uporaba GIS-ov tudi za obdelave podatkov, povezanih z registraci- jo zemljišč, statistiko, urbanimi informacijskimi sistemi.Takšna novej- ša GIS tehnologija je zdaj vgrajena v številne celovite tržne sisteme ali softverske pakete, ki so postali alternativa CAD sistemov pri avto- matski izdelavi kart in shranjevanju prostorskih podatkov. GIS metodologija Podatkovni model v qeografskih informacijskih sistemih temelji na shra- njevanju atributnih-ali tabelaričnih podatkov v povezavah in asociacijah z enostavnimi grafičnimi gradniki: točkami, linijami ter areali, ki so podani z obodnimi poligoni. Kartografski podatki niso shranjeni kot se- stavljeni grafični elementi ter simboli, temveč kot tabele nesestavlje- nih grafičnih gradnikov, ki vključuje relacije z ostalimi izbranimi opis- nimi atributi. GIS-ov podatkovni model uporablja načela grafične teorije ter topologije za organizacijo vseh geografičnih oziroma kartografskih podatkov v prostor- sko mrežo pojavov, ki jih ponazarjajo trije osnovni grafični gradniki: točke, segmenti in poligoni. Osnovnim grafičnim gradnikom so dodani izbra- ni atributi, ki opisujejo opazovane lastnosti. Poenostavljeno organizaci- jo podatkov v GIS-u prikazuje slika l. Slika 1 GV 31(1987)4 341 342 C >V •ri •ri;,: r,:_, +· 111 ,,, ••••.•••••••••..•.•••.•••• , - 1J .... () .o (1 " ,_ ·ri .. - - L '- >U i'f •'J "'z C·!"' -;,: :,- .o „ •ri 1J C.. o - o. ,,: :L. o-,,: .. u-g o. fl C )\.l•.-11 •ri :L. L +· .. " - 1J 4.1 (1 .o o. " ,_ f-~ "C --~ I 'C n N .. " o„ .... c·, n •· ., _ -" o o 1- o. .. -, C .. :> o 1J .. :> .. ·;; "- .. ·-, .. !; ;:; .. •11 ~ .....• L Ul Ul •ri o o o .... .. --. ., .. " '-o .... " C 111 '-,_ •ri .. - +· i.. '-.:,,t_J .. .. "'z .. ·-. u X: .. ·-. o '- "- .. ·-, ·ri u " N " '-.. C .. '" .. -, C ::1- "o :>.X: o+· .... "'1J ;,:c, •ri (1 L "- .. •ri - '-'11 •ri .... : .. ., o. 9 N L H 0 ll. Slika 2 GV 31(1987)4 c·" :> C.. o o n .Q " .. o·" .. --. C -, i'J ·rl C..'::: L .. X: 1J o o r .. ·, C .. -······· .. ·····-············----···••.o••-~ 1 „ o D o. o .. -, C " L 1J o C .. ... -.. C ,,: " ·, C .. ·, "' o. . ....................................... l'I Bolj kompleksni sestavljeni pojavi, kot na primer verige, otoki, kri- vulje, itd. pa sestavljajo segmente, ki so indeksirani z dodatnimi pove- zavami in detajlnimi točkami v podatkovni bazi. Sistem organizira pojave ter njihove atribute v soodvisne tabele, ki jih vzdržuje DBMS. Program- sko orodje v GIS-ovi podatkovni bazi se uporablja za vnašanje podatkov, ažuriranje, analize, manipulacije, poizvedovanja, povezovanja, različne prikaze, izpise ter poročila. Uporabnik lahko kreira grafiko in s tem karte ter prikaze s povezovanjem grafičnih gradnikov - in niansiranjem točk, segmentov in poligonov. Tekst se oblikuje na podobne načine. Vse to omogoča uporabniku potrebno prožnost pri povezovanju pojavov s kartog- rafskimi simboli, ki temeljijo na katerikoli povezavi atributov podatkov- ne baze. Takšna orientacija k celoviti podatkovni bazi pomeni znatno več­ jo prožnost za uporabnike V'tipičnem mnogo uporabniškem okolju. Zahvaljujoč takšnemu podatkovnemu konceptu, ponujajo GIS-i večje možno- sti in sposobnosti za podatkovni vnos, manipulacije, obdelave, analize, poizvedovanja, ažuriranje, hranjenje ter prikazovanje velikih zbirk pro- storskih podatkov. še več, GIS-ovo softwersko orodje je tipično organizi- rano okoli združene ali korporirane podatkovne baze GIS-a na tak način, da omogoča različne uporabniške poglede na skupno celovito podatkovno bazo. Čeprav je po uporabi koordinat podoben CAD pristopu, je v GIS-u uporab- ljeni podatkovni model tehnološko bistveno drugačen glede na pristop ter enostavnost. Splošno uporaben podatkovni model za shranjevanje povezav in odvisnosti med različnimi prostorskimi podatki v GIS-ih temelji na konceptu topologije ter omrežij. Topologija podaja grafične povezave za določanje ter povezovanje sosednjih kartografskih objektov, sestavljenih iz nizov vozlišč, segmentov, lokov ter poligonov. Takšen topološki po- datkovni model predstavlja bistveno drugačno in za mnoge aplikacije us- treznejšo strukturo za različne obdelave podatkov o geografskih enotah v primerjavi s pristopom v CAD sistemih. Vse funkcionalnosti, kot na primer interaktivna grafika, poizvedovanja, vzdrževanje in ažuriranje podatkov, analize ter kvalitetni prikazi, itd. se izvajajo na enotnem topološko definiranem podatkovnem modelu. Takšen koncept celovite podatkovne baze lahko omogoča ne samo avtomatsko karti- ranje, temveč celovite zmožnosti GIS-a ob upoštevanjumodernihnačel DBMS. Sodobni GIS-i obsegajo torej korporirano podatkovno bazo, ki temelji na povezavi topološko organizirane grafične in relacijske atributne podat- kovne baze. Splošno namembna organizaciJa prostorskih podatkov zahteva posebno struk- turirano podatkovno bazo ter softwersko tehnologijo, ki presega enostav- no grafično faunkcionalnost. Seveda mora modern GIS učinkovito izvajati vse interaktivne grafične operacije, vendar mora biti sestavljen z upo- rabo bolj inteligentnega koncepta celovite podatkovne baze, za podporo številnim analitičnim, manipulativnim ter poizvedovalnim funkcijam, ki presegajo osnovno funkcionalnost CAD sistemov. Nekatere osnovne funkcije GIS-a so prikazane na sliki 2. GIS lahko uporabljamo tudi kot avtomatiziran sistem za izdelavo kart in načrtov. V GIS-ih se uporabljajo karte za prikazovanje ali za "pogled" v geografsko bazo podatkov. Raje kot enostavno shranjevanje in regene- riranje grafike se v GIS-u vsi izrisi kreirajo na osnovi podatkov, ki so hranjeni v formatu podatkovne baze. Raje kot shranjevanje elementov karte v obliki tipiziranih geografičnih simbolov, organizira podatkovna struktura v GIS-ih geografske elemente s pomočjo opisnih značilnosti njihovih atributov. s pomočjo programskega orodja in procedur lahko uporabnik v GIS-u sam izbira in prikazuje objekte iz podatkovne baze. Uporabnik lahko avtomat- sko poveže grafične simbole in vzorce z grafičnimi gradniki. Asociacije lahko definira s pomočjo ,različnih preglednih tabel, ki enolično povezu- jejo izbrane atribute s takšnimi tabelami. To omogoča prožne povezave GV 31(1987)4 343 (.Q .... "" t1l N LLI N ~ :~ i ~ \'I :E \", .... C " C + (1 lJ •r,I L. ,, t.i ,) U:: :::.:::: ::, ... I- g:; tll 1- l!'J ... z M :i: Q g:; l~ ... ") _, :i: lil N a: ") .. u ;;: tll 1- (ll ... l.:J lil -<··· ...................................... ····> tll Slika 3 GV 31(1987)4 ., •) C •· izbranih kartografskih simbolov z geografskimi objekti, ki so registri- rani v podatkovni bazi. Takšna prožnost je posebno pomembna, ker večje število uporabnikov upo- rablja podobne kartografske prikaze za različne namene. Na primer, pla- nerji v občini želijo izdelati karto, ki s pomočjo različnih barv prika- zujejo odnos lastništva parcel v povezavi z atributi o izrabi tal. Davč­ na služba želi prikazati iste parcele z vsemi oznakami in identifikatorji. Katastrska služba želi prikaze istih parcel skupaj z oznakami mejnikov ter dimenziiami meja. GIS lahko generira vse takšne zahteve iz enostav- nih definiranih meja parcel z enostavnim ,:,ovezovanjem grafičnih gradni- kov z izbranimi različnimi opisnimi atributi. Slika 3 prikazuje poeno- stavljen model več uporabniškega pogleda na vsebino GIS-a. Poleg zagotavljanja prožnega grafičnega orodja mora GIS-ov softwer omo- gočati enostavno organizacijo, vzdrževanje, poizvedovanja in prikazova- nja velikih zbirk prostorskih podatkov. GIS mora zagotavljati tudi ana- litične ter manipulativne funkcije in orodje, ki jih je težko ali nemo- goče izvajati v grafični strukturirani CAD podatkovni bazi. Orodje vključuje avtomatično identifikacijo povezav med kartami, izbiro optimalnih poti v omrežju, analize pretokov po vejah omrežja itd. Takšne funkcije se' često uporabljajo v avtomatskem izračunavanju davkov, plani- ranju prometa, načrtovanju izrabe tal ter naravnih virov, gradbeništvu, itd. Vsem takšnim aplikacijam GIS-a je skupna združena podatkovna baza prostorskih podatkov in različna analitična softwerska orodja za njiho- vo podporo. številni večji proizvajalci avtomatične CAD kartografske opreme še vedno pojmujejo zmožnosti in izvajanje GIS procedur, kot da je to samo poseb- na aplikacija CAD sistema, ki jo lahko dodamo k obstoječi grafični podat- kovni bazi. Dejansko obstoja trend, ki želi okarakterizirati GIS kot eno- stavno zbirko orodij in funkcij, ločenih od ostale tehnologije avtomat- ske kartografije. V splošnem podatkovna struktura v grafičnih podatkovnih bazah CAD si- stemov ne omogoča raznolikosti podatkovnih analiz ter manipulativnih funkcij, kakor so običajne v GIS-ih. Ker se vedno več uporabnikov zave- da in zahteva funkcionalnos_t, ki jo nudijo GIS-i, se bodo sedanji last- niki CAD sistemov znašli pred težavnim problemom pretvorbe avtomatskega kartiranega sistema v strukturo celovite podatkovne baze, ki jo nudi GIS. Lastniki in uporabniki CAD sistemov se bodo znašli pred problemom nabave popolnoma novega hardvera ter nove programske opreme. Nedavno so nekateri večji in tradicionalni proizvajalci kartografskega softvera najavili razvoj GIS-ov, ki dopolnjujejo njihov bolj tradicio- nalen grafični softver. Jasno je, da je takšna vrsta rešitev potrebna za uporabnike avtomatskih kartirnih sistemov, poudariti pa je treba, da kre- iranja dodatnega GIS-a, ki je povezano z avtomatskim kartirnim sistemom, povzroča tehnične težave. Takšni problemi so redundanca podatkovne baze, potrebne pretvorbe grafičnih podatkovnih struktur v topološke in nazaj ter dodatne težave pri ažuriranju in zagotavljanju konsistentnosti zbra- nih podatkov. Takšen dvojni sistemski pristop je še posebej vprašljiv ob pretehtanju pomembnih izboljšav v funkcionalnosti avtomatskega kartiranja ter gra- fičnih kvalitetah, ki jih nudijo novejši GIS-ovi paketi. Mnogi današnji uporabniki in kupci izbirajo GIS kot jedro korporirane podatkovne baze ter se na ta način izognejo vsem naštetim tehničnim težavam, ki jih pov- zroča redundanca v velikih količinah prostorskih podatkov. ' Čeprav je tehnološki razvoj jasno usmerjen v smer GIS-ove tehnologije, pa zahtevajo velika minula vlaganja v CAD tehnologijo sestavo ustreznih vmesnikov med obema sistemoma. Takšni vmesniki, ki bodo dovoljevali upo- GV 31(1987)4 345 rabnikom hitre prenose podatkov med obema podatkovnima modeloma, bodo postali izjemno pomembni v naslednjih nekaj letih. Analitični in celoviti pristop z združeno podatkovno bazo, ki ga podaja GIS tehnologija, predstavlja solidnejšo osnovo za splošno organizacijo prostorskih podatkov, kot ga nudi CAD pristop. GIS ne samo avtomatizi- ra izdelavo kart, temveč prinaša tudi splošno zasnovani prostorski in- formaci7ski sistem za cel niz različnih aplikacij, ki zahtevajo izgrad- njo ter analize podatkovnih povezav, osnovanih na geografskih in topo- loških odnosih med pojavi v prostoru. Literatura: Knjige: 1) Foley D.J., van Dam A.: FUNDAMENTALS OF INTERACTIVE COMPUTER GRAPHICS, 1983, ISBN 0-201-14468-9, Addison - Wesley publishing company. 2) Hearn Donald, Baker M. Pauline: COMPUTER GRAPHICS, 1986, ISBN -0-13- ,165591-1, Prentice Hall international editions. 3) Kunji B: GRAPHICAL COMPUTER DEVICES, 1986, COM 22, ITC publi- cations. 4) Monmonier S.Mark: COMPUTER ASSISTED CARTOGRAPHY, 1985, Prentice-Hall, Inc. 5) Stefanovic Pavao: DIGITIZING FROM GRAPHIC DOKUMENTS, 1986, ITC pub- lications. Članki: 1) Bell S.B.M., Pickmore D.P.: INTERACTIVE CARTOGRAPHY AT THE ECU, 1984, Natural Environment Research Council. 2) Dangermond Jack:CAD vs. GIS, Computer Graphics World, October, 1986. 3) ENSR. ARC/INFO software package, prospekti in pojasnila za ARC/IN programski paket. 4) GEO-BASED Systems, prospekti in pojasnila o uporabi. 5) INTERGRAPH, različni prospekti in pojasnila. 6) SYSCAN-KONGSBERG, različni prospekti in pojasnila. 346 GV 31(1987)4