Kateřina Kokošková
Institut geoinformatiky
VŠB-TU Ostrava
tř. 17. Listopadu
708 33 Ostrava – Poruba
E – mail: kokoskova_k@seznam.cz
This works is specialized within comparison of two ways of digitizing cadastral map and their accuracy. Opening part of this study characterizes current status quo in digitizing of cadastral documentation in cadastral bureaus, individual methods of digitizing plus accuracy of digitizing. Next part of this thesis is addicted to problems of viewer activity effects and their entail within creation of cadastral map. The last part of this thesis is devoted to evaluating a result of variances between both ways of digitizing of cadastral maps.
Tato práce je zaměřena na porovnání dvou metod digitalizace katastrálních map a jejich přesnosti. Úvodní část práce popisuje současný stav digitalizace katastrálního operátu na katastrálních pracovištích, jednotlivé metody digitalizace a přesnost digitalizace. Dále se pak tato práce věnuje problematice vlivu poddolovaní a jeho důsledky na tvorbu katastrálních map. V závěru práce jsou zhodnoceny výsledky zjištěných rozdílů v přesnosti obou zkoumaných metod digitalizace katastrální mapy.
Tato diplomová práce se zabývá problematikou porovnání různých technologických postupů digitalizace SGI KN a jejich výsledků na příkladě k.ú. Antošovice. Tyto výsledky jsou porovnány s některými údaji získaných z měření v jiných k.ú., především pak v území, které je silně ovlivněno důsledky hlubinného dobývání černého uhlí (dále jen poddolované území). Cílem práce je zjistit, jak se zvolená technologie digitalizace SGI projeví na přesnosti KM, a jak velký je tento vliv na přesnost KM v porovnání s polohovými změnami podrobných bodů způsobenými vlivy poddolování, tedy změnami, které způsobují tzv. diskrepanci mapy (platná stávající KM zobrazuje polohu PB v době vzniku mapy, avšak aktuální poloha identických PB v terénu je vlivem poddolování již jiná).
Úkolem této diplomové práce je porovnání dvou metod digitalizace katastrální mapy z hlediska polohové přesnosti: metodu výpočtu souřadnic z údajů získaných z měření (mapování) a metodu vektorizace rastrových souborů grafických map. Jednotlivé metody jsou porovnány především z hlediska polohové přesnosti. Dále pak je provedeno srovnání dosažených přesností s diskrepancí KM v poddolovaném území, kde vzniká otázka, zda není příliš pracné a neekonomické používat při digitalizaci KM metodu výpočtu souřadnic PB z původně naměřených údajů při tvorbě KM, která je dosud vedená jen v analogové (grafické) formě, nebo přikročit pouze k vektorizaci rastrového obrazu této mapy. V takovémto území dochází vlivem poddolování k velkým vertikálním, ale i horizontálním posunům zemského povrchu, proto by tato práce měla sloužit k potvrzení domněnky, že uplatňování metody výpočtu souřadnic z údajů získaných měřením je v tomto území zbytečně nákladné a časově náročné, a zda tedy v poddolovaných územích není vzhledem k tomu, že KM již ztratila svoji původní přesnost, vhodnější a dostačující použití metody vektorizace rastrového obrazu grafické KM.
1. digitalizace polohopisu katastrální mapy 1:2000
2. dokumentace způsobu tvorby DKM v Kú Antošovice
3. porovnání výsledků s existující DKM především z hlediska polohové přesnosti
4. zhodnocení vlivu poddolování ve vybraném území
5. celkové vyhodnocení tvorby mapy oběma způsoby
K.ú. Antošovice je součástí území bývalého okresu Ostrava. Pro tuto diplomovou práci bylo toto území vybráno jednak pro svoji malou rozlohu, která je přibližně 37 ha, ale také proto, že na KP v Ostravě je již k dispozici platná DKM tohoto území. Tato DKM byla vybrána však zejména proto, že polohopis této mapy byl vytvořen výpočty souřadnic z údajů naměřených při vzniku KM v 30. letech 20. st. podle tehdy platného předpisu pro tvorbu map tohoto druhu, tj. podle Instrukce A. Pro interpretační účely této práce byly vybrány i některé výsledky měření a poznatky z k.ú. Lazy u Orlové, ve kterém se projevují silně vlivy poddolování a výsledky měření a poznatky z k.ú. Pudlov, které naopak poddolováno není.
Veškerá data potřebná k vektorizaci jsem získala na KP v Ostravě. Šlo především o DKM k.ú. Antošovice ve formátu RDL, čtyři mapové listy (Bohumín 6-6/3, 6-7/1, 7-6/4, 7-7/2) ve formátu CIT v rozlišení 400 DPI, naskenované na KP v Brně plošným skenerem CANON Color Bubble-Jet Copiers A1S a nakonec atributovou tabulku parcel daného k.ú ve formátu DBF. Z IMGE, což je instituce patřící pod akciovou společnost OKD, jsem získala mapu vertikálních poklesů v k.ú. Lazy u Orlové za období 1961 – 2000 ve formátu DGN. Z KP v Karviné jsem poté obdržela údaje z geodetických měření v k.ú. Lazy u Orlové a k.ú. Pudlov – jednalo se o souřadnice bodů podrobného bodového pole mapovaných ve dvou časových období (souřadnice 66 bodů podrobného bodového pole v k.ú. Lazy u Orlové mapovaných v letech 1956 a 1995 v analogové podobě a souřadnice 33 bodů podrobného bodového pole v k.ú. Pudlov mapovaných v letech 1953 a 2000 také v analogové podobě).
Cílem digitalizace katastru nemovitostí ČR je vybudování moderní digitální formy katastrálního operátu, integrujícího funkce evidence nemovitostí a právních vztahů k nemovitostem. Digitální katastrální data jsou pak základním zdrojem pro geografické informační systémy a pro tvořící se Národní geoinformační infrastrukturu.
Obsah KN je uspořádán podle katastrálních území v katastrálních operátech, jejichž hlavními součástmi jsou:
•soubor geodetických informací, který je tvořen zejména KM a všemi výsledky šetření a měření, které mají vztah k platné KM,
•soubor popisných informací, tj. údaje o katastrálním území, parcelách, stavbách, bytech a nebytových prostorech a o vlastnících, právních vztazích, věcných právech a dalších skutečnostech.
Vyhláška [7] stanovuje pět možných metod digitalizace SGI:
• digitalizace SGI novým mapováním
• digitalizace SGI přepracováním map v S- JTSK
• digitalizace SGI přepracováním sahových map
• digitalizace SGI na podkladě výsledků PÚ
• úprava KM vzniklých tvorbou ZMVM
Výsledky všech metod zahrnují i doplnění všech parcel zatím vedených v ZE a jejich převod na parcely KN, tzn. že ZE v digitalizovaném katastrálním území zanikne. Výsledným SGI je DKM nebo KM-D podle toho jaký je výsledný kód charakteristiky kvality u převážné většiny PB. V databázi bodů je u každého z nich uveden, kromě souřadnic a úplného dvanáctimístného čísla, které představuje jedinečný identifikátor každého bodu, i kód charakteristiky kvality [13].
Přesnost podrobného měření a výsledných souřadnic podrobných bodů polohopisu katastrální mapy se vyjadřuje ve vztahu k blízkým bodům podrobného polohového bodového pole, popř. základního polohového bodového pole. Charakteristikou přesnosti určení souřadnic x, y podrobných bodů je základní střední souřadnicová chyba mx,y. Vyhláška [7] stanovuje vztah pro výpočet střední souřadnicové chyby a také tabulku kódů charakteristiky přesnosti podrobných bodů.
V ČR je celkem 13 058 k.ú. K 1. 4. 2005 je převedeno do digitální podoby pouze 29,5% všech k.ú. Plán dokončení digitalizace SGI byl původně odhadován na rok 2006. Dnes je již více než jisté, že tento termín splněn nebude a jako reálný termín dokončení považuje ČÚZK rok 2013. Až v letošním roce totiž bude ČÚZK definitivně stanoven postup digitalizace sáhových map, který tvoří nejpodstatnější objem prací, a který je technicky i technologicky nejproblémovější.
Základem pro tvorbu DKM k.ú. Antošovice byl elaborát z katastrálního mapování, které zde proběhlo v roce 1932 podle Instrukce A. Výpočet podrobných bodů DKM se uskutečnil v období let 2001-2002 a trval cca 5 měsíců. Byl prováděn převážně ortogonální metodou. Celá tvorba DKM – výpočet bodů polohopisu, kreslení hranic parcel i vnitřních linií, popis parcel parcelními čísly, topologické kontroly a další úkony – byla provedena grafickým programem Kokeš, ve verzi 8.22 pro DOS. Oficiálně je DKM pro k.ú. Antošovice platná od 9.12.2002.
MICROSTATION V8
MicroStation V8 je produktem firmy Bentley. Jde o CAD systém, který slouží pro řešení problematiky z oblasti geodézie, stavebnictví, architektury, dopravy, zpracovatelského průmyslu, výrobních zařízení, státní správy a samosprávy a inženýrských a telekomunikačních sítí. Hodnota dat, která jsou pomocí MicroStation vytvořena, se může řádově zvýšit podle rozsahu a komplexnosti řešení, v rámci kterého se MicroStation používá.Aktuální verzí tohoto programu je verze MicroStation V8 2004 Edition EN/CS 08.05.02.27, která byla uvedena v březnu roku 2005. Oficiálně podporovanými operačními systémy jsou Windows 98/ME/NT4/2000/XP [10].
KOKEŠ
Program Kokeš je produktem firmy GEPRO. Jde o specializovaný geodetický systém pro tvorbu, údržbu a využití map velkých měřítek. Aktuální verzí tohoto programu je verze 7.0. Zahrnuje v sobě výkonný editor rozsáhlých geografických dat uložených v tzv. výkresech a různých rastrových podkladech a geodetických údajů o bodech uložených v tzv. seznamech souřadnic. Dále obsahuje moduly pro zpracování měření z terénu, geodetické a konstrukční výpočty, nástroje na kontroly a topologické úpravy dat [9].
Je použitelný pro všechny běžné geodetické práce i pro tvorbu a údržbu mapových děl. Pro některé speciální úlohy jsou pak určeny jeho další nadstavby. Je vybaven vlastním programovacím jazykem, což umožňuje doplnění jeho široké nabídky funkcí podle vlastních potřeb. Všechny operace a výpočty jsou protokolovány a odpovídají požadavkům katastrálních úřadů.
Systém je datově zcela otevřený, datový formát je podrobně popsán a běžně je používán i textový formát dat.
Z vektorových formátů podporuje především formát DGN, který je možné přímo zobrazovat a dále formáty DXF/DWG a soubory systému ARC/INFO, ArcView a TOPOL. Z rastrových formátů jde o RAS, CIT, PCX, RLE, RLC, TIFF, GEOTIFF, JPEG, GIF, MrSID.
Funkce a nástroje programu Kokeš pro Windows zajišťují jednoduché ovládání a provádění potřebných operací. Důležitým pomocníkem je systém EXPERT, který byl vyvinut pro tvorbu digitálních grafických podkladů pro informační systémy. Jeho základem je přesná definice tvorby grafického podkladu a podle ní sestavení řídící tabulky. Nabízí názvy všech prvků, které se mohou v dané mapě vyskytovat. Stačí si jen vybrat požadovaný prvek a začít vektorizovat.
Jednou ze základních metod přepracování KM do digitální podoby je vektorizace rastrových podkladů map dřívějších evidencí a katastrálních map. Pod tímto pojmem se rozumí převedení rastrového obrazu mapy na obraz vektorový, tzn. definovaný pomocí souřadnic prvků mapy. Rastrové podklady se získávají skenováním podle “Prozatímních pokynů pro skenování katastrálních map a map dřívějších pozemkových evidencí, ČÚZK, č.j. 4669/1993-22”. Před vlastní vektorizací je ještě nutné rastrové soubory transformovat a souřadnicově umístit do zvoleného systému, kterým je systém původní katastrální mapy (jedná se o tzv. lokalizaci) [1].
V tomto konkrétním případě byla celá vektorizace prováděna v prostředí programu Kokeš 5.61. Pro vlastní vektorizaci obsahu mapy byla v systému Kokeš využita nadstavba Expert, která byla vytvořena pro tvorbu mapy podle předepsaného popisu a výměnný formát takovým předpisem je. Uživatel kresbu tvoří na základě slovního popisu jednotlivých prvků mapy (hranice parcel plná, vnitřní kresba, parcelní číslo atd.). Tento způsob tedy zachovává technologickou čistotu. Topologická čistota je zajištěna automatickým chytáním na body a linie při postupném grafickém obkreslování prvků mapy. Předmětem vektorizace jsou jen prvky obsahově patřící do katastrální mapy, ostatní prvky se při vektorizaci nepřebírají. Prvky mapy jsou v prostředí programu Expert automaticky ukládány do jednotlivých vrstev. Základním krokem vektorizace je očíslování a vytvoření seznamu souřadnic všech lomových bodů. Spojením těchto bodů vznikají hranice k.ú. a parcel.
Po ukončení vektorizace určité části území bylo vždy nutné provést kontrolu a opravu vzniklých chyb. Mezi topologické chyby, které je systém Kokeš schopen rozpoznat a opravit, patří zejména tzv. volné hrany, křížení hran, příliš blízké uzly, samostatné uzly a další chyby. Kontroly obsahové správnosti vycházejí z řídící tabulky nadstavby Expert, kde jsou definovány všechny prvky, které se mohou v katastrální mapě vyskytovat.
Všechny elementy nacházející se v již zvektorizované mapě, které nemají svůj předpis ve zmíněné řídící tabulce, systém vyhodnotí jako chybové a nabídne je k editaci. Speciálním případem kontroly obsahové správnosti jsou tzv. objektové kontroly, při kterých se testují chyby typu „více parcelních čísel v parcele“, „jedinečnost parcelního čísla v mapě“ apod. Veškeré nesrovnalosti je možné ihned opravovat v mapě pomocí funkce „Manažer chyb“. Při těchto opravách se pro zvolenou chybu nabídnou uživateli vždy pouze takové funkce, které řeší danou nesrovnalost.
Při vektorizaci KM k.ú. Antošovice o celkové rozloze 370658 m2 bylo převedeno do digitální podoby 2105 lomových bodů, 353 parcel, z čehož 138 parcel stavebních a 215 parcel pozemkových. Vektorizace společně s transformací rastrů do S-JTSK a s kontrolou chyb trvala 47,5 hodiny. Pořizování rastrových podkladů se do času věnovaného vektorizaci nezapočítává. Pro další průběh práce bude pro zvektorizovanou KM k.ú. Antošovice používán termín KM-D.
Na základě zjištěných souřadnic identických bodů DKM a KM-D bylo provedeno porovnání z hlediska polohové přesnosti. Po srovnání souřadnice X a Y byly vypočítány rozdíly mx, my a polohová odchylka p.
Celkový počet porovnávaných bodů je 1934, z čehož pouze 194 bodů má polohovou odchylku menší než je povolená mezní odchylka (0,14). 90% bodů má odchylku v poloze větší než je mezní odchylka. Dané měření proto nelze zařadit do 3. třídy přesnosti mapování. Minimální odchylka je 0,01 m a maximální je 2,64 m. Největší četnost výskytu polohové odchylky je v rozmezí 0,2 - 0,3 m (315 výskytů).
Střední souřadnicová chyba celého souboru porovnávaných bodů mx,y je rovna 0,42 m, střední chyby souřadnic pak mx = 0,44 m, my = 0,41 m.
Vedle porovnávání souřadnic bodů obou verzí map bylo provedeno i srovnání hodnot původních výměr parcel vedených v SPI KN dle KM před tvorbou DKM a hodnot výměr parcel v DKM, ale také srovnání původních výměr parcel s hodnotami výměr v KM-D. Výše uvedené rozdíly ve výměrách byly dále porovnány v prvním případě s hodnotami mezní odchylky stanovené pro výměry určené číselně a graficky podle vzorce uvedeného ve Vyhlášce [7].V druhém případě s hodnotami mezní odchylky stanovené pro výměry určené nezávisle dvakrát graficky podle vzorce, který je opět uveden ve Vyhlášce.
.
| KM | DKM | KM-D | |
| Počet parcel | 352 | 361 | 353 |
| Celková rozloha | 37,0589 | 37,0571 | 37,0658 |
Tabulka č. 1: Porovnání počtu parcel jednotlivých map.
Porovnáváno bylo celkem 318 identických parcel. Rozdíl mezi počtem parcel v DKM a KM-D je dán tím, že v DKM jsou již zaznamenány změny, které již nebyly zakresleny do původní KM.
Při srovnání výměr určených číselně (DKM) a graficky (původní KM) byla překročena mezní odchylka výměr ve 23,5% případů. V druhém srovnání mezi KM-D a původní KM, kdy jde vlastně v obou případech o grafické určení výměr, byla překročena mezní odchylka výměr jen ve 13,8% případů.
Pro zjištění vztahu poklesů a horizontálních posunů PB bylo využito 66 bodů BP v k.ú. Lazy u Orlové nově zaměřených v roce 1995. Jedná se o identické body zaměřené při mapování podle Instrukce A v roce 1956. U těchto bodů byly zjištěny velikosti horizontálních posunů, jejich průměr a směrník. Změna polohy těchto bodů byla vyjádřena rovněž jako polohová odchylka. Na základě mapy celkových poklesů v k.ú. Lazy u Orlové z let 1961-2000 byly zjištěny interpolací velikosti poklesů u těchto 66 bodů BP. Největší zjištěný pokles u bodů v k.ú. Lazy u Orlové je 16 m. Střední hodnota poklesů je přibližně 5 m, což dokazuje, že vlivy poddolování v této oblasti od roku 1961 do roku 2000 byly značně velké.
Statisticky byly vyhodnoceny polohové odchylky PB v k.ú. Antošovice, polohové odchylky bodů BP v k.ú. Lazy u Orlové a bodů BP v k.ú. Pudlov.
Ke statistickému vyhodnocení byl využit program MS Excel 2000 a program STATGRAPHICS Plus for Windows 3.0.
| STATISTICKÝ UKAZATEL | ANTOŠOVICE | LAZY U ORLOVÉ | PUDLOV |
| počet bodů | 1934 | 66 | 33 |
| střední hodnota odchylky | 0,47 m | 0,85 m | 0,09 m |
| medián | 0,39 m | 0,60 m | 0,07 m |
| modus | 0,16 m | 0,35 m | 0,07 m |
| rozptyl | 0,12 m2 | 0,34 m2 | 0,007 m2 |
| minimum | 0,01 m | 0,12 m | 0,00 m |
| maximum | 2,64 m | 2,19 m | 0,39 m |
Tabulka č. 2: Statistické hodnoty polohových odchylek.
V k.ú. Antošovice překročilo hodnotu mezní odchylky (0,14 m) přesně 1774 bodů, což je 90% z celkového počtu 1934 bodů. V k.ú. Lazy u Orlové překročilo tuto hodnotu přesně 64 bodů, což je 97% z celkového počtu 66 PB. A v k.ú. Pudlov překročilo hodnotu mezní odchylky přesně 6 bodů, což je pouze 18% z celkového počtu 33 PB.
Velikosti středních souřadnicových chyb mx,y a průměrných polohových odchylek jednotlivých k.ú. znázorňuje následující tabulka.
| Antošovice | Lazy u Orlové | Pudlov | |
| Střední souřadnicová chyba | 0,42 m | 0,73 m | 0,09 m |
| Průměrná polohová odchylka | 0,47 m | 0,84 m | 0,09 m |
Tabulka č. 3: Porovnání středních souřadnicových chyb a polohových odchylek všech zájmových k.ú.
Z výše uvedené tabulky je zřejmé, že hodnoty přesnosti určení souřadnic PB vektorizací rastrového obrazu grafické KM v k.ú. Antošovice jsou ve srovnání s hodnotami vyjadřující změnu polohy PB vlivem poddolování v k.ú. Lazy u Orlové téměř poloviční. U bodů v k.ú. Pudlov, které je územím stabilním, je pak evidentní, že rozdíly v novém určení jejich polohy jsou v rámci dovolené střední chyby mx,y = 0,14 m.
Tato diplomová práce byla věnována porovnávání dvou odlišných metod digitalizace KM a porovnání jejich přesností. Z teoretického hlediska jsou přesnosti obou těchto metod digitalizace KM známé a dají se odvodit z podkladů použitých při digitalizaci. Tyto podklady mají různý historický původ, technickou úroveň a přesnost, a tyto faktory limitují přesnost výsledků digitalizace. Nejpřesnější způsob tvorby DKM je výpočet souřadnic PB z přímo naměřených údajů v terénu. Tato metoda je zatížena pouze nepřesnostmi geodetických základů a vlastního měření. Metody digitalizace rastrových obrazů map jsou zatíženy mimo výše uvedené chyby také ještě chybami v zobrazení PB a deformací (srážkou) mapy. Nesprávně zvolená metoda digitalizace konkrétní mapy může vést ke zhoršení přesnosti původní grafické mapy. V praxi však můžou přesnost mapy mimo výše uvedené skutečnosti ovlivnit i změny v poloze PB vlivem horizontálních posunů zemského povrchu, které mohou dosáhnout řádově i několika metrů. Tyto případy se vyskytují v oblastech masivní hlubinné těžby uhlí, což se týká i KM území v bývalém Ostravsko-karvinském revíru, zejména pak v karvinské části. Paradoxně v těchto územích byly současné platné KM v minulosti vyhotoveny podle Instrukce A v grafické formě. Tyto mapy však byly měřeny způsobem, který umožňuje z dochované měřické dokumentace určit souřadnice PB v S-JTSK. PB byly zaměřeny metodami, které garantují kód charakteristiky kvality 3. Tyto KM lze tedy přepracovat na mapy kategorie DKM. V případě rozhodnutí o digitalizaci takové KM je však nutné brát v úvahu i její diskrepanci, respektive její velikost. Touto prací bylo prokázáno, že například v k.ú. Lazy u Orlové dosáhla diskrepance KM takové úrovně, že i méně přesná metoda vektorizace rastrového obrazu grafické KM nemůže zhoršit její skutečnou přesnost PB, respektive zhoršit její nesoulad se stavem v terénu. Za takového stavu by výsledek digitalizace i metodou výpočtu souřadnic z měřených údajů nemohl být prezentován jako DKM, ale pouze jen jako KM-D. S ohledem na současné společenské požadavky, ekonomické možnosti a termíny stanovené pro dokončení digitalizace SGI KN se tedy jeví pro poddolovaná území možnost použít digitalizaci i těch nepřesnějších KM jen jejich vektorizací, jako technicky a ekonomicky odůvodněná.