Geomatika a geoinformatika v moderní informační společnosti

Doc. Ing. Jiří Šíma, CSc.

Text přednášky na 42. Geodetických informačních dnech v Brně

10.11.2006

Úvod

Osmdesátá a devadesátá léta uplynulého století přinesla do většiny vědních a inženýrských oborů převratné změny díky komputerizaci a elektronizaci mnoha činností. Tak se změnily i náplň a způsoby práce zeměměřiče, pro kterého byly dříve klasickými pracovními prostředky výtyčky, měřické pásmo, úhloměrný přístroj a papírová mapa. V současné době totiž disponuje novými a vysoce výkonnými prostředky, které umožňují efektivně získávat a zpracovávat geoprostorové informace ve formě a obsahu odpovídajícím specifickým požadavkům nejrůznějších jejich uživatelů v informačním věku. Jde např. o globální systém určování prostorové polohy na zemském povrchu pomocí navigačních družic, letecké měřické snímkování, multispektrální a radarové obrazové záznamy zemského povrchu z kosmických a leteckých nosičů, detailní snímkování georeliéfu interferometrickým radarem (LIDAR), digitální pořizování a  zpracování leteckých snímků, elektronickou tachymetrii, přesné zaměřování složitých blízkých objektů laserovým skenováním, o tvorbu a využívání základních bází geografických dat pro kartografickou vizualizaci a o vytváření a aplikaci geografických informačních systémů (GIS).

V dnešním prostředí se profese zeměměřiče již nemůže vyvíjet a skrývat v pohodlných ulitách úzkých specializací (jako např. budování polohových bodových polí, katastrální měření, topografické mapování, sestavitelské práce v kartografii aj.), ale musí se stát integrovanou profesí, označovanou v řadě technicky nejvyspělejších zemí jako geomatika, geomatické inženýrství nebo též prostorové geoinformační inženýrství.

Geomatika a geoinformatika

Mezinárodní  organizace  pro  normalizaci  (ISO)  definuje  geomatiku  jako „vědecký a technický interdiciplinární obor zabývající se sběrem, distribucí, ukládáním, analýzou, zpracováním a prezentací geografických dat nebo geografických informací“. Kanadský ústav geomatiky (státní orgán zeměměřictví, který byl takto přejmenován v roce 1994) konkretizuje záběr geomatiky takto: „Geomatika je věda a technologie zabývající se získáváním, analýzou, interpretací, distribucí a využitím geografické informace. Zahrnuje široký okruh oborů, které mohou být použity společně k vytvoření detailního, avšak srozumitelného obrazu fyzického světa a našeho místa na něm. Tyto obory jsou zejména: zeměměřictví (geodezie a kartografie), dálkový průzkum Země (včetně fotogrammetrie), globální určování prostorové polohy na zemském povrchu a geografické informační systémy.

Tato koncepce se ujala již počátkem devadesátých let v Kanadě, USA, Austrálii, Velké Británii a Irsku. V České republice byl jako první realizován vysokoškolský studijní program Geomatika v roce 1995 na Západočeské univerzitě v Plzni (nyní jako prezenční, kombinované i doktorské studium). Na evropském kontinentě dosud převládá konzervativní koncepce individuálního rozvoje a výuky tradičních vědních oborů (nižší, vyšší a inženýrské geodezie,  kartografie, fotogrammetrie, topografického mapování, geodetické astronomie a dalších), přičemž rozvoj postupů  zpracování a využití geoprostorových informací je předmětem disciplíny označované zejména ve střední a východní Evropě velmi frekventovaně jako geoinformatika. Těžištěm geoinformatiky je však evidentně účelové (tematické) zpracovávání základních geodat, jejich analýza, syntéza, tvorba a využití geografických informačních systémů, a jen okrajově – v případě potřeby – doplnění, aktualizace či zpřesnění základních geodat vzniklých v okruhu oborů, které zahrnuje geomatika. Potvrzují to i studijní programy českých vysokých škol, které zajišťují výuku geoinformatiky (VŠB-TU Ostrava, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze, Masarykova univerzita v Brně, Palackého univerzita v Olomouci, Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem a naposledy též Fakulta stavební Českého vysokého učení technického v Praze).

Průnik geomatiky, geoinformatiky a informatiky

Z předchozího vymezení vyplývá jednak jistý rozdíl v náplni geomatiky a geoinformatiky a jednak nutnost částečného průniku mezi nimi a informatikou obecně, jak se jeví za současné situace v České republice. Hlavním úkolem oborů sdružených v geomatice je získávání (sběr) a správa základních geoprostorových dat (geodat) a jejich atributů s požadovanou přesností a aktuálností. Tato data naplňují specializované informační systémy (např. Informační systém katastru nemovitostí) nebo databáze (trigonometrických a zhušťovacích bodů, bodů České státní nivelační sítě, ZABAGED, GEONAMES a další). K uložení, správě a distribuci základních dat jsou nezbytné prostředky, které již náleží do oblasti geoinformatiky (báze geodat, technologie GIS a prostředky k interpretaci geodat) a do oblasti obecné informatiky (technické a programové prostředky výpočetní a zobrazovací techniky, telekomunikační sítě).

Prostorem pro geoinformatiku je naplňování tematických databází, které se neobejde bez znalostí parametrů geodetických referenčních systémů a kartografických zobrazení, disponibilních bází základních geodat, ale i bez sběru dalších geoprostorových i atributových dat  s častým použitím technologie GPS a dálkového průzkumu Země zaměřeného především na získávání kvalitativních charakteristik předmětů a jevů na zemském povrchu a jejich časových změn. Specifickým úkolem geoinformatiky je analýza a syntéza geodat, umožňující při aplikaci technologií geografických informačních systémů kvalitní poznávání a fundované politické, ekonomické a ekologické rozhodování o vývoji územní reality. Další důležitou složkou je vizualizace geodat, která se neomezuje pouze na tradiční mapový výstup, ale zahrnuje i moderní sofistikované postupy (např. 3D-modely území a objektů na něm, animaci scén a virtuální realitu). Geografická informační věda pak čerpá z informační teorie, zejména pokud jde o modelování a reprezentaci prostorových objektů a databázové systémy.

Výhledy geomatiky a geoinformatiky v příštích dvaceti letech

V příštích 20 letech očekáváme celkovou harmonizaci politického a právního prostředí v Evropské unii, která umožní vytvořit evropskou geoinformační infrastrukturu charakterizovanou horizontální interoperabilitou národních databází i hierarchickou interoperabilitou od úrovně pozemkových informačních systémů až po národní, kontinentální a globální geografické databáze. Geografická data budou všeobecně přístupná (např. prostřednictvím EU-Geoportálu), přeshraniční výměna geodat bude samozřejmostí. Kombinace bezdrátové technologie a Internetu způsobí, že geoinformace budou dostupné na libovolném místě a kdykoliv, za cenu odpovídající jejich vyhledání, přenosu a kopírování nebo dokonce zdarma.

Vývoj e-katastru nemovitostí bude směřovat k jedinému informačnímu systému, který bude registrovat jak vlastnická práva k nemovitostem a jejich omezení, tak i technická data o vlastnících, pozemcích, budovách a bytech. V tomto ohledu má Česká republika významný náskok. 3D – katastr bude registrovat a zobrazovat i podzemní a nadzemní objekty charakteru nemovitosti a lokalizovat je v národním (později v evropském) geodetickém referenčním systému. Vedení katastrálního informačního systému bude centralizováno, distribuce dat uživatelům naopak rozptýlena do informačních kiosků místní správy. Evropský pozemkový informační systém (EULIS) poskytne elektronické rozhraní umožňující přístup k národním katastrálním informačním systémům v Evropě. Výdaje na provoz katastrálního informačního systému budou plně kryty příjmy z poplatků. Takový je celoevropský trend.

Soukromí zeměměřiči (geomatici?, geoinformatici?) budou muset poskytovat komplexní služby zákazníkům včetně oceňování a prodeje nemovitostí. Mnoho praktických zeměměřických operací bude natolik automatizováno, že je budou moci vykonávat lidé bez odborného vzdělání. Jako příklad lze uvést použití robotizovaných totálních stanic pro podrobná měření a systému pozemního laserového skenování pro zaměřování budov, ulic, průmyslových provozů, inženýrských děl a podzemních objektů. Hlavní změnou je vývoj od orientace na měření k orientaci na informace. Tradiční měřická zručnost ustupuje do pozadí a je třeba více zběhlosti v počítačovém a programovém inženýrství. Automatizace uvolňuje lidskou sílu pro jiné produktivnější a náročnější činnosti. Praktická geodezie (zeměměřictví) směřuje k integraci více vědních disciplin (jakožto geomatika).

Vývoj teoretické geodezie se soustředí na zdokonalování parametrů zemského tělesa a jeho tíhového pole a na zpřesnění globálních, kontinentálních i národních geodetických referenčních systémů včetně jejich časových změn. Globální polohové systémy dosáhnou milimetrové přesnosti i v geodetických kinematických aplikacích. Jejich součástí budou husté sítě permanentních stanic v jednotlivých zemích běžně využívané inteligentními navigačními systémy pro navigaci osob, vozidel, lodí a letadel v reálném čase.  Časoprostorový aspekt bude typický pro sběr, zpracování a analýzu geoprostorových dat vybavených nejen souřadnicemi x, y, z, ale i časovým údajem jejich pořízení. GPS se stane hlavním nástrojem geodetického sběru geoprostorových dat.

Fotogrammetrie dokončí přeměnu od fotografického snímku k digitálnímu obrazovému záznamu. Velkoformátové digitální letecké měřické kamery budou cenově srovnatelné, ne-li lacinější, než současné filmové kamery. Prostorová poloha jednotlivých obrazových záznamů bude odvozována z přímo měřených prvků vnější orientace zjištěných aparaturou GPS a inerciální měřickou jednotkou během snímkového letu. Pro tematické aplikace budou často využívány multispektrální a hyperspektrální obrazové záznamy z leteckých nosičů. Pro detailní modelování  georeliéfu a jeho časových změn bude běžně používán letecký laserový skener (LIDAR).

dálkovém průzkumu Země bude využíváno mnoho malých družic poskytujících zejména multispektrální obrazové záznamy ve velkém počtu úzkých pásem viditelného, infračerveného a tepelného záření. Obrazové záznamy z družic s vysokým rozlišením zčásti nahradí leteckou fotogrammetrii při aktualizaci topografických databází. Přitom se budou používat postupy automatického rozpoznávání prostorových i kvalitativních změn během časové periody aktualizace. Díky kapacitě  a velkému poli záběru dálkového průzkumu Země bude do roku 2025 zobrazen ve formě geografických databází v úrovni podrobností map měřítka 1 : 1 000 000, 1 : 250 000 a možná i 1 : 50 000 celý povrch Země včetně neobývaných území.

Kartografie bude významně dotčena rozvojem informačních technologií. Zdá se, že produkční kartografie bude především obslužným servisem pro kartografickou vizualizaci geoprostorových dat zpracovávaných technologiemi GIS. Mapa v papírové formě sice neztratí úplně svůj význam, ale bude jen jednou z pomůcek pro výuku, aktivity ve volném čase a pro běžné vojenské účely. Jinou častější formou budou elektronické mapy a atlasy, 3D modely krajiny, animace, virtuální modely a inteligentní geoobrazy multimediální povahy. Internet umožní rychlý přístup ke kartografickým produktům a stane se tak globálním geoinformačním systémem. Opuštění kartografického know-how při tvorbě software pro GIS samotnými informatiky (např. zásad kartografické generalizace, užití sofistikovaného jazyka mapy) by však mohlo vést k rozšíření a používání sice efektního a rychlého software, avšak neposkytujícího  smysluplné výstupy.

Popsané trendy a aplikace geověd, které úzce souvisejí s geografickými informačními systémy (GIS) a geoinformatikou, nasvědčují tomu, že v budoucnu bude sice menší potřeba vysokoškolsky  vzdělaných geoinformatiků, avšak s důkladnými znalostmi citovaných geověd, aby byli schopni vidět dovnitř černých skříněk firmami dodávaných software a jen někteří (ti nejschopnější) by měli být cvičeni v ovládání nástrojů potřebných pro tvorbu a zdokonalování programového vybavení GIS. Naopak, širší kádr studentů jiných vědních oborů, jako např. geografie, zemědělství, dopravy, energetiky a životního prostředí, by měl být vzděláván ve všech aspektech užívání GIS. Vzhledem k pokračující počítačové gramotností dětí bude vhodné vytvářet počítačové hry na bázi GIS, které jim přiblíží základní poznatky z geografie, kartografie, historie a ekologie. Na všech stupních vzdělávání je již dnes důležitá výchova k etickému chování při využívání informací a programového vybavení (respektování autorských práv a duševního vlastnictví, netolerování nelegálně získaných dat a programů).

Závěr

Informační revoluce mění zásadním způsobem práci zeměměřiče. Přenáší těžiště jeho aktivit z dosud odborně náročných postupů sběru geoprostorových dat na jejich zpracování, správu a prezentaci pro potřeby vědeckých, administrativních, právních a technických operací. Budoucnost ukáže, zda dnešní zeměměřič bude geomatikem nebo geoinformatikem ve smyslu tohoto příspěvku.

Bibliografický záznam pro případnou citaci:

ŠÍMA, J. (2006) Geomatika a geoinformatika v moderní informační společnosti. In Sborník referátů ze 42. Geodetických informačních dnů. Brno, 2006.

Prvopočátky serveru byly podpořeny prostředky projektu FRVŠ č. F2294/03/F1