Skrypt na grafikę inżynierską do 2. kolokwium
opracowanie: Maciej Płoński, Wydział Geodezji i Kartografii
źródło: wykłady, instrukcja techniczna G-4
Szkic polowy
Szkic polowy – szkic sporządzany podczas pomiarów geodezyjnych przeprowadzanych w terenie,
wykonywany przez geodetę. Szkic jest dokumentacją wykonanych pomiarów i jest składany wraz z
operatem geodezyjnym we właściwym miejscowo (zwykle powiatowym) ośrodku dokumentacji
geodezyjnej i kartograficznej. Szkic musi posiadać niezbędne dane, które potrzebne są do uzupełnienia mapy zasadniczej.
§ 39.
Szkice polowe są obrazami mierzonego terenu. Wykonuje się je w czasie pomiaru na formularzach
ustalonego wzoru.
§ 40.
1. Szkice polowe powinny zawierać zanumerowane punkty osnowy geodezyjnej, rodzaj ich
utrwalenia w terenie i szczegóły terenowe będące przedmiotem pomiarów sytuacyjnych, a
także dodatkowe informacje opisowe oraz miary wyznaczające położenie, kształt i wielkość
szczegółów terenowych. Przy rysowaniu szkiców należy stosować znaki umowne
przewidziane w instrukcji technicznej K-1 dla skali 1 : 500.
2. Szkice polowe sporządza się bez zachowania skali, w miarę możliwości obejmując jednym
szkicem zamkniętą część terenu. W odniesieniu do terenów charakteryzujących się bogatą
treścią, celowym jest obejmowanie odrębnym szkicem szczegółów terenowych
zdejmowanych tylko z jednej linii pomiarowej lub jej części.
Punty osnowy geodezyjnej pełnią rolę nawiązania dla wszystkich robót geodezyjnych których wynikiem są współrzędne określone w państwowym układzie współrzędnych.
§ 41.
1. Rysunek na szkicu polowym winien być wyraźny, a miary i dane opisowo – informacyjne
czytelne. Błędnie wykreślone linie bądź wpisane miary nie mogą być wycierane; linie należy kasować dwiema skośnymi kreskami, zaś miary i napisy przekreślać tak, aby
pozostały czytelne.
2. Szkiców polowych nie należy przerysowywać. W przypadkach uzasadniających
przerysowanie, należy szkic oryginalny zachować co najmniej do czasu kameralnego
opracowania mapy.
§ 42.
1. Na szkicach polowych oprócz szczegółów terenowych określonych miarami należy
podawać:
◦ dane informacyjne wyszczególnione w § 16 niniejszej instrukcji.
◦ kierunek północy,
◦ nazwiska i imiona właścicieli (władających) działek oraz w miarę możliwości
oznaczenia ksiąg wieczystych lub zbiorów dokumentów i numery ewidencyjne
działek.
2. Szkice polowe należy numerować zgodnie z zaleceniami otrzymanymi przy zgłoszeniu
roboty z ośrodka dokumentacji geodezyjnej i kartograficznej.
3. Szkic polowy powinien zawierać numery szkiców sąsiednich oraz inne informacje
przewidziane w formularzu.
4. W miarę postępu prac należy na szkicu polowym osnowy pomiarowej sporządzić zestawienie szkiców polowych, podając na każdej linii pomiarowej czerwonym kolorem
numer szkicu polowego pomiaru sytuacyjnego opartego na tej linii.
§ 16.
1. W czasie wykonywania pomiarów sytuacyjnych należy zebrać następujące informacje,
charakteryzujące mierzony obiekt lub szczegóły terenowe:
◦ nazwy jednostek podziału administracyjnego,
◦ nazwy wsi, przysiółków, uroczysk itp.,
◦ nazwy ulic, placów,
◦ nazwy rzek, potoków, kanałów, jezior itp.,
◦ rodzaje użytków gruntowych,
◦ rodzaj i charakter obiektów budowlanych oraz numery porządkowe budynków lub
nieruchomości,
◦ rodzaje urządzeń podziemnych lub ich przeznaczenie.
2. Zebrane informacje powinny być zgodne z danymi zawartymi w obowiązujących
dokumentach, a w szczególności:
◦ urzędowymi wykazami nazw miejscowości,
◦ urzędowym wykazem nazw ulic i placów oraz numeracją porządkową
nieruchomości,
◦ obowiązującym nazewnictwem geograficznym,
◦ operatem ewidencji gruntów,
◦ dokumentacją branżową uzbrojenia terenu.
Mapa numeryczna
Mapę numeryczną definiują: cyfrowy zapis rozmieszczenia punktów w przestrzeni w przyjętym
układzie współrzędnych oraz możliwość wprowadzania, przetwarzania i prezentowania danych za
pomocą edytora graficznego. Dane zapisane na nośnikach komputerowych przechowywane są w
postaci plików.
Technologia wprowadzania, zapisu i prezentowania danych stanowi o specyfice każdego edytora,
określa cechy i możliwości konkretnej mapy numerycznej. Edytory mogą być różnej klasy, podobnie jaki nośniki magnetyczne służące do zapisu danych. Nie ma formalnych ustaleń definiujących mapę numeryczną, a nawet tego, co określa jej minimum. Mapa ta może składać się z
dowolnej liczby „arkuszy”.
Nie należy utożsamiać mapy numerycznej z mapą komputerową. Mapa komputerowa jest tylko
wydrukiem mapy numerycznej
Zauważmy, że mapa wydrukowana nie jest już mapą numeryczną, natomiast zawiera wszystkie
negatywne właściwości klasycznego arkusza, przede wszystkim jest podatna na deformację
istotną cechą wszystkich map numerycznych jest zapis danych i to zarówno wejściowych, jak i
informacji przetworzonych na wyjściu. Może to być zapis: rastrowy, wektorowy.
W opracowaniach geodezyjnych stosowany jest zapis wektorowy dający postać identyczną z tradycyjną mapą analogową (kreskową). Zapis rastrowy bywa natomiast powszechnie stosowany w
opracowaniach specjalistycznych, głównie map tematycznych. Dlatego też pełni ważną rolę w systemach informacji przestrzennej, w której przedmiotem rozważań są elementy powierzchniowe.
W porównaniu z mapami klasycznymi zapis komputerowy daje wiele możliwości, takich jak:
–
łatwość aktualizacja i korygowania treści
–
sposób korzystania
–
możliwość rozwarstwiania lub łączenia informacji
–
tworzenia baz danych, w których przechowywane są dane opisowe
Mapa numeryczna jest powszechnie dostępna. Można łatwo przeglądać dane, wyszukiwać całe
sekcje i wybrane fragmenty, istnieje też możliwość pracy i edycji arkuszy w dowolnej skali. Bez
trudności można również wprowadzać nowe i korygować zapisane już informacje. Treść zdezaktualizowaną można zachować jako odrębną mapę, dokumentując w ten sposób ewolucję
zmian. Zakres takiej analizy da się określić zarówno jakościowo, jak i ilościowo. O niezwykłej
przydatności mapy numerycznej decyduje nie tylko łatwość sporządzania i prezentacji, ale konwersji i to zarówno całego rysunku, jak i jego wybranych fragmentów.
Do ważnych zalet mapy numerycznej należy łatwość konfigurowania jej treści. Informacje mogą
być selekcjonowane metodą rozwarstwiania, ale tez odwrotnie – różne warstwy mogą być łączone
w dowolne struktury. Jako typowy przykład wykorzystania tej zalety można przytoczyć rozwarstwianie infrastruktury urządzeń podziemnych w warunkach zabudowy miejskiej. Mapa numeryczna nigdy nie występuje w postaci jednej warstwy. Przy dużej liczbie szczegółów sytuacyjnych zdarza się, że rysunek jest całkowicie nieczytelny wobec nakładania się i przenikania
sieci o różnym przeznaczeniu, stanie i usytuowaniu przestrzennym.
Integralną częścią mapy jest baza danych. Jest ona niezbędna przy tworzeniu mapy, bowiem w niej
są zapisane wszystkie niegraficzne informacje. Są to informacje opisowe, a więc wykazy współrzędnych punktów geodezyjnych, narożników obiektów budowlanych, dane o obiektach, powierzchnie działek, związku topologiczne pomiędzy elementami itp. każda z informacji przypisana jest do punktu o zdefiniowanych współrzędnych. Istnieje również możliwość wprowadzenia informacji, które nie dotyczą bezpośrednio pomiary geodezyjnego. Nic bowiem nie
stoi na przeszkodzie, by stworzyć dodatkową warstwę ze specjalistycznie zdefiniowanymi atrybutami, które stanowią bibliotekę przypisaną do określonej tematyki badań. W takim przypadku
mapa, zachowując swe podstawowe funkcje mapy geodezyjnej, nabiera cech systemu informacji
przestrzennej. Nie ma wyraźnej granicy pomiędzy mapą numeryczną a SIP (GIS). Każdą mapę
połączoną z bazą danych można uważać za aplikację Systemu Informacji Przestrzennej.
Tworzenie i aktualizacja mapy numerycznej. Mapę numeryczną budować można wieloma
sposobami. Najważniejsze z nich to:
–
konwersja istniejących map kreskowych metodą digitalizacji lub skanowania
–
pomiar w terenie przy wykorzystaniu instrumentów z rejestracją na komputerowych
nośnikach danych
–
zdjęcia satelitarne
–
transmisja danych z innych źródeł, np. GPS
Przejście z mapy analogowej na rastrową wymaga skanowania. Skanery zbudowane są z tysięcy
światłoczułych elementów. Liczba komórek decyduje o rozdzielczości optycznej, a każda z nich
reaguje na światło proporcjonalne do jego ilości. Każda komórka, rejestrując sygnał analogowy,
który jest przetwarzany na liczbę binarną, reprezentuje jeden piksel oryginalnego obrazu.
Obraz rastrowy – jest nieciągły, rozbity na piksele, dwuwymiarowe elementy o opisanym kolorze i
intensywności
Rozdzielczość – dokładność, z jaką skaner rozróżnia szczegóły. Wyrażona jest liczbą punktów na
cal, stąd skrót dpi (dots per inch). Skaner o rozdzielczości 400dpi jest w stanie rozróżnić detale o
wymiarach 25.4mm/400 = 0.063mm.
Format – sposób organizacji zbiorów w celu ich zapisania, transferu i aktualizacji.
Najpopularniejsze formaty: tiff, jpg, pcx, bmp.
Kalibracja map rastrowych jest konieczna ze względu na zachowanie dokładności treści mapy.
Zniekształcenia na mapie rastrowej wynikają z materiału oraz samego procesu skanowania.
Negatywne skutki usuwa się poprzez tzw kalibrację (transformację), która dopasowuje obraz rastrowy do mapy źródłowej (wzorca). Istnieje kilka sposobów transformacji. Wśród nich dwa są
podstawowe, a mianowicie izotropowa (helmerta) oraz anizotropowa (afiniczna).
–
liniowa, zwana tez izotropową lub helmerta, polega na zmianie skali, co do której przyjmuje
się, że jest jednakowa we wszystkich kierunkach obraz obrocie i przesunięciu przy minimum dwóch punktach dostosowania
–
anizotropowa, zwana też afiniczną (różnoskalową), polega na zmianie skali, ale różnej w
kierunki osi X i osi Y, oraz obrocie i przesunięciu. Warunkiem takiego dopasowania są 3
punktu odniesienia.
Digitalizacja map kreskowych polega na przetworzeniu mapy z postaci papierowej do postaci numerycznej z użyciem: digitizera lub skanera.
Zeskanowany obraz jest następnie rektyfikowany oraz wektoryzowany na ekranie komputera.
Rektyfikacja lub kalibracja – proces określania i przypisywania wprowadzonego do komputera
skanu mapy, określonych współrzędnych geograficznych lub prostokątnych (do tego czasu zeskanowana mapa nie jest mapą tylko zdjęciem lub skanem mapy).
Mapa zasadnicza (formy mapy zasadniczej)
–
mapa klasyczna (analogowa)
–
forma numeryczna
W obu formach tworzenia mapy zasadniczej najpierw pozyskuje się dane do sporządzenia mapy,
później następuje proces ich opracowania, w wyniku czego powstaje gotowa mapa. Mapa zasadnicza może być redagowana zgodnie z zapotrzebowaniem inwestora i służyć jako podstawa
np. prac budowlanych, projektowych, itp.
Cechy zasadniczej mapy numerycznej
numeryczna mapa zasadnicza ma cechy mapy: obiektowej, wektorowej i warstwowej
Mapa obiektowa jest to zasób informacji o obiektach, które dzieli się na trzy grupy, tj obiekty
punktowe, liniowa i powierzchniowe o jednoznacznie zdefiniowanej geometrii, zwane obiektami
prostymi. Nie wszystkie jednak obiekty (szczegóły terenowe) można przestawić jako jeden z obiektów prostych. Wprowadza się więc pojęcie obiektu złożonego będącego kombinacją obiektów
prostych (np. budynek ze schodami, świetlikami, galeriami itd.). inne przykładu obiektów złożonych zawiera tabela.
Informacje o obiektach przechowywane są w bazie danych. W celu przedstawienia obiektów na
rysunku należy dokonać ich wizualizacji w postaci znaków umownych. W definicji znaków umownych obiektów punktowych wykorzystuje się przeważnie elementy geometrii prymitywnej,
czyli linie, łuki, teksty, opisy atrybutami.
np. punkt, łamana otwarta, łamana zamknięta (linia zamknięta), łamana uogólniona otwarta (zamknięta), obszar jednospójny, obszar spójny (ale nie jednospójny), obszar niespójny
Do każdego obiektu przyporządkowane są atrybuty. Można wyróżnić 2 rodzaje atrybutów:
–
przestrzenne, które określają położenie obiektu w przestrzeni dwuwymiarowej lub
trójwymiarowej (współrzędne X i Y lub X i Y i Z), a także wielkość i geometryczny kształt
obiektów oraz ich przestrzenne relacje
–
nieprzestrzenne, które określają inne właściwości obiektów zależne od jego charakteru, i
zazwyczaj
nie
mają
bezpośredniego
związku
z
przestrzenią
Można je także nazywać etykietami obiektu. Atrybuty nieprzestrzenne mogą być
numeryczne lub tekstowe, np. pododdział leśny charakteryzują: unikatowy numer (atrybut
numeryczny), skład gatunkowy (atrybut tekstowy lub odpowiedni kod liczbowy) i wiek
drzewostanu (atrybut numeryczny). Przykładem atrybutów nieprzestrzennych są także:
długość linii, obwód i powierzchnia obiektu.
Podczas wyszukiwania rysunku symbolu lub znaku umownego w katalogu obiektów i znaków
umownych bardzo pomocna jest znajomość kodu przypisanego do znaku umownego lub symbolu.
Wyróżnia się dwa rodzaje kodów: literowa i liczbowe. Kody liczbowe pogrupowane są w grupy
kodów. Kody literowe są bardziej przydatne podczas wyszukiwania znaków i symboli w katalogu
obiektów znaków umownych, np. śluza: - SLZ, 968.
Mapa wektorowa
Mapa wektorowa, zwana też modelem wektorowym, polega na zobrazowaniu świata za pomocą
punktów i linii przedstawiających lokalizację obiektów lub ich granic. Przedmioty o więcej niż
jednym wymiarze są określone przez połączone ze sobą segmenty linii. Model wektorowy danych
reprezentują serie współrzędnych (X i Y lub X, Y i Z) pojedynczych punktów, takich jak: drzewa,
latarnie, wszelkiego rodzaju włazy, punkty osnowy geodezyjnej, oraz segmenty linii, takich jak:
krawędzie obiektów komunikacyjnych, granice działek, sieci uzbrojenia terenu. Linie pozwalają
więc na bardzo precyzyjne przedstawienie położenia, długości, odległości i powierzchni obiektów.
Mapa warstwowa
Treść numerycznej mapy zasadniczej przedstawiana jest w grupach tematycznych, tzw warstwach
warstwa to pojęcie mapy hierarchizujące strukturę zapisu mapy numerycznej
warstwa mapy numerycznej jest obrazem jednego rodzaju informacji, ułatwiającym orientację i
poruszanie się w strukturze map. Warstwy są edytowalne. W ramach warstwy tworzone są również
podwarstwy, których nazwy, tak jak nazwy warstw, są ściśle określone.
Charakterystyka mapy
Mapa w postaci numerycznej nie ma pierworysu. Treść mapy może być sporządzona w sposób
rozwarstwiony – w zbiorach warstw lub zbiorach obiektów.
Kopie mapy tworzonej numerycznie są wykonywane stosownie do potrzeb użytkownika:
–
na różnych materiale
–
za pośrednictwem różnych urządzeń (drukarki, plotera, naświetlarki)
Mogą także zawierać niepełną treść (wybrane warstwy lub zbiory obiektów z pominięciem niektórych atrybutów opisowych) oraz mieć różny poziom kartometryczności.
W porównaniu z zasadniczą mapą analogową, mapa numeryczna dodatkowo umożliwia:
–
przyspieszenie i automatyzacja cyklu opracowania mapy
–
zachowanie dokładności pomiarowej z możliwością wykonania w dowolnym czasie z
przetworzonych danych terenowych wielu obliczeń, np. długości, pól, objętości,
pozbawionych błędów pomiaru graficznego
–
automatyzacja prac związanych z wykonaniem na ploterze mapy graficznej, co uwalnia
powstały rysunek od błędów kartografa
–
możliwość szybkiego sporządzania map w dowolnej skali, np. map tematycznych
–
odtworzenie historii tworzenia mapy lub jej fragmentów
–
łatwość zmiany opisów, cech graficznych rysunku mapy, aktualizacji i generalizacji, a jednocześnie możliwość zachowania wersji pierwotnych
–
brak wpływu deformacji podkładu i niezmienności w czasie informacji terenowych
zapisanych w nośnikach pamięci
–
możliwość wielokrotnego drukowania mapy graficznej w dowolnej postaci i kroju
arkuszowym
–
uproszczenie tworzenia map pochodnych
–
możliwość edycji mapy w dowolnym układzie odniesień przestrzennych
–
ułatwienie podejmowania decyzji przez władze administracyjne i samorządowe na
podstawie dostępnych i wiarygodnych danych z mapy numerycznej
–
bardziej wszechstronne wykorzystanie w systemach informacji o terenie
Układy współrzędnych
Podział mapy na arkusze mapy wiąże się z przyjętym państwowym układem współrzędnych geodezyjnych – układ „2000”, „1992”, „1965”, Gugik 80, „1942”.
Układ współrzędnych jest to zespół reguł matematycznych pozwalających na jednoznaczne przeliczenie rzeczywistego położenia obiektu w terenie do jego reprezentacji na płaszczyźnie mapy.
Obecnie w centralnym ośrodku dokumentacji geodezyjnej i kartograficznej dostępne są mapy wykonane w układach 1942, 1965, GUGIK-80, 1992 i UTM.
Podział na arkusze mapy zależy od przyjętego układu współrzędnych i od skali mapy.
Godło mapy – ciąg liczb i liter, który wraz z nazwą arkusza mapy są podstawową jednostką nomenklatury map, pozwalające na jednoznaczne ustalenie jego położenia geograficznego i ułożenia względem sąsiednich arkuszy.
Godło mapy jest ustalana zgodnie z przyjętym podziałem sekcyjnym w danym układzie odwzorowania (np. układ UTM, układ 1965, układ „2000”).
Arkusze map w większych skalach tworzy się przez sukcesywny podział arkusza wyjściowego
(najczęściej poprzedniego) na ustaloną liczbę i ponumerowanie ich.
Godłem może być:
–
numer porządkowy w przyjętym systemie numeracji, odrębnej dla każdej ze skal
–
współrzędne geograficzne lub prostokątne wybranego (najczęściej lewego dolnego ) rogu
danego arkusza
–
oznaczenie pasa i słupa, w przecięciu których położony jest arkusz wyjściowy
Opis topograficzny
Opis topograficzny:
–
Wykonany na formularzu (normalizowany, określony)
–
Zawiera informację (opisową, graficzną)
Czy już umiem?
–
Czym jest opis topograficzny, szkic polowy oraz jak i po co się je stosuje?
–
Jakie są rodzaje map, ich zalety i wady?
–
Czym jest godło mapy? Po co i jak się je stosuje?
–
Jakie są układy współrzędnych stosowane w geodezji? Po co się je stosuje?
Opracowanie: Maciej Płoński, Wydział Geodezji i Kartografii