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

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

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

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