Katalogizace rastrových map

Jedním z hlavních podkladů pro přípravu modelu jsou naskenované mapy. Může jít o polohopisné a regulační plány, speciální situace (železnice, tramvaje), stavební plány (zejména půdorysy) nebo i jen o načrtnuté plánky. Kterákoliv z map může obsahovat velmi zajímavé informace, byť i třeba ne v úplně přesně zaměřené pozici.

Zpracování map

Podstatou zpracování je co nejpřesnější napasování rastrové mapy na zeměpisné souřadnice. Tento krok se označuje jako georeferencování map.

Hlavním přínosem georeferencování je následné snadné a rychlé vyhledání všech map, které se týkají nějakého místa. Pro libovolné místo tak rychle a přesně vyhledáme opravdu všechny relevantní mapy pouhým označením oblasti na referenční mapě Prahy.

I když některá z map zachycuje dané místo jen okrajově a třeba jen jeho malou část, může na ní být zachycen detail, který na jiných mapách přímo zaměřených na danou lokalitu vůbec není. Ten by tak mohl uniknout pozornosti, kdybychom mapy dohledávali pouze podle jejich textových popisů.

Mapy mohou být z nejrůznějších zdrojů a zaměřené v různých letech, a tak můžeme porovnávat změny, ke kterým tam v průběhu času došlo. Dalším přínosem georeferencování je totiž sjednocení měřítka i orientace všech map, takže se různé mapy navzájem daleko lépe porovnávají – jak je vidět i na funkci automatického výřezu.

Proto je už od roku 2007 vlastními silami vyvíjena aplikace RamaGeo, která je uzpůsobena přesně potřebám práce na modelu a je možné ji průběžně rozšiřovat o nové funkce.

Poznámka k roku 2020: V době psaní původní verze tohoto textu (před rokem 2010) byly mapy v archivních fondech katalogizovány pomocí textových popisů obsahujících přibližné určení místa zachyceného na mapě, resp. výčet nejdůležitějších objektů, v lepším případě doplněný o seznam čísel popisných. V takovém katalogu se obtížné hledá, protože při jeho vytváření není snadné dodržet jednotnou metodiku a terminologii popisu, a je tak velké riziko, že dojde k přehlédnutí relevantního materiálu.

V současné době se už začínají objevovat možnosti vyhledávání map v online katalozích pomocí grafického určení území, které je na mapě zachyceno. V případě existujícího kladu listů je to poměrně snadné, v ostatních případech bývá často použito pouze přibližné ruční ohraničení území. Dnes už je také běžnou funkcí GISů (geografických informačních systémů) vykreslení rastrové mapy jako jedné z mapových vrstev, co nejpřesněji zarovnané s ostatními geodetickými vrstvami. Obvykle se však počítá s maximálně desítkami takto vložených rastrových map, ne s desítkami tisíc. Omezené jsou také možnosti vyhledávání podle zájmové oblasti.

Georeferencování mapy

Georeferencováním mapy se rozumí takové natočení mapy (a případně změna její velikosti), které povedou k co nejpřesnějšímu zarovnání mapové kresby s čarami na referenční vektoré mapě. Postupujeme tak, že hledáme totožné body na georeferencované a referenční mapě, jak je vidět na obrázku:

Jako společné body byly identifikovány rohy budovy Národního muzea, jeden roh pomníku sv. Václava a hranice parcely mezi domy čp. 813 a 1306 a mezi domy čp. 1367 a 577. Po spuštění výpočtu nalezla aplikace RamaGeo vhodné parametry transformace situačního plánu a jeho napasování, jak je vidět na následujícím obrázku:

Vidíme, že hranice stavebních parcel domů i budovy Národního muzea jsou nyní v téměř přesném zákrytu. Georeferencováním rastrové mapy jsme však získali další detailní informace – o šířce chodníků, o trasování tramvajových kolejí, o pozicích sloupů trolejového vedení, případně i o plochách zeleně a vysázených stromech. Detaily jsou zaznamenány při vektorizaci mapy.

Množství dohledávaných identických bodů nutných pro kvalitní napasování rastrové mapy se liší podle kvality původního zaměření, ale i kvality naskenování. Protože je použita uniformní transformace, tak teoreticky stačí zadat body pouze tři (nesmí však být na jedné přímce). Obvykle je však lepší dohledat bodů více – už jen kvůli kontrole kvality zakreslení mapové kresby v celé ploše naskenované rastrové mapy.

Referenční mapa

Referenční mapa použitá při georeferencování musí být co nejpřesnější. Proto je vhodné použít moderní letecky a laserem zaměřené vektorové mapy. Problém je však v tom, že georeferencované rastrové mapy jsou z principu starší. A čím starší jsou, tím obvykle doznalo dané místo oproti dnešnímu stavu více změn, a tím hůře se hledají totožné body na rastrové a referenční mapě.

Jako prvotní referenční vektorová mapa tak byla použita Jednotná digitální mapa Prahy (JDMP) ke stavu k roku 2002. Tato vektorová mapa je od 60. let 20. století vytvářena na IPR Praha (původně IMIP, potom ÚRM). Dnes je označována jako Digitální technická mapa Prahy (DTMP).

Pro některá místa bylo možné použít přímo stav k roku 2002 a dohledat dostatek identických bodů. Pro celou řadu starších map se však nepodařilo nalézt ani jediný totožný bod. Proto je nutné postupně vytvářet vlastní referenční mapu umožňující dohledat potřebné body i pro lokality, kde došlo k výrazným stavebním změnám.

Uniformní transformace (technický detail)

Použitá transformace rastrové mapy se skládá ze změny měřítka (nezávisle podle osy x a y), otočení a posunu. Transformace je uniformní pro všechny body rastrové mapy. Pro každou nadefinovanou dvojici bodů je počítána penalizace jako vzdálenost mezi transformovaným bodem z rastrové mapy a bodem z vektorové mapy. V rámci optimalizační úlohy je minimalizováno kritérium dané součtem penalizace za všechny dvojice bodů. Penalizacím za různé dvojice bodů mohou být přiřazeny různé váhy a vyjádřit tak rozdílnou důležitou dvojic. Pro nalezení optimální hodnoty byl použit evoluční algoritmus, který umožňujete nadefinovat optimalizační funkci s libovolným počtem dvojic bodů. Pro zrychlení výpočtu se nedopočítává přímo vzdálenost mezi dvěma body a ušetří se výpočet odmocniny. Jde tak vlastně o metodu nejmenších čtverců.

Existují typy transformcí, které by umožnily i lokální deformace. Protože však u historických map bývá problém identifikovat dostatek totožných bodů na obou mapách, tak byla implementována jednodušší verze transformace uniformní. Lokální deformace lze i nyní realizovat vyříznutím malé části původní mapy a jejím samostatným napasováním (když je dostatek použitelných bodů).

Filtrování a vyhledávání map

Po té, co byly mapy georeferencovány, lze už automaticky vyhledávat pouhým označením zájmové oblasti na referenční mapě Prahy. Pokud některá z map zachycuje alespoň malou část označené oblasti, bude do výběru zahrnuta.

Spolu s mapami se však ukládají i další údaje, z nichž asi nejdůležitější je časové určení jejího vzniku – buď přesně rok, nebo přibližné časové určení pomocí „před rokem X“, „po roce X“. Dále to je například zdroj, ze kterého mapa pochází; její autor; obor (např. MHD, železnice, vojsko, sport...); subjekt (např. Pražská obecní plynárna, Elektrické podniky, armáda, Křižík...), kterého se mapa týká; měřítko; jde-li o návrh, či záznam dle provedení; nebo i přesnost, se kterou se mapu podařilo georeferencovat. Mapy lze tak kromě zájmové oblasti filtrovat i podle těchto kritérií.

Na následujícím obrázku jsou vyhledány všechny mapy, které se týkají okolí budovy Národního muzea. Zájmová oblast je označena žlutým kroužkem a její střed křížkem.

Každý červeně ohraničený obdélník s modrým pozadím reprezentuje jednu georeferencovanou mapu. Pokud obdélník zasahuje byť jen malou částí do zájmové oblasti, je zahrnut do aktuálního výběru.

Množství dohledaných map lze měnit změnou velikosti zájmové oblastí, případně zužovat pomocí dalších kritérií. Běžné je omezení pouze na určité období, ale omezit můžeme například obor pouze na situační plány týkající se MHD (koňka, tramvaje, trolejbusy).

Automatický výřez map

Po georeferencování každé z map lze nechat vytvořit výřezy zobrazující ve stejné velikosti a ve stejné orientaci danou lokalitu.

Vektorizace map

Mapy, které se už podařilo úspěšne georeferencovat, jsou vektorizovány a přidány jako rozšíření referenční mapy. Tím je v ideálním případě nově možné georeferencovat některou mapu, pro kterou před tím nebylo možné nalézt dostatek totožných bodů. Po jejím úspěšném georeferencování je i ta vektorizována.

Postupně tak vzniká Syntetická vektorová mapa Prahy pokrývající období od roku 1800 do roku 2000 s kroky po deseti letech. Cílem je mít pro každé desetiletí k dispozici referenční vektorovou mapu reprezentující tehdy platný stav, aby se snadno dohledávaly totožné body při georeferencování.

Na obrázku vidíme ukázku syntetické vektorové mapy pro okolí dnešní stanice metra Vltavská ve stavu k roku 1884.

Syntetická mapa je rozšiřována a zpřesňována i podle průběžně vytvářených pracovních 3D modelů.

Aplikace RamaGeo a OKAP

Ukázky v odstavci Georeferencování map a Automatický výřez jsou z interní aplikace RamaGeo (Georeferencování rastrových map). V té byla naprogramována veškerá potřebná funkcionalita pro georeferencování i vektorizaci rastrových map. Přes vysokou pracnost vlastního řešení je hlavní výhodou možnost si aplikaci uzpůsobit přesně podle potřeb.

Vyhledávání a filtrování map bylo v omezené funkcionalitě zpřístupněno online v podobě webové aplikace OKAP. Snadno si lze tak nechat vyhledat například výše zmíněné plány v okolí budovy Národního muzea a vytvořené v letech 1890 až 1900. Případně pouze ty, které se týkají pouze koňky a tramvají v období od roku 1875 do roku 1950.

Součástí aplikace je i podrobná nápověda s ukázkami možnostmi jejího použití.

 

---

Vytvořeno: 15. května 2007. Poslední aktualizace: 23. září 2022
Starší verze stránky.