Określenie możliwości i ograniczeń wykorzystania systemu DynaGen w procesie wspomagania automatycznej generalizacji małoskalowych danych przestrzennych

OKREŒLENIE MO¯LIWOŒCI I OGRANICZEÑ

WYKORZYSTANIA SYSTEMU DYNAGEN W PROCESIE

WSPOMAGANIA AUTOMATYCZNEJ GENERALIZACJI

MA£OSKALOWYCH DANYCH PRZESTRZENNYCH

DEFINING POSSIBILITIES AND LIMITATIONS

OF THE DYNAGEN SYSTEM USE IN A SUPPORTING

PROCESS OF AUTOMATED SMALL-SCALE SPATIAL

DATA GENERALIZATION

Izabela Karsznia

Katedra Kartografii, Wydzia³ Geografii i Studiów Regionalnych, Uniwersytet Warszawski

S³owa kluczowe: generalizacja danych przestrzennych, Baza Danych Ogólnogeograficznych, œrodowisko DynaGEN

Keywords: generalization of a spatial data, General Geographic Database, DynaGEN environment

Wstêp

Problematyka automatycznej generalizacji danych przestrzennych jest obecnie ¿ywo dys-kutowana wœród kartografów na ca³ym œwiecie (Burghardt et al., 2007; Taillandier, 2007; Chaundhry, Mackaness, 2008; Burghardt et al., 2008). Prace dotycz¹ce tej tematyki prowa-dzone s¹ w wielu jednostkach naukowych (m.in w IGN we Francji, Uniwersytecie w Hano-werze, Uniwersytecie w Zurychu, Uniwersytecie w Monachium czy ITC w Holandii). Prze-wa¿aj¹ca czêœæ opracowañ dotyczy jednak generalizacji map lub danych przestrzennych w skalach du¿ych (Bildirici, 2004; Revell, 2005; Hardy et al., 2008). Przyczyny nale¿y upatry-waæ w szerokim zastosowaniu praktycznym tego typu danych. Podstawowe bazy danych przestrzennych na szczeblach krajowych utrzymywane s¹ w³aœnie w skalach 1: 10 000, 1: 25 000 i 1: 50 000, st¹d potrzeba ich automatycznej generalizacji. Nie opracowano dotych-czas ani spójnych standardów ani ujednoliconych zasad generalizacji map ma³oskalowych. Problem ten jest wszak¿e niezwykle istotny, co dodatkowo uzmys³awia nam dynamiczny postêp w dziedzinie systemów informacji geograficznej i wp³ywu, jaki wywieraj¹ one na wspó³czesn¹ kartografiê. Rozwój systemów GIS spowodowa³ istotne zmiany w sposobie redagowania i generalizacji danych przestrzennych. Z jednej strony pozwala na usprawnienie

* Praca naukowa finansowana ze œrodków na naukê w latach 2007–2009 jako projekt badawczy nr NN306 3005 33.

wielu czynnoœci redakcyjnych, z drugiej sk³ania do wypracowania nowego podejœcia do metodologii kartografii, a wiêc ponownego rozwi¹zania problemów, które w tradycyjnej kar-tografii zosta³y ju¿ ca³kowicie lub w znacznym stopniu rozwi¹zane (¯yszkowska, 2000, s.7). Bez w¹tpienia zbiór regu³ dotycz¹cy tradycyjnych metod opracowywania map stanowi¹cy dorobek wielu pokoleñ kartografów, a zawarty w formie opisowej w licznych publikacjach oraz poœrednio w samych mapach powinien zostaæ wykorzystany w kartografii komputero-wej. Jednak wykorzystanie metodycznego dorobku kartografii tradycyjnej napotyka na wiele przeszkód. W kontekœcie prezentowanego w artykule problemu generalizacji ma³oskalowych danych przestrzennych, s¹ to z jednej strony trudnoœci z uœciœleniem wiedzy kartograficznej w celu jej zastosowania w œrodowisku komputerowym, co wynika z jej intuicyjnego i kon-tekstowego charakteru, z drugiej zaœ niedoskona³oœæ istniej¹cych narzêdzi analiz i samych systemów wspomagaj¹cych realizacjê procesu generalizacji komputerowej, w których w dalszym ci¹gu za ma³o jest kompleksowego i kontekstowego ujêcia problemu.

Cel i zakres opracowania

Podstawowym za³o¿eniem prezentowanych badañ jest okreœlenie mo¿liwoœci i ograni-czeñ wykorzystania œrodowiska DynaGEN w zakresie generalizacji wybranych elementów Bazy Danych Ogólnogeograficznych (BDO). Opracowanie dotyczy przejœcia od poziomu szczegó³owoœci 1:250 000 do poziomów szczegó³owoœci 1:500 000 oraz 1:1000 000 dla dwóch warstw tematycznych: dróg oraz osadnictwa na obszarach badawczych BDO obej-muj¹cych województwo dolnoœl¹skie oraz ³ódzkie.

Do weryfikacji zakresu przydatnoœci systemu pos³u¿y³ zaproponowany w artykule apa-rat badawczy, w postaci sekwencji czynnoœci generalizacyjnych (tzw. kroków generalizacji) oraz odpowiadaj¹cych im operatorów generalizacji (dostêpnych w DynaGEN), stanowi¹cy tzw. bazê wiedzy. Tak skonstruowana, a nastêpnie zaimplementowana w systemie Dyna-GEN baza wiedzy powinna pozwoliæ na uzyskanie danych przestrzennych uogólnionych, o za³o¿onym stopniu szczegó³owoœci. W sytuacji idealnej zaproponowany schemat czynnoœci generalizacyjnych powinien byæ na tyle standardowy, aby prowadzony na jego podstawie proces generalizacji wykonywany niezale¿nie przez dwóch kartografów, prowadzi³ do tych samych rezultatów. Z uwagi jednak na kompleksowoœæ i specyfikê procesu generalizacji w skalach przegl¹dowych, który w praktyce bazuje w du¿ej mierze na doœwiadczeniu i intuicji redaktora mapy, oraz koniecznoœæ uwzglêdnienia kontekstu mapy, jest to zadanie niezwykle skomplikowane.

Modelowanie procesu generalizacji

W odpowiedzi na problem z³o¿onoœci procesu generalizacji podejmowane s¹ próby usys-tematyzowania czynnoœci generalizacyjnych w postaci modelu. Modele generalizacji ujmuj¹ proces generalizacji w sposób ogólny, wskazuj¹c na jego podstawowe elementy oraz relacje miêdzy nimi (Iwaniak, 1998). Opracowanie modelu generalizacji ma na celu roz³o¿enie pro-cesu na szereg tzw. czynnoœci generalizacyjnych, które implementowane s¹ w postaci odpo-wiednich operatorów (np. operator upraszczania czy agregacji), algorytmów oraz

kontrolo-wane s¹ przez kilka parametrów (np. minimalna powierzchnia, czy maksymalna d³ugoœæ). Usystematyzowanie poszczególnych czynnoœci w postaci modelu oraz przypisanie im odpo-wiednich operatorów generalizacji ma na celu kontrolê procesu.

Pierwsze modelowe ujêcia pojawi³y siê w latach 70. i 80. XX w. (Ratajski, 1967, 1973; Morrison, 1974), gdy nie by³o jeszcze potrzeby ujmowania tego procesu z punktu widzenia zastosowañ komputerowych. W latach 80. opracowano kilka modeli uwzglêdniaj¹cych po-trzeby systemów komputerowych (Brassel, 1985). Ich szerszy opis znajdujemy w pracy McMastera (1991).

Na prze³omie lat 80. i 90. pojawi³a siê koncepcja podzia³u procesu generalizacji na dwa etapy (Grunreich, 1995):

m generalizacjê modelu danych (zwan¹ w literaturze generalizacj¹ cyfrowego modelu krajobrazu, ang. digital landscape model DLM)

m oraz generalizacjê kartograficzn¹ (okreœlan¹ jako generalizacja cyfrowego modelu kar-tograficznego ang. digital cartographic model DCM).

Generalizacjê modelu danych identyfikuje siê z procesem przygotowania danych (obej-muj¹cy m.in. analizy przestrzenne i atrybutowe) do w³aœciwego etapu generalizacji kartogra-ficznej, której efektem jest ich wizualizacja (Sarjakoski, 2007). Podobne pogl¹dy reprezen-tuj¹ Bell et al. (2004). Zdaniem autorów rol¹ generalizacji modelu danych jest zredukowanie liczby danych (poprzez wybór klas lub podzbiorów klas obiektów) zgodnie z zak³adanym stopniem szczegó³owoœci. Do czynnoœci generalizacyjnych, zwi¹zanych z generalizacj¹ mo-delu danych autorzy zaliczaj¹:

m wybór klas lub podzbiorów klas obiektów;

m wybór pojedynczych obiektów na podstawie charakteryzuj¹cych je w bazie danych atrybutów;

m zmianê typu geometrii obiektu (zmianê jego sposobu prezentacji na mapie) np. z po-dwójnej na pojedyncz¹ liniê, z powierzchni (konturu) na punkt (sygnaturê);

m wybór obiektów reprezentatywnych w ramach rozwa¿anej grupy obiektów; m upraszczanie geometrii obiektów.

Autorzy podkreœlaj¹ równie¿, ¿e wymienione czynnoœci generalizacyjne wywieraj¹ na siebie wzajemny wp³yw, konieczne jest wiêc u³o¿enie ich w odpowiedniej sekwencji.

Zadaniem drugiego etapu procesu generalizacji, a wiêc generalizacji kartograficznej, jest uzyskanie optymalnej czytelnoœci mapy (wizualizacji) w odniesieniu do celu prezentacji i skali opracowania. Generalizacja kartograficzna obejmuje:

m zastosowanie odpowiedniej symboliki dla poszczególnych obiektów; m modyfikacjê geometrii obiektów np. przemieszczanie, agregacja.

Opisywane eksperymenty badawcze dotycz¹ w g³ównej mierze pierwszego etapu proce-su generalizacji, a wiêc generalizacji modelu danych.

Materia³ empiryczny

Przedmiotem niniejszego opracowania jest ocena mo¿liwoœci i ograniczeñ automatycznej generalizacji warstwy osadnictwa oraz sieci dróg Bazy Danych Ogólnogeograficznych w skali 1:250 000 do skal mniejszych. BDO jest jednym z podstawowych elementów krajowej infrastruktury geoinformacyjnej (Baranowski, 2004). Zawiera dane przestrzenne stanowi¹ce

odniesienie dla innych obiektów, umo¿liwia to identyfikacjê danych referencyjnych dotycz¹-cych pokrycia terenu i u¿ytkowania ziemi (Chybicka, 2004). W sk³ad BDO wchodz¹ nastê-puj¹ce warstwy tematyczne:

m podzia³ administracyjny, m osadnictwo, m hydrografia, m rzeŸba terenu, m transport, m pokrycie terenu, m obszary chronione, m nazwy geograficzne.

Opracowanie ma ca celu uœciœlenie regu³ generalizacji warstwy tematycznej osadnictwa oraz dróg, jak równie¿ analizê mo¿liwoœci i ograniczeñ wykorzystanych w tym celu narzêdzi badawczych. Warstwa osadnictwa BDO zawiera dwie kategorie danych:

m miejscowoœci, przedstawione sygnaturami, m zabudowê, przedstawion¹ w postaci konturów.

Atrybuty charakteryzuj¹ce miejscowoœci dotycz¹ ich statusu administracyjnego (miasto, dzielnica miasta, wieœ, kolonia), siedziby w³adz (pañstwowych, wojewódzkich, powiato-wych, gminnych) oraz liczby mieszkañców, ale wy³¹cznie dla miejscowoœci pokazywanych konturem. W kategorii zabudowa mamy informacjê o typie zabudowy (zabudowa zwarta, luŸna, enklawa).

W warstwie tematycznej dróg zawarto informacje dotycz¹ce zarz¹du drogi (przy pomo-cy tego atrybutu wyró¿niono drogi krajowe, wojewódzkie, powiatowe, gminne oraz prywat-ne lub zak³adowe), kategorii drogi (autostrada, droga ekspresowa, droga g³ówna ruchu przy-spieszonego, droga g³ówna, drugorzêdna oraz lokalne), stanu drogi (droga istniej¹ca, droga w budowie oraz projektowana), typu nawierzchni (twarda, stabilizowana, gruntowa), prze-biegu (na powierzchni, na wiadukcie lub moœcie, na zaporze wodnej, w tunelu), iloœci jezdni (dwujezdniowa, jednojezdniowa), numeru oraz d³ugoœci drogi.

Narzêdzia badawcze

Zasadniczym z wykorzystanych narzêdzi badawczych, a zarazem œrodowiskiem progra-mowym, w którym zaimplementowano przyjête zasady generalizacji jest system DynaGEN. Jest to specjalistyczne, komercyjne oprogramowanie wspomagaj¹ce modelowanie i kontrolê procesu generalizacji danych przestrzennych. DynaGEN jest aplikacj¹ pracuj¹c¹ jako nak³ad-ka na system Dynamo, bêd¹cy jednym z podstawowych produktów firmy Intergraph. Wy-korzystuje œrodowisko graficzne, funkcje topologiczne i modele danych zdefiniowane w Dynamo (Chybicka, 2003). Program zapewnia dwa tryby operacji: tryb wsadowy (automa-tyczny) oraz tryb interaktywny (prowadzony pod nadzorem kartografa) (Iwaniak, 2000). Dodatkowo w DynaGEN mamy mo¿liwoœæ pracy dynamicznej, co oznacza, ¿e operator mo¿e zmieniaæ wartoœci dowolnych parametrów u¿ywaj¹c suwaków i wizualnie oceniaæ zmieniaj¹ce siê wyniki generalizacji. Mo¿liwa jest wiêc kontrola procesu generalizacji i dopie-ro œwiadoma akceptacja wyników generalizacji powoduje zmiany na mapie lub w bazie da-nych (Chybicka i in, 2004ab; Chybicka i in., 2005). Niezwykle istotnym elementem w

trak-cie wykonywania procesu generalizacji jest zachowanie relacji przestrzennych miêdzy ralizowanymi obiektami. DynaGEN zawiera funkcjê pozwalaj¹c¹ na kontrolê procesu gene-ralizacji przez wskazanie niedozwolonych zmian topologicznych (Disallowable Topological Changes). Mechanizm ten pozwala na ci¹g³¹ analizê i utrzymanie w³aœciwych relacji prze-strzennych miêdzy obiektami w trakcie procesu generalizacji, a wiêc zachowanie w³aœciwej topologii mapy.

Pojêcie operatora generalizacji zosta³o zdefiniowane jako elementarna konwersja mapy (transformacja), co mo¿e byæ wyra¿one jako formu³a matematyczna albo jako jednoznaczny opis procedury (algorytm). Taka konwersja mo¿e byæ nazwana krokiem lub czynnoœci¹ generalizacyjn¹. Proces generalizacji komputerowej mo¿e mieæ postaæ sekwencji takich czyn-noœci i odpowiadaj¹cych im operatorów, algorytmów oraz parametrów generalizacji. Se-kwencja czynnoœci generalizacyjnych i jej parametry musz¹ byæ dobrane w taki sposób, aby zapewniæ poprawne relacje pomiêdzy generalizowanymi obiektami. W trakcie procesu gene-ralizacji, w zale¿noœci od rodzaju generalizowanego obiektu, u¿ytkownik ma do dyspozycji szereg operatorów, algorytmów i parametrów (dok³adna ich charakterystyka znajduje siê w artykule Iwaniaka i in. 1998).

Pomocniczo w badaniach wykorzystano równie¿ system GeoMedia. Funkcjonalnoœæ tego oprogramowania pozwala na wykonywanie kompleksowych analiz przestrzennych i atrybu-towych. Dodatkow¹ zaletê tego systemu jest mo¿liwoœæ opracowywania dynamicznych serwisów, jak na przyk³ad BDO wyœwietlane na ró¿nych poziomach szczegó³owoœci.

Budowa i implementacja bazy wiedzy w systemie DynaGEN

Proces generalizacji w systemie DynaGEN polega na okreœleniu wszystkich elementar-nych kroków (czynnoœci generalizacyjelementar-nych), jakie mog¹ byæ wykonywane podczas genera-lizacji. Skonstruowana w ten sposób baza wiedzy obejmuje nastêpuj¹ce etapy:

m wybór obiektów generalizowanych,

m przypisanie im odpowiednich operatorów generalizacji (np.: upraszczania, agregacji), m wybór zdefiniowanych dla danego operatora algorytmów,

m dobór wartoœci parametrów domyœlnych (np.: maksymalne, minimalne odleg³oœci miê-dzy obiektami),

m wskazanie, jakie obiekty powstan¹ po generalizacji (zmiana b¹dŸ nie klasy obiektu, np.: po agregacji budynków powstaje obszar zabudowany).

m opis zabronionych zmian topologicznych (definicja niedozwolonych relacji przestrzen-nych pomiêdzy generalizowanymi obiektami).

Informacje te zapisywane s¹ w bazie MS Access, natomiast deklaracji dokonuje przy pomocy edytora danych, o nazwie DIDE.

Baza wiedzy w systemie DynaGEN sk³ada siê z dwóch zbiorów regu³. Pierwszy zawiera regu³y wykonywane w trybie automatycznym i ma na celu wstêpne przygotowanie danych. Drugi zbiór zawiera regu³y opisuj¹ce podstawowe czynnoœci generalizacyjne wykonywane interaktywnie i nadzorowane przez kartografa (Kazemi i Lim, 2005).

Dobór treœci dla wizualizacji w poszczególnych stopniach szczegó³owoœci wykonano na podstawie analizy istniej¹cych map ogólnogeograficznych w skalach 1:500 000 i 1:1 000 000, wywiadów z ekspertami w zakresie generalizacji, analizy literatury dotycz¹cej omawianej

tematyki oraz praktycznych doœwiadczeñ z wczeœniejszych eksperymentów prowadzonych w œrodowisku DynaGEN. W efekcie opracowano aparat badawczy w postaci kilku sekwen-cyjnie nastêpuj¹cych po sobie kroków (czynnoœci) generalizacyjnych (patrz tabela). Dobór treœci w ka¿dej ze skal (1: 500 000, 1: 1000 000) obejmowa³ wykonanie odpowiednich analiz przestrzennych i atrybutowych w systemie GeoMedia. Operacje zwi¹zane z agregacj¹ obiek-tów wykonano w systemie DynaGEN.

Proces generalizacji sieci dróg poprzedzi³o wstêpne przygotowanie danych. Polega³o ono na ³¹czeniu mniejszych segmentów dróg (powsta³ych wskutek wektoryzacji) w wiêksze, ci¹g³e obiekty, wykorzystywane do procesu generalizacji interaktywnej. Czynnoœæ tê wyko-nano w œrodowisku DynaGEN przy pomocy operatora ³¹czenia (Feature blending, merging) obiektów w struktury sieciowe. Kryterium ³¹czenia stanowi taka sama wartoœæ atrybutu

0 0 0 0 0 5 : 1 il a k s y c ¹ j a d a i w o p d o i c œ o w o ³ ó g e z c z s m o i z o P æ œ o n n y z C -i l a r e n e G a n j y c a z ) 1 ( si p O ) 2 ( m u ir e t y r K ) 3 ( a j c a t n e m el p m I Uwagi ) 6 ( ai d e M o e G ) 4 ( Dyn(a5G)EN 1 Wstêpnywybór i c œ o w o c sj ei m h c y n o i w a t s d e z r p r u t a n g y s ¹ c o m o p a z a t s ai m o n o i w a t s o z o P i c œ o w o c sj ei m z a r o z d a³ w i m a b i z d ei s e c ¹ d ê b , h ci k z d ó w e j o w h c y n n i m g , h c y w o t ai w o p ai n a t y p a Z e w o t u b y rt a – Czazlycinznaonœaæ u p a t e o d ij c a zi l a r e n e g h c y n a d u l e d o m 2 Wybórdróg Pozostawionodrogi , ei k z d ó w e j o w , e w o j a r k o n o c u z r d O . e w o t ai w o p i g o r d e n o z c ñ o k a z -o p el œ i g o r d z a r o e n n i m g e w o d a³ k a z i e n t a w y r p ai n a t y p a Z e w o t u b y rt a e n n e z rt s e z r p i l ai t a p s ei z d ê z r a N sl o o t – Eelment ij c a zi l a r e n e g h c y n a d u l e d o m 3 Dodatkowywybór i c œ o w o c sj ei m h c y n o i w a t s d e z r p r u t a n g y s ¹ c o m o p a z m u ir e t y r k ei n ei n d êl g z w U y z d êi m ñ e z c ¹³ o p ¹ w o d u b a z a i m a g o r d ai n a t y p a Z e w o t u b y rt a e n n e z rt s e z r p i – Eelment ij c a zi l a r e n e g h c y n a d u l e d o m 4 Wstêpnaagregacja i c œ o w o c sj ei m h c y n o i w a t s d e z r p u r u t n o k ¹ c o m o p a z h c y c ¹ j a g el y z r p ei n e z c ¹ £ i c œ ê z c ei b ei s o d i c œ o w o c sj ei m – OperatorArea -l a n o it a g e r g g A m t y r o g g n i n i o j d A t n e m el E y n a z ci l a z ij c a zi l a r e n e g o d j e n z ci f a r g o tr a k 5 Dodatkowa a j c a g e r g a i c œ o w o c sj ei m h c y n o i w a t s d e z r p u r u t n o k ¹ c o m o p a z i c œ ê z c a j c a g e r g A i c œ o w o c sj ei m j e z sj ei n m i c œ o ³ g el d o w m m 5 , 0 ¿i n – OperatorArea n o it a g e r g g A m t y r o g l a l a n o g o h tr o -n o N t n e m el E y n a z ci l a z ij c a zi l a r e n e g o d j e n z ci f a r g o tr a k 6 Wybórmeisjcowo -h c y n a w o t n e z e r p i c œ u r u t n o k ¹ c o m o p a z o n o i w a t s d e z r P i c œ o w o c sj ei m j e z s k êi w i n h c z r ei w o p o m m 9 ¿i n 2_orazmaista, z d a³ w y b i z d ei s h ci k z d ó w e j o w h c y w o t ai w o p i ei n e z ci l b O u r u t n o k i n h c z r ei w o p ij c k n u f ¹ c o m o p a z ; e t u b ir tt a l a n o it c n u F – w ó t k ei b o r ó b y w ei n a t y p a z e w o t u b y rt a – Eelment ij c a zi l a r e n e g h c y n a d u l e d o m

zwi¹zanego z numerem drogi miêdzynarodowej lub krajowej oraz jednostki zarz¹dzaj¹cej drog¹ (województwo, powiat, gmina itp). Proces wykonany zosta³ w trybie automatycz-nym. Kolejne kroki generalizacji dróg i kolei zosta³y wykonane w trybie interaktywautomatycz-nym.

Przy generalizacji osadnictwa nie by³o potrzeby wstêpnego przetwarzania danych, po-szczególne kroki generalizacji przeprowadzono w zwi¹zku z tym wy³¹cznie w trybie interak-tywnym. W tabeli zestawiono opracowany aparat badawczy w postaci szeregu czynnoœci generalizacyjnych oraz sposobu ich implementacji dla obu omawianych stopni szczegó³owo-œci 1:500 000 oraz 1:1 000 000. Zaznaczono równie¿, w którym etapie procesu generalizacji (generalizacji modelu danych lub generalizacji kartograficznej) mieœci siê charakteryzowana czynnoœæ generalizacyjna. 0 0 0 0 0 0 1 : 1 il a k s y c ¹ j a d a i w o p d o i c œ o w o ³ ó g e z c z s m o i z o P æ œ o n n y z C -i l a r e n e G a n j y c a z ) 7 ( si p O ) 8 ( m u ir e t y r K ) 9 ( a j c a t n e m el p m I Uwagi ) 2 1 ( ai d e M o e G ) 0 1 ( Dyn(a1G1)EN 1 Wybór i c œ o w o c sj ei m h c y n o i w a t s d e z r p r u t a n g y s ¹ c o m o p a z , a t s ai m o n o i w a t s o z o P z d a³ w y b i z d ei s h ci k z d ó w e j o w , h c y w o t ai w o p i n i m g y b i z d ei s o n o c u z r d o ai n a t y p a Z e w o t u b y rt a – Zprmezaiennatamceijtody w ó t k ei b o u r u t n o k z . ê r u t a n g y s a n t n e m el E ij c a zi l a r e n e g h c y n a d u l e d o m 2 Wybórdróg Pozostaweineidróg i h c y w o j a r k , h ci k z d ó w e j o w g ó r d ei n e c u z r d o h c y n n i m g ai n a t y p a Z e w o t u b y rt a – Ezaellmcizeanntydo ij c a zi l a r e n e g h c y n a d u l e d o m 3 Wstêpnaagregacja i c œ o w o c sj ei m h c y n o i w a t s d e z r p u r u t n o k ¹ c o m o p a z h c y c ¹ j a g el y z r p ei n e z c ¹ £ i c œ ê z c ei b ei s o d i c œ o w o c sj ei m – OperatorArea , n o it a g e r g g A m t y r o g l a g n i n i o j d A t n e m el E y n a z ci l a z ij c a zi l a r e n e g o d j e n z ci f a r g o tr a k 4 Dodatkowa a j c a g e r g a i c œ o w o c sj ei m h c y n o i w a t s d e z r p u r u t n o k ¹ c o m o p a z i c œ ê z c a j c a g e r g A i c œ o w o c sj ei m j e z sj ei n m i c œ o ³ g el d o w m m 5 , 0 ¿i n – OperatorArea , n o it a g e r g g A -n o N m t y r o g l a l a n o g o h tr o t n e m el E y n a z ci l a z ij c a zi l a r e n e g o d j e n z ci f a r g o tr a k 5 Wybór meisjcowo h c y n a w o t n e z e r p i c œ u r u t n o k ¹ c o m o p a z o n o i w a t s d e z r P i c œ o w o c sj ei m i n h c z r ei w o p o m m 9 ¿i n j e z s k êi w 2 ei n e z ci l b O u r u t n o k i n h c z r ei w o p ij c k n u f ¹ c o m o p a z ; e t u b ir tt a l a n o it c n u F w ó t k ei b o r ó b y w ei n a t y p a z -– e w o t u b y rt a – Eelment ij c a zi l a r e n e g h c y n a d u l e d o m 6 – – – – – szczegó³owoœci 1:500 000 oraz 1:1000 000

Wyniki generalizacji. Ograniczenia i problemy

Wizualizacje danych opracowanych dla poszczególnych województw i stopni szczegó³o-woœci w systemie GeoMedia przedstawiono na rysunkach 1–4.

Analiza uzyskanych wyników generalizacji pozwala wyci¹gn¹æ kilka istotnych wniosków. m Generalizacja w skalach ma³ych zale¿y w g³ównej mierze od doœwiadczenia i wiedzy operatora, w zwi¹zku z subiektywnym charakterem tego procesu brak precyzyjnych instrukcji redakcji map ma³oskalowych, co w znacznym stopniu utrudnia opracowa-nie bazy wiedzy dotycz¹cej procesu, jego formalizacjê oraz implementacjê w systemie DynaGEN.

m Operatory generalizacji dostêpne w systemie DynaGEN obejmuj¹ nie tylko geometriê obiektów, lecz równie¿ relacje topologiczne miêdzy nimi. Przyk³adowo, w trakcie procesu generalizacji linii (np. dróg) brana jest pod uwagê bliskoœæ innych obiektów (np. miejscowoœci). Przed (lub w trakcie) procesu generalizacji istnieje mo¿liwoœæ deklaracji b³êdnych relacji przestrzennych (Disallowable Topological Changes). Ta-kie podejœcie umo¿liwia ci¹g³¹ analizê i utrzymywanie relacji przestrzennych pomiê-dzy obiektami w trakcie procesu generalizacji. Jest to szczególnie istotne w procesie generalizacji dróg i osadnictwa, które s¹ przedmiotem niniejszego opracowania. Ze wzglêdu na ich œcis³e powi¹zanie ( np.: do ka¿dej umieszczonej na mapie miejscowo-œci musi byæ droga dojazdowa; miejscowomiejscowo-œci znajduj¹ce siê w wa¿nych wêz³ach komunikacyjnych powinny znaleŸæ siê na mapie) zachowanie relacji topologicznych jest niezbêdnym warunkiem uzyskania poprawnych wyników generalizacji.

m W trakcie implementacji sekwencji czynnoœci generalizacyjnych w systemie Dyna-GEN napotkano na trudnoœci zwi¹zane z identyfikacj¹ odcinków œlepo zakoñczonych dróg. Ten problem pojawia³ siê równie¿ w badaniach dotycz¹cych generalizacji opra-cowañ wielkoskalowych, w które autorka by³a zaanga¿owana (Chybicka i in., 2004ab). W tej sytuacji zdecydowano siê na wykorzystanie dodatkowych narzêdzi analiz prze-strzennych z grupy Spatial Tools dostêpnych w systemie GeoMedia. Niestety rezulta-ty generalizacji w rezulta-tym zakresie, choæ bardziej poprawne, w dalszym ci¹gu nie s¹ zadowalaj¹ce, przyk³adem s¹ drogi prowadz¹ce do granicy województwa b³êdnie iden-tyfikowane przez system jako drogi œlepo zakoñczone czy drogi „wtórnie” œlepo za-koñczone, powsta³e wskutek usuniêcia innych dróg. Wydaje siê, ¿e rozwi¹zanie tego problemu mog³aby stanowiæ implementacja w³asnych narzêdzi analiz przestrzennych, co jednak w systemie DynaGEN, stanowi¹cym œrodowisko zamkniête, nie jest mo¿-liwe.

m Z kartograficznego punktu widzenia zastosowane algorytmy upraszczania konturów zabudowy nie we wszystkich przypadkach daj¹ zadowalaj¹ce rezultaty. Przy agrega-cji niektórych fragmentów zabudowy nastêpuj¹ zbyt du¿e uproszczenia kszta³tu, któ-re w efekcie znacznie odbiegaj¹ od pierwotnych zarysów miejscowoœci. Tymczasem jedn¹ z wa¿niejszych zasad generalizacji, co podkreœlane jest w literaturze kartogra-ficznej, jest zachowanie cech charakterystycznych (w tym kszta³tu) generalizowane-go obiektu.

m Jednym z wa¿niejszych czynników poprawnej generalizacji jest sposób przygotowa-nia danych. Obiekty liniowe takie jak drogi czy rzeki wektoryzowane i zapisywane s¹ w bazach danych w postaci mniejszych odcinków. Poprawnoœæ ³¹czenia tych

ele-mentów (w ca³e drogi) ma istotne znaczenie w póŸniejszym procesie generalizacji interaktywnej. B³êdny wynik generalizacji dróg mo¿e mieæ swoje Ÿród³o w niew³aœci-wym ich po³¹czeniu. Przyk³adowo generalizacja sieci dróg niew³aœci-wymaga skonstruowania hierarchicznego modelu danych. W celu jego opracowania wykorzystano dostêpny w DynaGEN algorytm Merge road feature hierarchies, który pozwala na budowê hierar-chicznej struktury sieci dróg, przez ³¹czenie mniejszych odcinków ze sob¹ w celu stworzenia wiêkszych, ci¹g³ych elementów. Mamy tutaj mo¿liwoœæ zadeklarowania warunków ³¹czenia dróg ze wzglêdu na ich atrybuty (np. o tych samych numerach b¹dŸ nale¿¹cych do tej samej kategorii) i zachodz¹ce miêdzy nimi relacje przestrzenne. m Jako niew¹tpliw¹ zaletê systemu DynaGEN nale¿a³oby wskazaæ mo¿liwoœæ pracy dynamicznej, co oznacza, ¿e kartograf mo¿e zmieniaæ wartoœci dowolnych parame-trów u¿ywaj¹c suwaków, i wizualnie oceniaæ zmieniaj¹ce siê wyniki generalizacji. Pozwala to na odpowiedni dobór operatorów i algorytmów generalizacji dla pojedyn-czych obiektów lub grup obiektów w odniesieniu do symulowanych przez system wyników generalizacji. Zaletê tê podkreœlaj¹ równie¿ autorzy Kazemi i Lim, (2005). m Specyficzny charakter procesu generalizacji map ma³oskalowych niejednokrotnie

wymaga ró¿nych rozwi¹zañ tego samego problemu, w zale¿noœci od otoczenia i kon-tekstu obiektów. W DynaGEN mamy mo¿liwoœæ generalizacji ca³ych obszarów w ten sam sposób, brakuje mo¿liwoœci wykonywania operacji alternatywnych, co w konse-kwencji prowadzi do koniecznoœci wykonywania generalizacji w trybie interaktyw-nym na niewielkich obszarach, albo w trybie automatyczinteraktyw-nym z manualna korekt¹ przez kartografa.

Podsumowanie

W artykule opisano proces generalizacji danych przestrzennych w podziale na dwa etapy obejmuj¹ce generalizacjê modelu danych oraz generalizacje kartograficzn¹. Scharakteryzo-wano warstwy tematyczne obejmuj¹ce sieæ dróg oraz osadnictwo Bazy Danych Ogólnoge-ograficznych, bêd¹ce przedmiotem generalizacji oraz wykorzystane narzêdzia badawcze (sys-tem DynaGEN), pod k¹(sys-tem zastosowania do wspomagania procesu generalizacji opracowañ ma³oskalowych. W efekcie zaproponowano aparat badawczy w postaci kilku nastêpuj¹cych po sobie czynnoœci generalizacyjnych oraz jego implementacjê w wybranym œrodowisku programowym.

Podsumowuj¹c przeprowadzone eksperymenty generalizacji nale¿y stwierdziæ, ¿e sys-tem DynaGEN jest uniwersalnym i zaawansowanym narzêdziem wspomagaj¹cym proces generalizacji danych przestrzennych. Mimo, ¿e DynaGEN opracowano g³ównie na potrzeby generalizacji danych wielkoskalowych, to zaimplementowane w nim operatory i algorytmy generalizacji dostarczaj¹ spójnej metodologii tak¿e dla generalizacji opracowañ w skalach ma³ych. Dalsze badania z pewnoœci¹ przyczyni¹ siê nie tylko do szczegó³owego wskazania zakresu przydatnoœci wykorzystanego systemu, ale i poszerzenia bazy wiedzy zwi¹zanej z procesem generalizacji danych przestrzennych ma³oskalowych.

Literatura

Baranowski M., 2004: Baza Danych Ogólnogeograficznych, Biuletyn Informacyjny G³ównego Geodety Kraju, nr 2, s. 3-5.

Bell M., Neuffer D., Woodsford P., 2004: Agent-based Generalisation an Update on Progress,

Kartographi-sche Nachrichten, Vol. 4, pp. 170-177.

Burghardt D., Schmid S., Stoter J., 2007: Investigation on cartographic constraint formalisation,ICA Work-shop on Generalization and Multiple Representation, Moskwa.

http://aci.ign.fr/BDpubli/moscow2007/Burghardt-ICAWorkshop.pdf

Bildirici O., 2004: Building and road generalization with the change generalization software using turkish topographic base map data, Cartography and Geographic Information Science, Vol. 31, No 1, pp. 43-54. Brassel K., 1985: Strategies for data models for computer-aided generalization, Intern. Yearb. of Cartography,

Vol. 25, pp. 11-29.

Burghardt D., Schmid S., Duchene C., Stoter J., Baella B., Regnauld N., Touya G., 2008: Methodologies for evaluation of generalised data derived with commercial available generalisation systems, ICA Workshop on Generalization and Multiple Representation, Montpellier.

http://ica.ign.fr/montpellier2008/papers/28_Burghardt_et_al.pdf

Chaundhry O., Mackaness W., 2008: Partitioning techniques to make manageable the generalisation of natio-nal spatial datasets,ICA Workshop on Generalization and Multiple Representation, Montpellier. http://ica.ign.fr/montpellier2008/papers/21_Chaudhry_Mackaness.pdf

Chybicka I., 2003: Agregacja parcel i generalizacja sieci dróg na mapach topograficznych w skali 1:10 000, Praca magisterska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wroc³awiu.

Chybicka I., 2004: O uzupe³nieniu Bazy Danych Ogólnogeograficznych w celu poprawnej generalizacji osadnictwa, Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wroc³awiu, t. 22, nr 500, s. 89-96.

Chybicka I., Iwaniak A., Ostrowski W., Paluszyñski W., 2004a: Generalizacja danych topograficznych o szczegó³owoœci 1:10 000 do skali 1:50 000. Cz. II, Polski Przegl¹d Kartograficzny, t. 36, nr 4, s. 266-273. Chybicka I., Iwaniak A., Ostrowski W., 2004b: Generalization of the Topographic Database to the Vector Map Level 2 – the components of the Polish National Geographic Information System, ICA Workshop on Generalization and Multiple Representation, Leicester.

http://ica.ign.fr/Leicester/paper/Chybicka-v2-ICAWorkshop.pdf

Chybicka I., Iwaniak A., Ostrowski W., 2005: Narzêdzia do automatycznej generalizacji, [W:] System infor-macji topograficznej kraju. [W:] Teoretyczne i metodyczne opracowanie koncepcyjne, pod red. prof. dr. hab. Andrzeja Makowskiego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, s. 376-380. Grunreich D., 1995: Developement of Computer-Assisted Generalization, [In:] Muller J.C., Lagrange J.P,

Weibel R., (eds.), GIS and Generalization: Methodology and Practise, London, Taylor and Francis, pp. 47-55. Hardy P., Lee D., Van Smaalen J., 2008: Practical research in generalization of european national framework data from 1:10K to 1:50K , exercising and extending an industry-standard GIS, ICA Workshop on Gene-ralization and Multiple Representation, Montpellier.

http://aci.ign.fr/montpellier2008/papers/19_Hardy_et_al.pdf

Iwaniak A., Paluszyñski W., ¯yszkowska W., 1998: Generalizacja map numerycznych – koncepcje i narzê-dzia. Polski Przegl¹d Kartogaficzny, t 30, nr 2, s. 79-88.

Iwaniak A., 2000: Narzêdzia programowe wspomagaj¹ce proces generalizacji. [W:] G³ówne problemy wspó³cze-snej kartografii 2000. Z³o¿onoœæ, modelowanie, technologia. Wroc³aw: Uniwersytet Wroc³awski, s. 25 -30. Kazemi, S., and Lim, S., 2005: Generalization of Road Network Using Intergraph DynaGen System.

Proce-edings of the SSC 2005 Spatial Intelligence, Innovation and Praxis: The National Biennial Conference of the Spatial Sciences Institute, Melbourne, Australia, pp. 1-12.

McMaster R. B., Shea K. S, 1988: Cartographic Generalization in a Digital Environment: A Framework for Implementation in a Geographic Information System, GIS/LIS 88’ Proceedings, San Antonio, Texas, pp. 240-249.

McMaster R. B., 1991: Conceptual Frameworks for Geographical Knowlegde, [In:] Buttenfield B. P, and McMaster R. B (eds.), Map Generalization: Making Rules for Knowledge Representation, London, Longman, pp. 21-39.

Morrison J., 1974: A theoretical framework for cartographic generalization with emphasis on the process of symbolization, Intern. Yearb. of Cartography, Vol. 14, pp. 15-127.

Ratajski L., 1967: Phenomenes des points de generalisation, Intern. Yearb. of Cartography, Vol. 7, pp. 143-151.

Ratajski L., 1973: Rozwa¿ania o generalizacji kartograficznej, Polski Przegl¹d Kartograficzny, t. 5, nr 2, s. 103-110.

Revell P., 2005: Seeing the Wood from the Teres: Generalising OS MasterMap Tree Coverage Polygons to Woodland At 1:50 000 Scale, ICA Workshop on Generalization and Multiple Representation, A Coruna, Hiszpania. http://aci.ign.fr/Acoruna/Papers/Revell.pdf

Sarjakoski L.T., 2007: Conceptual Models of Generalisation and Multiple Representation, [W:] Mackaness W. A, Ruas A., Sarjakoski L.T., (eds.), Generalisation of geographic information: cartographic modelling and applications, Oxford, Elsevier, pp 11-35.

Taillandier P., 2007: Automatic knowledge revision in a generalisation system,ICA Workshop on Generaliza-tion and Multiple RepresentaGeneraliza-tion, Moskwa.

http://aci.ign.fr/BDpubli/moscow2007/Taillandier_ICAWorkshop.pdf

¯yszkowska W., 2000: Semiotyczne aspekty wizualizacji kartograficznej. Studia Geograficzne 63, Akta Uniwersytetu Wroc³awskiego nr 2255, Wroc³aw, Wydawnictwo Uniwersytetu Wroc³awskiego.

Summary

Together with dynamic development of GIS systems as well as after Poland's accession to the INSPIRE initiative the requirements concerning features and quality of geographic information increased. Potential users want to be able to place and modify geographic data in their cellular phones or palmtops. There exists a wide range of geographic information systems containing data at different levels of detail, usually coming from separate products. This allows the user to visualize data relative to a particular scale (where different regions are characterized by different generalization levels), but not simply to change the scale in a continuous and arranged way.

The author's intention was to examine principles, to determine and, furthermore, to formulate metho-dical concepts of cartographical generalization for small-scale spatial data. These considerations refer to the transfer from the level of detail 1:250000 to 1:500000 and 1:1000000 for two thematic layers of the General Geographic Database (GGD): roads and settlement areas. The basic assump-tion is, therefore, examinaassump-tion of possibilities and limitaassump-tions in formalizing the generalizaassump-tion process by recommending a particular proceeding sequence (so called 'generalization steps') as well as proposing suitable generalization operators (contained in the specialist system DynaGEN supporting the generalization process). In the result, generalized spatial data can be obtained at the assumed level of detail. This would be an ideal situation if the proposed generalization scheme was standard enough to allow two independent cartographers following the procedure to obtain the same results. However, taking into account the complexity as well as the character of such process for overview-scales, which is practically based on the map editor's experience and intuition (with special focus on the map context) the task seems to be extremely difficult.

It the paper two investigative experiments of generalization of selected GGD elements were shown. The tests were performed for two research areas: districts of Lower Silesia (South-Western Poland) and Lodz (Central Poland). Results of these tests allowed to formulate the possibility and to determine the level of automation of selected GGD elements as well as to evaluate the use of DynaGEN for small scales. Finally, they allowed to aggregate generalization procedures in a cartographic knowledge base that would define the methodical principles of this process.

mgr in¿. Izabela Karsznia

Doktorantka na Wydziale Geografii i Studiów Regionalnych UW i.chybicka@uw.edu.pl tel. +48 22 552 15 11

55 Rys. 1. Przyk³ad generalizacji okolic Œwidnicy – poziom szczegó³owoœci odpowiadaj¹cy skali 1:500 000

Izabela Karsznia

57 Rys. 3. Przyk³ad generalizacji okolic Piotrkowa Trybunalskiego – poziom szczegó³owoœci odpowiadaj¹cy skali 1:500 000

Izabela Karsznia