|
23. Fejezet - a térinformatika története
Magyar változat: Márkus Béla, Budapesti Műszaki Egyetem
A. bevezetés
b. előzmények
C. az első számítógépes kísérletek
D. Canada Geographic Information System (CGIS)
Cél
Technológiai fejlesztések
A CGIS fejlesztésének alapötletei
Személyi háttér
e. a HARVARD laboratórium fejlesztései
A Harvard programcsomagok
Személyi háttér
f. a népszámlálási hivatal (BUREAU OF THE CENSUS)
DIME állományok
Város atlaszok
g. ESRI
H. az első lépések magyarországon
irodalom
ellenőrző kérdések
megjegyzések
Ez a fejezet nagyon röviden áttekinti a fejlődés legfontosabb mérföldköveit. Helyhiány miatt természetesen több fontos állomás kimaradt, másrészt az áttekintett időszak túl rövid és nagyon közeli. Ez megnehezíti az események valós értékelését.
23. Fejezet - a térinformatika története
Magyar változat: Márkus Béla, Budapesti Műszaki Egyetem
A. bevezetés
- a GIS fejlődését az alábbiak befolyásolták:
- kulcsszereplők, csoportok, cégek
- időszerű fejlesztési koncepciók
- a fejezet alapvetően Észak-Amerikával foglalkozik; Észak-Amerikán kívül jelentős fejlesztések történtek Angliában (erről a munkáról részletes beszámolót Rhind (1988) ad)
- a magyar térinformatika története jól nyomon követhető a Geodézia és Kartográfia című lapban, a fejlődésről rövid áttekintést ad OMFB (1992), javasoljuk a Térinformatika című lap írásainak követését, a legújabb kor történetének megismerésére
- a jelen fejezet alapja a Donald Cooke (Geographic Data Technologies Inc.) által 1989-ben szerkesztett "GIS származástan"
b. előzmények
- a különböző földrajzi adatszintek alaptérképek sorozatán való ábrázolásának ötlete jóval megelőzte a számítógépek megjelenését
- a Berthier francia térképész által szerkesztett Yorktown-i csata című kiadvány egymásra helyezhető térképeken mutatta a csapatok mozgását
- a XIX. század közepén szerkesztett "Atlas to Accompany the Second report of the Irish Railway Commissioners" népességi, forgalmi, geológiai és topográfiai adatokat mutatott be ugyanazon alaptérképen
- Dr. John Snow térképet használt az 1854-es londoni kolera halálozási előfordulásainak bemutatására, amellyel a kitörés helyét egy elhanyagolt körzettel azonosította - ez a földrajzi elemzés egy korai példájának tekinthető
C. az első számítógépes kísérletek
- a térképészeti elemzés megváltozását a következő tényezők okozták:
- a számítógépek fejlődése - alapvetően a számítógépes grafika fejlődése
- a térbeli folyamatok elméletének fejlődése a gazdasági és politikai földrajzban, tervezéselméletben stb.
- a szociális és környezetvédelmi területen megnyilvánuló növekvő tudatosság, a társadalom egyre magasabb szintű képzettsége
- Detroit és Chicago az ötvenes és hatvanas években integrált szállítási tervet dolgozott ki
- ez megkövetelte a szállítással kapcsolatos információk összegyűjtését és integrálását - feladóhelyek, útvonalak, célállomások, időadatok stb., az eredményeket speciális áramlási térképeken ábrázolták
- a Washingtoni Egyetem Földrajzi tanszéke (University of Washington, Department of Geography) 1958-61 között komoly eredményeket ért el a térbeli statisztika, alapvető számítástechnikai fejlesztések és a számítógépes térképészet területén:
- Nystuen - térbeli alapfogalmak - távolság, irány, kapcsolatok
- Tobler - számítógépes vetületi számítások, számítógépes térképészet
- Bunge - elméleti földrajz (a földrajz geometriai alapjai: pontok, vonalak, területek)
- Berry - a földrajzi helyek jellemzőinek (attribútumok) mátrixos leírása - különböző tematikával átlapolt térképek regionális elemzése - egy adatszint részletes tanulmányozása
D. Canada Geographic Information System (CGIS)
- a hatvanas évek közepén indított Canada Geographic Information System az egyik első - ha nem a legelső - GIS fejlesztés volt
- ez egy nagyméretarányú rendszer, amely jelenleg is létezik
- a fejlesztése során sok elméleti és gyakorlati eredmény született
Cél
- a Canada Land Inventory (CLI) által gyűjtött adatok elemzése, statisztikák készítése a földhasználat optimalizálására Kanada hatalmas mezőgazdasági területein
- a CLI által készített térképek:
- különböző tematikák szerint osztályozzák a területeket:
mezőgazdasági talajalkalmasság
üdülésre való alkalmasság
vadon élő állatok élettere (patások)
vadon élő állatok élettere (vízimadarak)
erdőművelésre való alkalmasság
aktuális földhasználat
vízparti területek
- 1:50 000 méretarányra fejlesztették ki
- egyszerű pontszámozási elvet követtek 1 (legjobb) 7 (leggyengébb), amelyet részletes osztályozási kódokkal egészítettek ki, pl. a talajtérkép tartalmazza az alapkőzet és a termőréteg típusát, a talaj kémiai tulajdonságait is
- a CLI által előállított 7 elsődleges térkép mindegyike homogén attribútumokkal rendelkező foltszerű adatszintet takar
- ezekhez a későbbiekben más térképi adatszintet kapcsoltak, pl. népszámlálási adatok
- érzékelték, hogy a számítógép az adatbevitel után azonnal további elemzésekre képes
Technológiai fejlesztések
- a CGIS új technológiai fejlesztéseket követelt
- nem voltak tapasztalatok az adatszerkezetek kialakításával kapcsolatban
- senki nem végzett korábban digitális adatszintek között műveleteket, területmérést
- térképdigitalizálásra kísérleti pásztázó digitalizálót (szkenner) fejlesztettek ki
- a műszaki fejlesztések költségvonzata nagyon magas volt
- a projekt igazolására végzett költség-megtérülés elemzések eleinte meggyőzőek voltak
- ám a költségek később jelentősen meghaladták a tervezettet
- a földrajzi elemzések csak módosított határidőre készültek el
- 1970-ben a projekt válságba került
- hiányoztak a megígért táblázatos kimutatások és egyéb elemzési képességek
- az adatbázis feltöltése és az eredmények előállítása a hetvenes évek közepére sikerült
- a legfontosabb eredményeket a különböző tematikákra végzett statisztikai összesítések jelentették
- a későbbi fejlesztések a rendszer kimenetén már egyszerű térképeket is eredményeztek
- a CGIS még a hetvenes évek végén és a nyolcvanas évek elején is a legkiválóbb fejlesztési központnak számított, annak ellenére, hogy az adatbázis kissé elöregedett
- kísérleteket végeztek új adatok rendszerbe való integrálására
- a rendszert új funkciókkal egészítették ki, különös tekintettel a hálózatos adatelérésre
- de már nem voltak képesek arra, hogy versenyezzenek a nyolcvanas évek új piaci eredményeivel
A CGIS fejlesztésének alapötletei
- pásztázók (szkennerek) használata a foltszerű objektumok digitalizálására
- a térképeket át kell rajzolni a pásztázás minőségének fokozására
- jegyezzük meg, hogy az átrajzolás munkaigényes, hasonlóan a vonalkövető digitalizáláshoz
- a szkennelt raszterképek vektorossá (vonalassá) alakítása
- az adatbázis földrajzilag részekre (szelvényekre, körzetekre) bontható (horizontális szegmentálás), a szelvény- illetve körzethatárokon a csatlakozó vonalak szabatos illesztésével (élillesztés)
- az adatok tematikus bontása (vertikális szegmentálás)
- változó számábrázolási élesség az ábrázolásban, függően az adatok felbontásától
- a rendszergazda adatszintenként változtathatja a számábrázolás élességét
- a vonalas objektumok belső ábrázolása - egy egyenes vonal helyett, annak a 8 alapirányba (égtájak és mellékégtájak) eső, láncolt inkrementumokkal való közelítése (Freeman chain code)
- a foltszerű objektumok meghatározására vonalelem (arc) és mutatók (pointers) elvének kidolgozása
- a mutatók a vonalelemtől balra és jobbra eső foltokkal (poligonokkal) teremtik meg a kapcsolatot
- ez volt az első "topológiai" rendszer, amely kapcsolatot létesített az adatbázisban lévő vonalak és poligonok között
- a leíró adattáblák elvének kialakítása, a helyzeti és leíró adatok különválasztása
- leíró adatbázis - "descriptor dataset" (DDS)
- helyzeti adatbázis - "image dataset" (IDS)
- a térbeli elemzés alapvető módszereinek kidolgozása
- térképek átlapolása, területmérés, földrajzi hely alapján végzett lekérdezés
Személyi háttér
- Roger Tomlinson, jelenleg a Tomlinson Associates, Ottawa nevű cég
e. a HARVARD laboratórium fejlesztései
- teljes neve - Harvard Laboratory For Computer Graphics And Spatial Analysis
- Howard Fisher, alapozta meg a Harvard Egyetem "Számítógépes grafika és térbeli elemzések" laboratóriumát a hatvanas évek közepén, abból a célból, hogy egy általános célú térképező szoftver fejlesszenek ki
- a Harvard Lab for Computer Graphics and Spatial Analysis a nyolcvanas évek elejéig jelentős befolyással volt a GIS fejlődésére, ami még jelenleg is élő, de hatása csökkent
- a Harvard szoftvert széles körben terjesztették, ami nagymértékben elősegítette a GIS alkalmazások bázisának megerősödését
- itt "nőtt fel" a legújabbkori GIS sok úttörője
A Harvard programcsomagok
- SYMAP
- általános célú térképészeti programként fejlesztették ki 1964-ben
- kizárólagosan sornyomtatós eredményeket szolgáltatott
- gyenge felbontás, gyenge minőség
- korlátozott funkciókészlet, egyszerű használat
- lehetőséget adott nem-térképészek számára, hogy térképet készítsenek
- az első valós bizonyítása annak, hogy a számítógép képes térképet rajzolni
- nagy érdeklődést váltott ki egy korábban ismeretlen technológia iránt
- CALFORM ( hatvanas évek vége)
- a SYMAP-nak rajzgépes kimenetet biztosított
- a felhasználó elkerülhette a belső határok kettős kódolását: a pontok helyzetét leíró táblázatra (koordinátajegyzék) és egy a poligonok határvonalát megadó pontazonosító listára épülő adatbázissal
- az eredmények megjelenése látványosabb, mint amire a SYMAP képes volt
- SYMVU (hatvanas évek vége)
- a SYMAP outputok perspektív (3D) megjelenítése
- elsőként jelent meg számítógépen ez az új ábrázolási lehetőség
- GRID (hatvanas évek vége)
- a raszterpontok megjelenítése a SYMAP-nál megszokott technikával történhet
- a későbbi fejlesztések lehetővé tették több adatszint egymásra fektetését, ez a kezdete a raszteres GIS fejlődésének
- POLYVRT (a hetvenes évek kezdete)
- konverzió a foltszerű objektumok különböző tárolási megoldásai között:
SYMAP - minden poligont önállóan tárol, a belső határvonalakat kétszer
CALFORM - koordinátajegyzék és poligonazonosító lista
DIME - lásd az F. pontban
- kifejlesztését a különböző programcsomagok rugalmas adatellátása, a közöttük, valamint a digitális adatbázisok közötti adatcsere indokolta
- ODYSSEY (hetvenes évek közepe)
- a POLYVRT konverziós lehetőségeinek kiterjesztése, ötvözve egy fejlett vektorelemző programcsomaggal
- az első hatékony poligonmetszési algoritmus, amely a poligonok határán jelentkező apró foltszilánkokat (sliver) is képes eltüntetni
Személyi háttér
- Howard Fisher - a Laboratórium létrehozását kezdeményezte, SYMAP fejlesztés
- William Warntz - elméleti és gyakorlati fejlesztések a térbeli adatok kezelése terén
- Scott Morehouse - az ODYSSEY után az ESRI-ben ARC/INFO fejlesztő
- további részletekért lásd Chrisman (1988)
f. a népszámlálási hivatal (BUREAU OF THE CENSUS)
- szükség volt egy módszerre, amellyel a népszámlálási adatokat földrajzi helyhez lehet kötni
- a lakcímeket földrajzi koordinátákkal látják el (address matching) illetve népszámlálási körzetekkel azonosítják
- a földrajzi koordinátákkal az adatokat egy tetszőleges, a felhasználó által definiált körzetbe lehet aggregálni
- igény mutatkozott a népesség-földrajz átfogó megközelítésére
- a körzetek egymáshoz hierarchikusan kapcsolódnak
- 1970 volt az első geokódolt népszámlálás
- a DIME állományok voltak a geokódos megközelítés fő alapadatai
DIME állományok
- a TIGER előfutára, csak lakott területekre épült ki
- kódolt utcarészletek (helyzetileg tengelyvonallal megadva), kiegészítve az alábbiakkal:
- a balra és jobbra eső tömbök azonosítója
- a kezdőpont és a végpont azonosítója
- x,y koordináták
- a házszámok intervalluma (tól-ig) a bal és a jobb oldalon
- ez lényegében a CGIS vonalelem szerkezetének és a POLYVRT belső strukturájának ötvözete
- a DIME állományokat széles körben terjesztették, ezek számos felhasználás alapjául szolgáltak
- a DIME topológiai elveit a TIGER modellben továbbfejlesztették
- síkbeli kiterjesztés
- a DIME és TIGER jelentős befolyással bírtak az utcahálózat alapú adatbázisok kifejlesztésére
- autónavigációs rendszerek
- szöveges útvonal megadás autóvezetőknek
- hulladékgyűjtési útvonal kijelölése
- mentővel való szállítás
Város-atlaszok
- az 1970-es népszámlálás után
- az érdekelt városok számára számítógépes térképek szerkesztése a kiválasztott népszámlálási adatok felhasználásával
- bizonyították a számítógépes térképek hasznát piaci, kereskedelmi alkalmazások példáján
- célzott fejlesztés a PC alapú statisztikai térképszerkesztő programok irányába
- a Hivatal digitális határvonalállományokat szolgáltatott a felhasználóknak
g. ESRI
- 1969-ben Jack Dangermond megalapította az ESRI (Environmental Systems Research Institute) céget, alapvetően a Harvard Lab eredményeire támaszkodva
- a hetvenes években a cég lassú növekedésnek indult, különféle vektoros és raszteres rendszerek kidolgozása révén
- a nyolcvanas évek elején megjelenik az ARC/INFO
- ez sikeres implementációja a CGIS azon ötletének, hogy külön kell választani a helyzeti és a leíró adatokat
- egy szokványos relációs adatbáziskezelő (INFO) a leíró adattáblák kezelésére és egy vonalelemek (ARC) tárolására, manipulálására specializált szoftver házassága - olyan alapvető fejlesztés volt, melyből sok más rendszer merített
- "szerszámosláda", parancs-vezérelt, végtermék-orientált felhasználói felület
- a moduláris felépítés lehetővé teszi alkalmazások fejlesztését a "szerszámosláda" eszközeire alapozva
- az ARC/INFO volt az első GIS, amely kihasználta a szuper-mini gépek előnyeit
- a GIS olyan gépeken működik, amely a legtöbb cég számára elérhető
- hangsúlyos a platformtól illetve az operációs rendszertől való függetlenség
- a kezdeti sikereket erdészeti alkalmazásokkal érték el, később a GIS piac szinte minden területén megjelentek
- 1988-ban forgalma 40 millió $
H. az első lépések magyarországon
- bár az első térinformatikai kísérletek a már hetvenes években elkezdődtek, jelentős gyakorlati alkalmazások csak a nyolcvanas évek végén születtek
- a gyakorlati alkalmazásokat erősen hátráltatták a COCOM előírások, így nem juthattunk világszínvonalú hardverhez és szoftverhez, védekezésül több magyar cég végzett GIS alapszoftver fejlesztéseket
- a gyakorlati alkalmazások megkezdődését hátráltatta a számítástechnikai infrastruktúra és ebből következően a számítástechnikai kultúra alacsony szinvonala, az alapvető GIS alapismeretek hiánya, különösen a döntéshozás szintjén
- az alkalmazási területeket tekintve, már a kezdeteknél sem tapasztalható lényeges eltérés a fejlett országoktól. A teljesség igénye helyett, az alkalmazások skáláját érzékeltetve:
- a hetvenes években az állami földmérés Gépi Adatfeldolgozó Központja központi ingatlannyilvántartási rendszert fejlesztett ki. Az adatbázis alapja a földrészlet törzsállomány, amely ingatlanonként egy rekordot tartalmaz. Az átlagos rekordhossz 150 karakter. Az 5.8 millió rekordból álló adatbázis hierarchikus szervezettséget is biztosít (földrészlet-fekvés-település-járás-megye)
- a PKI Távközlési Intézet DTM-200 rendszerét ugyancsak a hetvenes években alapozták meg. Az ország területére illetve közvetlen környezetére töltötték fel 200x200 m-es rácssűrűségű magassági és terepfedettségi adatokkal. A rendszer célja távközlési rendszerek kialakításának támogatása
- a nyolcvanas évek elején - a Paksi Atomerőmű építkezésnek köszönhetően - került az első két interaktív grafikus munkaállomás az országba. Az ERŐTERV megbízásából a Budapesti Műszaki Egyetem ezekre alapozva fejlesztette ki az erőmű közműnyilvántartó rendszerét
- a számítógépes tervezés és döntéselőkészítés területén az UVATERV (vonalas létesítmények tervezése), a VITUKI (vízépítés, vízgazdálkodás), és a VÁTI (városrendezés, regionális tervezés) ért el jelentős eredményeket. Az itt felnövő szakemberek ma meghatározó egyéniségei a magyar térinformatikának
- a kilencvenes évek elején a legsikeresebb magyar térinformatikai cég a GEOMETRIA Térinformatikai Rendszerház, mely komoly pozíciókat ért el a nemzetközi piacon is
irodalom
Special issue of The American Cartographer Vol 15(3), 1988, on the digital revolution in cartography - contains articles on the Harvard Lab, UK Experimental Cartography Unit, and the history of GIS.
OMFB, (1992) A térinformatika és alkalmazásai, OMFB tanulmány (9-9102), Koordinálta: Szalai, P. - Baranszky, J.I., Készítette: Remetey, F.G. - Fekete, J. - Márkus, B. - Mihály, Sz. - Szabó, Sz.
Tomlinson, R.F., 1987. "Current and potential uses of geographical information systems," The North American experience. International Journal of Geographical Information Systems 1:203-18. Reviews GIS from beginnings to 1987, and summarizes lessons learned.
ellenőrző kérdések
1. Milyen tényezők játszottak közre a GIS kialakulásában?
2. Hogyan változott az idők folyamán a GIS fogalma?
3. "A térinformatikai fejlesztéseket nagyban meghatározzák a hardver, szoftver és távközlési fejlesztések illetve költségek." Igaz-e az állítás?
4. Adjon áttekintést a magyar térinformatika legújabb eredményeiről.
PÁSZTÁZÁS a foltszerű objektumok digitalizálására
VEKTORIZÁLÁS a raszterképek vonalassá alakítására
FREEMAN LÁNCKÓD - a vonalas objektumok
belső ábrázolására
VÁLTOZÓ ÉLESSÉG az ábrázolásban,
függően az adatok felbontásától
HORIZONTÁLIS SZEGMENTÁLÁS a határvonalakon
végzett ÉLILLESZTÉSsel
VERTIKÁLIS SZEGMENTÁLÁS : az adatok
tematikus bontása
LEÍRÓ ADATTÁBLÁK elvének kialakítása
VONALELEM és MUTATÓK elvének kidolgozása
a foltszerű objektumok leírására
HELYZETI és LEÍRÓ ADATOK különválasztása
TÉRBELI ELEMZÉS - alapvető módszerek kidolgozása
- térképek átlapolása
- területmérés
- földrajzi hely alapján végzett lekérdezés
A CGIS fejlesztésének alapötletei
SYMAP (1964) - általános célú térképezés
CALFORM (- 1970) - rajzgépes kimenet
SYMVU (- 1970) - perspektív képek
GRID (- 1970) - raszteres rendszer
POLYVRT (1970 -) - adatkonverziók
ODYSSEY (1975) - általános vektoros elemzések
A
"Számítógépes Grafika és Térbeli Elemzés"
Harvard Laboratórium
programfejlesztései
|
