Výuka GIS s využitím programu Quantum GIS

Hlavní menu

Rychlé odkazy

Napsal uživatel Lenka Tichá

Pondělí, 04 Leden 2010 19:17

V dnešní době velmi významnou a denně se rozvíjející složkou informačních systémů jsou geografické informační systémy. Nároky současné populace jsou stále zvyšovány a jsou žádány nástroje, které dokáží efektivně a rychle analyzovat, spravovat, upravovat a zobrazovat prostorová data. GIS tyto operace zvládají a proto se rozrůstá jejich uživatelská základna. GIS už se stává součástí každodenního života nás všech, aniž bychom si to uvědomovali. Avšak nejvýznamnější oblastí aplikace GIS je státní správa a samospráva.

Hlavním problémem řešený převážně u uživatelů GIS v domácnosti a školství představuje cenová nedostupnost GIS softwarů. Nabízí se ale plnohodnotné řešení odpovídající kvalitám komerčních programových balíků, což jsou open software. S rozmachem internetu, který je pro rozvoj tohoto softwaru nezbytný, se uživatelům po celém světě nabízí možnost měnit a dále šířit původní či změněný zdrojový kód. Na základě těchto možností vznikají prakticky neustále nové verze nebo aktualizace programů. Použitím dostupných open source softwarů by se odstranila jedna z překážek možnosti začlenění GIS do výuky na základních a středních školách. Protože i když se GIS rozvijí enormně rychle, stále více využití a zapojení do výuky mají GIS na vysokých školách a jen malé procento patří školám základním a středním.

Quantum GIS

Quantum GIS ve zkratce QGIS patří mezi otevřené desktopové prohlížeče a editory dat geografických informačních systémů. Tento software je šířen pod licencí GNU GPL, což znamená licence pro svobodný software. GPL je copyleftová licence vyžadující dostupnost upravených děl pod původní licencí. QGIS lze spustit na systémech Windows, Linux, Unix a Mac OSX. Podporuje vektory, rastry a databázové formáty (viz Tab. 1).

K rozšíření programu jsou k dispozici zásuvné moduly, které nám slouží například k importování shapefile do PostgreSQL (relační databázový systém s otevřeným zdrojovým kódem). Dále můžeme QGIS využít jako grafické rozhraní pro funkce programu GRASS.

Open source, kam spadá i QGIS, je software s otevřeným zdrojovým kódem. Můžeme si pod tím představit legální dostupnost licence, kde pokud dodržujeme určité podmínky, je možné zdrojový kód využívat. Tento typ softwaru se neustále vyvíjí a stále se na něm pracuje. V současnosti je pro Quantum GIS dostupná verze 1. 3. 0 „Mimas“.

Quantum GIS má malou velikost souboru v porovnání s komerčním GIS a vyžaduje méně paměti, proto ho lze použít pro starší počítače nebo spouštět současně s ostatními aplikacemi.

Quantum GIS udržuje aktivní skupina dobrovolných vývojářů, kteří pravidelně vydávají aktualizace a opravy chyb, které udělali v předchozí verzi. V současné době je Quantum GIS převeden do 31 jazyků.

Tab. 1: Základní údaje Quantum GIS

Název	*Quantum GIS*
Aktuální verze	*Quantum GIS 1. 3. 0 Mimas*
Rok počátku vývoje	*2002*
Výrobce	*Vývojaři*
Web	*http://qgis.org/*
Podporovaný operační systém	*Linux, Unix, Mac OSX, Windows*
Místo na disku	*137 MB*
Typ softwaru	*Geografický informační systém*
Licence	*GPL*
Podpora formátu dat (vektorová)	*shp (ESRI), mif, tab, catd.ddf, qml*
Podpora formátu dat (rastrová)	*arc/info binary grid, arc/info ascii grid, grass raster, geotiff, jpeg, usgs ascii dem*

Zdroj dat: http://cs.wikipedia.org/wiki/Quantum_GIS (upraveno).

Historie Quantum GIS

Quantum GIS projekt oficiálně vznikl v květnu 2002, když se začalo s kódováním programu. Myšlenka byla koncipována v únoru 2002, kdy Gary Sherman začal hledat GIS prohlížeč pro Linux, který by byl rychlý a podporoval by široký rozsah datových zásob. Spojení s důležitostí v kódování GIS aplikací vedly ke stvoření projektu. V začátcích Quantum GIS byl stanoven jako projekt SourceForge v červnu 2002. První kód byl zapsán v CVS (Concurrent Version Systém – systém pro správu verzí projektu) SourceForge v sobotu 6. července 2002. První a ne moc fungující verze přišla 19. července 2002. Počáteční vydání podporovalo pouze PostGISvrstvy.

Funkce QGIS

QGIS nabízí mnoho společných funkcí GIS, což jsou základní funkce a zásuvné moduly. Podrobně popsané nástroje jsou v metodice pro učitele. Funkce jsem rozdělila do 4 základních kategorií:

1) Zobrazení dat

Je možné různě překrývat vektorové a rastrové vrstvy. Můžete si prohlédnout a překrýt vektorové a rastrové vrstvy dat v různých formátech. Mezi podporované formáty patří:

• prostorová data PostgreSQL PostGIS , shapefiles ESRI, MapInfo, SDTS a GML.

• rastrové mapy a formáty podporované nainstalováním GDAL (Geospatial Data Abstraction knihovny), knihovny jako geotiff, Erdas zap., ArcInfo ASCII Grid, JPEG, PNG.

• zásuvný modul GRASS s připojením rastrových a vektorových dat z databáze GRASS

• WMS a WFS služby

2) Vytvářet, upravovat, spravovat a exportovat data

• digitalizace nástroje pro OGR podporovaných formátů a vektorových vrstev GRASS

• vytvářet a upravovat shapefiles

• GPS nástroje pro import a export formátu GPX, GPS a převádění jiných formátů do GPX

• vytvářet PostGIS vrstvy z shapefiles se zásuvným modulem SPIT

• lepší práce s tabulkou PostGIS

• ukládat snímky jako georeferencované obrázky

3) Analyzovat data

Můžete provádět prostorové analýzy dat v PostgreSQL/PostGIS a dalších podporovaných formátech OGR. QGIS v současné době nabízí vektorové analýzy, odběr vzorků, geometrie a nástroje pro správu databází. Můžete také použít integrované GRASS nástroje, které zahrnují kompletní GRASS funkce.

4) Rozšířené funkce QGIS pomocí zásuvných modulů

QGIS byl navržen s architekturou zásuvných modulů. Umožňuje přádávat stále novější a další funkce do aplikace. Mnoho funkcí v QGIS jsou ve skutečnosti implementovány jako hlavní nebo vnější zásuvné moduly. Hlavní moduly jsou automaticky součástí každé distribuce QGIS. Jsou psány v jednom ze dvou jazyků: C + + nebo Python. Externí moduly jsou v současné době napsané v Pythonu. Jsou uloženy v externích úložištích. Mohou být přidány do QGIS pomocí instalace zásuvného modulu.

Technické vybavení

Abychom program Quantum GIS mohli zavést do škol, je k tomu zapotřebí patřičné technické vybavení. Popíšeme si základní požadované prostředky, které by měly stačit na běžný provoz.

1) Počítač

Počítačové vybavení se liší podle softwarových požadavků. K provozu program QGIS nám ale postačí základní vybavení. Měla jsem možnost vyzkoušet program na ZŠ Kunratická v Liberci. Počítačová učebna má 24 stolních počítačů s tímto základním vybavením: Intel 2,4 GHz, HDD 80 GB, RAM 256 MB, každý s 17" LCD monitorem. Všechny počítače jsou propojeny do sítě a mají připojení na internet.

Malátek (2005) zkoumal ve své diplomové práci na vybraných školách dotazníkovým průzkumem technické prostředky pro výuku GIS. Bylo zjištěno, že všech 24 škol vyhovuje svým vybavením pro práci s GIS a to i počítače s nejhoršími parametry.

2) Programové vybavení (software)

Druhá část po pevném vybavení je samotný program. Protože se jedná o zdarma stažitelný software, není nic jednoduššího, než pomocí internetu si stáhnout instalační soubor na oficiálních stránkách Quantum GIS: http://qgis.org/en/download.html. V sekci download máme vždy ke stažení nejaktuálnější verzi, kterou QGIS nabízí. Instalační soubor pro Windows zabírá na disku 67 MB.

3) Zdrojová data

Abychom mohli v programu pracovat a nemuseli si všechny vrstvy vytvářet sami, existují servery, kde si za poplatek můžeme data obstarat, ale jsou i místa, kde si můžeme data obstarat zdarma.

Příklad odkazů:

Data k ČR, Africe a Evropě: http://radyne.fpe.zcu.cz/web/skola/index.htm

ArcData (ČR): http://old.arcdata.cz/data/uvod

Vrstvy shp: http://shapelib.maptools.org/

Vstvy shp pro vojenské účely: http://www.vets.estranky.cz/clanky/Download/shapefile-_strana-2_

SHP zdarma: http://www.mapcruzin.com/download-free-arcgis-shapefiles.htm

WMS – Česká geolog. služba: http://www.geology.cz/extranet/geodata/mapserver/wms

WMS – Svět: http://geopole.org/

WMS – Liberecký kraj: http://maps.kraj-lbc.cz/mapserv/php/maps.php

WMS – Mapové služby Portálu veřejné správy ČR: http://geoportal.cenia.cz/cenia_docs/help/ims_wms.html

Sestavení cvičení

Sada cvičení má 10 úloh, které na sebe navazují co se týče úrovně dovedností a znalostí programu. Před vyzkoušením cvičení se žáky bych doporučovala každému vyučujícímu nejprve si cvičení projít a vyzkoušet samostatně. Poté nainstalujte program pro žáky (viz průvodce ke cvičení 1) a umístěte jim všechna potřebná data na disk. Všech 10 cvičení, které jsou umístěny v příloze, jsou zaměřeny na Českou republiku a každé cvičení má jiné geografické téma (viz Tab. 2).

V příloze jsou k dispozici vypracované cvičební listy. Ke každému listu je pro učitele vypracovaná metodika a průvodce cvičením. První strana je informativní, kde je shrnuta náplň cvičení, začlenění do výuky, mezipředmětové vztahy, získané dovednosti, výukové cíle, kognitivní cíle, očekávané výstupy a organizace hodiny. Poté jsou rozebrány úkoly s časovým rozfázování a správným řešením.

Tab. 2: Přehled cvičení

Číslo cvičení	Název	Téma (QGIS)	Doporučený ročník	Časový rozsah
1.	Moje první mapa	Začínáme s QGIS	6-9. ročník ZŠ, nižší stupeň gymnázia	45 minut
2.	Měříme a porovnáváme ČR	Tabulka atributů	6-9. ročník ZŠ, nižší stupeň gymnázia	45 minut
3.	Poznejme kraje ČR	Úprava tabulky atributů	6-9. ročník ZŠ, nižší stupeň gymnázia	45 minut
4.	Hledáme památky Unesco v ČR	Vytváření vektorové vrstvy	7-9. ročník ZŠ, nižší stupeň gymnázia	2 x 45 minut
5.	Vytváříme mapu Unesco	Mapová kompozice	8 a 9. ročník ZŠ, nižší stupeň gymnázia	45 minut
6.	Silniční doprava v Libereckém kraji	Vytvoření liniové vrstvy	8 a 9. ročník ZŠ, nižší stupeň gymnázia	2 x 45 minut
7.	Mapa CHKO a NP v ČR	Vytvoření polygonové vrstvy	8 a 9. ročník ZŠ, nižší stupeň gymnázia	2 x 45 minut
8.	Vyber a porovnej	Práce se symbolikou	8 a 9. ročník ZŠ, nižší stupeň gymnázia	45 minut
9.	Česká nej	Vytvoření vlastní mapy pomocí nových vektorových vrstev	9. ročník ZŠ a nižší stupeň gymnázia	2 x 45 minut
10.	Křížem krážem po ČR	Opakování všech získaných dovedností	9. ročník ZŠ a nižší stupeň gymnázia	45 minut

Zdroj: vlastní

Data potřebná pro cvičení

Pro vypracování cvičení jsem měla k dispozici data od společnosti Arcdata Praha s. r. o., která poskytuje produkt ArcČR 500 verze 2.0a – dodatek č. 4 pro školy za účelem studia a výuky.

Obsah dat „ArcČR 500 verze 2.0a – dodatek č. 4“

Podkladem pro zpracování základních geografických informací v digitální formě jsou mapy a databáze, které byly poskytnuty Zeměměřickým úřadem :

- Mapa České republiky v měřítku 1 : 500 000 pro základní geografické prvky (plochy lesů, plochy a body sídel, vodní plochy, vodní toky, silniční a železniční síť)

- Fyzickogeografická mapa ČR 1 : 500 000 pro prvky výškopisu

- Vektorová databáze územně technických jednotek pro jednotky administrativního členění.

K těmto prvkům jsou připojené další dostupné atributy, rozšiřující informační hodnotu původních mapových podkladů.

Formát dat

Geografická data ArcČR 500 jsou uchována primárně v GIS formátech firmy ESRI. Vektorová data jsou variantně uložena ve formátu ARC/INFO Coverage a ESRI Shape File. Rastrová data jsou ve formátu ARC/INFO GRID, příp. tiff. Připojená tabelární data jsou uchována jako soubory INFO (pro coverage) nebo DBF (pro shape file). Formát ESRI Shape file je otevřený, plně dokumentovaný formát geografických dat.

Souřadnicové systémy

Výchozím souřadnicovým systémem ArcČR 500 je systém S-JTSK. Geografická data jsou též transformována do systému S-42. Pro snazší spojení databáze s daty z okolních států nebo z celé Evropy jsou rovněž uložena v zeměpisných souřadnicích (na elipsoidu WGS84).

Vrstvy v projektu:

datový rámec „základní mapové prvky“: