dr Turczi Gábor
A kutatás végrehajtásához szükséges feltételeket
a Magyar Állami Földtani Intézet
és az ELTE Térképtudományi Tanszéke biztosította.
Budapest, 2000
I. Célkitűzés
A disszertáció célja: átfogó képet adni a földtudományi adatbázisok szervezéséről, a földtani térkép és a köré csoportosuló mérési adatok példáján. A dolgozat további célja a klasszikus földtani tematikák tipizálása és adatszerkezeti szempontú csoportosítása, az adatbevitel-feldolgozás-megjelenítés hármas technológiai tapasztalatainak összegzése valamint feldolgozási megoldások bemutatása. Közvetett cél annak hangsúlyozása, hogy a földtudományi adatok helyfüggők, így leghatékonyabb informatikai közegük a térinformatika. Az adat értéke nem csak a tartamtól, hanem a rendezettségétől is függ. A dolgozat bemutatja, hogy a térinformatikai adatbázisba szervezett adat értéke, rendezettsége és integrálhatósága révén jelentős mértékben megnő. A földtudomány talán egyik legnagyobb tematikája a földtan, melynek informatikai gerincét a földtani térkép és a fúrási adat alkotja. A dolgozat kiemelten foglalkozik a megjelenítés kérdésével, a kartografált térképmű és a térinformatikai adatbázis kapcsolatával.
II. Rrövid tartalom
1. Bevezetés
A bevezető a térkép alapú informatika és a földtudomány kapcsolatát tárgyalja, meghatározza a dolgozat súlyponti kérdéseit.
2. A földtudomány tematikus térképei
A földtudomány minden ága közvetve vagy közvetlenül helyfüggő információval dolgozik, s ennek megfelelően a térinformatika egyik legtermészetesebb adathalmazát alkotja. A földtudomány tematikáinak teljes körű számbavétele nehéz feladat, az egyes témák és témakombinációk hierarchikus rendbe csoportosíthatók. A tematikus csoportosítás a tartalmat veszi alapul. Informatikai szempontból azonban a tartalom közömbös, s kialakítható a logikai adatszerkezet szerinti csoportosítás is.
3. A térinformatikai adatbázisok szerkezete
A térinformatikai adatbázis egy relációs adatrendszer, melynek középpontjában a hely szerepel, létrejöttének előfeltétele az adattartalmi és szerkezeti rendezettség. Ez a speciálisan rendezett adatforma a topológia. A topológia a grafikusan is ábrázolható elemek kiterjesztett formája, mely nemcsak az objektumok helyét, hanem térbeliségét is tárolja.
4. Az Intergraph MGE adatszerkezet
A térkép alapú informatika általános elmélete definiált és rögzített, de a gyakorlata már mindig konkrét szoftverekhez kapcsolódik. A térinformatikai adatbázis felépítését a szoftver által meghatározott vagy kezelt adatszerkezetek befolyásolják, hiszen az adatszerkezet kulcsfontosságú egy rendszer életében.
5. A térképi elemek osztályozása, az adatok rendezettsége és a tiszta vonalmű
A tematikus térképek grafikus, ill. alfanumerikus elemeinek osztályozása az „input oldal” adottságai és az „output oldal” elvárásainak függvénye, azonban az osztályozottság egyik legfőbb célja az informatikai rend betartása. Ez a rend biztosítja, hogy az adott eszközzel a funkciók végrehajtása a megfelelő adathalmazon történjen meg. A rendezettség egyben a technikai értelemben vett szabványosság előfeltétele is.
6. Tematikák levezetése — automatikus és interaktív lépések
A fejezet bemutat három olyan projektet, mely a térinformatika klasszikus felhasználását és a topológián végezhető műveleteket mutatja be. Mindhárom projekt adatmodelljét és a kapcsolódó feldolgozási technológiát a dolgozat szerzője tervezte.
— „A kis és közepes aktivitású radioaktív hulladékok elhelyezésre alkalmas területkivállasztás térinformatika megoldása” c. rész a sok tematikát felölelő komplex topológián történő elemzést mutatja be, melynek célja egy szintetizáló eredménytérkép létrehozása.
— „A mérnökgeológiai térkép származtatása — DANREG” fejezet a szabályokra épülő halmazösszevonásokat példázza.
— „A preszenon és a pretercier aljzat térkép” fejezet az egymással szorosan összefüggő, de automatizmussal csak kismértékben támogatható, elsősorban a szakember döntési mechanizmusára építő térképkészítés menetét mutatja be.
7. Inhomogén tematikák összevetése
Az adatok összehasonlíthatósága nem technikai, hanem tartalmi kérdés. A globális feladatmegoldás előfeltétele a tartalmi homogenitás, az összehasonlíthatóság. A tematikák azonban térben és időben eltérő körülmények között keletkeznek. Az ehhez kapcsolódó problémakör a hasonló elemek és a többfunkciós elemek kezelése.
8. Kartografálás automatizálható és interaktív lépései
A kartografálás mindenkori célja a „látvány” létrehozása, megjelenítésre való felkészítése. A megjelenítés alatt digitális (képernyőn maradó) és analóg (papírra kerülő) végtermék értendő. A kartografálás lépései és hatásköre e két esetben jelentős mértékben eltérhet. A fejezet elsősorban a térinformatikai adatbázisra épülő műveleteket tárgyalja.
9. A GIS adatbázis és a kartografálás ellentéte
A térinformatikai adatbázis grafikai, attributum háttere és hatékony üzemeltetése nem azonos a kartografált végtermék igényeivel. A GIS adatbázis a lehető legegyszerűbb geometriából építkezik és az objektumok valós tulajdonságait, rögzíti. A kartografálás bonyolult, összetett geometriára épül, az adatbázis a megjelenítéshez szükséges adatokat igényli.
10. Változásvezetés
Az adatbázisok egyik legsarkalatosabb problémája a változások vezetése, különösen akkor, ha levezetett, értelmezett adatokról van szó. Ezek az adatbázisok részben szubjektív, ill. szakembertől függő elemeket tartalmaznak. A feladat kezelését a fúrási adatbázis, ill. a földtani térkép kapcsán mutatja be a fejezet.
11. 1:100 000 méretarányú földtani adatbázis-szabványok
A szakmai értelembe vett záró fejezet, teljes leírást ad egy földtani térinformatikai adatbázis szerkezetéről, szervezéséről. Kiemelten kezeli az alapvető alfanumerikus adatokat és a földtani térkép szervezését. Kitér a szabványok fontosságára, melyet konkrét példákkal be is mutat.
III. Az elért eredmények, következtetések
1.
Hatékony térinformatikai adatbázis építése három tényező függvénye:
— az információ optimális hierarchiájának és szerkezeti osztályainak felállítása,
— az adatbázison tervezett műveletek meghatározása,
— az alkalmazott szoftver funkciókészletének és adatszervezési igényeinek ismerete.
E három ismeret alapján technológiai és tartalmi szabványokat kell felállítani. A tartalmi szabvány felállítása nem az informatika feladata. Az informatika viszont ezt előfeltételnek tekinti. Az informatika csak a dokumentált tartalmi inhomogenitást tudja kezelni.
Az optimális adathierarchia, adatcsoportosítás és a szoftver adatszerkezeti igénye, valamint az adatbázison tervezett műveletek köre igen erősen összefonódik. Különös szerepe van a térképnek ebben a rendszerben. A térkép, mint alapadat, hely információt tárol, de egyben egy megjelenítési forma is. A térképet adatbázis szemszögből kell tekinteni, s célszerű a megjelenítéshez szükséges információkat az adatbázissal összefüggő módon szervezni. A tematikák ugyan a valós világ különböző objektumait írják le, de informatikai-adatszerkezeti szempontból a rajtuk elvégzett műveletek és a kapcsolódó adattípusok tipizálhatók.
2.
Az adatbázison értelmezett három alapművelet adatrörgzítés-feldolgozás-megjelenítés egyszerre nem lehet optimális. Az adatrögzítés olyan technikai folyamat, mely esetében a rendszeres emberi beavatkozás elkerülhetetlen. A feldolgozás akkor hatékony, ha csak a funkciók vezérlése igényel emberi beavatkozást. A megjelenítés nagymértékben automatizálható. Ez az automatizmus a térinformatikai adatbázis szerkezeti rendjére és a tárolt megjelenítési információkra épül. Az adatbázis szervezését azonban a feldolgozásra nézve kell hatékonnyá tenni. A megjelenítés számos fázisa szubjektív elemeket tartalmaz és nem automatizálható. A földtani térkép példáján általánosítható adatbázis modellt mutat be a dolgozat melynek szerves része a kartográfiai részadatbázis.
A térinformatikai adatbázis akkor jól szervezett, ha a benne fellelhető alfanumerikus és grafikus adatok relációs rendszert alkotnak, az adatok nem ismétlődnek. Az alfanumerikus adattáblák esetén, ezt a relációs modell biztosítja, a grafikus információ esetén a geometria funkció szerinti szegmentálása ad megoldást (pl. a vető önálló és földtani határ szerepet is betöltő szakasza).
3.
A térképi adatbázis esetében be kell vezetni a hasonló vonalmű és a többfunkciós vonal fogalmát. A többfunkciós vonal a tudatos adatépítés eleme és a redundáns vonalak kiküszöbölését szolgálja. A tematikát felépítő témák számbavétele és elemzése során fel kell állítani az átfedő csoportokat (pl. földtani határ, vető), s az adatbázis építése és feldolgozása folyamán ezek megkülönböztethetőségét fenn kell tartani.
A hasonló vonalmű különböző forrásból származó tematikák összerendezése, összeszerkesztése alkalmával áll elő. A hasonló vonal a standard alaptérképek alkalmazásával nagyrészt elkerülhető. A többfunkciós elemek egy része egyben a hasonló elem kategóriába is tartozik, mivel több témának is része lehet. Ilyenek a természetes határok (pl. folyó vagy állóvíz partvonala)
4.
A térkép alapú adatbázisok főszereplője maga a térkép. Ha a térinformatikai adatbázis szervezése szabványok szerint történik felhasználhatósága igen sokrétű. Ebben a szervezésben igen fontos szerepe van az adatok közötti összefüggések előzetes ismeretének, s az adatbázis ehhez igazított építésének. Ilyen építési, prioritási sor a következő:
— topográfia alaptérkép, mint vonatkoztatási rendszer,
— az alaptérkép többfunkciós elemei,
— a felszíni földtani térkép,
— földtanból levezethető tematikák (pl. mérnökgeológia, vízföldtan),
— mélyföldtani változatok.
Az eddigiekben megfogalmazott elvek szerint felépülő tematikákból egyedi vagy komplex topológia építhető.
5.
A dolgozat három projektben foglalja össze a topológiai rendre épülő levezetett térkép, ill. adatbázis-építés menetét. Ezek összegzett tapasztalata a következő:
— Sok tematikára épülő komplex topológia csak a hasonló elemek kiküszöbölése mellett, valamint a többfunkciós elemek hierarchikus szervezésével építhető. A komplex topológia logikai leképzése új, értéknövelt, levezetett adatbázist eredményez. (pl.: A hulladékelhelyezési problémakör feltételrendszere, a kapcsolódó tematikák és az ezekből levezetett — az alkalmas területeket bemutató — adatsor.)
— A tematikus adatok összefüggéseit vizsgálva felállítható az a kapcsolódási sor, mely megmutatja az egymásra épülés rendjét. Ezek egy része az attributum szintjén megfogható szabályok szerint leképezhető, a leképzés eredménye egy új levezetett térkép (pl.: földtan–mérnökgeológia vagy földtan–ősföldrajz).
— Az összefüggő tematikák egy másik csoportja logikai módszerekkel nem képezhető le. Ennek elsődleges oka, hogy térben és időben eltérő és változó folyamatok eredményét kellene tipizálni. Ilyenkor a meglévő alapadatokból kigyűjthetők, a konzekvens és szabályokhoz köthető elemek, melyek a további feldolgozás alapját képezik. A végső adatsor kialakítása a szakértő feladata (pl.: mélyföldtani térképek).
6.
A dolgozat definiál egy adatmodellt a legkézenfekvőbb földtani adatkörre (1. ábra— A földtani adatbázis vázlata.) A rendszer gerincét a térképi témák közül a földtani térkép, ill. a tágabb értelembe vett mintavételt tekintve, a fúrás alkotja. A földtani objektumok leíró adatait (kor, genetika, litológia, fácies stb.) a tematika típusától függetlenül hierarchikus kódtábla tárolja. A hierarchikus kódtábla biztosítja a leíró adatok egyedi kódolását, azonosítását, valamint az egyes tételek viszonyát (szülő–gyerek) és tematikus besorolását. Ez a megközelítés kétlépcsős relációval bármely attributum tábla kifejtését hozzáférhetővé teszi. A leíró adatok kivétel nélkül hierarchiába szervezettek. Ilyen lehet a geológiai időskálára való hivatkozás: mezozoikum–kréta–szenon–maastrichti. A hierarchikus kódtábla lehetővé teszi egy adott földtani egység többszintű elérését. Minél átfogóbb szintet jelölünk meg annál tágabb kört érint. A hierarchikus kódtábla a tematikától függetlenül, összefüggéseivel kezeli a leíró attributumokat.
7.
Informatikai szempontból a digitális térkép egy komplex adattípus, amely a valós világ objektumait modellezi, azok geometriáját és egymáshoz való viszonyát rögzíti. Az objektumok tulajdonságai szintén a térkép részét képezik. A térkép más megközelítésben egy nagyon fontos végtermék is melynek megjelenítése a térinformatika rendszer egyik legfontosabb „terméke”. A megjelenítés, azaz a kartografálás klasszikusan manuális feladat, azonban találhatók teljesen- és részben automatizálható technológiai lépések. Ezek adatvezérelt lépések, melyeket az objektum tulajdonságai és a hozzá rendelt — sok esetben standardizált — megjelenítési információk végzik. A kartografálás az adatsor átalakításával, kibővítésével jár együtt. Ez azonban az adatbázisban rögzített, tényleges információn nem változtathat. A tematikán történő változtatásokat mindig az eredeti térinformatikai adatbázison kell elvégezni. A kartografált végterméket ebből kell esetenként levezetni, generálni.