Souřadnicové systémy, atributové a prostorové dotazy

Cíle cvičení

vysvětlit, proč má každá vrstva souřadnicový referenční systém (CRS)
rozpoznat běžné souřadnicové systémy používané v Česku a ověřit je v ArcGIS Pro
provádět atributové dotazy nad popisem objektů
provádět prostorové výběry podle vztahu mezi vrstvami
pracovat s daty o vodních tocích, povodích a zastavěném území jako s podklady pro rozhodování v území

Datové podklady

datové úložiště Shares, složka \K155\Public\155GISZ\cvic02
DATA

Proč nestačí, že vrstva „je na správném místě“

Každý prostorový prvek má geometrii uloženou jako souřadnice. Aby GIS věděl, co čísla znamenají a kde je má zobrazit, potřebuje znát souřadnicový referenční systém (CRS, dříve také SRS). CRS určuje zejména vztažný systém, způsob zobrazení zemského povrchu do roviny, jednotky a pořadí os.

Geografický CRS pracuje se zeměpisnou šířkou a délkou, tedy zpravidla ve stupních.
Projektovaný CRS převádí polohu do roviny; souřadnice pak obvykle vyjadřujeme v metrech. Je vhodný pro práci s délkou, plochou a vzdáleností v území.

Důležitá zásada

Stejná lokalita může mít v různých CRS různé číselné souřadnice. Neznamená to, že leží na jiném místě. Chyba vznikne tehdy, když je CRS vrstvy neznámý nebo nesprávně přiřazený.

Běžné CRS pro práci v Česku

Souřadnicový systém	EPSG	Jednotky	Typické hodnoty souřadnic na území ČR	Kde se s ním setkáme
S-JTSK / Krovak East North	5514	metry	přibližně `Y = −900 000 až −400 000`; `X = −1 250 000 až −900 000`	státní mapová díla, katastr nem., velká část domácích dat
ETRS89 / UTM 33N	3045	metry	přibližně `E = 440 000 až 520 000`; `N = 5 400 000 až 5 650 000`	evropská data v západní a střední části ČR
ETRS89 / UTM 34N	3046	metry	přibližně `E = 360 000 až 440 000`; `N = 5 400 000 až 5 650 000`	evropská data ve východní části ČR
WGS 84	4326	stupně	přibližně `14–19° E`; `48,5–51,1° N`	GPS, souřadnice z terénu, webové formuláře, jiné mapové portály
WGS 84 / Pseudo-Mercator (Web Mercator)	3857	metry	přibližně `X = 1 550 000 až 2 110 000`; `Y = 6 200 000 až 6 650 000`	podkladové mapy a webové mapové služby

UTM není v celé ČR jedna zóna

Česká republika zasahuje do zón 33N a 34N. Před použitím UTM je nutné ověřit, kterou zónu daná data používají. Zkratka „UTM“ sama o sobě není úplný název CRS.

Kontrola CRS v ArcGIS Pro

V panelu Contents klikněte pravým tlačítkem na vrstvu → Properties.
Na kartě Source ověřte položku Spatial Reference.
CRS aktivní mapy ověřte v Map Properties → Coordinate Systems.
Uložte si zejména název CRS a EPSG kód; oba údaje musí být součástí popisu dat, která přebíráte nebo předáváte dál.

Mapový CRS a CRS vrstvy

ArcGIS Pro dokáže vrstvy s korektně definovanými, ale různými CRS zobrazit společně. Mapové okno je při vykreslení převádí do CRS mapy. To je zobrazení za běhu (on-the-fly projection); nemění zdrojová data ani z nich nevytváří novou datovou sadu.

Definovat, nebo znovu zobrazit?

Typ operace	Kdy ji použít	Co se stane
Define Projection	CRS dat známe, ale u vrstvy chybí nebo je špatně zapsán	pouze opraví popis CRS; souřadnice se nepřepočítávají
Project	CRS dat známe a chceme vytvořit kopii v jiném CRS	vytvoří novou datovou sadu s přepočítanými souřadnicemi
Geographic Transformation	při převodu mezi různými geografickými vztažnými systémy	určuje způsob přesného převodu mezi referenčními rámci

Neznámý CRS nezkoušejte metodou pokus–omyl

Pokud neznáte původ CRS, dohledávejte jej v metadatech, dokumentaci poskytovatele nebo u autora dat. Nesprávné použití Define Projection může vrstvu jen opticky „přesunout“ na zdánlivě správné místo a znehodnotit následné vzdálenosti, plochy i prostorové výběry.

Vektorové podklady pro krajinu, vodu a stavby

K jednoduchým otázkám o území využijeme vzorová data, která jsou uložena také na disku S ve složce K155\Public\155GISZ\cvic02. Vedle hranic katastrálních území je vhodné používat vrstvy, které popisují přírodní systém a skutečně zastavěné území.

Vrstva	Geometrie	Příklady otázek
Hranice povodí	polygony	Do kterého povodí zasahuje řešené území?
Vodní toky	linie	Které úseky jsou povrchové / podzemní, splavné / nesplavné?
Vodní plochy a záplavová území	polygony	Které části návrhu jsou ve vztahu k vodě či rizikovému území?
Katastrální území	polygony	Jaké administrativní jednotky lokalita protíná?
Intravilán / zastavěné území	polygony	Leží záměr uvnitř sídla, na jeho okraji, nebo ve volné krajině?

Doporučené zdroje dat:

Práce s daty z geoportálu

Geoportál je rozcestník, nikoli záruka jednotného formátu. U každé datové sady je vhodné ověřit poskytovatele, datum, licenci, popis atributů, CRS a způsob distribuce — stažení souboru, WFS/WMS nebo ArcGIS REST službu.

Atributové dotazy

Atributový dotaz (Attribute Query) je metoda výběru/filtrace prvků na základě hodnot jejich atributů. Doplňuje tak metodu interaktivního výběru prvků (viz cvičení 1). Základem je pravidlo pro výběr – tzv. výraz (Expression). ArcGIS Pro umožňuje sestavovat výrazy interaktivně pomocí dialogu, nicméně pro využití plného potenciálu výrazů je vhodné využít kód v jazyce SQL.

Atributový dotaz (nad daty v mapě): Map → Select By Attributes → vyplnit údaje do dialogu nástroje... Select features using attributes

Do pole Input Rows je automaticky předvyplněna vrstva vybraná v obsahu mapy

Pomocí přepínátka lze měnit zápis mezi interaktivním dialogovým zadáním a výrazem v jazyce SQL.

Introduction to query expressions Construct and modify queries

Jak číst výraz

V dotazu vždy rozlišujte název pole, operátor a hodnotu. Textové hodnoty se obvykle zapisují do apostrofů, číselné nikoli. Složitější podmínky spojujeme pomocí AND, OR a NOT.

Otázka	Příklad výrazu	Poznámka
Je hodnota rovna danému kódu?	`typ = 'povrchový'`	text v apostrofech
Je číslo větší než mez?	`delka_km > 10`	číslo bez apostrofů
Obsahuje název hledané slovo?	`nazev LIKE '%Vltava%'`	`%` nahrazuje libovolný počet znaků, `_` nahrazuje jeden znak
Platí obě podmínky?	`splavny = 1 AND typ = 'povrchový'`	závorkami určujeme pořadí podmínek
Chybí hodnota?	`spravce IS NULL`	`NULL` není prázdný text ani nula

Datový typ rozhoduje

Správný výraz vychází z datového typu pole. Kód 01 může být text, nikoli číslo; datum se dotazuje jinou syntaxí než text. Před sestavením dotazu vždy otevřete atributovou tabulku, přečtěte názvy a hodnoty polí a neodvozujte jejich význam pouze z názvu.

Příklad k vyzkoušení | testování atributových dotazů na skutečných datech

atribut	datový typ	popis
stop_name	`string`	Název zastávky
routes_nam	`string`	Označení linek, které obsluhují zastávku, ve formátu `-cislolinky-,-cislolinky-` řazeno vzestupně
route_type	`integer`	ID druhu dopravy, které obsluhují zastávku, `0=tramvaj`, `1=metro`, `2=vlak`, `3=autobus`, `4=přívoz`, `7=lanovka`, `8=tramvaj i autobus`
on_request	`integer`	Zastávka na znamení `0=není na znamení`, `1=je na znamení`
platf_len	`float`	Délka nástupiště (metry)

Prostorové dotazy

Prostorový dotaz vybírá prvky jedné vrstvy podle jejich vztahu k prvkům druhé vrstvy. Odpovídá na otázky typu „které vodní toky leží v povodí?“, „které parcely se dotýkají toku?“ nebo „které plochy zastavěného území protíná navržený koridor?“

V ArcGIS Pro otevřete Map → Select By Location. Poté vždy určete:

Input Features — vrstvu, ze které chceme vybírat;
Relationship — prostorový vztah, který má platit;
Selecting Features — vrstvu, vůči níž výběr provádíme;
případně Search Distance — vzdálenost, například 100 m;
způsob práce s dřívějším výběrem: nový, přidat, odebrat nebo vybrat průnik.

Vztahy, které budeme používat nejčastěji

Vztah v ArcGIS Pro	Jak číst otázku	Příklad v kontextu vody a sídla
Intersect	má alespoň jeden společný bod	Které parcely se protínají s koridorem toku?
Within	leží celé uvnitř	Které body měření leží uvnitř vybraného povodí?
Completely within	leží celé uvnitř, nedotýká se hranice	Které plochy záměru jsou celé v intravilánu?
Contains	obsahuje vybraný prvek	Která povodí obsahují vybrané odběrné místo?
Boundary touches	dotýká se hranicí	Která území sousedí s katastrálním územím?
Within a distance	leží do zadané vzdálenosti	Které objekty jsou do 100 m od vodního toku?
Crossed by the outline of	hranice jedné vrstvy kříží druhou	Které plochy protíná hranice řešeného území?

Výsledek závisí na geometrii i na formulaci otázky

„Leží v povodí“ a „protíná povodí“ nejsou stejná otázka. U polygonů zvlášť rozlišujte vztahy intersect, within a completely within. Před spuštěním nástroje odpovězte nahlas: Co vybírám? Vůči čemu? Jak přesně má prostorový vztah vypadat?

Doporučený postup při práci s výběrem

Ověřte, že vrstvy mají správně definované CRS a v mapě se překrývají smysluplně.
Nejprve proveďte jednoduchý atributový výběr, například pouze povrchových nebo splavných úseků toku.
Až poté proveďte prostorový výběr vůči povodí, intravilánu nebo řešenému území.
Výsledek zkontrolujte v mapě a atributové tabulce; ověřte počet vybraných prvků.
Má-li být výsledek použit dále, exportujte jej jako novou vrstvu se srozumitelným názvem a zdokumentujte použitá kritéria.

zdroj: Select By Location graphic examples

Select features by location Select Layer By Location (Data Management) Select By Location graphic examples

Úlohy k procvičení

Voda a sídla

Lokalita obsahuje vrstvy povodi, vodni_toky, intravilany, katastralni_uzemi.

Vlastnostmi vrstvy ověřte CRS alespoň u jedné lokální vrstvy a jedné webové služby. Která vrstva je v S-JTSK a která v ETRS89?
Atributovým dotazem vyberte povrchové vodní toky. Pokud sada obsahuje vhodný atribut, omezte výběr dále na splavné úseky.
Prostorovým dotazem zjistěte, které vybrané úseky toku intersect řešené území.
Vyberte plochy intravilánu, které se s řešeným územím překrývají. Porovnejte výsledek pro vztah Intersect a Completely within.
Vyberte prvky ležící do zvolené vzdálenosti od vodního toku. Uveďte, proč je pro tento krok nutné pracovat v CRS s metrickými jednotkami.

Otázky k diskusi

Kdy je katastrální hranice vhodná jako administrativní kontext a kdy pro popis skutečného zastavěného území lépe poslouží intravilán?
Jak by se změnila interpretace výsledku, kdybychom použili Within namísto Intersect?
Které podklady lze využít pouze pro orientaci a které lze použít jako vstup do navazující analýzy? Jakou roli při tom hrají metadata, licence a přesnost dat?

Shrnutí

Po tomto cvičení byste měli umět:

vysvětlit, proč GIS potřebuje CRS a jaký je rozdíl mezi geografickým a projektovaným CRS;
rozpoznat podle jednotek a řádu hodnot nejběžnější CRS používané v Česku;
ověřit CRS vrstvy i mapy v ArcGIS Pro;
rozlišit operace Define Projection a Project;
sestavit a zkontrolovat základní atributový dotaz;
formulovat prostorový dotaz jako kombinaci vybírané vrstvy, referenční vrstvy a vztahu;
interpretovat výběr nad vodními toky, povodími a intravilánem jako podklad pro rozhodování v území.

Doplňkové zdroje:

pro.arcgis.com
Coordinate systems, projections, and transformations pro.arcgis.com
Specify a coordinate system pro.arcgis.com
Select features by location pro.arcgis.com
SQL reference for query expressions

Intersect	A
Intersect (DBMS)	A
Contains	A
Contains Clementini	A
Within	A
Within Clementini	A
Are identical to	A
Have their center in	A

Intersect	A, C
Intersect (DBMS)	A, C
Within	A, C
Completely within	A
Within Clementini	A
Have their center in	A, C
Boundary touches	C

Intersect	A, C
Intersect (DBMS)	A, C
Within	A, C
Completely within	A
Within Clementini	A
Have their center in	A, C
Boundary touches	C

Intersect	A, C, D
Intersect (DBMS)	A, C, D
Contains	A, C, D
Completely contains	A, D
Contains Clementini	A, D
Have their center in	D
Boundary touches	C

Intersect	A, C, D, E, F, G, H, I, J
Intersect (DBMS)	A, C, D, E, F, G, H, I, J
Contains	G, H
Completely contains	G
Contains Clementini	G, H
Within	F, H
Completely within	F
Within Clementini	F, H
Are identical to	H
Boundary touches	C, E
Share a line segment with	F, G, H, I, J

Intersect	A, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O
Intersect (DBMS)	A, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O
Within	A, D, G, H, I, O
Completely within	A
Within Clementini	A, D, G, H, I
Boundary touches	F, G, H, I, K, L, M, N, O
Share a line segment with	G, I, J, K, M, O
Crossed by the outline of	C, E, H, L, N
Have their center in	A, C, D, E, G, H, I, J, O

Intersect	A, B
Intersect (DBMS)	A, B
Contains	A, B
Completely contains	A
Contains Clementini	A
Have their center in	A, D
Boundary touches	B

Intersect	A, C, D, E, F, G, H, I, J, K, M
Intersect (DBMS)	A, C, D, E, F, G, H, I, J, K, M
Contains	C, E, H, M
Completely contains	C
Contains Clementini	C, E, H, M
Within	F, G, H, M
Completely within	F
Within Clementini	F, G, H, M
Are identical to	H, M
Boundary touches	D, E, G, H, I, J, M
Share a line segment with	D, H, I, M
Crossed by the outline of	A, E, G, J, K
Have their center in	C, E, F, G, H, K, L