GEOLOGIJA 45/2, 553–558, Ljubljana 2002
Geolo{ka karta v GIS okolju Geologic Map in GIS
Jasna ŠINIGOJ & Marko KOMAC
Geolo{ki zavod Slovenije, Dimi~eva 14, 1000 Ljubljana,
jasna.sinigoj@geo-zs.si, marko.komac@geo-zs.si
Klju~ne besede: geografski informacijski sistem, geolo{ka karta Key words: geographical information system, geologic map
Kratka vsebina
Geolo{ka karta predstavlja osnovo za razumevanje geolo{ke zgradbe danega obmo~ja. Zbiranje geolo{kih podatkov in analiziranje geologije nekega obmo~ja za osnovno geolo{ko kartiranje je v osnovi proces povezovanja in obdelave podatkov. Geolog namre~ ‘eli s pomo~jo zdru‘evanja na razli~ne na~ine pridobljenih geolo{kih podatkov dolo~iti model, usmerjen v dolo~en problem, ki v najve~ji mo‘ni meri odra‘a stanje v naravi.
V prispevku je prikazan konceptualni in logi~ni podatkovni model geolo{kih kart v GIS okolju. Prikazane so zna~ilnosti podatkovne baze, standardizacija zajema in kontrola kvalitete zajetih podatkov.
Abstract
Gathering and analysing of the geological data of a certain area is a procedure where various spatial data are related and processed. The aim of a geologist is to determine the model that will represent the natural conditions by its most and will help him solve relations between data. Usually geological data have various origins and are for the purpose of modelling merged, united or joined together. The result is a geologic map that forms a foundation for the comprehension of the real geological conditions of a given area. The paper presents conceptual and logical model of the geological maps in the GIS environment. Here characteristics of the database, the standard procedures for the data input and their quality control procedures are shown.
Uvod
Leta 1991 smo na Geolo{kem zavodu Slovenije (takrat IGGG) resneje pristopili k pripravi izgradnje geolo{kega informacijskega sistema. V okviru bilateralne sodelave smo s pomo~jo nizozemske vlade izpeljali pilotski projekt dr‘avnega geolo{kega informacijskega sistema (@epi~ at al., 1998). V letu 1993 je sledila druga faza projekta, to je testni zajem geolo{kih kart v digitalno obliko. Ta-
krat smo postavili osnutek digitalnega modela geolo{ke karte, katerega smo nato testirali in nadgrajevali v naslednjih letih. Digitalni model geolo{ke karte smo postavili v Arc/Info okolju (@epi~ at al., 1993, Šini-g o j et al., 1998; H a f n e r et al., 1999; Š i n i -g o j et al., 2000, M c K e e at al., 1998, G a u -t i e r , 1999), saj le-ta zaradi svoje raz{ir-jenosti predstavlja v Sloveniji in tujini nepisani standard na podro~ju GIS-ov.
554
Jasna Šinigoj & Marko Komac
Vektorski podatkovni model v geografskih informacijskih sistemih
Geografski informacijski sistem (GIS) je ra~unalni{ko podprt prostorski informacijski sistem, ki omogo~a sodobno upravljalsko, organizacijsko in poslovno osnovo za zajemanje, shranjevanje, iskanje, obdelavo, analiziranje, prikazovanje in raz{irjanje prostorskih podatkov (Kvamme et al., 1997).
Podatki so z uporabo GIS-tehnologije organizirani v ustrezno prostorsko mre‘o podatkov (rastrski, vektorski prikaz), na katero se navezujejo atributi s svojimi lastnostmi. Najpomembnej{a karakteristika zajete informacije je enovita prostorska lokacija na ali pod zemeljskim povr{jem ( A r o n o f f , 1989).
Posamezni vsebinski podatki o geologiji, pedologiji, vegetaciji, hidrografski in cestni mre‘i, urbanih povr{inah in podobno so med seboj lo~eni, vendar vezani na ustrezni geografski polo‘aj. Govorimo o informacijskih slojih tematskih podatkov, ki jih lahko neovirano prekrivamo in tako zdru‘ujemo ustrezne podatke za izbrani in obravnavani prostor. Pomembno je zagotoviti skupno bazo podatkov, logi~no razdeljeno na razli~ne informacijske sloje podatkov. Ponavadi posamezne tematike delimo {e na logi~ne strukturalne plasti, kot so pri geolo{ki karti lito-logija, geolo{ke meje, strukturne enote, podatki o vpadu plasti ipd.
GIS-baza podatkov vsebuje prostorske in opisne podatke, pri ~emer prostorski podatki dolo~ajo lokacijo, obliko ter odnose med elementi prostora in so shranjeni v prostorski bazi. V relacijski bazi podatkov pa so shranjeni podatki, ki opisujejo lastnosti prostorskih elementov. Prostorski in opisni podatki so neposredno povezani preko enoli~no dolo-~ene {tevilke elementa v prostoru (identifikator, koda).
V splo{nem razlikujemo tri osnovne tipe prostorskih elementov:
• to~ka (to~ke terenskega opazovanja, vrtine, vodnjaki, izviri, golice, najdi{~a, vpadi plasti, ipd.) – na karti definirajo lokacijo nekega objekta, ki je glede na merilo premajhen, da bi ga opisovali z linijo ali poligonom. S to~kami prikazujemo podatek, ki je omejen na posamezno lokacijo;
• linija (geolo{ke meje, prelomi, narivi, profili, reke, ipd.) – predstavljajo obliko nekega objekta, ki je preozek, da bi bil opisan
kot poligon (ploskev). Linije tudi razmejujejo dvoje razli~nih zna~ilnosti terena;
• poligon – obmo~je (litolo{ke enote, plazovi, kamnolomi, ipd.) – predstavljajo obliko in razprostrtost neke homogene enote v prostoru (na dolo~eni povr{ini).
To~ke so opredeljene s parom koordinat (x,y), linije z zaporedjem to~k, poligoni pa z nizom linij, ki omejujejo poligon. Iz vne{enih linij nastanejo pri gradnji topologije zaprti poligoni. Za~etno in kon~no to~ko pri linijah imenujemo vozli{~e. Vsaka linija ima za~etno in kon~no vozli{~e, s tem je dolo~ena tudi prostorska orientacija. Liniji lahko na osnovi prostorske orientacije dolo~imo tudi levi in desni poligon.
Vektorski podatki se lahko vodijo nepovezano kot zaporedje koordinat ali pa so organizirani v ustreznem topolo{kem modelu (Kvamme et al., 1997). Nepovezani podatki veljajo za surove digitalne podatke, njihove analiti~ne sposobnosti v GIS-okolju pa so zelo omejene. Topologija je najvi{ji mo‘ni nivo generalizacije, s katerim je mogo-~e shranjevati geografske pojave na ra~u-nalni{kih medijih in je nujno potrebna za podporo razli~nim analiti~nim procesom v GIS-okolju. Topologija je torej matemati~ni postopek za dolo~anje prostorskih odnosov (relacij), ki nam omogo~a analizo prostora (poi{~i vse izvire z izdatnostjo nad 50 l/s, poi{~i vse aktivne plazove na nekem podro~-ju, ipd.). Topologija izra‘a razli~ne tipe prostorskih odnosov kot seznam posebnosti pojavov. GIS-tehnologija pozna tri glavne koncepte topologije (ESRI, 1992, Kvamme et al., 1997):
• povezanost – Linije se zdru‘ujejo samo v vozli{~ih (slika 1), ki so podani z enoli~nim identifikatorjem in s koordinatami. Tabela vozli{~ povezuje vse prostorske elemente s
Slika 1: Koncept topologije – linije se zdru‘ujejo samo v vozli{~ih
Geolo{ka karta v GIS okolju
555
stvarnim prostorom in omogo~a razli~ne iz-ra~une razdalj, plo{~in, presekov in drugih numeri~nih parametrov.
• definicija poligona – Linije, ki omejujejo ploskev, dolo~ajo poligon (slika 2), ki je podan z enoli~nim identifikatorjem in z razvr-{~enimi linijami.
• sose{~ina – Linije so podane z enoli~nim identifikatorjem in so ustrezno orientirane, tako da je mogo~e dolo~iti izhodi{~no in kon-~no vozli{~e ter levi in desni poligon (slika 3).
Digitalna geolo{ka karta
Zapletenost realnega sveta zahteva za la‘-je razumevanje njegovo poenostavitev. Karte so pomanj{an in posplo{en prikaz Zemlje ali pa samo dela zemeljske povr{ine v dolo~e-nem merilu in kartografski projekciji (Kvamme et al., 1997). Mednje sodijo tudi geolo{ke karte.
Z uporabo ra~unalni{ke tehnologije je postopek zajema podatkov v GIS okolje, njihove priprave in oblikovanja karte kot kon~-nega izdelka v za~etni fazi nekoliko zamud-nej{i, vendar pa je popravljanje in a‘uriranje digitalnih kart hitrej{e in cenej{e od kla-si~nega na~ina (Johnson et al., 1999). Postopek izdelave geolo{ke karte v GIS-okolju
Slika 2: Koncept topologije – linije, ki omejujejo ploskev, dolo~ajo poligon
Slika 3: Koncept topologije – linije imajo smer ter levi in desni poligon
Slika 4: Postopek zajema geološke karte v GIS-okolje
(slika 4) in s tem digitalni geološki model smo zasnovali v letih 1991-1993 (Žepič at al., 1993, 1998) in ga nato v naslednjih letih nadgrajevali (Šinigo j et al., 1998; Hafner et al., 1999; Šinigoj et al., 2000). Rezultat je geološka karta v GIS-okolju kot kompleksen, večdimenzionalen sistem geoloških podatkov, zajetih na obravnavanem ozemlju. Sestavljen je iz grafičnih in opisnih podatkov.
Celoten postopek izdelave digitalne geološke karte je razdeljen na sledeče sklope:
• priprava karte, o vsebina zajema, o izbira simbolov, o določitev slojev,
o določitev metode zajema prostorskih in opisnih podatkov,
•  digitalizacija prostorskih objektov,
• prenos zajetih podatkov v GIS okolje,
• identifikacija napak, otopološka kontrola zajetih podatkov,
¦  kontrola visečih linij,
¦  kontrola vozlišč na presečiščih,
¦  kontrola centroidov v poligonih (vsak poligon mora imeti natanko en centroid),
o odpravljanje tehničnih napak (napake pri postopku zajema in dopolnjevanja) kot
so:
556
Jasna Šinigoj & Marko Komac
¦  linije brez identifikatorja,
¦  poligoni litostratigrafskih enot brez identifikatorja,
¦  poligoni litostratigrafske enote z več identifikatorji,
¦  nezaključeni poligoni,
¦  točke brez identifikatorja ,
• izris obstoječih območij, linij in točk (sedem kontrolnih izrisov),
o kontrola položajne natančnosti, o kontrola atributne natančnosti, o ugotavljanje manjkajočih poligonov, linij in točk,
• ugotavljanje manjkajočih opisov litostratigrafskih enot, geoloških in strukturnih linij in geoloških pojavov,
•  dopolnjevanje karte, digitalizacija manjkajočih poligonov, linij in točk, prenos zajetih podatkov v GIS okolje ter ponovna kontrola,
• pregled in dopolnitev karte s strani avtorja (določitev manjkajočih atributov, mej, poligonov),
• vnos popravkov,
•  končna verifikacija karte. Digitalna geološka karta je shranjena v
Arc/Info podatkovni obliki in je geolocirana v dr,avni koordinatni sistem D48, Gauß-Krü-gerjevo projekcijo. Njeni osnovni gradniki so točke, linije in poligoni, ki so preko legende predstavljeni tudi na karti, kot je prikazano na sliki 5.
Slika 5: Gradnikov geolo{ke karte (prirejeno po J o h n s o n et al., 1999)
Digitalna karta je sinteza prostorskih (objekti, prikazani na karti) in njihovih opisnih podatkov (tabelarni opisi objektov) ter legend. Slika 6 prikazuje idejni model geološke karte (po Johnson et al., 1999).
Geološko karto v GIS-okolju tako sestavljajo štirje informacijski sloji:
• litologija in starost - poligonski informacijski sloj,
• geološke meje in tektonske strukture-linijski informacijski sloj,
• vpadi - točkovni informacijski sloj in
• geološki pojavi - točkovni informacijski sloj.
Na sliki 7 je prikazan topološki model geološke karte v GIS okolju, ki upošteva omenjene tri glavne koncepte topologije (slike 1-3).
Pri digitalizaciji litostratigrafskih enot (poligoni) pripišemo vsakemu poligonu identifikator litostratigrafske enote, ki služi kot povezovalni ključ do opisnih podatkov. Ti opisni podatki vsebujejo opise litologije in starosti. Geološke meje in strukturne elemente zajemamo kot linije, katerih opisni podatki podajajo tip geološke meje oziroma strukturnega elementa. Vpad plasti zajemamo kot točke, katerim sta pripisana tip, azimut in naklon vpada. Geološke pojave kot so nahajališča mineralnih surovin, najdišča fosilov itd. zajemamo kot točke, katerim pripišemo identifikator, ki nam poda opis tega pojava. Opisni podatki vseh objektov vsebujejo tudi kodo, ki podaja simbologijo prikaza objekta pri izrisu.
Na sliki 8 je podan prikaz osnovnega povpraševanja po objektih na karti.
Slika 6: Idejni model izdelave geolo{ke karte (po J o h n s o n   et al., 1999)
Geolo{ka karta v GIS okolju
557
Slika 7: Organiziranost podatkov Geolo{ke karte v GIS-okolju – model topologije
Slika 8: Prikaz povpra{evanja po objektih na geolo{ki karti v GIS okolju
558
Jasna Šinigoj & Marko Komac
Zaklju~ek
Tiskana geolo{ka karta je stati~en, kvalitativni, ~asovno pogojen in posplo{en dokument, s prenosom v GIS-okolje pa postane dinami~en, ~asovno neodvisen in natan~en sistem, ki je seveda odvisen od merila zajema podatkov.
Digitalna geolo{ka karta je sinteza prostorskih (objekti, prikazani na karti) in opisnih podatkov (tabelarni opis objektov) ter legend. S pomo~jo relacij med podatki nam GIS-okolje omogo~a izdelavo kart najprimer-nej{ih lokacij za dolo~ene objekte in geolo{kih pojavov, izdelavo kart tveganj ter ogro‘enosti in tudi analize za pomo~ pri odlo~itvi.
Digitalna geolo{ka karta je eden izmed informacijskih slojev geolo{kega informacijskega sistema. Baza obstoje~ih digitalnih geo-lo{kih podatkov Geolo{kega zavoda Slovenije s pripadajo~imi opisi se nahaja na spletni strani GIS borze http://193.2.111.28/gu/ aplik/opis/cepp/cepp.asp.
Literatura
Objavljena:
A r o n o f f , S. 1989: Geographic Information System: a management perspective, WDL Publications, 294 pp., Ottawa, Canada
ESRI 1992: Understanding GIS – The ARC/INFO Method, 563 pp., ESRI, Redlands, USA
H a f n e r , J., K o m a c , M. & P o l j a k , M. 1999: Geolo{ki informacijski sistemi – Kon~no poro~ilo za leto 1999. – Geolo{ki zavod Slovenije, 48 str., Ljubljana.
Komac 2001a: Struturno tektonska karta Slovenije V GIS okolju in postopek njene priprave za tisk.- V: Horvat, A. (ur.). 15. Posvetovanje slovenskih geologov : povzetki referatov : abstracts of papers, (Geolo{ki zbornik, 16), Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehni{ka fakulteta, Oddelek za geologijo, str. 48-51, Ljubljana.
K o m a c , M. 2001b: Standardiziranje postopka digitalne kartografije tematskih geolo{kih kart in priprave za tisk. Geologija, 44/1, Ljubljana
Kvamme, K., O{tir-Sedej K., Stan~i~ S., Šumrada R. 1997: Geografski informacijski sistemi, Znanstvenoraziskovalni center SAZU. Ljubljana.
Poljak, M., Komac, M. 2000: Strukturno-tektonska karta Slovenije M 1: 250.000. V: Dozet, S. Geolo{ke karte – Izdelava in tiskanje geolo{kih kart s tolma~i, Letno poro~ilo o rezultatih dela v letu 2000, Geolo{ki zavod Slovenije, 5 str., pril., Ljubljana.
S c h e t s e l a a r E., B r o d a r i c B. de K e m p E. 1993: Data integration and GIS modelling for the field based Earth scientist, Workshop tutorial, Ottawa, Canada
Š i n i g o j , J. 1995. Izbira optimalne variante avtoceste z ra~unalni{kim modeliranjem geolo{ko-morfolo{kih prostorskih podatkov. Diplomsko delo, Knji‘nica Odseka za geologijo, NTF, 73 str., Ljubljana
Š i n i g o j , J., K o m a c , M., H a f n e r , J., P o -l j a k , M., Š a r a b o n , A. & T r e b u { a k , I. 1998: Geolo{ki informacijski sistemi – Kon~no poro~ilo za leto 1998. – Geolo{ki zavod Slovenije, 72 str., Ljubljana.
Š i n i g o j , J., K o m a c , M., Š a j n , R. R i b i ~ i ~ , M., H r i b e r n i k , K., P o l j a k , M., Š a r a b o n , A., T r e b u { a k , I., K o p i t a r , T., M a h n e , M. & K u m e l j , Š. 2000: Geolo{ki informacijski sistemi – Kon~no poro~ilo za leto 2000.- Geolo{ki zavod Slovenije, 87 str., Ljubljana.
Š i n i g o j , J., K o m a c , M., K o p i t a r , T., M a h n e , M. & K u m e l j , Š. 2001: Geolo{ki informacijski sistemi – Kon~no poro~ilo za leto 2001.-Geolo{ki zavod Slovenije, 154 str., Ljubljana.
Š i n i g o j , J. 2001: Geolo{ki informacijski sistemi.- V: Horvat, A. (ur.). 15. Posvetovanje slovenskih geologov : povzetki referatov : abstracts of papers, (Geolo{ki zbornik, 16), Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehni{ka fakulteta, Oddelek za geologijo, str. 98-100, Ljubljana.
Š i n i g o j , J., K o m a c , M., K u m e l j , Š., H r i -b e r n i k , K., K o p i t a r , T. & M a h n e , M. 2001: Geolo{ki informacijski sistemi – Kon~no poro~ilo za leto 2002.- Geolo{ki zavod Slovenije, 154 str., Ljubljana.
@ e p i ~ , F., V e s e l i ~ , M., M i o ~ , P., A n d j e -l o v M., Š i n i g o j , J., J a g o d i c , T. & M a h n e M. 1993. Dr‘avni geolo{ki informacijski sistem Republike Slovenije – Zajem Geolo{ke karte – I. Faza. Geolo{ki zavod Slovenije, Ljubljana.
@ e p i ~ , F, H a f n e r , J., G o o s s e n s , M., R i -b i ~ i ~ , M. & Š i n i g o j , J. 1998: Necessary first step in the process of the establishing national geological information system – the slovenian experience.- International Conference on GIS for Earth Science Applications, Ljubljana 98 – proceedings, IGGG, p. 215-225, Ljubljana.
Splet:
Gautier, D L., 1999: Data Model for Single Geologic Maps: An Application of the National Geologic Map Data Model: U.S. Geological Survey Open-File Report 99-386. (http://wrgis.wr. usgs.gov/open-file/of99-386/)
Johnson, B. R., Brodaric, B., Raines, G. L., Hastings, J. T. & Wahl, R., 1999: Digital Geologic Map Data Model – Version 4.3. – Unpublished American Association of State Geologists / U.S. Geological Survey draft document, 69 p., Reston. (http://ncgmp.usgs. gov/ngmdbproject/)
McKee, F H., Wicham, T. A. & Wheeler , K. L. 1998: Evaluation of faults and their effect on ground-water flow southwest of Frenchman Flat, Nye and Clarc Couties, Nevada: a digital database: U.S. Geological Survey Open-File Report 98-580. (http://wrgis. wr.usgs.gov/open-file/of98-580/)