Využití least cost path analýzy v prostředí GIS v okolí oppida Závist

Srpen 5, 2011 napsal Pavla Mašková

Vzhledem k povaze mé diplomové práce, ve které bych se chtěla zabývat problémem predikce cest v prostředí geografických informačních systémů (GIS), jsem si jako malé cvičení zvolila předestřít možnosti nejkratších přístupových cest ze sídlišť v okolí oppida Závist v období jeho největšího rozkvětu ve 2. a 1. století př.n.l.

Nejedná se tedy o syntézu již několikrát publikovaných skutečností ohledně celkového historického vývoje na Závisti zahrnující veškerou stavební činnost sakrálního nebo profánní charakteru či sáhodlouhý výčet archeologických výkopových sezón, které tyto poznatky odborné i laické veřejnosti přinesly. I taková analýza se nicméně neobejde bez prozkoumání dostupné literatury tištěné i digitální, jako i bez malého výletu do údolí Břežanského potoka a v neposlední řadě i na samotný vrchol kopce Hradiště.

Počáteční zdroje

Na začátku jsem měla pro zpracování tématu tři základní zdroje. K práci jsem použila softwarovou verzi ArcGIS desktop 10.0, prostředí ArcMap – ArcInfo, se kterou již nějakou dobu pracuji. Prvotní data sestávala z již georeferencovaného vektorového vrstevnicového plánu Prahy spolu se záznamem vodních toků a určitých pěšin původně z prostředí softwarového programu AutoCAD Civil 3D.  Posledním informačním kanálem mi byla archeologická databáze Čech, verze z roku 2008 (ADČ), ze které jsem čerpala záznamy o provedených archeologických akcích v okolí vrchu Hradiště. 

Výchozí situace

Pro načtení vrstevnicového plánu do prostředí ArcInfo bylo nejprve nutné určit koordinátní systém, ve kterém se celý projekt bude zobrazovat. Pro Českou republiku se používá speciálně vypočítaný souřadnicový systém jednotné trigonometrické sítě katastrální (S-JTSK) v Křovákově zobrazení (vypracováno Ing. Josefem Křovákem v roce 1922.). Aby do budoucna nevznikl žádný problém s původními daty z CADu, změnila jsem systém na tentýž i u nich.

Kritéria pro potřebná data z archeologické databáze Čech jsem si určila následovně. Lokality v rádiusu do 10 km v katastrech městských částí Praha 4, Praha 5 a Praha – západ, uvedené jako sídliště, v období rozkvětu keltského oppida. Nezáleželo na roce, ve kterém se akce konala nebo kdo ji vedl. Výsledných 10 sídlišť se bohužel nacházelo pouze v katastrech obcí Lhota a Dolní Břežany, u některých se navíc opakovaly stejné hodnoty souřadnic (x, y) koordinátního systému a dvě sídliště se nacházejí přímo v areálu oppida. Ty jsem nicméně z analýzy nevyřadila. Veškeré tyto překážky snížily počet sídlištních areálů na 6 a výrazně tak zkreslily mou původní představu o dostatečně variabilní základně pro analýzu. (obr. 01)

Pro koordináty oppida jsem využila ortofotomapu a katastrální mapu na geoportálu Českého úřadu zeměměřičského a katastrálního (ČUZK - geoportal.cuzk.cz). Pro co největší zjednodušení jsem si určila jeden jediný bod na Akropoli. Nijak jsem nebrala v úvahu polohy opevnění a vstupních bran té doby.

Vytvoření vhodného prostředí pro analýzu

K vytvoření nejkratší, případně nejméně náročné a složité cesty z jednoho bodu do druhého je možné využít dva základní principy výpočtu vzdálenosti. Jedním jsou nástroje založené na eukleidovské matematice, které klasicky spočítají vzdálenost v určitém metrickém systému. Druhý způsob, tzv. cost distance, počítá vzdálenost vzhledem k vynaložené námaze, která je potřeba k tomu, aby byl cíl dosažen, v mém případě projití cesty z jednoho bodu do druhého. Vzhledem k povaze mého úkolu jsem zvolila druhou možnost, nástroje cost – distance analýzy.

Obr. 01 a obr. 02.

Prvním nutným krokem pro zdárné dokončení projektu je vytvoření rastrového formátu dat z původního vektorového vrstevnicového plánu. Jedním z nejjednodušších nástrojů je v tomto případě použití triangulovaného povrchu (TIN), tedy 3D modelu terénu složeného z jednotlivých trojúhelníků, které mají své vrcholy převzaté z některých bodů ve vrstevnicích. Nejprve jsem musela spojit více druhů vrstevnic do jednotného plánu a z něj pomocí nástroje create tin nechat udělat zmíněný rastrový povrch. Jelikož je taková operace náročná na paměť i množství dat nutných ke zpracování, vytvořila jsem z celého plánu pouze výřez zahrnující potřebné okolí. Výsledný povrch je ve stejně vybraném koordinátním systému jako u celého projektu, je rozdělen na několik kategorií pojímající rozsah nadmořské výšky, jejich počet i charakteristiku je možné si libovolně upravit. (obr. 02) TIN totiž hraje důležitou roli v dalším postupném kroku.

Kvalitní analýza se neobejde bez tzv. cost rastru. V něm se porovnává a spojuje do konečného obrazu náročnosti několik faktorů, které mohou ovlivnit výsledek. Vždy záleží na záměru analýzy a také na tom, jaká data máte k dispozici, případně jaká je možné získat. V mém konkrétním případě se TIN využil k vytvoření rasterového podkladu, ze kterého vznikl model svažitosti terénu použitím nástroje slope. Ten se jako cost raster přidal v dalším kroku k nástroji cost distance.

Analýza náročnosti terénu

Aby se mohl využít nástroj cost distance je potřeba mít k ruce několik vstupních informací. Patří mezi ně cílové místo, kam se chceme dostat, v mém případě na akropoli oppida, jejíž polohu jsem získala z ČUZK. Dále se využije již výše zmíněný cost raster svažitosti, tedy jaká bude náročnost projít terénem s takovými svahy.

Výchozí a dále potřebné rastrové výstupy jsou v tomto připadě dva. Výstup cost distance v sobě obsahuje akumulativní výpočet nejmenší námahy, která je potřeba k tomu, aby se postupně prošlo každou jednotlivou buňkou rasterového obrazu ke zdroji, tedy k akropoli. Po každém výpočtu se upřesňuje nejjednodušší cesta. (obr. 09) Výstup back link potom určuje směr, kterým je potřeba se dát přes spočítané buňky směrem ke zdroji. Používají se hodnoty od 0 do 8, kdy 0 je zdroj a 1 až 8 jednotlivé směry, počínaje prvním směrem, doprava.

Least cost path neboli nejméně náročná cesta

Posledním velkým krokem je použití nástroje cost path, který po zadání startovního bodu a rastrů cost distance a cost backlink vypočítá podle všech parametrů příslušnou cestu. Ta se objeví ve výstupní podobě rastru, který je ale esteticky nehezký a normálnímu oku toho mnoho nepoví. Proto je mnohdy lepší přeměnit raster na vektorou čáru, která je daleko přehlednější.

Co se týče jednotlivých výstupů, je už na autorovi, jaký výsledný výřez, jednotlivé typy bodů, čar a jejich barvy, vybere, které zobrazí a které nikoli. (obr.zavist03 - 08)

Závěr

Již při jednotlivých krocích celého projektu se ukázalo, že mé původní předpoklady bohaté analýzy, nebudou vyslyšeny. Přímo děsivě okleštěný byl počet výchozích sídlišť, navíc situovaných v malých vzdálenostech od sebe v okolí obcí Lhota a Dolní Břežany. Možnost zanalyzovat zajímavější přechody např. přes řeku nebo v okolí strmějších strání počáteční databáze neposkytla. Podobně ochudilo analýzu o zevrubnější vhled pouze jediné kritérium pro tvorbu rastru.

Nicméně celkové úsilí nad tímto projektem mělo kvalitativně pozitivní dopad na mou lepší orientaci a poznání dalších analytických nástrojů, které současné geografické informační systémy nabízejí. Velmi výrazně jsem pochopila, že je - li určen nějaký cíl, právě tady k němu může vést mnoho cest a je jen na mně, jak se s tím dokážu vypořádat.

Literatura

• Conolly,J.; Lake,M.: Geographical information systems in archaeology, Cambridge, 2006
• Mehrer, M.W.; Wescott, K.L.: GIS and archaeological site location modeling, New York, 2006
• Drda, P.; Rybová, A.: Keltové a Čechy, Praha, 1998
• Čtverák,V.; Lutovský,M.; Slabina,M.;Smejtek,L.: Encyklopedie hradišť v Čechách, Praha, 2003
• http://geoportal.cuzk.cz

Permalink