Cyfrowe dane geograficzne
dane zgromadzone w systemie informacji przestrzennej. Mogą być prezentowane w różnej formie: mapy, widoków perspektywicznych – a nawet wirtualnych wędrówek po terenie – zestawień tabelarycznych, wykresów, wydruków czy wyplotów. Systemy zawierają narzędzia, które umożliwiają równoczesną wizualizację danych pochodzących z warstw rastrowych i wektorowych.
Mapa numeryczna (cyfrowa) to baza danych, która zawiera jednoznaczne określenie położenia obiektu na Ziemi w postaci grafiki komputerowej. Powstaje ona z wykorzystaniem następujących metod: przetworzenie zbiorów danych z pomiarów geodezyjnych i opracowań fotogrametrycznych metodą kartografii numerycznej do postaci obrazów wektorowych, skanowanie zredagowanych map analogowych do postaci obrazów rastrowych, skanowanie map analogowych i przeprowadzenie kalibracji i wektoryzacji obrazu po uzupełnieniu ze zbiorów z pomiarów geodezyjnych i opracowań fotogrametrycznych oraz digitalizacja map analogowych i przeprowadzenie operacji redagowania mapy metodą kartografii numerycznej w postaci obrazów wektorowych.
Wyróżnia się mapy wektorowe, rastrowe, numeryczne modele terenu, ortofotomapy, a także tematyczne bazy danych.
Mapy wektorowe to graficzne zbiory danych o obiektach geograficznych zapisane w formie modelu wektorowego, tzn. numerycznej prezentacji obiektów świata rzeczywistego przez odpowiadające im geometryczne obiekty. Położenie obiektów opisane jest za pomocą współrzędnych przyporządkowanych poszczególnym punktom. Obiekty mogą mieć postać punktów, linii (powstających z połączenia punktów) lub poligonów (obszarów) tworzonych jako domknięte ciągi linii. Mapy tego typu mają również określoną topologię, czyli dane o relacjach przestrzennych pomiędzy obiektami. W Wojsku Polskim są one tworzone w ramach Paktu Północnoatlantyckiego (NATO) zgodnie z polityką geoprzestrzenną NATO, według której każde państwo Sojuszu jest zobowiązane do sporządzania wektorowych baz danych o ustalonej dokładności i formacie zapisu. Są one oznaczone jako VMap (Vector Smart Map) oraz przeznaczone do stosowania w zautomatyzowanych systemach dowodzenia, które w celu zobrazowania sytuacji wymagają map podkładowych o różnym stopniu szczegółowości. Odpowiednia struktura danych umożliwia prowadzenie analiz przestrzennych, a docelowo wspomaga proces decyzyjny. Struktura danych oparta jest na warstwach tematycznych. Zakres informacyjny tych warstw obejmuje podział administracyjny, rzeźbę terenu, hydrografię, przemysł, fizjografię, transport, infrastrukturę oraz roślinność. Poszczególne z nich mogą być łączone przez nakładanie na siebie, co w efekcie ułatwia dokonanie szczegółowych analiz wybranego obszaru, tzw. analiz sieciowych, dotyczących obiektów o charakterze sieci, np. drogowej, energetycznej, komunikacyjnej. Zawartość informacyjna map wektorowych tworzona jest na określonych poziomach informacyjnych o różnym stopniu szczegółowości, które zawierają atrybuty danych pochodzących z map oraz innych dodatkowych źródeł.
Istnieją mapy o następujących poziomach dokładności:
- VMap L0 (VMap poziomu 0) odpowiadająca mapie w skali 1 : 1 000 000;
- VMap L1 odpowiadająca mapie w skali 1 : 250 000;
- VMap L2 odpowiadająca mapie w skali 1 : 50 000;
- VMap L3 odpowiadająca mapie w skali 1 : 25 000;
- SMW (szczegółowa mapa wektorowa) odpowiadająca mapie w skali 1 : 10 000.
Mapy tych poziomów są wykonywane dla obszaru Polski, natomiast mapy poziomu 0 i 1 – dla całego świata. Dane umieszczone na nich są zgodne ze standardem DIGEST (Digital Geographic Information Exchange Standard) – są to hydrografia, wysokość i rzeźba terenu, roślinność, budynki oraz przemysł – i zapisane w układzie odniesienia WGS-84 w formacie VPF (Vector Product Format) używanym wyłącznie w NATO, choć odczytywanym przez wszystkie programy GIS. Wektorowa baza danych poziomu 2 dla Polski wykonana została przez Wojskowe Centrum Geograficzne i Główny Urząd Geodezji i Kartografii w latach 2000–2004. Mapy poziomu 3 sporządzono dla wybranych obszarów Polski (głównie wschodniej) na podstawie ortofotomap, uzupełniając je danymi z map topograficznych 1 : 25 000.
Mapy rastrowe – na tego typu mapach przestrzeń podzielona jest na regularne elementy w kształcie kwadratów, tzw. komórki rastra lub piksele. Zakłada się, że każda komórka jest homogeniczna, tzn. jednolita pod względem opisującego ją atrybutu. Rozmiar komórki zależy od stopnia szczegółowości danych w systemie – mogą to być zarówno centymetry, jak i setki kilometrów. Wojskowe mapy rastrowe są wykonywane w formacie CADRG (Compressed Arc Digitized Raster Graphics), który jest standardowo stosowany w NATO, oraz w formacie MrSID (Multi-resolution Seamless Image Database). Powstają one ze skanowania map analogowych w skali od 1 : 25 000 do 1: 1 000 000, które zostają następnie dostosowane do obecnie używanego układu współrzędnych WGS-84 i połączone w jedną całość. Ich zaletą są zasięg, ponieważ obejmują one znacznie większe obszary niż arkusz mapy w wersji analogowej, oraz bardzo duża kompresja danych – kompletna mapa Polski w skali 1 : 50 000 zajmuje jedynie około 780 MB. Zasięg map ograniczony jest jedynie przez możliwości pamięciowe systemów, w których są wykorzystywane. Dla całego obszaru Polski powstały mapy w skali 1 : 100 000, 1 : 250 000 (także lotnicza), 1 : 500 000 i 1 : 1 000 000. Dla wybranych rejonów kraju (m.in. ośrodków szkolenia poligonowego) opracowano mapy w skali 1 : 25 000. Mapy rastrowe w formacie CADRG są podstawą funkcjonowania systemów wsparcia dowodzenia w Siłach Zbrojnych RP, które wymagają podkładu mapowego z możliwością określania współrzędnych. Używane są również w nawigacji lotniczej. Ważną funkcją systemów jest możliwość określenia współrzędnych bądź nanoszenie dodatkowych informacji, a także możliwości analityczne: pomiaru długości, określenia współrzędnych celu, wyznaczenie azymutu.
Systemy rastrowe są pomocne w analizach zjawisk ciągłych w przestrzeni – np. opadów atmosferycznych lub stężeń zanieczyszczenia w powietrzu – oraz takich, które wymagają zaawansowanych operacji matematycznych z wykorzystaniem różnych warstw danych, np. modelowania procesów przyrodniczych (erozji gleb, podatności wód odziemnych na zanieczyszczenie). W systemach rastrowych łatwiej jest również integrować dane teledetekcyjne.
Numeryczne modele terenu (NMT) są zgodnie z polityką geoprzestrzenną NATO sporządzane i zapisywane w standardzie DTED (Digital Terrain Elevation Data), stanowią model typu GRID. Dane do NMT pozyskiwane są przez wektoryzację diapozytywów wojskowych map topograficznych, czyli na podstawie danych wektorowych z pomiarów fotogrametrycznych, bezpośrednich pomiarów terenowych bądź w wyniku wektoryzacji rzeźby terenu z istniejących map.
Wykonywane są modele terenu o dwóch poziomach dokładności:
- DTED 1 – o dokładności poziomej do 50 m i pionowej do 30 m;
- DTED 2 – o dokładności poziomej do 23 m i pionowej do 18 m.
Model terenu DTED 1 dla Polski stworzono w latach 1996–1998 z map w skali 1 : 200 000 w Wojskowym Ośrodku Geodezji i Teledetekcji (obecnie Wojskowe Centrum Geograficzne), DTED 2 – z map w skali 1 : 50 000 w latach 1998–2001, DTED poziomu 0 – poprzez zmniejszenie rozdzielczości DTED 1 do piksela o rozmiarze 30” × 30” (0°–50°) lub 30” × 60” (50°–70°). Modele te wspierają mapy VMap o tym samym numerze poziomu. NMT wykorzystywane są w analizach widoczności z określonych stanowisk w terenie wspomagających decyzję o rozmieszczeniu posterunków czy uzbrojenia, pozwalają na wytyczanie tras przejazdów przez bezdroża i ułatwiają planowanie działań, a także wykrywanie obiektów ukrytych poprzez odfiltrowanie roślinności z modelu uzyskanego drogą skanowania terenu radarem lub laserem. Pierwszym praktycznym zastosowaniem NMT było naprowadzanie pocisków manewrujących typu Tomahawk wyposażonych w system TERCOM (Terrain Contour Matching, dopasowywanie do konturu terenu). System ten umożliwiał naprowadzanie przez ciągłe skanowanie otoczenia przez radar zainstalowany w rakiecie i porównywanie skanu z zapisanym w pamięci komputera pokładowego modelem terenu wgranym do pamięci systemu przed startem rakiety. Umożliwia to lot bardzo nisko nad ziemią, z wykorzystaniem dolin czy przełęczy. Przed takimi rakietami w zasadzie nie ma obrony, gdyż radary nie są w stanie wykryć tak nisko lecących pocisków. Są one także bardzo precyzyjne dzięki współpracy z systemem GPS (błąd trafienia rzędu 1 m). Podczas wojny w Zatoce Perskiej tomahawki bezbłędnie trafiły w stację transformatorów w Bagdadzie, wyłączając prąd w całym Iraku. Obecnie systemy typu TERCOM używane są też w innych typach rakiet, a jego uzupełnieniem jest DSMAC (Digital Scene-Mapping Area Correlator) porównujący zdjęcia satelitarne z obrazem z kamery w rakiecie, co zwiększa precyzję trafienia.
Ortofotomapy cyfrowe są ortogonalnym, kartometrycznym obrazem terenu powstałym ze zdjęć lotniczych lub zobrazowań satelitarnych przetworzonych do jednolitej, określonej skali, w wymaganym układzie współrzędnych geodezyjnych. Są to opracowania fotogrametryczne, które łączą w sobie zalety zdjęcia lotniczego z tradycyjną mapą analogową. Znajdują zastosowanie podczas oceny terenu, wizualizacji rejonów i obiektów szczególnego zainteresowania, a także jako tło naniesionych treści topograficznych lub innych informacji specjalnych. Wykorzystywane są do tworzenia map wektorowych, a także jako mapy nawigacyjne – np. w systemie nawigacyjnym myśliwców F-16 w służbie Polskich Sił Powietrznych używane są ortofotomapy w formacie CIB (Controlled Image Base) o rozdzielczościach 5 i 1 m.
Tematyczne bazy danych to opracowania gromadzące informacje, dane opisowe obszarów zainteresowań. Stanowią one dopełnienie standardowego opracowania geograficznego oraz współpracują jako dane uzupełniające z systemami o funkcjach analitycznych. Zgromadzone w nich informacje spełniają wymogi szczegółowości i wszechstronności, ponieważ są aktualizowane na bieżąco. Przykłady tematycznych baz danych to baza danych o miejscowościach (gazeter), zawierająca miejscowości wraz z ich przynależnością administracyjną Polski, w tym administracji wojskowej, baza jezior Polski, zawierająca informacje opisowe oraz dane batymetryczne o naturalnych i sztucznych zbiornikach wodnych, oraz baza danych o państwach świata, zawierająca wszechstronny opis krajów, kontynentów i oceanów, a także dane podstawowe, historię, informacje demograficzne i ekonomiczne, o obszarach napięć i konfliktów, ustrojów państw i form rządów. Znajdują się w niej również zbiory map rastrowych, w tym mapy fizyczne i tematyczne.
J. Gaździcki, Systemy informacji przestrzennej, Państwowe Przedsiębiorstwo Wydawnictw Kartograficznych im. E. Romera, Warszawa–Wrocław1990; M. Kistowski, M. Iwańska, Systemy informacji geograficznej. Podstawy techniczne i metodyczne. Przegląd pakietów oprogramowania i zastosowań w badaniach środowiska przyrodniczego, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań 1997; A. Magnuszewski, GIS w geografii fizycznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999; D. Paprotny, Zastosowanie GIS w siłach zbrojnych, „Rozwój Regionalny i Polityka Regionalna” 2012, nr 20; J. Pietruszka, E. Sobczyński, Wojskowe analogowe opracowania kartograficzne a potrzeby geoinformacyjne bezpieczeństwa i obronności państwa, „Polski Przegląd Kartograficzny” 2013, t. 45, nr 3; K.A. Saliszczew, Kartografia ogólna, tłum. S. Gurba i in., Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1998; M. Trochimiuk, Wojskowa ocena terenu oraz jej wsparcie geograficzne, „Obronność. Zeszyty Naukowe” 2016, nr 1 (17).