HODNOCENÍ VLIVU ZNÁZORNĚNÍ VÝŠKOPISU NA GRAFICKOU NÁPLŇ TOPOGRAFICKÝCH MAP

Jednou z hlavních charakteristik při tvorbě mapy je náplň mapy. Jedná se o velmi důležitý faktor, který nám ukazuje, jaké množství obsahu se v mapě nachází. Od toho se pak odvíjí podrobnost a čitelnost mapy a její vhodnost pro cílovou skupinu (Voženílek a kol., 2011). S náplní mapy se tak setkávají uživatelé map všech druhů, aniž by si to uvědomovali. Náplň mapy jako taková je ale velmi často přehlížena, a to jak v Česku tak i v zahraničí (Šákrová, 2010). V minulosti bylo napsáno několik publikací, kde je náplň mapy popisována. Její definice se však rozcházejí a stejně tak i možnosti a metody jejího měření. Některé zdroje se shodují na tom, že se náplň mapy dá rozdělit na grafickou a informační, popřípadě zmiňují pouze grafickou náplň mapy. Podle Fairbairna (2006) se náplň mapy dělí na vnitřní (intelektuální) a grafickou. Vnitřní náplň mapy přitom posuzuje schopnosti vnímat a poznávat náplň mapy individuálních uživatelů, zatímco grafická pracuje pouze se značkami a objekty v mapě. Pokud je již zmíněna některá metoda měření náplně mapy, nedá se obvykle použít univerzálně pro všechny typy map. Většina zmíněných metod a metrik navíc neuvádí škálu, na které se výsledné hodnoty pohybují (Barvíř a kol., 2019). Jednou z mála výjimek je Suchovův vzorec, který je určen přímo k výpočtu náplně mapy, pro provedení cílů práce je však poměrně nepraktický. S mapami s celoplošným pokrytím si totiž vzorec neporadí, při použití stínování nebo barevné hypsometrie by náplň změřil jako stoprocentní. Metrik určených přímo k měření náplně většího množství map je tak poměrně málo, k měření náplně mapy totiž moc často nedochází.

Tato práce se zabývá porovnáním grafických náplní map různých výškových členitostí, přičemž mapy budou zobrazovat výškopis pomocí několika v současnosti využívaných metod. Dále porovnává výsledky měření pomocí několika dostupných metrik k měření náplně obrazu, které již byly použity pro měření náplně mapy a zároveň jsou založeny na odlišných principech. Výsledek může pomoci tvůrcům map s výběrem vhodné metody pro zobrazení výškopisu na základě náplně polohopisu v mapě či na základě výškové členitosti terénu.

Cílem bakalářské práce je shromáždit a vyhodnotit poznatky k testování vlivu znázornění výškopisu na náplň topografických, případně vybraných tematických map s výrazným topografickým podkladem (turistické mapy, automapy atd.). Pro splnění těchto účelů bude u map s rozdílným zobrazením výškopisu, relativní výškovou členitostí a v rozdílných lokalitách měřena grafická náplň mapy pomocí vybraných metrik. Po realizaci měření grafické náplně mapy pomocí vybraných metrik budou výsledné hodnoty zaznamenány a dále zpracovány, což je nejdůležitějším cílem celé práce. Cílem zpracování výsledků bude analyzovat, jakou mírou se u jednotlivých testovacích map znázornění výškopisu a členitost terénu podílí na grafické náplni map. Toto porovnání bude rozděleno na tři hlavní části:

První část bude zaměřena na porovnání jednotlivých vybraných metod znázornění výškopisu a jejich vlivu na náplň mapy, to všechno v rámci jednotlivých kategorií relativní výškové členitosti terénu a lokalit. Pro každou jednotlivou lokalitu tak bude vytvořeno srovnání, jak náplně výškopisu při použití různých metod znázornění výškopisu, tak při použití rozdílných měřících metrik. Z výsledků by mělo být patrné, jaká metoda je vhodná pro zobrazení výškopisu v různých výškových členitostech, u které metody mají mapy nedostatečné nebo naopak příliš vysoké množství náplně.

Druhá část bude porovnávat podíl výškopisu na celkové náplni mapy. Podíl bude porovnán v rámci jednotlivých metod zobrazení výškopisu, v potaz bude brána relativní výšková členitost, popř. konkrétní lokality. Zatímco předchozí část porovnávání nebere celkovou náplň v potaz, tato část umožňuje srovnání množství náplně výškopisu měřeném společně s použitím polohopisu a popisu. Toto srovnání pomůže zjistit, jak velkou část celkové náplně mapy zabírá výškopis, přičemž celková náplň představuje 100 %. Hodnoty náplně mapy tak ze srovnání nejsou čitelné.

Třetí část porovná celkovou náplň mapy a podíl výškopisu a polohopisu na ní, to vše v rámci kategorií relativní výškové členitosti. Tato část přitom hodnotí výsledky stejným způsobem, jako druhá část. Zde ovšem není podíl porovnáván v procentech, ale v absolutních číslech, tudíž je z tohoto srovnání patrné množství celkové náplně mapy, stejně tak podíl výškopisu a polohopisu na celkové náplni.

Pro tvorbu této práce bylo nejprve nutné provést rešerši na téma výškopis v topografických mapách. Bylo tak zjištěno, jaké metody pro zobrazení výškopisu v mapách jsou v současnosti nejčastěji využívány. Poté proběhl průzkum současných topografických a obecně zeměpisných map a jejich znázornění výškopisu. K tomuto průzkumu posloužily základní mapy ČÚZK, mapové atlasy či mapové portály, a to různých měřítek. Obecně zeměpisné mapy byly zahrnuty do průzkumu, jelikož často využívají metodu barevné hypsometrie a případně její kombinaci s jinými metodami. Jedná se totiž většinou o mapy malých měřítek, na rozdíl od topografických map, které jsou spíše velkých měřítek, tudíž barevnou hypsometrii běžně nevyužívají. Pro otestování barevné hypsometrie proto bylo potřeba použít obecně zeměpisné mapy, jelikož v topografických mapách se barevná hypsometrie běžně nenachází.

Takto bylo vybráno celkem osm odlišných metod zobrazení výškopisu, případně jejich kombinací. Pro tyto metody byl následně vytvořen znakový klíč, který vycházel ze vzorových map. Podle stejného principu byl vytvořen i znakový klíč pro polohopis, který byl však sjednocen to stejné podoby pro všechny mapy.

Dalším krokem bylo vytvoření mapových vzorků pro testování náplně mapy. Pro tyto výřezy bylo vybráno celkově 15 lokalit rozmístěných po celé České republice. Vzorky se přitom lišily také relativní výškovou členitostí terénu, kategorizovanou podle Demka a kol. (1972) zahrnující kategorie rovina, pahorkatina, vrchovina, hornatina a velehornatina. Pro každou výškovou členitost tak připadaly tři lokality.

Následně byla na tyto lokality aplikována data ve vybraném znakovém klíči a vyexportována jako soubor TIFF v rozlišení 300 dpi bez komprese. Pro každou lokalitu bylo přitom vytvořeno osm výřezů s využitím samotného výškopisu, osm výřezů s využitím výškopisu a polohopisu a jeden výřez s využitím pouze polohopisu.

Vzniklé výřezy pak byly testovány pomocí dvou vybraných metrik, tedy metrice založené na detekci hran a metrice Subband Entropy. Tyto metriky byly vytvořeny pro program GIMP, respektive MATLAB. Hodnoty každé z těchto metrik se přitom pohybují na rozdílné škále. Výsledné hodnoty byly nakonec zpracovány a porovnány v podobě diagramů, které ukazují rozdíly hodnot jak mezi jednotlivými metrikami, tak mezi členitostmi terénu nebo použitými metodami zobrazení výškopisu.

Hlavním cílem této práce bylo analyzovat, jakou mírou se u jednotlivých testovacích map znázornění výškopisu a členitost terénu podílí na grafické náplni mapy. Pro přehledné srovnání a vizualizaci výsledných hodnot byly zvoleny sloupcové diagramy v jednotném grafickém stylu. Pro každou metodu znázornění výškopisu byl vybrán odlišný barevný odstín (zelená, hnědá, modrá, růžová, oranžová, žlutá, červená, fialová). Pro metriku založenou na detekci hran je jas odstínů nižší, sloupce pro metriku Subband Entropy jsou zobrazeny odstíny s vyšším jasem. Při vzájemném porovnávání obou metrik určuje hlavní svislá osa hodnoty metriky založené na detekci hran, popisky hodnot jsou pak zobrazeny opět odstínem s nižším jasem. Vedlejší svislá osa pak určuje hodnoty metriky Subband Entropy a hodnoty jsou zobrazeny odstínem s vyšším jasem. Dále byly odlišeny sloupce zobrazující výškopis a polohopis. Pro sloupce s výškopisem byla zvolena plná výplň, jelikož se jedná o hlavní předmět zájmu této práce. Pro sloupce s polohopisem pak byla zvolena šrafovaná výplň.

Vliv metod znázornění výškopisu na náplň mapy

Prvním cílem bylo zjistit vliv odlišných metod znázornění výškopisu na grafickou náplň mapy. Jedná se totiž o jeden z hlavních cílů práce a během měření bylo zjištěno, že se hodnoty mohou mezi jednotlivými metodami velmi lišit. Pro toto srovnání byly použity hodnoty náplně výškopisu společně s popisem. Dále byly hodnoty porovnány mezi jednotlivými metrikami pro měření náplně map a mezi jednotlivými lokalitami měření.

Z celkového srovnání výsledných hodnot a náplní vyplývá, že u barevné hypsometrie na relativní výškové členitosti příliš nezáleží, hodnoty jsou u všech lokalit velmi podobné. S rostoucí členitostí sice roste náplň u metriky SE, rozdíl je ale minimální. Naopak při použití vrstevnic ať už samotných, nebo v kombinaci, je rozdíl mezi náplněmi s rostoucí členitostí čím dál vyšší. Metody používající stínování (kromě těch s vrstevnicemi) pak u všech výškových členitostí zaznamenávají podobnou náplň, případně nepatrně rostoucí se zvyšující se výškovou členitostí. Výjimkou jsou roviny, kde jsou hodnoty většinou velmi nízké.

Následně byly vypočteny průměrné hodnoty pro každou kategorii relativní výškové členitosti, a to pro obě metody. Poté byly zprůměrované hodnoty porovnány v rámci jednotlivých členitostí, metod zobrazení výškopisu i použitých měřících metrik. Tyto výsledky potvrzují závěry vyvozené v předešlém odstavci.

Podíl výškopisu na celkové náplni mapy

Dalším cílem bylo zjištění podílu výškopisu na celkové náplni mapy. K tomuto účelu byly použity hodnoty náplně mapy zvlášť pro výškopis a zvlášť pro polohopis. Tyto hodnoty byly potom vizualizovány ve strukturních sloupcových diagramech. Celková náplň je zde vyjádřena jako 100 %.

Například podíl výškopisu na celkové náplni mapy je u barevné hypsometrie při použití metody DH velmi podobný u všech výškových členitostí. Výškopis zde zabírá ve všech případech okolo 40 % celkové náplně map. Při srovnání s podílem u metriky SE se jedná o velký rozdíl, zde se totiž podíl liší na základě výškové členitosti. Zatímco u rovin se podíl výškopisu pohybuje okolo 5 %, s rostoucí výškovou členitostí se podíl zvyšuje a u velehornatin dosahuje k hodnotě 30 %. Podobným způsobem byly porovnány hodnoty u všech metod zobrazení výškopisu.

Vliv členitosti terénu na náplň mapy

Nakonec byl porovnán vliv členitosti terénu na náplň mapy. Pro tento účel byl z celkové náplně mapy (kombinace výškopisu, polohopisu i popisu) vypočten výškopis a polohopis. K tomu byla použita rovnice, kde podíl celkové náplně a součtu výškopisu a polohopisu je vynásoben výškopisem v případě výpočtu výškopisu. Při výpočtu polohopisu je podíl celkové náplně a součtu výškopisu a polohopisu vynásoben polohopisem.

Výsledné hodnoty byly následně zprůměrovány v rámci jednotlivých kategorií relativní výškové členitosti. Výsledky byly porovnány tak, aby z nich byla čitelná i celková náplň map. Zároveň byly navzájem porovnány hodnoty jednotlivých metrik.

Například při použití metody šedé vrstevnice a stínování jsou již s rostoucí výškovou členitostí vidět mnohem vyšší rozdíly. U všech kategorií relativní výškové členitosti je celková náplň u metriky SE nižší než u metriky DH, s výjimkou pahorkatin, kde jsou celkové náplně téměř stejné. Jinak zde ale platí, že s rostoucí výškovou členitostí roste jak celková náplň map, tak i podíl výškopisu na celkové náplni map, a to u obou metrik. Zatímco u rovin je podíl výškopisu menší než polovina celkové náplně, u velehornatin je zřetelně vidět, že podíl výškopisu na celkové náplni překračuje hranici padesáti procent. Úplně stejně se pak vyvíjejí výsledky u metody stínování a hnědé vrstevnice. Výsledky ostatních metod zobrazení výškopisu byly porovnány podobným způsobem.

Při vyhodnocování výsledků byla objevena celá řada poznatků. Při použití vrstevnic jakéhokoli odstínu a tloušťky roste celková náplň mapy, náplň výškopisu i podíl výškopisu na náplni mapy společně s rostoucí výškovou členitostí. Naopak samotná barevná hypsometrie nemá na náplň mapy při použití vybraných metrik téměř žádný vliv. Náplň mapy se pohybuje u všech výškových členitostí kolem stejných hodnot. Důvodem je nejspíš to, že žádná z vybraných metrik se nezaměřuje na barevný odstín, což je hlavní prvek, kterým barevná hypsometrie rozlišuje nadmořskou výšku. Při použití stínování bez vrstevnic pak na relativní výškové členitosti příliš nezáleží. U některých metod se zdá, že s rostoucí relativní výškovou členitostí celková náplň mapy klesá, u některých se náplň pohybuje kolem podobných hodnot. Rozdílné náplně jsou tak nejspíš důsledkem charakteristiky terénu jednotlivých lokalit. Zde se proto vyplácí výběr lokalit z různých míst po celé zemi, terén lokalit se může totiž velmi lišit, i když spadají do jedné kategorie výškové členitosti.

Pro přehlednou vizualizaci výsledků byly vytvořeny sloupcové diagramy s jednotným grafickým vzhledem, které umožní každému snadno se ve výsledcích měření vyznat. Tyto výsledky pak mohou posloužit tvůrcům map, kteří se mohou inspirovat k použití vhodné metody zobrazení výškopisu pro určitý terén, třeba i na základě relativní výškové členitosti, a to tak, aby zaplnění mapy odpovídalo optimálnímu množství.

The main aim of the thesis is to compare and evaluate the influence of elevation representation on graphic map load of topographic maps. This comparison helps to investigate the influence of individual elevation representation method used in current topographic maps on graphic map load. It can also show which of these methods is appropriate for a particular terrain shape. The results will help cartographers to choose an adequate elevation representation method for their maps. According to the methods already used in existing maps, new maps were designed. These maps differ over location, terrain shape and elevation representation method. Then, graphic map load was measured for each of the maps, including the overall map load, hypsography map load and planimetry map load. Appropriate metrics were used for measuring. The measured values were compared within the metrics, relative terrain, elevation representation methods and particular locations. Finally, values were visualised using bar charts for clarity. The results are presented using a poster and a website.