Výsledky
Pro identifikaci prvků reliéfu existují speciální nástroje implementované do některých geoinformačních softwarů, které podle určitých algoritmů klasifikují části povrchu na tvary reliéfu. V základních verzích softwarů nástroje pro identifikaci prvků často chybí, a tak je potřeba existující nadstavby vyhledat a následně doinstalovat. Pro potřeby práce byl vybrán volně stažitelný program Landserf a pro porovnání komerční software ArcGIS, tedy produkt od jedné z nejvýznamnějších společností na poli geoinformatiky ESRI.
Landserf
Použití tohoto programu pro potřeby řešení dané problematiky nebylo náhodné. Nejen že je program volně dostupný, ale především je určen pro prostorové analýzy. Britský autor Jo Wood v něm vytvořil řadu nástrojů právě pro identifikaci prvků reliéfu. Nebylo tak třeba dohledávat žádné jiné nadstavby pro klasifikaci tvarů reliéfu, jako je tomu u jiných programů. Program je vyvinut tak, že dokáže klasifikovat terén na šest prvků. Při porovnáním s možnostmi jiných programů (IDRISI, skripty do ArcGIS) nenabízí příliš pestrou nabídku tvarů, ovšem vystihují základní geometrické tvary terénu, tedy rovinné, konvexní a konkávní, což je účelem. Celá klasifikace není zcela automatická, ale je především ovlivněna parametry, které uživatel zadá. Každý nástroj v Lanserfu má své vlastní využití a pro přesné výsledky vyžaduje různé nastavení parametrů. Na příkladech odlišných typů reliéfu bylo dlouze testováno nastavení parametrů pro každý nástroj za účelem nalezení optimálních hodnot pro identifikaci prvků reliéfu na území daného rozsahu a typu.
Obecně lze říci, že klasifikaci nejvíce ovlivňuje přesnost vstupního gridu, nastavení mřížky pro výpočet, sklon a křivost reliéfu. Podle testování na gridech vytvořených různými interpolačními metodami přinesly optimální výsledky topogridy, které jsou obecně považovány za kvalitní rastrové modely reliéfu specificky navržené pro hydrologicky korektní DMR a gridy vytvořené metodou spline, které navíc podle počítaných RMS chyb byly velice přesné.
Obr. 1, 2: Výsledky identifikace prvků reliéfu na území pahorkatiny a hornatiny s použitím gridů vytvořených různými interpolačními metodami
Nastavení mřížky bylo voleno tak, aby podle rozlišení rastru algoritmus počítal na ploše zhruba 10 000 m2, což odpovídá velikostnímu kritériu identifikovaných tvarů dle typologie.
Obr. 3: Nastavení velikosti mřížky při identifikaci prvků reliéfu v Landserfu na vybraném území Vlčnovské pahorkatiny a Rusavské hornatiny, tolerance nastaveny na výchozích hodnotách (Tslope: 1, Tconvex: 0,1), rozlišení gridu 5 m, zobrazení funkcí Display – Relief.
Optimální hodnoty tolerance sklonů a křivostí byly hledány jednak obecně pro všechny typy reliéfu, protože ne vždy uživatel pracuje na území, které odpovídá charakteru jednoho typu reliéfu. Především pak byly hledány optimální hodnoty pro samotné typy, jelikož každý má zcela jiný charakter, které vyžaduje vlastní nastavení pro přesnější výsledky. Tolerance sklonu určuje hranici, do které algoritmus klasifikuje vrcholy a deprese. Optimální hodnota byla navržena kolem 3 °, což je považováno téměř za rovnou plochu a do této hodnoty by byly klasifikovány samotné ploché vrcholy a deprese. Tolerance křivosti definuje klasifikaci rovin. Pixely, které mají hodnotu křivosti v rozmezí od záporné do kladné hodnoty tolerance, budou identifikovány jako roviny. Obecně lze konstatovat, že hodnota by se měla pohybovat od 0,1 do 0,2, kdy je povrch minimálně zakřivený. Vyšší hodnoty vedou k většímu podílu rovin.
Obr. 4, 5: Porovnání nastavení tolerancí sklonu a křivosti při identifikaci prvků reliéfu v prostředí Landserf na vybraném území Vlčnovské pahorkatiny a Rusavské hornatiny o velikosti 4x4 km, velikost mřížky 25x25, rozlišení gridu 5 m.
Zde jsou ukázky výstupů z důležitých nástrojů pro identifikaci prvků reliéfu v Landserfu (s popisem nastavení vstupních parametrů a využitím nástroje):
Obr. 6: Porovnání nástrojů Feature extraction, Feature network extraction v softwaru Landserf a tvorba vektorové sítě hřbetnic a údolnic na vybraném území Rusavské hornatiny (TS: 5, TC: 0,15), rozlišení gridu 5 m, zobrazení funkcí Display – reliéf
Obr. 7: Porovnání nástrojů Feature extraction a Multi-scale Feature extraction v prostředí Landserf na území pahorkatiny a hornatiny (viz kap. 5.1.2.), velikost mřížky: 25x25, rozlišení gridů 5 m, pahorkatina: TS:2; TC: 0,1, hornatina: TS :5; TC: 0,15), zobrazení funkcí Display – Raster, algoritmus provádějící identifikaci od mřížky 3x3 až po zadanou hodnotu vel. mřížky (každé liché číslo), výsledkem rastr průměrných hodnot
Přestože Landserf disponuje velmi širokou škálou formátů pro import a export, bylo potřeba při tvorbě výstupů použít ještě další programy, protože nevýhodou je nekompatibilita s formáty ArcGISu, které musely být vytvořeny přes ArcView 3.3. Mapové kompozice byly vytvářeny právě v ArcGISu, jelikož Landserf dokáže exportovat pouze vytvořené rastry či vektory a není zde možnost jakékoli editace, či tvorby mapových výstupů.
ArcGIS
K porovnání Landserfu, který je primárně určen pro identifikaci terénních tvarů, byl vybrán software ArcGIS. Tento produkt od společnosti ESRI však neobsahuje v základní verzi žádné nástroje spojené s klasifikací tvarů reliéfu. Tuto možnost nabízí skripty v jazyku AML od německého autora Hannese Isaaka Reutera, které jsou psané pro ArcGIS Workstation. Tento skript klasifikuje terén na jednotlivé části svahu a jeho předností je možnost identifikace do čtyř, osmi či jedenácti prvků. Ačkoli skript pracuje na jiném principu a identifikuje jiné tvary než Landserf, algoritmus nepracuje zcela automaticky, ale vyžaduje nastavení vstupních parametrů. Podobně jako v Landserfu jsou nejdůležitější sklon a křivost. Specifickým parametrem je zde nastavení watershed, tedy rozsah oblasti v m2, ze které do stanovené plochy stéká voda.
Obr. 8,9: Identifikace prvků reliéfu v prostředí ArcGIS na vybraném území Vlčnovské pahorkatiny a Rusavské hornatiny, porovnání klasifikace na 4, 8, 11 tvarů a výstupu z Landserfu (rozlišení gridu 10 m, hodnoty parametrů nastaveny dle výchozích hodnot, Landserf: vel. mřížky 11x11, TS: 3, TC: 0,1).
Použití obou softwarů přineslo pozitivní výsledky v tom smyslu, že každý software klasifikuje jinou skupinu prvků, které v charakteru odpovídají typologickému dělení povrchových tvarů dle vzhledu a sklonu. Výstupy z jednotlivých nástrojů tak mohou být využity pro další obory. Například v geomorfologii pro určování různých charakteristik terénu a definování typů reliéfu podle klasifikovaných tvarů na určitém území. Dále tvorba vektorové sítě hřbetnic, které odpovídají rozvodnicím a umožňují tak určit povodí stejně jako údolnice, které naopak stanovují výskyt vodních toků. Pro hydrologii má také význam charakter klasifikovaných tvarů, podle kterého by se dalo vytvořit schéma hydrologických zón.