Souřadnicové systémy a jejich transformace

1. Úvod do souřadnicových systémů

Dimenze prostorových dat

Data se liší podle počtu rozměrů, které popisují – od 1D až po 4D (časoprostorová data).

1D data – Data popisující objekty pouze v jedné ose – například výška (souřadnice Z).

Jsou velmi běžné v situacích popisujících nadmořskou výšku.

2D data – Data popisující objekty pouze v rovině – se souřadnicemi X a Y.

Jsou nejběžnějším typem dat, které známe z klasických map – například hranice katastrálních území, silniční síť nebo vodní toky. Nezachycují výškové rozdíly ani tvar terénu, ale umožňují přehledné zobrazení a jednoduchou prostorovou analýzu.

2.5D data, popř. 2+1D data – Data obsahující kromě polohopisné i výškopisnou informaci, která ale neumožňuje plnohodnotný 3D pohled. Výšková hodnota (Z) je zobrazena vrstevnicemi nebo výškovými kótami, ale s omezením, kdy každému bodu na ploše je přiřazena právě jedna výška. Nepopíšou tak například převisy nebo mosty. Používají se hlavně pro digitální modely terénu (např. výškové mapy, vrstevnice nebo stínovaný reliéf). Výška zde není samostatným rozměrem prostoru, ale jen doplňující vlastností.

3D data – Data zachycující objekty v prostoru pomocí tří rozměrů – X, Y a Z. Umožňují modelovat budovy, mosty, stromy nebo i celé městské části v jejich reálné podobě, dokážou zachytit komplexní struktury jako převisy, podchody či vnitřní prostory. Používají se v urbanismu, architektuře, projektování nebo virtuální realitě.

4D data – Data, která kromě prostorové složky obsahují i časovou dimenzi. Díky tomu lze sledovat, jak se prostor mění – například vývoj výstavby, změny krajiny nebo pohyb objektů. Používají se například pro simulace, sledování změn ve městech nebo pro analýzy založené na časových řadách. Čas může být reprezentován konkrétním datem, obdobím nebo i rychlostí změny.

Souřadnicové systémy

Souřadnicové systémy jsou základem pro určení polohy bodů na povrchu Země. V geografických informačních systémech (GIS) umožňují přesně lokalizovat body a porovnávat geografická data mezi sebou. Bez správného souřadnicového systému by nebylo možné efektivně analyzovat ani vizualizovat geografické informace. Závaznými geodetickými referenčními systémy na území České republiky jsou:

• S-JTSK – Souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální. Používá se v České republice pro katastrální mapy a geodetické aplikace. Tento systém je optimalizován pro přesná měření na území ČR. Matematická orientace souřadnicových os je: osa x směřuje na východ, osa Y směřuje na sever; na území ČR jsou obě souřadnice záporné.
• ETRS89 – Evropský terestrický referenční systém 1989 je závazným souřadnicovým referenčním systémem i na území EU dle směrnice INSPIRE. Je vyjádřen geografickými souřadnicemi (zeměpisná šířka, zeměpisná délka, elipsoidická výška).
• WGS84 – Globální souřadnicový systém, který je základem pro globální navigační systémy a používá se pro určení polohy na povrchu Země. Je kompatibilní s většinou moderních navigačních a mapových nástrojů.
• Bpv – Výškový systém baltský – po vyrovnání je souřadnicový systém používaný na území ČR a okolních států. Nula je vztažena ke střední hladině Baltského moře, výchozím výškovým bodem je nula stupnice mořského vodočtu v Kronštadtu.
• EVRS – Evropský výškový referenční systém je závazným souřadnicovým referenčním systémem i na území EU dle směrnice INSPIRE. Výchozím výškovým bodem je nula stupnice mořského vodočtu v Amsterodamu.

Každý souřadnicový systém má své specifické výhody a použití, a je důležité zvolit ten nejvhodnější pro danou úlohu. Například pro přesné mapování a geodetické měření na území České republiky je ideální S-JTSK, zatímco pro globální navigaci nebo aplikace jako GNSS je nezbytný WGS84.

2. Transformace souřadnicových systémů

Transformace souřadnicového systému znamená převod souřadnic mezi dvěma různými souřadnicovými systémy. Tento proces je klíčový pro správnou analýzu a porovnávání geografických dat z různých zdrojů. Různé mapy nebo databáze mohou používat různé souřadnicové systémy, takže transformace mezi nimi je nezbytná pro konsolidaci dat a jejich efektivní využívání.

Jedním z nejběžnějších úkolů je transformace mezi S-JTSK (používaným v České republice) a WGS84 (mezinárodním systémem používaným pro Globální Navigační Satelitní Systémy (GNSS)). Tato transformace je nezbytná pro geodetické a kartografické aplikace v ČR a pro použití globálních dat.

V moderních aplikacích je stále důležitější zohlednění ITRF2020 (International Terrestrial Reference Frame), což je referenční rámec, který se používá pro globální aplikace, jako je monitorování pohybů tektonických desek nebo zemětřesení.

Pro provádění těchto transformací jsou k dispozici různé nástroje, jako jsou open source QGIS, komerční ArcGIS nebo knihovna GDAL, které umožňují převody souřadnic mezi různými systémy a jejich správné využívání v GIS aplikacích.