Analýza možných umístění schodišť, lanovek a městských eskalátorů v Praze Tomáš Feistner GIS1, ls 2012/2013
DEM - digital elevation model
Praha je situována v místě, kde si Vltava časem vytvořila velký údolní meandr. Pražské centrum se v tomto meandru rozkládá a je obklopeno prstovitými výběžky, zbytky terénu, které unikly erozi vodou. Výběžky, které tvoří jedinečnou topografickou identitu Prahy, jsou na svazích většinou nezastavěné. Vycházejí z okolní krajiny a pokračují až k řece, kde jsou ukončeny strmými čely. Nejvýraznější z nich jsou zároveň asi těmi nejznámějšími. Petřín, Vítkov, Vyšehrad. Jak je možné se dostat z míst pod výběžky na jejich vrchol? Většinou je to možné pěšky přímo vzhůru do svahu, když však chi zvolit pohodlnější cestu například MHD, musím vystoupat jedním z přilehlých údolí a potom jít po hřebeni zpátky.
Letenský svah
Petřín
Vítkov Petřín
V čele jednoho z nich, Petřínu, však byla postavena lanová dráha. Přímá pohodlná cesta od úpatí na vrchol. Za svůj úkol jsem si vybral zmapovat, kde všude v Praze jsou podobná místa vhodná pro eventuelní umístění lanové dráhy, městských eskalátorů nebo jednoduše schodů. Urbanistickou správnost propojení úpatí výběžků s jejich vrcholy neřeším, neříkám, že na všech nalezených místech musí něco takového být, pouze mapuji místa, kde je to možné. Postup jsem zvolil takovýto: Z výškového modelu Prahy vyberu nejstrmější místa a na nich vyznačím spádnice, které navazují na síť pěších cest. Tím vyznačím nejstrmější potenciální cesty v Praze. Celek je zobrazen v měřítku 1:50 000, tři detaily - Petřín, Letná a Vítkov, v měřítku 1:10 000.
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Jako první vstup slouží digitální výškový model zjednodušený rastrový podklad, kde každá buňka má danou absolutní výšku v metrech. Černá místa jsou nejníže a bílá nejvýše. Nejnižší místo má nadmořekou výško asi 170 m. n. m., nejvyšší kolem 340 m. n. m.
SLOPE - svažitost terénu
Pomocí funkce slope dostanu z výškového modelu rastr s informacemi o míře svažitosti. Největší svahy se rozsvítí bíle, černá místa jsou vodorovná.
Letenský svah
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Nejsvažitější místa v polygonech
Abych mohl se svahy provádět geometrické operace, musím je převést na features (v tomto případě polygony). Nejdřív potřebuji znát všechny buňky, které mají stoupání vyšší než zvolená hodnota A. Nástroj Raster reclassify nastaví pro rastr práh. Všechny buňky s hodnotou vyšší než hodnota prahu (stoupání 30%) tak dostanou hodnotu “1” (“ano, zde je svah”) a všechny ostatní “0” (toto je rovné). Vznikla tak mapa nabývající všehovšudy dvou hodnot. V jistém slova smyslu se z této mapy dají odečíst tvary - a obkreslit je polygony, které pro další analýzu potřebuji.
Letenský svah
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Jednoduchý převodní nástroj From Raster To Polygon bez větších složitostí požadované polygony vytvoří. Ty se následně dají ještě zjednodušit a nebo zaoblit nástrojem Smooth Polygon. Nyní mám docela přesně nakreslené nejstrmější svahy v Praze, později však budu ještě potřebovat informaci o směru jejich svažování.
Průsečíky svahů se sítí pěších cest - místa vstupů
Mohl bych teď vyhledat všechny spádnice a následně vybrat ty, které se na okrajích svahových ploch protínají s pěšími cestami. Jednodušší ale bude nejdříve si nakreslit tyto průsečíky a následně nakreslit nejstrmější cesty pouze pro tyto body. Pro tento účel si musím z polygonů svahů extrahovat silulety (nástroj Polygon To Line) a ty protnout s pěší sítí. Výsledek je ve formátu multipoints, může se tedy stát, že v nějakých místech je průsečíkem úsečka. Zkusím tedy protnout stejné vstupy do formátu úseček a Nástrojem pro výběr podle atributů vybrat ty, které jsou delší než dva metry (řekněme, že při větších vzdálenostech by stávající cesty na potenciální místa eskalátorů nenavazovala). Po tomto zjištění (nenachází se žádný průsečík delší než dva metry) mohu původní průsečíky typu multipoints převést na Single points nástrojem Feature To Point.
Letenský svah
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Pro další práce je dobré si pojmenovat atribut identifikátoru původního polygonu, který byl vstupem projednotlivý průsečík - budu tak v případě potřeby nástrojem Create Multifeature By Attribute vytvořit skupimy podle původních svahových částí a například určit nejvyšší a nejnižší bod.
Určení nejstrmější cesty pomocí hydro tools
Letenský svah
Z určených bodů potřebuji získat nejstrmější cesty do svahu. Směr nahoru do svahu volím proto, protože tak lze možné najít cestu vedoucí po konvexním úbočí namísto cesty vedoucí údolím. Umožním tak lepší výhled a začátek cesty bude strmý a bude se postupně narovnávat. Oproti tomu, pokud bych hledal cesty vedoucí údolím, dostal bych síť cest kladoucí na začátku stoupání nejmenší odpor, čím dále tím strmější - byly by to cesty nejhustěji zastavěným územím, protože přesně podle těchto cest se město historicky rozvíjelo.
Petřín
Bodově interpretované vstupy na “horních“ částech polygonů tak vynechávám nevyužité; pokud povedu nejstrmější cesty směrem vzhůru ze všech bodů na hranici svahového polygonu, z bodů, které se nacházejí na spodní části polygonů, povedou cesty napříč svahovým polygonem a z cesty bodů na horní části povedou mimo a při následném ořezávání budou odfiltrovány. Pro hledání nejstrmější cesty musím nejdříve nástrojem Raster Calculator převrátit terén vzhůru nohama, aby fiktivní potoky tekly právě po konvexních úbočích. Pro trasování cest jsem nejdříve zkusil použít soubor nástrojů Hydro Tools. Postupnou sekvencí úprav invertovaného terénu (Flow Direction, Flow Accumulation, Stream Definition, Stream Separation, Drainage Line Processing) jsem získal čárovou interpretaci fiktivních potoků, tekoucí ze všech buňek v rastru. Vlastně odvovnění celého území.
Vítkov Petřín
Problém byly tři: Pro vznik pramene potřebuji nějaké minimální množství buněk a tím pádem se často stalo že potoky nezačaly pramenit dostatečně včas ale až někde uprostřed svahu; neznal jsem tedy jejich celou trasu. Letenský svah
Trasa byla přesnější v místech většího proudu fiktivního potoku, tzn. kde by reálná cesta do svahu byla již mírnější a méně důležitá. Naopak v místech nejstrmějšího svahu reálného terénu, u pramenů fiktivního potoka, byla trasa nepřesná. Nástroj navíc vygeneroval všechny fiktivní proudy ze všech buněk, nikoliv pouze z definovaných bodů, tím pádem dat bylo mnoho, ale ne všude se proudy protínaly s výchozími body a naopak někde se mohly protnout s body na horní části svahu, což by bylo zavádějící (i když také možné).
Praha - celek
Vítkov
Hydro tools - flow path tracing
Hydro tools mohly pro účely tohoto úkolu nabídnout i vhodnější řešení - nástroj Flow Path Tracing. Ten ukáže křivku odvodnění z každého zvoleného bodu. Je ovšem určen jen pro interaktivní použití v jednotlivých bodech a nelze tak rozumně získat trasy pro tři tisíce bodů. Tools nabízí také geoprocessingovou alternativu, která je použitelná pro více bodů. Tato ovšem jako vstup vyžaduje vygenerování “Catchments” (povodí) a dalších dat, která jsou pro mojí úlohu nerelevantní a po dlouhém počítání stejně nepřinesla adekvátní výsledek. Nicméně alespoň obrázek všech povodí inverzního terénu Prahy velikosti 16 buněk je příjemná grafika.
Letenský svah
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Nejstrmější cesta do kopce pomocí inverzního terénu
Letenský svah
Hydro tools tedy nejsou úplně řešením, naštěstí ale sám Space Analyst nabízí alternativní jednodušší řešení. Opět za použití inverzního Pražského terénu.
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Nejstrmější cesta do kopce - Flow Direction
Letenský svah
Jestliže Slope dokáže u každé buňky vypočítat její svažitost, Flow Direction každé buňce přiřadí směr odvodnění. V mém případě u inverzního terénu určí, kudy vede nejpříkřejší cesta do svahu.
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Inverzní terén - Cost path, cesta nejmenšího odporu
Letenský svah
Na inverzní terén aplikuji Cost Path - nejmenuje se to flow path tracing, ale dělá to to samé. Určí to cestu nejmenšího odporu z daného bodu. Tedy cestu, kterou by absolvovala kapka deště spadnuvší na určité místo. Navíc jako vstup stačí výškový model terénu a Flow direction map (obojí inverzní).
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Cost path + Stream to feature
Výstup z Cost path kupodivu lze použít jako vstup pro hydrologickou funkci Stream to Feature obsaženou ve Space Analyst. Pomocí Stream definition a flow direction tak získám interpretaci nejstrmějších cest ve křivkách. Jsou vždy segmentované v uzlech - soutocích. Původně jsem vymezil území se svahem větším než určitá hodnota, nyní po použití Cost Path ovšem cesty pokračují, dokud nedosáhnou vrcholu.
Letenský svah
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Cost path, výběr segmentů s průměrným stoupáním větším než “a“
Mírných částí cest se dá zbavit mnoha způsoby - bylo by to možné průnikem se svahovým polygonem, ale to by v místech lokálních “plošinek“ všechny cesty ořezalo a výsledek by pak byly nařenané kousíčky. Radši volím schematické zobrazení celých cest, které získám tak, že vyberu pouze segmenty s velkým průměrným stoupáním. Křivky “promítnu“ na rastr terénu (již reálného!) pomocí funkce Add Surface Information. Nejde o reálný průmět do třídimenzionálního prostoru, pouze křivka nebo nabízená Feature získá z omezeného výběru určitou informaci z rastru pod ní. Tak mohu každé křivce přiřadit její průměrné stoupání které je průměrem stoupání všech buněk, kterými prochází.
Letenský svah
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov
Nakonec pomocí Výběru podle atributů vyberu cesty, které mají větší průměrné stoupání než 30% (žluté) a ty, stoupající ve sklonu více než 45% (červené).
Výsledek - možnosti schodišť pro prahu
Výsledná potenciální schodišt, eskalátorů nebo lanovek. Červené cesty mají v průměru více než 45% stoupání, žluté stoupají v mírnějším sklonu 30 - 45%. Nalezené cesty jsou nejstrmější cesty z bodu na spodním konci strmého svahu; neprotínají se tedy na horní části se sítí pěších cest. Sledují konvexní části úbočí. Množství cest tedy nevychází z výšky útesu, ale z hustoty pěší sítě pod ním. Z toho důvodu nejsou žádné výrazné možnosti v čele Vítkova, naopak na Petříně jich je výrazné množství.
Letenský svah
Petřín
Vítkov Petřín
Letenský svah
Praha - celek
Vítkov