MOTIVACE PRO NASAZENÍ FREE SOFTWARE GIS VE VÝUCE GEOINFORMATIKY

Motivace pro nasazeńı Free Software GIS ve výuce
geoinformatiky

Martin Landa
Department of Mapping and Cartography

Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague
E-mail: martin.landa@fsv.cvut.cz

Abstrakt

Cı́lem tohoto př́ıspěvku je prezentovat využit́ı svobodného softwaru při výuce na studijńım
oboru Geodézie a kartografie ČVUT v Praze a předevš́ım motivaci pokračovat v tomto trendu
při výuce geoinformatiky a to v souvislosti s novým oborem na ČVUT - Geoinformatikou.
Současně jsou v textu nast́ıněny základńı aspekty výuky GIS s d̊urazem na volně šiřitelné
nástroje a geoprostorová data. Na závěr jsou zmı́něny praktické zkušenosti s nasazeńım svo-
bodného softwaru na cvičeńıch k předmětu Zpracováńı obrazových dat.

Dosavadńı využit́ı GNU nástroj̊u na studijńım oboru Geodézie a kartografie

GNU aplikace (či obecně programy s otevřeným zdrojovým kódem) maj́ı v učebńım procesu
(viz studijńı plán [6]) na oboru G+K (Geodezie a kartografie) poměrně bohatou historii. V
tomto ohledu nelze ani v nejmenš́ım opomenout zásluhy prof. Aleše Čepka - bez jeho nasazeńı
by zcela jistě k něčemu podobnému v̊ubec nedošlo.

V rámci předmětu Informatika 1 se studenti seznamuj́ı s operačńım systém (OS) GNU/Linux.
Je poměrně zaj́ımavé, že se právě zde viditelně profiluj́ı nadpr̊uměrńı studenti. Tento předmět
je nosný pro celou řadu daľśıch předmět̊u. Jde předevš́ım o povinné předměty Informatika 2
a 3, kde se vyučuj́ı základy programovańı v jazyce C++. Výuka na cvičeńıch potom prob́ıhá
pod OS GNU/Linux, studenti běžně pracuj́ı s textovým editorem GNU Emacs1, kompilátorem
GNU g++2 a ve výjimečných př́ıpadech i s debuggerem GNU gdb3 (či s DDD4). Dále
se využ́ıvá programový baĺık GNU Octave5 pro řešeńı výpočetně náročných úloh v rámci
předmětu Vyšš́ı geodézie.

Vedle OS GNU/Linux, sady nástroj̊u pro programováńı (textový editor, kompilátor, debug-
ger) a programu GNU Octave primárně určeného pro numerické výpočty se pod hlavičkou
předmětu Zpracováńı obrazových dat [8] využ́ıvá GRASS GIS6. V současnosti je to pravděpo-
dobně jediný svobodný GIS software, který se na oboru G+K při výuce použ́ıvá.

1
http://www.gnu.org/software/emacs

2
http://gcc.gnu.org

3
http://www.gnu.org/software/gdb

4
http://www.gnu.org/software/ddd

5
http://www.gnu.org/software/octave

6
http://grass.itc.it

Geinformatics FCE CTU 2006 158

http://www.gnu.org/software/emacs
http://gcc.gnu.org
http://www.gnu.org/software/gdb
http://www.gnu.org/software/ddd
http://www.gnu.org/software/octave
http://grass.itc.it


MOTIVACE PRO NASAZENÍ FREE SOFTWARE GIS VE VÝUCE GEOINFORMATIKY

Svobodný software jako jeden z piĺı̌r̊u studijńıho plánu oboru Geoinforma-
tika

V zimńım semestru 2006/2007 se otev́ırá na FSv ČVUT nový bakalářský studijńı obor -
Geoinformatika. O rok později bude nastartován navazuj́ıćı magisterský studijńı obor. O
motivaci pro otevřeńı tohoto oboru na ČVUT bĺıže pojednává [1]. Po bližš́ım prostudováńı
doporučeného studijńıho plánu [7] je poměrně zřetelná spojitá linie předmět̊u s d̊urazem na
svobodný software a jeho využit́ı v praxi.

Studijńı obor Geoinformatika stoj́ı na pevně definovaných piĺı̌ŕıch - teoretické geodézii, ka-
tastru nemovitost́ı a předevš́ım informatice jako takové. Geoinformatika je totiž předevš́ım
geoprostorově orientovanou informatikou, na výuku informatiky by tak měly být kladeny
ty nejvyšš́ı požadavky. Při sestavováńı studijńıho plánu byl na tento fakt kladen co možná
největš́ı d̊uraz.

Omeźıme-li se na informatické předměty souvisej́ıćı s osvětou v oblasti svobodného softwaru
- v prvńım semestru si studenti osvoj́ı základy práce s OS GNU/Linux, v rámci předmětu
Algoritmy a základy numerické matematiky bude využit s největš́ı pravděpodobnost́ı pro-
gramovaćı jazyk Python7. V druhém semestru se studenti bĺıže seznámı́ s architekturou a
návrhem databázových systémů s d̊urazem na relačńı DBMS, na cvičeńıch bude primárně
využit PostgreSQL8. Studenti tak źıskaj́ı nutný základ pro absolvováńı navazuj́ıćıch předmět̊u
(GIS druhé a třet́ı generace, geodatabáze, programovańı pro DBMS, webové mapové služby,
atd.).

Jednou ze základńıch dovednost́ı absolventa technického oboru by měla být schopnost apli-
kovat jednoduché programovaćı techniky (např. skriptováńı). To bohužel mnohdy neplat́ı, v
př́ıpadě studenta oboru geoinformatika je neznalost programováńı zcela zásadńı, téměř dis-
kvalifikačńı. Proto je na programovańı ve studijńıch plánech kladen tak velký d̊uraz. Základńı
programovaćı aparát studenta oboru Geoinformatika budou tvořit jazyky C++, Java a Py-
thon (tj. hybridńı objektově orientované programovaćı jazyky).

Student magisterského oboru si dokonce může zapsat i předmět, který se orientuje čistě na
svobodný software v geoinformatice - povinně volitelný Free Software GIS.

Role svobodného softwaru při výuce GIS

Vedle obecně rozš́ı̌rených proprietárńıch systémů hraje Free Software / Open Source Software
významnou roli při adaptaci technologie GIS. Poskytuje př́ıstup k technologii uživatel̊um, kteř́ı
si z nejr̊uzněǰśıch d̊uvod̊u nemohou dovolit použ́ıvat proprietárńı systémy. Nav́ıc rozmanitost
v př́ıstupu k vývoji softwaru je zásadńı pro pokračuj́ıćı inovaci v oblasti geoinformačńıch
technologíı.

Model vývoje svobodného softwaru přináš́ı velmi d̊uležitý aspekt - potřebu komunikace a to
jak v rámci komunity jako takové, tak i mimo ni - v širš́ım kontextu. Dokladem toho je právě
vzniknuvš́ı nadace pro podporu Open Source GIS9.

7
http://www.python.org

8
http://www.postgresql.org

9
http://www.osgeo.org

Geinformatics FCE CTU 2006 159

http://www.python.org
http://www.postgresql.org
http://www.osgeo.org


MOTIVACE PRO NASAZENÍ FREE SOFTWARE GIS VE VÝUCE GEOINFORMATIKY

Vedle svobodného softwaru nelze opomenout d̊uležitost volně dostupných geoprostorových
dat. Zat́ımco v U.S.A. je celá škála geodat poskytována zcela zdarma, v Evropě tomu tak
neńı, ba naopak v této oblasti zde existuj́ı poměrně značné restrikce. Tento restriktivńı př́ıstup
neoddiskutovatelně bráńı daľśımu vývoji a výrazně znesnadňuje dostupnost informaćı. V Ev-
ropě bohužel neexistuje tradice volného sd́ıleńı výsledk̊u nejr̊uzněǰśıch projekt̊u a to nejen z
oblasti GIS.

Problematika dostupnosti geodat by měla být předmětem veřejné diskuze a to zejména s ohle-
dem na zdroje volně dostupných dat. Vedle možnosti volně použ́ıvat software stoj́ı potřeba svo-
bodné datové základny. Postupné doplňováńı výchoźıho datasetu na cvičeńıch GIS z daľśıch
(on-line ’public domain’) datových zdroj̊u lze považovat za pozitivńı př́ınos studijńıho procesu.

Jeden z daľśıch motivačńıch aspekt̊u může být zapojeńı student̊u do vývoje softwaru (na
nejr̊uzněǰśıch úrovńıch). Otev́ırá se tak cesta k řešeńı nejr̊uzněǰśıch projekt̊u a možnosti pre-
zentovat jejich výsledky samotnými studenty nejen v České republice, ale i v mezinárodńım
měř́ıtku.

Vedle obecných základ̊u GIS by se měli studenti seznámit jak s proprietárńımi, tak otevřenými
programovými systémy. Svobodný software by měl být podporován a rozšǐrován právě na
akademické p̊udě.

GRASS GIS jako nástroj pro zpracováńı obrazových dat

GRASS GIS se úspěšně použ́ıvá od akademického roku 2003/2004 na cvičeńıch k předmětu
Zpracováńı obrazových dat [8]. Pro jeho nasazeńı hovořilo hned několik d̊uvod̊u, zejména
licenčńı problémy s doposud použ́ıvaným proprietárńım softwarem.

Na začátku tohoto akademického roku byla nově spuštěna GeoWikiCZ10 - jako nástroj pro
prezentaci studijńıho programu G+K (který v současné době pokrývá dva studijńı obory -
Geodézii a kartografii a nově i Geoinformatiku). O motivaci a zkušenostech s využit́ı wiki
jako nástroje pro skupinovou správu webových stránek s ohledem na akademické prostřed́ı
bĺıže pojednává [3]. Když během minulého zimńıho semestru vznikaly návody na cvičeńı k
předmětu Zpracováńı obrazových dat, nebylo pochyb, kam tyto texty umı́stit - na GeoWikiCZ.

Tématické zaměřeńı bylo v podstatě převzato z předchoźıch semestr̊u:

� seznámeńı s architekturou GISu GRASS, základńı terminologie, vizualizace dat

� základńı metody zvýrazněńı obrazu

– roztažeńı histogramu

– barevné syntézy, modely barev RGB a IHS

– mapová algebra

– filtrace obrazu

� import/export dat, georeferencováńı obrazových dat

� Fourierova transformace
10
http://gama.fsv.cvut.cz

Geinformatics FCE CTU 2006 160

http://gama.fsv.cvut.cz


MOTIVACE PRO NASAZENÍ FREE SOFTWARE GIS VE VÝUCE GEOINFORMATIKY

� ř́ızená a neř́ızená klasifikace obrazových dat

Jako datový podklad byl použit z větš́ı části dataset z minulého akademického roku, doplněný
o několik datových vrstev z datasetu FreeGeodataCZ11. Jednou z úloh, kterou studenti řešili,
byl import souřadnicově připojených a nepřipojených obrazových dat. Základńı družicová
scéna pokrývaj́ıćı zájmové územı́ (severozápadńı Čechy) LandSat5-TM z roku 1994 tak byla
doplněna o sńımek z nosiče LandSat7-ETM+ (2004) a LandSat1-MSS (1975), viz obr.1.

Obr č.1: RGB barevná syntéza 243: LandSat MSS (1975), TM (1994), ETM+ (2004)

Př́ıprava učebńıho textu podobného rozsahu sebou přináš́ı vedle pozitivńıch i mı́rně negativńı
dopady. Studenti jistě ocenili možnost se předem připravit na dané cvičeńı. Na druhou stranu
byla u některých student̊u znatelná tendence typu zkoṕırovat př́ıkaz z webové stránky do
př́ıkazové konzole, spustit jej a o nic v́ıc se nestarat. Takových jedinc̊u však byla menšina a i
oni dř́ıve nebo později narazili na problém, který byli nuceni řešit.

Bylo potěšuj́ıćı a do jisté mı́ry zcela jistě motivuj́ıćı sledovat zańıceńı a odborný r̊ust student̊u.
Prvńı kroky v GRASSu, potažmo v OS GNU/Linux (drtivá většina z nich totiž neabsolvovala
Informatiku 1 ve stávaj́ıćı podobě, s OS GNU/Linux se tedy setkali v mnoha př́ıpadech poprvé
v životě) jistě nebyly jednoduché či snadné. Na posledńıch cvičeńıch byli téměř všichni schopni
pracovat v prostřed́ı GRASSu bez znatelněǰśıch problémů. Ba dokonce někteř́ı ze student̊u
projevili zájem si nainstalovat GRASS př́ımo na svém osobńım poč́ıtači.

Bylo by škoda nezmı́nit i daľśı fakt. Během výuky se narazilo na řadu softwarově oriento-
vaných problému či nedostatk̊u a to jak ze strany student̊u, tak vyučuj́ıćıho. Tyto nedostatky
pomalu ale jistě autor článku řeš́ı. To lze považovat svým zp̊usobem za př́ınosné - použ́ıváme-
li při výuce svobodný software, v podstatě nic nám nebráńı nalezené nedostatky či chyby

11
http://grass.fsv.cvut.cz/wiki/index.php/Geodata CZ

Geinformatics FCE CTU 2006 161

http://grass.fsv.cvut.cz/wiki/index.php/Geodata%5C_CZ


MOTIVACE PRO NASAZENÍ FREE SOFTWARE GIS VE VÝUCE GEOINFORMATIKY

odstraňovat a přispět tak ke zkvalitněńı celého softwarového projektu.

Plány do budoucna

Během př́ıpravy na zimńı semestr 2006/2007 se poč́ıtá s poměrně výrazným rozš́ı̌reńım učebńıho
textu, a to jak s ohledem na GRASS GIS, tak na ostatńı programové nástroje z rodiny svo-
bodného softwaru. Půjde pravděpodobně o Open Source Software Image Map12 (OSSIM) a
baĺık pro statistické výpočty R13.

Závěr

Svobodný software má jistě v učebńım procesu na vysokých školách svoje pevné mı́sto. V
mnoha př́ıpadech je možnost studovat zdrojový kód (tj. detailńı znalost jak je daná úloha
přesně řešena) velmi potřebná až téměř nezastupitelná.

Výuka geoinformatiky by měla být obecně orientována na standardy a jejich prosazováńı.
Projekty řešené na akademické p̊udě by měly být v ideálńım př́ıpadě zaměřeny na volně
šǐritelný software a jeho daľśı zdokonalováńı. V žádném př́ıpadě nelze omluvit využit́ı státńıch
dotaćı v souvislosti s uzavřenými, silně komerčńımi systémy.

Reference

1. Leoš Mervart and Aleš Čepek. Geoinformatics Study at the Czech Technical University
in Prague14. In From Pharaohs to Geoinformatics (FIG Working Week 2005 and GSDI-
8). Fédération Internationale des Géomètres (International Federation of Surveyors),
April 16-21, Cairo, Egypt 2005

2. M. Landa. GRASS jako pomůcka při výuce GIS a DPZ15. In Konference GIS Ostrava
2005, 23.-26. ledna 2005.

3. J. Pytel and M. Landa. Možnosti systému wiki při správě informačńıch zdroj̊u16. In
Belcom 06, 6.-7. února 2006.

4. J. Nieminen. Teaching Gis The Gnu Way. In Open Source Free Software GIS - GRASS
users conference 2002, Trento, Italy, 11-13 September 2002

5. Mitasova Helena, Neteler Markus. Freedom In Geoinformation Science And Software
Development: A Grass Gis Contribution17. In Open Source Free Software GIS - GRASS
users conference 2002, Trento, Italy, 11-13 September 2002

12
http://www.ossim.org

13
http://www.r-project.org

14
http://geoinformatika.fsv.cvut.cz/2005/ap-2005-mervart-cepek/ap-2005-mervart-cepek.pdf

15
http://gamam.fsv.cvut.cz/cgi-bin/viewcvs.cgi/*checkout*/publications/2005/gis ostrava 05/

ref grass go05.pdf?root=cvs landa
16
http://gamam.fsv.cvut.cz/cgi-bin/viewcvs.cgi/*checkout*/publications/2006/belcom 06/

pytel-landa wiki.pdf?rev=1.1&root=cvs landa
17
http://www.ing.unitn.it/~grass/conferences/GRASS2002/proceedings/proceedings/pdfs/

Mitasova Helena 3.pdf

Geinformatics FCE CTU 2006 162

http://www.ossim.org
http://www.r-project.org
http://geoinformatika.fsv.cvut.cz/2005/ap-2005-mervart-cepek/ap-2005-mervart-cepek.pdf
http://geoinformatika.fsv.cvut.cz/2005/ap-2005-mervart-cepek/ap-2005-mervart-cepek.pdf
http://gamam.fsv.cvut.cz/cgi-bin/viewcvs.cgi/%2Acheckout%2A/publications/2005/gis%5C_ostrava%5C_05/ref%5C_grass%5C_go05.pdf%3Froot%3Dcvs%5C_landa
http://gamam.fsv.cvut.cz/cgi-bin/viewcvs.cgi/%2Acheckout%2A/publications/2006/belcom%5C_06/pytel-landa%5C_wiki.pdf%3Frev%3D1.1%5C%26root%3Dcvs%5C_landa
http://www.ing.unitn.it/%7Egrass/conferences/GRASS2002/proceedings/proceedings/pdfs/Mitasova%5C_Helena%5C_3.pdf
http://www.ing.unitn.it/%7Egrass/conferences/GRASS2002/proceedings/proceedings/pdfs/Mitasova%5C_Helena%5C_3.pdf


MOTIVACE PRO NASAZENÍ FREE SOFTWARE GIS VE VÝUCE GEOINFORMATIKY

6. Doporučený studijńı plán oboru Geodézie a kartografie

7. Doporučený studijńı plán oboru Geoinformatika

8. Návody na cvičeńı k předmětu Zpracováńı obrazových dat

Geinformatics FCE CTU 2006 163

http://gama.fsv.cvut.cz/wiki/index.php/Doporu%C4%8Den%C3%BD_studijn%C3%AD_pl%C3%A1n_oboru_Geod%C3%A9zie_a_kartografie
http://gama.fsv.cvut.cz/wiki/index.php/Doporu%C4%8Den%C3%BD_studijn%C3%AD_pl%C3%A1n_oboru_Geoinformatika
http://gama.fsv.cvut.cz/wiki/index.php/Zpracov%C3%A1n%C3%AD_obrazov%C3%BDch_dat