Čas v mapách

Geoinformatika nabízí pohled na Zemi nejen z hlediska „kde“ se co stalo, ale také „kdy“ se to stalo. Pojďme se podívat na to, jak dokážeme čas – tento speciální čtvrtý rozměr – zachytit v mapě.

Co je to mapa? Většina lidí na tuto otázku odpoví přibližně tak, že mapa je zmenšený obraz skutečnosti (nejčastěji zemského povrchu), a někdo svou definici možná upřesní i slovy „v určitý okamžik“, protože si uvědomí, že mapa ukazuje stav, který platil v době pořízení dat. (Vzpomeňme si na staré rčení, že každá mapa je již v den vydání zastaralá.) V nejširším smyslu se proto dá říci, že zachycení času v mapě je přímočaré, protože každá mapa má své datum vzniku a ukazuje stav v jednom okamžiku naší historie.

Čas je změna

Definic času můžeme nalézt vícero – lineární kontinuum, doba mezi různými okamžiky, čtvrtý rozměr… V našem případě je důležité, že lidé vnímají čas (bez ohledu na definici) prostřednictvím změn. Vidíme přijet auto, které bylo před minutou někde jinde. Květina na stole byla včera svěží, dnes uvadla. Sedíme ve stejné kanceláři, ale od včerejška proběhlo tolik interakcí a v našem těle se toho tolik změnilo, že si uvědomujeme, že jsme v jiném světě než včera. Proto i mapy dokážou zachytit plynutí času tím, že znázorní změnu.

Nejsnazší takovou mapu si můžeme vytvořit při procházce. Do mapy zakreslíme začátek, trasu na nejbližší kopec a nakonec cestu zpátky. A jestliže k význačným bodům této trasy zapíšeme čas, kdy jsme místem prošli, máme časový záznam výletu, na jehož základě můžeme cestu rekonstruovat. Zaznamenali jsme změnu naší polohy v čase.

Mapa Charlese Minarda (1781–1870) popisuje Napoleonovo tažení Ruskem.

Příklad metody „small multiples“, jež data zobrazuje na sérii několika mapek. V tomto příkladu ukazují, kde se v daných obdobích stavělo více a kde méně (hodnoty vyjadřují výstavbu nových domů v procentech vůči celé ČR).

Data Český statistický úřad

První mapou, která se toto pokusila zachytit komplexně, je klasické dílo Charlese Minarda z roku 1869, popisující Napoleonovo neúspěšné tažení do Ruska (obr. 1). Cestu francouzské armády vyjádřil netradičním spojením grafu a mapy. Vše začíná na levém okraji v litevském Kaunasu (Kowno), odkud se vydává armáda 422 tisíc mužů, znázorněná béžovým pruhem. Jak se armáda přibližuje Moskvě, řídne, až k ruské metropoli dorazí pouhých sto tisíc vojáků. Cesta zpět je vyjádřena černou barvou a v dolní části je doplněná o graf teploty vzduchu.

Mapa vyjadřuje nejen cestu armády, ale tloušťkou čáry také proměnu její velikosti. V grafu teploty můžeme navíc nalézt i konkrétní datum měření. Cesta zpět je tím přesně ukotvena v čase.

Mnoho mapek za sebou

Četnost nálezů ohrožených lachtaních mláďat na pobřeží Kalifornie. I zde je čas vynesen na osu z, a je proto možné sledovat, zda nálezy v průběhu času rostou, nebo se nějak periodicky mění.

Graf společnost Esri

Průběh změn můžeme sledovat také po jednotlivých krocích. Můžeme si vytvořit mapu pro každý den, měsíc nebo rok a stav na nich navzájem porovnávat. Jelikož chceme seskupit co nejvíce takových map, obvykle bývají malé, a protože jde o mnoho variant jedné mapy, nazývá se tento typ vizualizace v angličtině „small multiples“ (obr. 2).

Neomezuje se ovšem pouze na mapy, lze jej použít i na grafy a další způsoby vizualizace. Není také nezbytné, aby byla řada mapek provázána časem. I série, která zachycuje pokaždé jiný jev, může být „small multiples“. Podmínkou je zaznamenání stejného území a takové rozmístění map, aby je bylo možno všechny obsáhnout jedním pohledem.

Čím víc mapek použijeme, tím složitější je rozeznat, co je na nich důležité. Proto je vhodné poskytnout čtenářům nápovědu. Buď přímo na mapě, kde označíme klíčová místa, nebo v doprovodném textu, v němž vysvětlíme, co by měli sledovat.

Časoprostorová kostka

V případě „small multiples“ jsme vyskládali jednotlivé časové okamžiky vedle sebe. Co kdybychom využili třetí rozměr a umístili je nad sebou? Čas tak použijeme jako souřadnici „z“. Tato myšlenka je základem vizualizace nazývané časoprostorová kostka, protože data pokrývající celou plochu tímto způsobem skutečně vytvoří jakousi kostku. Nevýhodou je, že ji není snadné vystihnout jedním obrázkem, jelikož se většina dat překrývá a zakrývá. Analytik, který si kostku vytvořil na počítači, má k dispozici nástroje pro filtrování, otáčení a řezání kostky, aby ji mohl pečlivě prozkoumat. Čtenář bohužel ne. Ale pokud tímto způsobem zpracujeme jen několik jevů, můžeme přesunutím času do třetího rozměru vytvořit zajímavou mapu.

Aplikace Dvě Prahy umožňuje porovnávat plány a ortofotografie Prahy z různých dob.

Snímky www.dveprahy.cz

Vizualizace na obrázku 3 se týká uvíznutých lachtaních mláďat na pobřeží Kalifornie. Pravděpodobnou příčinou, proč zvířat v nesnázích přibývá, je nejspíš oteplování moří a úbytek ryb, kterými se lachtani živí. Matky tráví víc času na lovu a mláďata jsou podvyživená, ohrožují je nemoci a zvyšuje se riziko jejich zatoulání. Na mapě jsou data jejich nálezů sloučena do bloků o délce jedné míle a vyskládána nad sebou v intervalech tří měsíců. Najednou vidíme data za 27 let a můžeme zkoumat vzorce jejich výskytu v prostoru i v čase.

A co interaktivně?

V počítačovém prostředí se nám otevírá mnohem víc možností, jak s časem v mapě pracovat. Jednou z přímočarých metod je porovnání vzhledu místa ve dvou historických momentech. Stačí položit si je vedle sebe a podívat se, co všechno se změnilo. Na tomto principu je založena aplikace Dvě Prahy (obr. 4), v níž si můžeme zobrazit plány Prahy od roku 1791 a porovnat je s leteckými snímky od roku 1938 až po současnost. Můžeme buď srovnávat plány a snímky v propojených oknech, které zobrazují stejné území, nebo přepínat různé podklady v jednom okně a sledovat plynutí času na jedné obrazovce.

Aplikace od National Audubon Society zachycuje prostřednictvím map a animací migraci mnoha druhů tažných ptáků.

Mapa explorer.audubon.org

Co papírová mapa nesvede: animace

Když už pracujeme s počítačem, proč nevytvořit přímo animaci, jak se data v průběhu času mění? Dobře vytvořená animace může značně usnadnit interpretaci dat. Jen je potřeba mít na paměti některé nedokonalosti lidského vnímání. Příliš mnoho rozdílů, na které se musíme soustředit, nás může zmást a naše krátkodobá paměť se zahltí. Navíc máme často problém správně vnímat uplynulý čas, proto je důležité mít v animaci titulek nebo počítadlo, které nám ukazuje, v jakém období se právě nacházíme.

Animace nemusí být nutně předem daná. Do webové mapové aplikace můžeme vložit tlačítka pro nastavení rychlosti přehrávání, velikosti kroku a pro volné procházení po časové ose. Místo animace si tímto způsobem můžeme data v libovolném okamžiku zastavit a zůstat u nich, jak dlouho chceme.

Jak může taková komplexní webová mapa vypadat, vidíme na obrázku 5. National Audubon Society ve spolupráci se společností Esri vytvořila aplikaci, která zachycuje migraci stovek tažných ptáků, zaznamenanou během několika výzkumných projektů. Jedním z jejích nejzajímavějších prvků je animace ptačího putování v celém roce. Na časové ose v dolní části mapy je vyznačeno trvání migračního období a čtenář si může buď pustit animaci celého roku, nebo si vybrat ptačí data v určitém časovém intervalu.

V mapě je použita zajímavá metoda vizualizace, která zjednodušuje sledování pohybu ptáků. Jejich minulé pozice jsou znázorněny postupně se vytrácejícím stínem. Při animaci za každým putujícím ptákem zůstává stínová stopa. Bez ní by bylo mnohem těžší sledovat směr ptačího letu, zejména když animaci zastavíme.

Digitální kartografie má díky interaktivním aplikacím, 3D vizualizaci a animacím mnoho způsobů, jak s časovými daty pracovat a jak je zobrazovat. Zatímco metody tradiční kartografie jsou zkoumány již mnoho desetiletí, možnosti kartografie digitální se v současnosti rozvíjejí, tak jako se rozvíjejí technologie, na kterých je založena. A právě časová data mají potenciál k vytvoření nejzajímavějších, inovativních aplikací.