Ćwiczenie nr 1

Metody budowy bazy geometrycznej systemu informacji przestrzennej.

Pomiary terenowe, digitalizacja, wektoryzacja. Transfer z innych systemów.

Mapa numeryczna

Mapa numeryczna jest to zbiór danych, który po zastosowaniu ściśle określonych algorytmów i odpowiednich środków technicznych umożliwia między innymi wykonanie różnorodnych (pod względem skali i treści) graficznych opracowań tematycznych w postaci map analogowych.

Mapa numeryczna to także:

• obraz na ekranie komputera pokazujący rozmieszczenie obiektów w przestrzeni;

• możliwość wykonywania obliczeń (np.: pola powierzchni obiektów);

• pomoc w opracowaniu wielowariantowych projektów

Mapa numeryczna to:

• geometryczna baza danych

• symbole

• opisy

Metody pozyskiwania danych:

• pomiary bezpośrednie

• metodami geodezyjnymi

• dalmierze elektrooptyczne

• totalstation.

• busolowe

• GPS - system globalnego wyznaczania pozycji

• zamiana istniejących map na formę numeryczną

• digitalizacja

• wektoryzacja

• pomiary fotogrametryczne

• fotointerpretacja,

• teledetekcja z przetwarzaniem obrazów

Kontrola danych

Istniejące mapy przed ich wykorzystaniem jako źródła danych do budowy mapy numerycznej muszą być sprawdzane.

W trakcie prowadzenia prac urządzeniowych należy sprawdzić zgodność istniejących map (topograficznej, zasadniczej, ewidencji gruntów) z mapami leśnymi.

Dokładność mapy

różna w zakresie treści dla:

• mapy zasadniczej i mapy ewidencji gruntów

• leśnej mapy gospodarczej

Technologia budowy leśnej mapy numerycznej

powinna gwarantować zapisanie informacji geometrycznych z dokładnością wynikającą z zasad budowy systemów informacji terenowej zakładanych dla potrzeb numerycznej mapy zasadniczej lub numerycznej ewidencji gruntów.

Numeryczna mapa nadleśnictwa powinna być wykonywana za pomocą technologii zapewniającej wymianę informacji z państwową ewidencją gruntów i spełniać wszystkie kryteria dokładnościowe stawiane przez służby geodezyjne w zakresie wymaganym przez prawo.

Utworzona baza powinna umożliwiać automatyczne obliczenie pola powierzchni obiektów wydzielanych powierzchniowo (w tym dróg, rowów, linii podziału powierzchniowego itp.). Istniejące rozbieżności z powierzchnią operatową mogą stanowić podstawę do wprowadzenia zmian w operacie urządzania lasu i ewidencji gruntów.

Ważne jest, z punktu widzenia późniejszego wykorzystania zebranych danych, zachowanie jednolitego, dla całego kraju, standardu wymiany informacji.

Główny Geodeta Kraju wprowadził instrukcję techniczną "System Informacji o Terenie, Standard Wymiany Informacji Geodezyjnej (SWING)".

SWING powinien zostać wprowadzony również instrukcjami (w zakresie prac urządzeniowych) do powszechnego stosowania w leśnictwie.

Konieczne jest opracowanie nowych instrukcji urządzania lasu uwzględniających redakcję komputerową map na wzór instrukcji "System Informacji o Terenie, Podstawowa mapa kraju, Instrukcja K-1" wprowadzonych przez Państwową Służbę Geodezyjną.

Technologia prac przy budowie mapy numerycznej:

• ocena kompletności danych geodezyjno-kartograficznych i ich dokładności,

• ustalenie zakresu niezbędnych prac geodezyjnych (rozgraniczenia gruntów, wznowienie granic, pomiary uzupełniające, pomiary kontrolne dla obiektów, których dokładność wyznaczenia granic kompleksów leśnych i sytuacji wewnętrznej w zakresie treści mapy zasadniczej jest wątpliwa),

• zamiana istniejących map analogowych do postaci numerycznej w zakresie treści mapy zasadniczej z uwzględnieniem nakładki "Ewidencja Gruntów",

• wykonanie taksacji lasu z wykorzystaniem zdjęć lotniczych;

• wykonanie ostatecznej fotointerpretacji zdjęć lotniczych,

• pomiar szczegółów sytuacyjnych niemożliwych do odczytania na zdjęciach lotniczych,

• wprowadzenie do baz danych mapy numerycznej granic ustalonych na podstawie wyników fotointerpretacji i pomiarów bezpośrednich oraz tych elementów treści mapy gospodarczej, których położenie nie zmieniło się od czasu poprzedniego urządzania i uznano ich wyznaczenie za wystarczająco dokładne,

• budowa obiektów powierzchniowych w celu określenia ich pola powierzchni,

• opis obiektów,

• redakcja map (zasadniczej, gospodarczej, map tematycznych) zgodnie ze zmodernizowaną instrukcją urządzania lasu,

• bieżąca aktualizacja mapy numerycznej w trakcie obowiązywania planu urządzania lasu.

Narzędzia:

• C-GEO

• Gemini (VIAK)

• GEO-MAP (GEO-SYSTEM)

• NOBEL (OPeGieKa)

• TerraBit (GeoBaza)

• inne:

• CadCore

• GEO-INFO

• GeoSET

Systemy informacji przestrzennej:

• ARC/INFO (ESRI)

• MGE (INTERGRAPH)

• Map Info (Map Info co.)

• Programy CAD

• Microstation

• Auto Cad

Zasady budowy mapy numerycznej nadleśnictwa powinny uwzględniać możliwość późniejszego jej wykorzystania jako podstawy budowy geometrycznej bazy danych systemu informacji przestrzennej nadleśnictwa.

Uwaga: dokument został przygotowany w stronie kodowej ISO-8859-2 (Latin 2).

Ćwiczenie nr 2

Relacyjne bazy danych jako repozytorium informacji SIP.

Język zapytań SQL. Projektowanie i budowa tabel.

Relacyjna baza danych

Baza danych są to dane przechowywane w komputerze. W relacyjnym modelu danych baza danych składa się zwykle z szeregu tabel (relacji) oraz związków pomiędzy tabelami. Tabele przechowują informacje na temat interesujących nas obiektów, natomiast związki umożliwiają nam łączenie tabel ze sobą w celu otrzymania pełnej informacji.

Podział na tabele i związki następuje w procesie projektowania bazy danych. W fazie projektowania ustalane są rodzaje danych, które użytkownicy chcą przechowywać w bazie. Sposób podziału na tabele i związki jest ustalany w procesie normalizacji bazy danych.

System zarządzania relacyjną bazą danych jest to oprogramowanie umożliwiające jednej lub wielu osobom korzystanie z relacyjnej bazy danych. Structured Query Language (SQL) jest standardowym językiem manipulacji i zapytań w relacyjnych bazach danych, implementowanym z różnych systemach zarządzania relacyjnymi bazami danych.

Pojęcia podstawowe:

Rekord - to pojedynczy wiersz tabeli danych; zwykle opisuje jeden obiekt, lub fragment obiektu

Pole - to część rekordu; przechowuje pewną niepodzielną informację

Klucz - to pole lub kilka pól; pozwala na jednoznaczne zidentyfikowanie danego rekordu

Kolumna (często też nazywana polem) - to zbiór pól rekordów, które posiadają identyczne charakterystyki:

• nazwę,

• typ przechowywanych danych,

• szerokość

System informacji przestrzennej (SIP)

System informacji przestrzennej jest to komputerowo wspomagany system zbierania, przechowywania, przetwarzania, analizowania i prezentowania danych przestrzennych.

Dane geometryczne systemu są zazwyczaj przechowywanie w postaci warstw informacyjnych, (nakładek tematycznych).

Dane opisowe dotyczące poszczególnych warstw informacyjnych są przechowywane w tabelach danych (najczęściej relacyjnych baz danych). Połączenie informacji opisowej z danym elementem geometrycznym następuje poprzez związek, którego kluczem jest unikalny identyfikator obiektu.

Ćwiczenie nr 3

Analizy przestrzenne

Analizy przestrzenne to zbiór działań na jednej bądź kilku warstwach informacyjnych SIP, przeprowadzonych w oparciu o przyjęty algorytm badania zjawiska, w celu uzyskania wyników analizy w postaci ciągu liczb, zestawień tabelarycznych i/lub nowych warstw informacyjnych. Działania przestrzenne wykorzystują informacje o jakości, natężeniu i dystrybucji przestrzennej danych początkowych ( np. mapa poziomu zwierciadła wód gruntowych).

W procesie analiz przestrzennych wyróżnia się poszczególne etapy:

• przygotowanie danych do analizy;

• zdefiniowanie modelu - określenie przestrzennych i funkcyjnych zależności pomiędzy obiektami analiz;

• zdefiniowanie elementarnych działań (zbioru działań) niezbędnych do ilościowego i jakościowego badania danych przestrzennych;

• przeprowadzenie analizy na zbiorach danych;

• prezentacja i interpretacja wyników analizy.

Analizy przestrzenne można podzielić na:

• analizy poziome - badające zależności obiektów i zjawisk w ramach jednej warstwy informacyjnej (np.: sąsiedztwo, kształt granicy);

• analizy pionowe - badające zależności obiektów i zjawisk odnoszące się do różnych powierzchni elementarnych, znajdujących się na różnych warstwach informacyjnych (np.: zgodność roślinności rzeczywistej z siedliskiem, zależność składu gatunkowego podszytu od poziomu zwierciadła wód gruntowych);

Podstawowymi operacjami przestrzennymi na warstwach informacyjnych SIP są:

• aktualizacja - zastępowanie fragmentu warstwy informacyjnej inną warstwą informacyjną;

• wycinanie - usuwanie fragmentu warstwy informacyjnej pozostającego w obrębie "poligonu wycinającego";

• obcinanie - usuwanie fragmentu warstwy informacyjnej pozostającego poza "poligonem wycinającym";

• agregacja - usunięcie granic rozgraniczających powierzchnie o tej samej wartości lub jakości cechy wybranej jako kryterium;

• selekcja warunkowa - wybór obiektów geometrycznych spełniających postawiony warunek logiczny;

• buforowanie - tworzenie stref buforowych wokół obiektów;

• łączenie - łączenie treści dwóch lub więcej warstw informacyjnych;

Komputerowe programy wspomagające Systemy Informacji Przestrzennej zawierają najczęściej bogate w różne procedury moduły analiz przestrzennych, umożliwiające przeprowadzenie skomplikowanych operacji na warstwach informacyjnych, praktycznie niewykonalnych w sposób tradycyjny przy dużej ilości danych. W zależności od rodzaju oprogramowania pakiety te pracują na wektorowej i(lub) rastrowej postać bazy geometrycznej.

Format wektorowy jest szczególnie korzystny dla badania obiektów charakteryzujących się dyskretnym występowaniem w przestrzeni. W odróżnieniu, bazy rastrowe stosowane są do przedstawienia i analizy zjawisk i obiektów mających ciągłą dystrybucję przestrzenną (np.: zanieczyszczenie powietrza, poziom wód gruntowych).

Pojęcia podstawowe

Informacje przestrzenne są to informacje o położeniu, geometrycznych właściwościach i przestrzennych relacjach obiektów, które mogą być identyfikowane w odniesieniu do Ziemi. Przez obiekty przestrzenne można rozumieć obiekty naturalne i sztuczne związane z powierzchnią Ziemi oraz różne zjawiska (przyrodnicze,społeczne, ekonomiczne), które mogą być rozpatrywane w odniesieniu do Ziemi.

Systemem informacji przestrzennej (spatial information system) nazywa się system pozyskiwania, przetwarzania i udostępniania danych, w których zawarte są informacje przestrzenne oraz towarzyszące im informacje opisowe o obiektach wyróżnionych w części przestrzeni objętej działaniem systemu. Obiekty zarejestrowane i analizowane w systemach mają określone położenie (w przestrzeni 2 lub 3 wymiarowej) oraz zdefiniowany rodzaj i zakres informacji opisowych. Dodatkowym wymiarem, niezbędnym do oceny zmienności obiektów, jest czas.

Systemy informacji przestrzennej mają wybitnie interdyscyplinarny charakter; powstawały w różnych środowiskach zawodowych. Fakt ten, oraz to, iż systemy budowane są od niedawna, spowodowały powstanie pewnych niespójności terminologicznych. W środowisku geografów funkcjonuje pojęcie systemu informacji geograficznej (GIS - geographic information system), wśród geodetów zaś - system informacji terenowej (LIS - land information system). Granica między tymi pojęciami nie jest ostra i jednoznaczna. Pojęcie GIS przypisuje się do skal małych - położenie obiektów określane jest z dokładnością stosowaną przy redakcji map topograficznych średnio i drobnoskalowych, zaś systemy informacji terenowej - do skal dużych - obiekty zapisywane są z dokładnością wynikajacą z pomiarów terenowych i fotogrametrycznych, tak jak przy redakcji map wielkoskalowych.

Międzynarodowa Federacja Geodetów definiuje system informacji terenowej jako środek do podejmowania decyzji o charakterze prawnym, administracyjnym i gospodarczym oraz pomoc w planowaniu i rozwoju. Składa się on z bazy danych przestrzennych utworzonej dla określonego obszaru oraz z metod i technik systematycznego zbierania, aktualizowania i dostarczania danych.

Termin "system informacji geograficznej" może być również rozumiany w znaczeniu profesjonalnego, komercyjnego pakietu oprogramowania - narzędzia, którym można zbudować SIP.

Funkcjonalnie na pojęcie SIP składa się wiele elementów. Można przyjąć, że każdy system powinien być budowany tak, aby spełniał oczekiwania i potrzeby jego użytkowników. Cel dla którego jest budowany system określa zakres danych, które muszą być w nim gromadzone i przetwarzane. Potrzeba zapewnienia aktualności baz danych oraz ich ochrony przed nieupoważnionym dostępem wymaga rozwiązania wielu problemów formalno - prawnych. Wielkość baz danych, wymagana szybkość ich przetwarzania, sposób emitowania informacji przez system, liczba jego użytkowników determinują przyjęcie rozwiązań sprzętowych (komputery, plotery, drukarki, skanery itp.) i określenie jakiego rodzaju programy mogą być użyte w realizacji zamierzonego celu. Schemat SIP przedstawia rysunek:

Systemy informacji przestrzennej mogą być klasyfikowane według różnych kryteriów np. według kryterium: obszaru (systemy obiektowe, lokalne, regionalne, krajowe), źródłowości informacji (informacja pierwotna, wtórna - zagregowana, przetworzona), zakresu użytkowania (jeden konkretny użytkownik, wielu użytkowników), struktury funkcjonalnej (scentralizowane, rozproszone), przeznaczenia i innych.

Na ogół SIP budowany jest tak, by informację o przestrzeni zapisać w jednorodnych warstwach informacyjnych. Zbierając dane osobno zapisuje się informacje np.: o sieci wodociągowej, budynkach, ulicach, zieleni, działkach, glebie itp. Ułatwia to późniejszą aktualizację informacji oraz umożliwia poprawne określanie relacji między obiektami (patrz rys. 2). System zawsze umożliwia późniejsze wspólne prezentowanie oraz przetwarzanie tak stworzonych warstw informacyjnych.

www
www

2.Modele danych przestrzennych

Systemy informacji przestrzennej można również podzielić w zależności od postaci informacji geometrycznych. Informacje te mogą być przedstawione w dwóch podstawowych postaciach (rys. 3):

• wektorowej, poprzez podawanie współrzędnych punktów i sposobu ich połączeń w bardziej złożone struktury jak linie i jednostki powierzchniowe (wieloboki),

• rastrowej, za pomocą której położenie i kształt obiektów są określane poprzez regularne pola podstawowe.

Istnieją więc systemy wektorowe, rastrowe oraz hybrydowe (wektorowo - rastrowe).

W systemie wektorowym zapis punktów, linii i wieloboków (poligonów) może być dokonany z pełną dokładnością wyrażoną w określonym układzie współrzędnych. Jest to zapis pamięciowo oszczędny, ale w przypadku konieczności aktualizacji, operacyjnie dość złożony.

Przy zapisie wektorowym istnieje możliwość dokładnego przedstawienia granic elementarnych jednostek przestrzennych, którym przyporządkowane są określone atrybuty tematyczne. Jednostkami takimi mogą być: działka, kontur glebowy, budynek, park zabytkowy, jednorodna część parku, wydzielenie drzewostanowe itp.

Dane wektorowe moga być rejestrowane i przetwarzane, w zależności od sposobu zapisu numerycznego, w postaci modeli:

• prostego modelu wektorowego

• topologicznego modelu wektorowego.

Obiekty przedstawione na rys. 3 można opisać w następujący sposób:

• A, (x_A, y_A)

• B, (x_B1, y_B1, x_B2, y_B2,....,x_Bn, y_Bn)

• C, (x_C1, y_C1, x_C2, y_C2,....,x_Cn, y_Cn, x_C1, y_C1)

Tworzą one odpowiednio kodowaną listę, która jest przetwarzana przez programy komputerowe do postaci rysunku na monitorze lub urządzeniu zewnętrznym.

Główną zaletą tego modelu jest prostota. Wykorzystywany jest powszechnie w programach graficznych typu CAD (komputerowego wspomagania projektowania). Istotnymi wadami tego modelu są:

• konieczność podwójnego zapisu informacji na stykach obiektów a przez to kłopotliwa aktualizacja, która może prowadzić do braku tożsamości współrzędnych teoretycznie tych samych punktów;

• utrudniona analiza związków przestrzennych zachodzących między obiektami.

www
www

2.2 Topologiczny model danych wektorowych

W topologicznym modelu danych, oprócz położenia obiektu definiowany jest jego związek z innymi obiektami. Określa się zależności topologiczne istniejące między obiektami:

• zerowymiarowymi (punktami węzłowymi),

• jednowymiarowymi (liniami granicznymi),

• dwuwymiarowymi (obszarami).

Punkty (węzły) połączone w sposób uporzadkowany tworza odcinki linii, te zaś z kolei mogą określać jednostki powierzchniowe. Do opisu przestrzeni trzeba więc:

• podać położenie punktów węzłowych (współrzędne);

• określić przebieg linii między węzłami (np.: linia L4 łączy węzły W1 i W4);

• opisać powierzchnie znajdujące się po obu stronach linii (np.: z lewej strony linii L4 znajduje się obszar P2 a z prawej obszar P0);

• dla linii, które pomiędzy węzłami mają dodatkowe punkty załamania należy podać położenie tych punktów (np.: linia L1).

W modelu topologicznym definiowany jest zwrot linii, zmiana zwrotu powoduje konieczność zmiany definicji obszarów położonych po jej lewej i prawej stronie.

Topologiczny model przestrzeni gwarantuje zapisanie współrzędnych każdego punktu tylko raz, nie ma więc powtarzania i niejednoznaczności danych. Bardzo łatwo dokonuje się aktualizacji danych. Zmiana położenia jednego z punktów charakterystycznych automatycznie powoduje zmianę całego modelu. Ułatwione są wszelkie operacje przestrzenne. Np.: wyszukanie jakiegoś obszaru wymaga jedynie znalezienia wszystkich linii, które po lewej lub prawej stronie mają przypisany ten obszar. Znalezienie takich linii, dostęp do wszystkich ich punktów charakterystycznych, umożliwia automatyczne i jednoznaczne wyznaczenie długości obwodu i pola powierzchni badanego obszaru i ich bieżacą aktualizację w przypadku wprowadzenia jakich kolwiek zmian.

Topologiczny model danych przestrzennych upraszcza algorytmy obliczeniowe wykorzystywane w badaniu związków przestrzennych między obiektami, umożliwia wykonywanie różnorodnych analiz przestrzennych łącznie z wzajemnym przecinaniem warstw informacyjnych. Jest powszechnie stosowany w zaawansowanych programach umożliwiających budowę SIP. W programach komputerowego wspomagania projektowania (CAD) i prostszych programach SIP implementuje się na ogół prosty model wektorowy. Istnieje możliwość konwersji jednego modelu danych na drugi.

www
www

2.3 Rastrowy model danych przestrzennych

Systemy rastrowe mają regularny zapis w odniesieniu do całego zasięgu bazy danych, dokładność zapisu jest umowna (zależy od wielkości pola podstawowego), zapis odznacza się prostotą operacyjną ale jest pamięciochłonny. Najmniejszym rozróżnialnym elementem systemu jest oczko rastra - piksel. Położenie piksela określa jednoznacznie numer w matrycy. Model ten jest niewrażliwy na zmiany granic obiektów przestrzennych, ułatwia więc analizy ich zmian w czasie.

System ten charakteryzuje się ponadto dużym stopniem zautomatyzowania procesu pozyskiwania danych. Najprostszy model rastrowy jest siatką kwadratów.

Rastrowy model danych wykorzystywany jest w systemach budowanych dla potrzeb badania przestrzeni przyrodniczej, pozwala śledzić różnorodne interakcje obiektów ekosystemu i formułować odpowiedzi na pytania związane z funkcjonowaniem przyrody. Typowym przykładem systemu rastrowego jest system SINUS.

Rastrowy model danych wykorzystywany jest w gromadzeniu i analizowaniu danych obrazowych (image processing) i teledetekcyjnych (remonte sensing). W tym przypadku model rastrowy przyjmuje postać wielowymiarową (temu samemu pikselowi odpowiada warstwowa informacja opisowa np.: w zobrazowaniach Landsat istnieje 7 poziomów informacji)

2.4 Cechy danych systemu informacji przestrzennej

Dane systemu informacji przestrzennej mogą być charakteryzowane wieloma parametrami, z których najważniejsze przedstawiono poniżej.

1. Dokładność - zgodność z wartością prawdziwą.

2. Precyzja - zdolność dokładnego przedstawienia wielkości (np.: liczba miejsc po przecinku we współrzędnych). Dane mogą być precyzyjne (ze względu na zapis) ale znacznie odbiegać od wartości prawdziwej (nie są dokładne).

3. Rozdzielczość - zdolność rozróżniania wielkości, określenie najmniejszego rozróżnianego w systemie obiektu.

4. Zmienność - przeciętny czas po jakim następuje zmiana obiektu w rzeczywistości.

5. Aktualność - odstęp czasu pomiędzy zmianą obiektu w rzeczywistości a pobraniem informacji o nim z systemu. Aktualność zależy od procedur aktualizacji danych w systemie. Aktualizacja może być bieżąca (reakcja systemu na każdorazową zmianę) lub okresowa, wykonywana w ustalonych bądź zmiennych okresach.

6. Wiarygodność - zgodność w granicach dopuszczalnych błędów pomiędzy stanem rzeczywistym a ustalonym na podstawie systemu.

7. Kompletność (w zakresie obszaru i treści) - określa ją stosunek liczby danych zapisanych w systemie do liczby danych, która powinna być zapisana.

8. Wartość - określana na podstawie korzyści wynikających z uzyskania danych z systemu w stosunku do innych metod pozyskiwania informacji. Można ją utożsamiać ze stratą, jaką użytkownik systemu mógłby ponieść, gdyby z systemu nie skorzystał.

Dane przestrzenne zapisane w systemie opisują obiekty dyskretne (punkty, linie, poligony, bryły) lub ciągłe (powierzchnia terenu, powierzchnia opisujące występowanie różnorodnych zjawisk). W zależności od przyjętego modelu danych przestrzennych oraz parametrów określonych powyżej system stanowi mniej lub bardziej wierny obraz rzeczywistości.

www
www

3. Mapa numeryczna

Klasyczna "kreskowa" mapa jest powszechnie stosowanym modelem analogowym przedstawiającym obiekty przestrzenne. Dzięki percepcji człowieka dwuwymiarowy model umożliwia odtworzenie w zwięzłej formie kartograficznej kształt powierzchni Ziemi, obiekty znajdujące się na niej oraz ich wzajemne relacje. Mapa stanowi pewne kartograficzne uogólnienie rzeczywistości, jej dokładność i rozdzielczość zależą od zastosowanej skali opracowania. Tradycyjna, redagowana w postaci graficznej, mapa jest trudna do aktualizacji i automatycznego wyszukiwania danych. Wraz z rozwojem techniki informatycznej powstała idea redagowania mapy w komputerze, czyli tworzenia mapy numerycznej.

Mapę numeryczną można zdefiniować jako zbiór danych numerycznych, który po zastosowaniu ściśle określonych algorytmów i odpowiednich środków technicznych umożliwia przedstawienie mapy w formie graficznej. Dane zapisane w systemie mogą być odpowiednio selekcjonowane, bądź grupowane, co pozwala wykonać, na podstawie jednego zestawu danych, różnorodne (pod względem skali i treści) graficzne opracowania tematyczne.

Wykonanie mapy numerycznej wymaga zebrania i zapisania w bazach systemu mapy danych charakteryzujących położenie każdego elementu sytuacyjnego (dwie lub trzy współrzędne) oraz zdefiniowania odpowiedniego schematu połączeń punktów tworzących obiekty. Najczęściej stosowany jest prosty model wektorowy zapisu położenia obiektów przestrzennych z wykorzystaniem elementów punktowych i liniowych. Dla niektórych potrzeb (np. ewidencji gruntów) wydzielane są obiekty powierzchniowe, system umożliwia emisję informacji o ich polu powierzchni, niekiedy także o cechach z nimi związanych. Mapa numeryczna nie stanowi bazy systemu informacji przestrzennej, może być do takiej postaci przekształcona.

W Polsce zasady budowy mapy numerycznej mającej cechy dokumentu formalno - prawnego regulują instrukcje techniczne wprowadzone przez Głównego Geodetę Kraju:

• "System Informacji o Terenie, Podstawowa mapa kraju, Instrukcja K-1";

• "System Informacji o Terenie, Standard Wymiany Informacji Geodezyjnej".

www
www

4. Numeryczny Model Terenu (NMT)

W wielu dziedzinach zachodzi konieczność prowadzenia analizy trójwymiarowych danych przestrzennych. Jeżeli zjawisko ma charakter ciągły możliwe jest jego odwzorowanie w systemie numerycznego modelu powierzchni. Przykładem takiego odwzorowania jest numeryczny model powierzchni terenu.

Przez pojęcie numerycznego modelu terenu (poprawnie - numerycznego modelu powierzchni terenowej) rozumie się zbiór odpowiednio wybranych punktów powierzchni o znanych współrzędnych x,y,z oraz algorytmów interpolacyjnych umożliwiających odtworzenie jej kształtu dla określonego obszaru.

Dane, na podstawie których możliwa jest budowa (interpolacja) NMT mogą być zapisywane w różny sposób. Determinuje to zdolność systemu do odwzorowania rzeczywistości. Jeżeli powierzchnia możliwa jest do odwzorowania funkcją z = f(x, y) można mówić o pełnej dokładności systemu. W przyrodzie taki przypadek występuje rzadko. Na ogół dysponujemy zespołem rozproszonych punktów pomiarowych, na podstawie którego model będzie budowany. Wyróżnić można kilka podstawowych metod zapisu danych modelu na podstawie punktów pomiarowych (rys. 8).

9. Nieregularna siatka trójkątów (TIN). W tym modelu punkty pomiarowe łączone są (na ogół automatycznie) w sieć nieregularnych trójkątów, tworzących powierzchnie (płaszczyzny) najlepiej przystające do terenu. Model jest prosty pojęciowo, może powodować zaburzenia odwzorowania powierzchni w przypadku, gdy utworzonych zostanie dużo wysmukłych trójkątów.

10. Sieć regularna. Współrzędna Z punktów pomiarowych służy do obliczenia współrzędnej Z wierzchołków regularnej sieci (na ogół sieci kwadratów). Do modelowania powierzchni używana jest wyłącznie siatka interpolacyjna. Model ten nie jest w stanie dokładnie odwzorować przebiegu np. linii nieciągłości terenu.

11. Model hybrydowy. Stanowi jedno z najlepszych rozwiązań co do dokładności odwzorowania powierzchni. Punkty pomiarowe przeliczane są na siatkę interpolacyjną (jak w modelu 2). Podstawowa baza danych modelu uzupełniona jest danymi wektorowymi, opisującymi położenie pewnych (pod względem położenia) punktów pomiarowych oraz charakterystycznych linii: form terenowych, nieciągłości, granicznych.

Numeryczne modele terenu wykorzystywane sąw trójwymiarowych SIP. Podstawowe zadanie jakie rozwiązują polega na określeniu trzeciej współrzędnej (Z) punktu, którego współrzędne płaskie (x, y) są znane. Na ogół umożliwiają one automatyczną interpolację warstwic (w dowolnym cięciu warstwicowym, rys. 9.), obliczanie spadków terenu i określanie jego ekspozycji, obliczanie przekrojów przez teren, wizualizację terenu (rys. 7), obliczania inżynierskie, w tym: projektowanie szlaków komunikacyjnych, obliczanie zakresu prac ziemnych związanych z realizacją projektu, określanie parametrów skarp wykopów i nasypów. Model numeryczny terenu stanowi podstawę fotogrametrii cyfrowej, umożliwia fotogrametryczne opracowanie pojedynczego zdjęcia lotniczego (monoploting) oraz stanowi podstawę w procesie przygotowania numerycznej ortofotomapy.

5. Narzędzia (programy) umożliwiające budowę systemów informacji przestrzennej

Kompleksowe i pełne przedstawienie systemów informacji przestrzennej, rozumianych jako profesjonalne pakiety oprogramowania dostępne na rynku, jest praktycznie niemożliwe. W krajach rozwiniętych już od kilkunastu lat obserwuje się dynamiczny rozwój systemów informacji przestrzennej wprowadzanych do praktyki przestrzennego planowania, zagospodarowania i badań naukowych w wielu dziedzinach, ze szczególnym uwzględnieniem ochrony przyrody i środowiska. Według szacunkowych danych już w 1983 r w Ameryce Północnej funkcjonowało około 1000 systemów informacji przestrzennej i automatycznego sporządzania map w różnych skalach realizowanych różnymi narzędziami programowymi. Narzędzia programowe za pomocą których budowane są systemy informacji przestrzennej powinny być wyposażone w możliwość:

12. wprowadzania danych:

1. określających lokalizację i cechy geometryczne obiektu na podstawie: pomiarów terenowych, manualnej digitalizacji (zamiany analogowej postaci mapy do postaci numerycznej), wektoryzacji skanowanych map, teledetekcji, przetwarzania zdjęć fotogrametrycznych zdjęć lotniczych, manualnego kodowania danych w regularnych polach podstawowych;

2. tematycznych - opisowych;

13. zarządzanie bazą danych:

1. klasyfikacja danych ze względu na dokładność i źródła danych;

2. wyszukiwanie obiektów spełniających określone warunki przestrzenno - opisowe i opisowe;

3. modyfikacja baz danych systemu;

14. przetwarzanie danych:

1. konwersje i zmiany struktury danych;

2. generalizacji i agregowanie danych;

3. wykonywanie analiz przestrzennych (nakładkowanie, buforowanie, analiza sieci);

4. budowa modeli funkcjonowania rzeczywistości;

15. wyprowadzanie danych:

1. generowanie rysunków i map tematycznych na ekranie monitora;

2. redakcja map tematycznych i ich kreślenie na drukarkach i ploterach, z uwzględnieniem możliwości automatyzacji procesu tworzenia legendy i opisów mapy.

W krótkim przeglądzie przedstawione zostaną przykłady wybranych pakietów programów systemów informacji geograficznej.

Najpopularniejszym w świecie jest system ARC/INFO wyprodukowany przez amerykański Environmental Systems Research Institute (ESRI, Redlands-Kalifornia, USA). Może być instalowany na dużych systemach komputerowych, minikomputerach, stanowiskach roboczych (SUN, Tektronix, HP, VAX, IBM, Data General) i sieci komputerowe. Firma ESRI zaproponowała również wersję pracujaca na komputerach klasy PC. Wersja ta może pracować niezależnie lub w połączeniu z systemem bazującym na dużych komputerach, a tworzone bazy danych i wyniki analiz mogą być wzajemnie przenoszone na różne komputery.

System ARC/INFO został stworzony do wykorzystania przy ewidencji gruntów i budynków, planowaniu przestrzennym, urbanistycznym i regionalnym, opracowywaniu map tematycznych, zarządzaniu zasobami naturalnymi oraz ochronie środowiska.

System składa się z dwóch części: ARC - (moduły STARTER KIT, ARCEDIT i ARCPLOT) dla danych przestrzennych (topologiczny model danych) i INFO - dla danych tematycznych (system zarządzania relacyjną bazą danych). Możliwe jest tworzenie własnych oprogramowań (stosując język ARC Macro Language), wykonywanie analiz przestrzennych (moduł OVERLAY) i analizy sieciowej (moduł NETWORK), budowanie numerycznego modelu terenu (moduł TIN) i wykonywanie obliczeń geodezyjno - geometrycznych (moduł ARC LOGO). System umożliwia wykonywanie analiz rastrowych (moduł GRID) i wspomaga przetwarzanie i obróbkę danych skanowanych (moduł ARC SCAN). ARC/INFO umożliwia konwersję z i do wielu znanych formatów danych przestrzennych i opisowych (moduł DATA CONVERSION).

Według ocen specjalistów w stosunku do ceny ma on wysoką wartość użytkową. Jego ogromną zaletą jest możliwość instalacji na kilkunastu typach komputerów, od "mainfram" po komputery osobiste oraz kompleksowość gromadzenia i przetwarzania danych wektorowych i rastrowych w powiązaniu z relacyjnymi bazami danych (ciąg technologiczny od digitalizacji przez przetwarzanie, aż do edycji, z możliwością tworzenia i druku map).

Największym konkurentem systemu ARC/INFO jest system MGE (Modular GIS Environment) firmy INTERGRAPH. Jego ogromną zaletą jest efektowna grafika oraz łatwość obsługi. Do niedawna bazował on na drogich stacjach roboczych RISC produkowanych przez firmę INTERGRAPH. Ostatnio sprzedawane są wersje pracujące na komputerach klasy PC (silne stacje robocze PC) w systemie operacyjnym WINDOWS NT oraz pakiety przeznaczone na komputery klasy PC (DOS, WINDOWS). System posiada znakomity moduł przetwarzania obrazowego i podobnie jak ARC/INFO zapewnia pełny ciąg technologiczny od digitalizacji, przez analitykę po edycję i druk map. System umożliwia pełną konwersję wektorowo - rastrową. Nowa oferta firmy INTERGRAPH sprzedaży poszczególnych elementów systemu (w zależności od potrzeb użytkownika) pracujących na typowych komputerach PC stwarza szansę na dużą popularność tego oprogramowania.

Na polskim rynku (szczególnie w woj. zachodnich) popularny jest system SICAD produkcji firmy SIEMENS (RFN). Ma on podobne możliwości do opisanych wyżej produktów, dostępny jest w wersji na stacje robocze RISC pracujące w systemie operacyjnym UNIX. Istnieje aplikacja SICAD FOREST i przystosowana do redakcji polskich map leśnych aplikacja SICAD LAS.

Jako przykład oprogramowania wykorzystującego rastrową bazę danych można podać pakiet SPANS, który ma bardzo dobrze rozwiązane: wprowadzanie danych, umożliwia budowę NMT i wizualizację terenu. System można wykorzystać do nakładania warstw i prowadzenia analiz zmian obiektów w czasie, reklasyfikacji, analizy sąsiedztwa.

W ostatnim czasie dużą popularność zdobyły pakiety "Desktop" GIS. CharakteryzujA się one stosunkowo niską ceną i łatwością obsługi. Wykorzystują na ogół prosty model wektorowych danych przestrzennych. Stanowi to istotne ograniczenie możliwości analitycznych tych pakietów. Stosowane są przeglądania zbudowanych w wyżej opisanych "dużych" pakietach warstw informacyjnych lub budowy niewielkich baz danych i wykonywania prostych analiz przestrzennych.

Do najbardziej popularnych zaliczyć można

1. MapInfo;

2. ARC View 2 (przeglądarka baz ARC/INFO, prosty pakiet SIP);

3. VistaMap (przeglądarka baz MGE);

4. Atlas*GIS (prosty pakiet SIP o dobrze rozwiązanym module wprowadzania danych).

Pakiety "Desktop" GIS można zaliczyć do tzw. "biznes GIS". Z większością nich rozprowadzane są (bądź można dokupić) gotowe bazy danych przestrzennych z zapisanymi podstawowymi informacjami statystyczno demograficznymi (dla USA, Kanady, całego świata). Niektóre z nich można użyć do budowy systemu od podstaw (MapInfo, Arc View 2, Atlas*GIS) choć z pewnością jest to zadanie dużo trudniejsze niż w specjalistycznych modułach pakietów GIS.

Programy umożliwiające budowę NMT można znaleźć w wielu pakietach GIS. Najbardziej zaawansowane systemy, rozprowadzane niezależnie od programów GIS, umożliwiają budowę wysokodokładnych modeli numerycznych terenu. Przykładem może być niemiecko - austriacki program SCOP (zbudowano za jego pomocą numeryczny model terenu Austrii odpowiadający dokładności mapy topograficznej 1 : 25 000). Dostępne są także proste pakiety umożliwiające pracę z NMT, przykładem może być amerykański SURFER.

Osobną grupę stanowią pakiety programów przeznaczone do przetwarzania obrazowych danych teledetekcyjnych. Są to, w zasadzie, systemy rastrowe wzbogacone o możliwość obróbki obrazów. Wykorzystuje się je do: poprawiania jakości obrazów, rektyfikacji (dostosowania obrazu do mapy), klasyfikacji (nadzorowanych i nienadzorowanych) obrazu, sporządzania numerycznej ortofotomapy.

Do najbardziej popularnych można zaliczyć:

1. ERDAS;

2. IDRISI;

3. ERMapper.

6. Metody pozyskiwania informacji dla systemów informacji przestrzennej

W zależności od potrzeb użytkowników i celu, dla którego budowany jest system wykorzystane będą różne metody zbierania danych. Bazę geometryczną systemu można budować na podstawie:

1. wyników pomiarów geodezyjnych;

2. pomiarów fotogrametrycznych;

3. przetwarzania obrazów wideo;

4. pomiarów GPS (globalnego wyznaczania pozycji);

5. digitalizacji istniejących map.

www
www

6.1 Pomiary geodezyjne

Technologia klasycznych pomiarów geodezyjnych uległa w ostatnich latach zmianie. Powszechne stało się stosowanie instrumentów, tzw. total station, które zastąpiły klasyczny teodolit i taśmę mierniczą. Nowoczesne, elektroniczne instrumenty geodezyjne zapewniają wykonywanie pomiarów odległości z dokładnością 1-2 cm na 1 km długości mierzonej linii. Zasięg najpopularniejszych wynosi ok. 2 km. Zarówno kąty jak i odległości mierzone są automatycznie. Rola obserwatora sprowadza się do prawidłowego wycelowania na sygnały ustawione na końcach mierzonych odcinków i odpowiedniego zakodowania numeracji punktów. System kodowania zapewnia powstawanie mapy numerycznej już na etapie pomiaru. Dane przeniesione do stacjonarnego komputera uzupełniają bazę mapy numerycznej tworzonej dla mierzonego obiektu.

www
www

6.2 Fotogrametria i teledetekcja

W ostatnich latach obserwuje się w Polsce odejście od, blokujących dotychczas rozwój fotogrametrii, zasad wykonywania i udostępniania zdjęć lotniczych. Można zamawiać wykonanie zdjęć spektrostrefowych, na których bardzo dobrze rozróżnialne są elementy przyrodnicze obiektu (np.: gatunki drzewostanów, ich stan zdrowotny, rodzaje upraw itp.). Na zdjęciach spektrostrefowych można analizować stosunki wodne. Niedługo staną się dostępne zdjęcia kolorowe w barwach naturalnych w skali 1 : 26 000. Zdjęcia te wykonywane będą w ramach programu PHARE cyklicznie co 3 lata i posłużą do wydania ortofotomapy w skali 1 : 10 000 (ortofotomapa - mapa w postaci obrazu powstała przez przekształcenie zdjęcia lotniczego). Zdjęcia lotnicze mogą stanowić podstawę do wykonywania interpretacji obiektów i pomiarów fotogrametrycznych. W ostatnim czasie rozwinęły się techniki fotogrametrii analitycznej (tzw. autografy analityczne) i fotogrametrii cyfrowej (pomiar zeskanowanego zdjęcia lotniczego na specjalnych komputerach umożliwiających obserwację stereoskopową obrazu z wykorzystaniem zjawiska polaryzacji światła lub zwykłych komputerach dzięki programom pozwalającym na oglądanie modelu przestrzennego utworzonego z pary zeskanowanych zdjęć lotniczych z użyciem stereoskopu lustrzanego - np.: VSD - Video Stereo Digitizer). Do celów rejestracji stanu i zmian obiektów przyrodniczych można wykorzystać lotnicze obrazy wideo, które mogą być najszybszym źródłem informacji o rozmiarach klęsk, gradacji szkodników itp. i tendencjach rozwojowych tych zjawisk.

Źródłem danych dla SIP mogą być dane teledetekcyjne przetworzone w wyniku odpowiednich klasyfikacji (nadzorowanych i nienadzorowanych). Zaletą tych danych jest niewielka cena w stosunku do zasięgu zobrazowania (różnego dla różnych satelitów). Wadą jest jeszcze nienajwyższa rozdzielczość uniemożliwiająca wykonywanie analiz wielkoskalowych i uzależnienienie od stanu pokrywy chmur (dla satelitów wykorzystujących zakresy promieniowania widzialnego).

www
www

6.3 System globalnego wyznaczania pozycji - GPS

Zupełnie nową techniką pomiaru jest GPS. Na podstawie 24 sztucznych satelitów Ziemi, dysponując odpowiednim odbiornikiem można określić pozycję (3 współrzędne). Ze względu na sposób pomiaru, zniekształcanie sygnału przekazywanego przez satelity (zniekształcenie jest celowo wprowadzane przez właściciela satelitów - Departament Obrony USA), dokładność takiego wyznaczenia jest niewielka - ok. 100 m. Zastosowanie 2 odbiorników oraz odpowiednich metod pomiarowych zapewnia uzyskanie dokładności wyznaczenia położenia punktu względem osnowy od 5 mm (dla tzw. odbiorników geodezyjnych) do 20 cm - 5 m (dla odbiorników popularnych). Odbiorniki GPS umożliwiają kodowanie informacji opisowych dotyczących mierzonych obiektów. Odpowiednie oprogramowanie zapewnia transfer danych pomiarowych do postaci bazy SIP.

www
www

6.4 Digitalizacja i wektoryzacja map

Względy ekonomiczne powodują, że duży zasób baz danych SIP powstanie w wyniku przetworzenia już istniejących map. Przeniesione zostaną do baz systemów błędy wynikające z niedokładności map, zastosowania generalizacji kartograficznej oraz nieaktualności mapy.

Jedną z najpowszechniej stosowanych metod zamiany postaci analogowej mapy na postać numeryczną jest digitalizacja. Digitalizacja może być prowadzona na przyrządach wyposażonych w stół wytwarzający pole elektromagnetyczne lub też za pomocą digimetrów ze sztywnymi ramionami, po których poruszają się przetworniki analogowo - cyfrowe. Pierwszy rodzaj digimetrów umożliwia zazwyczaj prowadzenie digitalizacji tylko takich materiałów, które nie powodują zakłóceń pola elektromagnetycznego tj. np.: podkładów papierowych, kalki, folii z tworzywa sztucznego itp. Na ogół nie można za pomocą tych digimetrów digitalizować map wykonanych na płytach aluminiowych.

Digitalizowane powinny być oryginały map. Odbitki ksero, ozalidy itp. nie są materiałami kartometrycznymi i powinny być wykluczone jako podstawowy materiał źródłowy dla pozyskiwania danych geometrycznych.

Dużą popularność w ostatnim czasie zdobyła metoda skanowania map pozwalająca stosunkowo szybko otrzymać obraz mapy w postaci numerycznej (zapis rastrowy -rys. 5). Uzyskany w wyniku skanowania zapis rastrowy musi być sprowadzony do formy wektorowej. Można to uzyskać w wyniku wektoryzacji ręcznej, półautomatycznej lub automatycznej. Wektoryzacja ręczna polega na digitalizacji na ekranie komputera podkładu rastrowego w sposób analogiczny do digitalizacji realizowanej za pomocą klasycznego digimetru. Istnieje wiele programów komputerowych wspomagających taką digitalizację. Jako przykładowe można wymienić:

• AutoCad z nakładką KAMISCAN;

• AutoCad z nakładką CadRaster;

• AutoCad z nakładką RasterEdit

• Mikrostation z nakładką I/RAS;

• Mikrostation z nakładką KAMISCAN;

• CadCore;

• ArcView 2;

• Arc/Info 7 (moduł Arc Scan).

Niektóre z w/w programów umożliwiają także wspomaganie manualnej digitalizacji przez proponowanie przebiegu linii (digitalizacja półautomatyczna) co znacznie przyśpiesza proces wektoryzacji. Wektoryzacja automatyczna realizowana jest w jednym procesie obliczeniowym, w którym wszystkie elementy rastra zamieniane są automatycznie na obiekty wektorowe. Z wielu doświadczeń wynika, że automatyczna wektoryzacja nie zapewnia jeszcze zadawalających rezultatów. Uwaga powyższa odnosi się w szczególności do leśnej mapy gospodarczej, której ręczny opis w praktyce uniemożliwia automatyczną filtrację tekstu.

Preferowane powinny być w chwili obecnej rozwiązanie pozwalające digitalizować na ekranie komputera. Przeprowadzone badania wykazały, że uzyskanie mapy numerycznej z zeskanowanego obrazu jest ponad dwudziestokrotnie tańsze niż z pomiarów terenowych, dziesięciokrotnie tańsze niż metody fotogrametryczne i ponad trzykrotnie tańsze niż poprzez digitalizację przy użyciu digimetru.

W trakcie przetwarzania zbiorów rastrowych otrzymanych w wyniku skanowania map łatwiejsza jest też korekta błędów i etykietowanie ze względu na możliwość ciągłego śledzenia treści mapy na ekranie komputera, bez konieczności przenoszenia wzroku między ekranem i mapą.

Dokładność baz geometrycznych uzyskanych w wyniku digitalizacji rastrowego obrazu mapy zależy w dużej mierze od sposobu wykonania skanowania. Na jakość rastra ma wpływ rodzaj zastosowanego skanera oraz rozdzielczość i tryb skanowania. Są różne rodzaje skanerów. Najbardziej popularne są skanery rolkowe i tablicowe. W skanerach rolkowych skanowane są mapy wykonane na folii bądź na papierze. W takich skanerach możliwe są jałowe poślizgi rolek prowadzących dochodzące do 1-2 mm, czyli wielkości wielokrotnie przekraczające dokładność kreślenia map. Skanery rolkowe na ogół nie umożliwiają skanowania map wykonanych na planszach aluminiowych. W związku z powyższym skanowanie map dla potrzeb budowy geometrycznej bazy danych nadleśnictwa powinno być wykonane na skanerach tablicowych, które tworzą prawie wierną kopię (w zależności od rozdzielczości skanowania) skanowanej mapy. Rozdzielczość skanowania powinna być tak dobrana, by zbiory wynikowe nie były zbyt duże, a wielkość piksela mniejsza od dokładności graficznej mapy. Z doświadczeń wynika, że 200-300 dpi (punktów na cal) jest wielkością wystarczającą. Dla np.: map leśnych wystarczający jest tryb binarny skanowania (bit na piksel). Problemem może być ustalenie progu (threshold), dzielącego mapę na rysunek i jego tło. Wartość tę należy dobrać empirycznie w zależności od stopnia “zniszczenia - zabrudzenia" mapy. Stosowanie trybu skanowania kolorowego (24 bity na piksel) może być stosowane np.: do skanowania kolorowych map topograficznych. Przed podjęciem takiej decyzji warto jednak ustalić, czy nie korzystniejsze będzie zakupienie w Ośrodku Dokumentacji Geodezyjno Kartograficznej odbitek map z trzech matryc kolorów i skanowania w trybie bit na piksel. Może okazać się, że wektoryzacja będzie łatwiejsza.

Podstawowym problem z jakim można się spotkać przy wektoryzacji zbiorów rastrowych jest kalibracja rastra, tzn. jego transformacja do przyjętego w digitalizacji układu współrzędnych. Do wykonania transformacji można posłużyć się uzyskanymi (w wyniku pomiarów terenowych) współrzędnymi punktów (jeżeli ich lokalizacja na mapie jest pewna) punktami osnowy matematycznej mapy (siatka kwadratów), lub istniejącą mapą numeryczną. W zależności do jakości zeskanowanej mapy (jej zgodności z istniejącymi danymi numerycznymi) należy wybrać odpowiedni wariant transformacji - Helmerta, afiniczną, wielomianową.

www
www

7. Stan prac nad systemami informacji przestrzennej w Polsce

W latach 1972-1973 powstały w Polsce trzy niezależne projekty systemu informacji o terenie TEREN jako podsystemy w Państwowym Systemie Informatycznym PSI. System TEREN zakładał gromadzenie informacji o geometrycznych i przyrodniczych cechach terenu, o jego pokryciu, uzbrojeniu, zainwestowaniu, użytkowaniu i stosunkach prawnych Tak pisał o tym fakcie Adamczewski (1989): "Byliśmy wtedy w tym zakresie światową awangardą lub przynajmniej w tzw. ścisłej czołówce. Z gorzką łezką w oku słuchałem sześć lat później na sympozjum FIG w Darmstadt w 1978 r. pierwszych enuncjacji będących próbami formułowania problemów SIT. Nasze projekty z 1972 r. pokrył już wtedy kurz... . Na Zachodzie po sympozjum w Darmstadt problematyka SIT po prostu wybuchła i dziś w wielu krajach takie systemy funkcjonują".

Najważniejszym czynnikiem wpływającym na wprowadzanie i funkcjonowanie systemów informacji przestrzennej był dostęp do technik informatycznych. Brak tego dostępu przez wiele lat sprawił, że obecnie musimy nadrabiać powstałe w tej dziedzinie zaległości.

Na początku lat siedemdziesiątych powstała również koncepcja drugiego wielkiego systemu o nazwie BIGLEB. System ten dotyczył kompleksowego zbioru informacji o środowisku glebowym w powiązaniu z innymi elementami środowiska geograficznego, niezbędnymi do charakterystyki stanu i oceny gospodarczej zasobów glebowych. System BIGLEB, podobnie jak TEREN, w pierwotnej wersji, również nie został zrealizowany. Zrealizowano go, w latach późniejszych w nieco innej koncepcji. Wdrożono m.in. następujące podsystemy: BKA-95 BIGLEB, MER/M-BIGLEB, KAL-BIGLEB, KAR-BIGLEB, KAZ-BIGLEB. Na poziomie województwa zaproponowano założenie wojewódzkiego banku informacji o środowisku glebowo-roślinnym i czynnikach mu zagrażających BIGLEB-WO.

Wykorzystując system BIGLEB założono bazę danych SI PEZET-1 integrując w systemie pól znaczonych 36 cech środowiska przyrodniczego i czynników mu zagrażających. Jest to pierwszy autorski system informatyczny w Polsce, który dysponuje bazą danych dla obszaru całego kraju.

W Centralnym Biurze Studiów i Projektów Wodnych Melioracji "BIPROMEL" opracowano system informatyczny o rolniczo-przyrodniczej charakterystyce użytków rolnych PROMEL z dwoma podsystemami: PROMEL-R i PROMEL-Z.

Inwentaryzacja obszarów zagrożenia warunków agroekologicznych na gruntach rolnych przez nadmierną imisję zanieczyszczeń przemysłowych może być wykonywana w systemie SIZROL przy wykorzystaniu bazy danych systemu SOZAT opracowanego przez przedsiębiorstwo ATMOTERM w Opolu.

Na zlecenie Państwowego Instytutu Geologicznego opracowano w 1986 r. informatyczny system wspomagania gminnej inwentaryzacji złóż kopalin INGSURMIN-ZŁOŻA (INWENTARYZACJA GMINNA SUROWCÓW MINERALNYCH). W oparciu o algorytm INGSURMIN-ZŁOŻA opracowano kilka systemów do wspomagania zarządzania w zakresie ochrony środowiska, gospodarki przestrzennej i planowania przestrzennego, z których na szczególne podkreślenie zasługuje IWIEP - INFORMATYCZNE WSPOMAGANIE INWENTARYZACJI ELEMENTÓW PRZYRODY.

W ramach programu CPBP 04.10. "Ochrona i kształtowanie środowiska przyrodniczego" w Instytucie Geodezji i Kartografii powstał System Informacji o Ukształtowaniu Środowiska Przyrodniczego - SINUS. System ten umożliwia gromadzenie, analizę i szybką prezentację dużej liczby danych zlokalizowanych przestrzennie. Wykorzystywany jest m.in. (obok systemu ARC/INFO i PC KARTEM) w pracach Centrum GRID-Warszawa. Centrum to jest jednym z dziewięciu ośrodków utworzonych przez UNEP (Program Środowiskowy Narodów Zjednoczonych), których zadaniem jest gromadzenie, przetwarzanie i udostępnianie informacji przestrzennych o środowisku w skali globalnej. Do innych zadań Centrum należy również rozpowszechnianie wiedzy o stosowaniu systemów informacji przestrzennej, a także prowadzenie badań i przygotowanie ekspertyz wspomagających zarządzanie środowiskiem. Rezultatem prac Centrum jest m.in. raport - "Stan środowiska w Polsce," opracowany w 1993 r. przy udziale kilkunastu wybitnych autorytetów z różnych dziedzin nauki, związanych z zagadnieniami ochrony środowiska. Systemy SINUS, ERDAS oraz ARC/INFO są wykorzystywane także przez Instytut Geodezji i Kartografii przy realizacji Programu CORINE Land Cover (CORINE użytkowanie ziemi) koordynowanego przez Europejską Agencję Środowiskową Komisji Wspólnoty Europejskiej z siedzibą w Brukseli. Zgodnie z metodyką programu CORINE (COoRdination of Information on the Environment) oprócz programu CORINE Land Cover (IGiK) realizowane są dwa inne programy: CORINE - biotopy (Instytut Botaniki PAN z Krakowa) oraz CORINAIR (firma ATMOTERM z Opola). Wszystkie programy finansuje program pomocy krajom Europy Środkowowschodniej PHARE.

W r. 1993 Centrum Informacji o Środowisku GRID-Warszawa opracowało Projekt Centralnej Bazy Danych o Środowisku oraz Projekt Informatyczny Centralnej Bazy Danych o Środowisku. Podstawą CBDŚ jest istniejąca w kraju od szeregu lat lub tworzona sieć punktów pomiarowo-kontrolnych środowiska oraz krajowe bazy danych gromadzących i przetwarzających dane dotyczące poszczególnych składowych monitoringu. Koordynatorem państwowego monitoringu środowiska jest Główny Inspektorat Ochrony Środowiska (GIOŚ). Jego zadania w zakresie koordynacji i informatyzacji są niezwykle trudne i skomplikowane. Odsyłając Czytelnika do literatury nadmienię tylko, iż funkcjonuje 18 podsystemów monitoringu, a zestawienie systemów i programów z tzw. otoczenia informatycznego monitoringu zawiera 14 pozycji. Informatyzacja monitoringu a szczególnie wprowadzenie SIP pozwoli lepiej realizować jego cel tj. zwiększać skuteczność działań "na rzecz ochrony środowiska poprzez zbieranie, analizę oraz udostępnianie danych dotyczących stanu środowiska i zmian w nim zachodzących" (Ustawa z dnia 29.08.1991 o Państwowej Inspekcji Ochrony Środowiska Dz. U. Nr 77/1991).

Bezpośredni związek z zamierzonymi pracami w zakresie SIP dla powstającego systemu informatycznego ochrony środowiska ma zlecenie przez GIOŚ firmie INTER-DESIGN zeskanowania map topograficznych całego kraju w skali 1:50000. Archiwum map topograficznych w programie Raster-Base założono w GIOŚ oraz w Departamencie Geologii MOŚZNiL. Każdy Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska uzyskał archiwum pokrywające cały teren województwa.

W 1994 r. na zlecenie MOŚZNiL w ramach Programu PHARE opracowano "Master plan wzmocnienia Państwowego Monitoringu Środowiska a aktualnie przygotowywany jest pilotowy projekt Systemu Zarządzania Środowiskiem (EMS - Environmental Management System).

Terminem SIP (System Informacji Przestrzennej) określane są dwa typy systemów: SIT (System Informacji o Terenie) i GIS (System Informacji Geograficznej). Różnią się one szczegółowością informacji o obiektach i zjawiskach przestrzennych. Prowadzenie SIT-u jest przypisane prawnie administracji rządowej. Ustawa "Prawo geodezyjne i kartograficzne" (1983) mówi, że "dane zawarte w ewidencji gruntów i budynków, ewidencji sieci uzbrojenia terenu oraz w państwowym zasobie geodezyjnym i kartograficznym stanowią podstawę do założenia krajowego systemu informacji o terenie".

System informacji o terenie jest właściwie budowany przynajmniej od 2 lutego 1955, kiedy to wydano dekret o ewidencji gruntów i budynków. Ewidencja gruntów i budynków w rzeczywistości ogranicza się tylko do gruntów. Nie założono nigdy i nigdzie ewidencji budynków. Oficjalnie ewidencja gruntów pokrywa 100% powierzchni kraju, w tym zdecydowanie zły stan ma miejsce na - 32% powierzchni.

Szacuje się, że w kraju na koniec roku 1992 systemem informatycznym objętych było około 24% ogólnej liczby działek (ok. 7 mln. działek) z czego połowa przypada na tereny wiejskie. Z tej liczby dla 88% działek ewidencja jest prowadzona w systemie MSEG (autorstwa Akademii Rolniczej we Wrocławiu, 10% - w systemie EWGRUN (OPGK Lublin), 2% - inne systemy (SITGMIN, AGRA, EGRUN, MODEL-SYSTEM, , NEWGRUN).

Interesującą może być informacja, że mapa zasadnicza jest założona dla 94% terenów miejskich i dla około 50% terenów wiejskich. Wg. Głównego Geodety Kraju - "zagrożona fizycznym unicestwieniem".

Główny Geodeta Kraju przedstawił w 1991 roku "Program modernizacji Systemu Informacji o Terenie". Sformułował również projekt własnej definicji SIT: "System informacji o terenie jest w skali państwa formą organizacyjną kontrolowanego przepływu, w lokalizowanej przestrzennie, standaryzowanej informacji o właściwościach terenu, jego podziałach, sposobie wykorzystania oraz uprawnieniach osób władających składnikami jego zagospodarowania". Program oraz definicja uzyskały pozytywną opinię Państwowej Rady Geodezyjnej i Kartograficznej oraz akceptację Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa.

W ostatnich 2 latach rozpoczęto tworzenie wielu lokalnych systemów informacji o terenie (SIT); koordynacja tych prac nie jest jednak wystarczająca.

Zakładanie GIS (co również ma miejsce) nie jest w ogóle ustawowo i urzędowo koordynowane.

Budowę SIT rozpoczęto spontanicznie. Może przysporzyć to problemów ze stadaryzacją zapisywanych w systemach informacji oraz ewentualną wymianą danych. Poniżej przedstawiono najważniejsze inicjatywy z zakresu budowy SIT.

Już w 1992 r. wszystkie przedsiębiorstwa woj. poznańskiego wyposażono w Geo-Info i od tego roku wszystkie prace geodezyjne wykonywane są w tym systemie. Na to rozwiązanie zdecydowało się 10 innych województw, obejmujących obszar ponad 20% powierzchni kraju. System pracuje w środowisku DOS i Novell, a jako edytor graficzny wykorzystuje pakiet AutoCAD. W najbliższym czasie będzie dostępna wersja SQL Geo-Info. Numeryczny kataster nieruchomości miasta Poznania wykorzystuje oprogramowanie utworzone na bazie systemu SICAD/open firmy Siemens-Nixdorf.

Wojewoda krakowski i prezydent miasta Krakowa podpisali w roku 1993 porozumienie o budowie "Małopolskiego Systemu Informacji Terenowej". Zadanie realizuje ECOGIS. Wykorzystuje się m.in. MSEG i system RATUSZ. Przetwarzanie informacji w Wojewódzkim Ośrodku Dokumentacji jest wykonywane przy użyciu oprogramowania MicroStation i programu EwMapa.

Wojewoda katowicki podjął decyzję o budowie zintegrowanego SIP już w r. 1990. Koordynatorem prac jest Górnośląskie Centrum Informacji o Przestrzeni. Budowę systemu rozpoczęto od określenia bazy danych zawierającej system odniesień przestrzennych oraz od zbiorów informacji o gospodarce gruntami. Dane są gromadzone i aktualizowane na poziomie gmin, a następnie przekazywane na poziom regionalny.

Firma BIPROGEO opracowała technologię SIT, która jest wdrażana na terenie województwa wrocławskiego (od 1992), a także legnickiego (gmina Polkowice), miasta Gdyni i miasta Gliwice. Uważa się, że System Informacji Terenowej opracowywany dla gminy Polkowice jest jednym z nowocześniejszych systemów wdrażanych w kraju (tworzona jest m.in. aplikacja dla tzw. dynamicznej mapy Polkowic)

25 czerwca 1991 Minister Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa, Wojewoda łódzki oraz Prezydent m. Łodzi podpisali porozumienie o pilotażowym wdrażaniu SIT w woj. łódzkim. Koordynatorem prac jest Główny Geodeta Kraju. Projekt i wykonanie systemu powierzono firmie NEOKART GIS (dystrybutor ARC/INFO) podwykonawcą wielu prac był Aplicom 2001 (pierwszy dystrybutor w Polsce AutoCAD). Wykorzystuje się m.in. program EwMapa firmy GEOBID, ARC/INFO oraz system baz danych Oracle. Projekt pilotażowy wskazał na wiele trudności przy budowie SIT. Ujawniły się kontrowersje między administracją rządową i samorządową. Ta ostatnia oceniła projekt negatywnie.

Samorządy doceniają konieczność komputeryzacji urzędów na poziomie gminy i miast. Dowodem tego jest liczba komputeryzujących się urzędów oraz bogata oferta oprogramowania. Zjawiskiem negatywnym jest brak pełnej koordynacji na poziomie ogólnokrajowym, szczególnie na styku administracja rządowa - administracja samorządowa. Odczuwa się brak ogólnokrajowych standardów informacyjnych.

W dniach 8-10 listopada 1994 w Legionowie odbyła się Konferencja "Systemy Informacji Przestrzennej" w której wzięli udział przedstawiciele świata nauki, administracji, rządowej i terytorialnej, pracownicy firm, geodeci, informatycy, dziennikarze (ponad 200 osób). Była to próba oceny sytuacji i koordynacji działań w zakresie budowy w Polsce SIP (SIT i GIS). Podstawą do dyskusji były "Założenia dotyczące SIP w Polsce" opracowana przez Radę Programową do Spraw SIP w Polsce".

Opracowano scenariusz prac nad SIP w Polsce. Scenariusz ten zakłada m.in. opracowanie wniosku o sfinansowanie przez KBN projektu badawczego zamawianego przez Urząd Rady Ministrów, ukierunkowanego na zadanie badawczo-rozwojowe pod wstępnym tytułem "Koncepcja szczegółowa SIP w Polsce".

Niezależnie od działań administracji rządowej i samorządowej w zakresie budowy SIT i map numerycznych Zarząd Topograficzny Sztabu Generalnego WP realizuje od 1992 r. we współpracy z Agencją Kartograficzną Armii Amerykańskiej zgodnie ze standardami NATO (DIGEST). numeryczną mapę topograficzną w skali 1:1 000 000. Aktualnie jest realizowana mapa numeryczna w skali 1:250 000 (standardowa mapa operacyjna NATO). Rozpoczęto prace nad mapami w skali 1:50 000; przewiduje się, że przedsięwzięcie to potrwa 5-7 lat.

www
www

8. Możliwości budowy i wykorzystania systemów informacji przestrzennej w leśnictwie polskim

Początki informatyki w Lasach Państwowych datują się na lata 70-te, kiedy to wprowadzano w działach finansowych jednostek organizacyjnych pierwsze maszyny liczące. W końcu lat osiemdziesiątych zaczęto instalować sprzęt klasy IBM PC. Oprogramowanie pochodziło z kilkunastu źródeł, nie było jednorodne, dotyczyło przede wszystkim spraw finansowo-księgowych, kadrowo-płacowych, gospodarki magazynowej i obrotu drewnem. Biuro Urządzania Lasu i Geodezji Leśnej (do 31.12.1991 wchodziło w skład Lasów Państwowych), użytkowało i użytkuje komputer ODRA 1305 przygotowując, na podstawie inwentaryzacji urządzeniowo-leśnej, kartotekę powierzchni leśnej i nieleśnej oraz pochodne opracowania tabelaryczne dla każdego obrębu i nadleśnictwa. Dane te dostępne są także w formacie XBASE (tzw. plik "dbf") na komputery PC. Zgromadzony w ten sposób od wielu lat bank danych jest podstawą do wieloletnich analiz.

Rozproszone działania poszczególnych nadleśnictw w zakresie informatycznego wspomagania funkcjonowania nadleśnictwa powodowały trudności z uogólnianiem danych dla potrzeb analiz w makro skali. Podjęto próbę ujednolicenia zakresu gromadzonych informacji i wprowadzenia do nadleśnictwa kompletnego systemu w zakresie: inwentaryzacji stanu lasu, zdarzeń gospodarczych, kadr, płac, szacunków brakarskich i obrotu drewnem. Prace te stały się podstawą konstrukcji Systemu Informatycznego Lasów Państwowych ze szczególnym uwzględnieniem nadleśnictwa (SILP). Uporządkowany zbiór aktualnych informacji przyrodniczo-leśnych i techniczno-ekonomicznych, jest niezbędny do prawidłowego prowadzenia i zarządzania gospodarką leśną na szczeblu nadleśnictwa, Regionalnej Dyrekcji Lasów Państwowych i Dyrekcji Generalnej Lasów Państwowych.

Fakt wprowadzenia SILP jest podstawową okolicznością sprzyjającą i zarazem wymuszającą budowę, dla nadleśnictw, systemów informacji przestrzennej, które stanowić będą rozwinięcie części tabelarycznej SILP o dystrybucję przestrzenną zapisanych danych.

Pierwszym etapem prac, stanowiącym podstawę systemu powinna być budowa geometrycznej bazy danych o charakterze leśnej mapy numerycznej. Wykonanie mapy numerycznej wymaga zebrania i zapisania, w bazach systemu mapy, danych charakteryzujących położenie każdego elementu sytuacyjnego (dwie lub trzy współrzędne) oraz zdefiniowania odpowiedniego schematu połączeń obiektów.

Istotnym problemem będzie, w warunkach polskich, ustalenie jednolitej dla wszystkich nadleśnictw technologii budowy mapy numerycznej. Można przyjąć, że powinna ona powstawać jako efekt prac urządzeniowo-leśnych. Należy założyć, że budowa mapy numerycznej będzie prowadzona w sposób zapewniający wykorzystanie istniejących już dla obszarów leśnych opracowań kartograficznych (na ogół przez digitalizację mapy zasadniczej i leśnej mapy gospodarczej), wyników bezpośrednich pomiarów geodezyjnych oraz przetwarzania zdjęć lotniczych i zobrazowań satelitarnych. Ze względów ekonomicznych powinno się dążyć do szerokiego wprowadzania metod fotogrametrycznych w proces zbierania informacji o lesie i aktualizacji istniejących map. Zadania wynikające z realizacji powyższego postulatu można podzielić na dwie grupy tematyczne:

1. wykonanie numerycznej mapy zasadniczej;

2. uzupełnienie treści tak przygotowanych danych o treść leśną.

Realizując postulat 1 należy opracować technologię budowy leśnej mapy numerycznej tak, by gwarantowała ona zapisanie informacji geometrycznych z dokładnością wynikającą z zasad budowy systemów informacji terenowej zakładanych dla potrzeb numerycznej mapy zasadniczej kraju lub numerycznej ewidencji gruntu. Konieczne jest by na poziomie nadleśnictwa zagadnienie kartograficznego zobrazowania stanu obiektu uwzględniało aspekt ewidencyjno - prawny. Numeryczna mapa nadleśnictwa (w zakresie opisu położenia i kształtu działek ewidencyjnych) powinna być wykonywana za pomocą technologii zapewniającej wymianę informacji z państwową ewidencją gruntów i spełniać wszystkie kryteria dokładnościowe stawiane przez służby geodezyjne w zakresie wymaganym przez prawo.

Realizacja postulatu 2 wymaga opracowania takiej technologii zbierania danych o lesie, która zapewni ich bieżącą aktualizację oraz umożliwi rejestrację z wymaganą dokładnością wszystkich, niezbędnych dla prowadzenia gospodarki leśnej, informacji o stanie lasu. W związku z wprowadzeniem do praktyki zasad nowej polityki leśnej państwa zakładającej rozwój leśnictwa "zgodnego z naturą", opartego na "trwałym i zrównoważonym rozwoju", tzw. "leśnictwa wielofunkcyjnego", kształtującego różne modele leśnictwa oraz rozwijającego i optymalizującego wszystkie funkcje lasu niezbędne stało się inwentaryzowanie nie tylko lasu, ale także i jego otoczenia.

Zadania te będą możliwe do realizacji przy wykorzystaniu w pracach prowadzonych dla potrzeb budowy planu urządzania lasu między innymi:

• spektrostrefowych zdjęć lotniczych;

• zobrazowań lotniczych wideo;

• pomiaru metodą GPS;

• zobrazowań satelitarnych.

Można przyjąć, że dokładność określania elementów sytuacji wewnętrznej kompleksów leśnych będzie niższa niż określenia jego granic. Budując mapę numeryczną nadleśnictwa należy rejestrować źródła danych i ich dokładność. Będzie miało to istotne znaczenie na etapie przekształcania leśnej mapy numerycznej do postaci geometrycznej bazy danych systemu informacji przestrzennej nadleśnictwa (rys. 10).

Przedstawione założenia nie są łatwe do spełnienia. Mapy zasadnicze dla terenów leśnych (będące materiałem wyjściowym do budowy numerycznej mapy leśnej) wykonano często w kroju obrębowym, bez prawidłowo nałożonej siatki obowiązującego układu współrzędnych "1965". Zdarzają się przypadki, że dla rozgraniczonego prawidłowo w latach pięćdziesiątych obiektu leśnego nie istnieją wykazy współrzędnych punktów granicznych ze względu na zniszczenie danych obliczonych w utajnionym w latach 60 -tych układzie "1942" i nie przeliczenie ich do nowego układu współrzędnych ("1965"). Uniemożliwia to zrealizowanie najprostszego sposobu wprowadzenia granic kompleksów leśnych do mapy numerycznej nadleśnictwa, polegającego na zapisie przebiegu linii granicznej na podstawie współrzędnych punktów granicznych. Powoduje to konieczność stosowania wielu rozwiązań, w zależności od konkretnej sytuacji i kompletności danych geodezyjnych dotyczących nadleśnictwa. Istniejące mapy przed ich wykorzystaniem jako źródła danych do budowy mapy numerycznej muszą być sprawdzane. W trakcie prowadzenia prac urządzeniowych należy sprawdzić zgodność mapy topograficznej w skali 1:10 000 z mapami leśnymi. Można to wykonać stosując transformację do jednolitego układu współrzędnych. Punktami wspólnymi dla transformacji będą szczegóły sytuacyjne (najczęściej punkty przecięcia linii podziału powierzchniowego i dróg) zidentyfikowane na leśnej mapie gospodarczej i mapie topograficznej. Po zdefiniowaniu takiego zespołu punktów, dla każdego arkusza mapy zasadniczej (gospodarczej) należy wykonać (w procesie iteracyjnym) transformacje. Powtarzanie transformacji jest niezbędne ze względu na konieczność znalezienia spośród wstępnie wybranych punktów takiego ich zespołu, który będzie zapewniał możliwie najlepsze warunki geometryczne dla transformacji i odpowiednią jej dokładność. Przyjęto, że granicą dokładności, której nie powinno się przekraczać, jest średni błąd położenia punktu po transformacji równy ą10 m. Szczegóły sytuacyjne, których błąd położenia, wynikający z transformacji, przekracza podaną wartość powinny zostać ponownie pomierzone. Jedną z najbardziej efektywnych metod pomiaru może być technika GPS. Pomiary GPS umożliwiają szybkie założenie wokół kompleksu leśnego układu baz pomiarowych, z których możliwe będzie wykonanie pomiaru położenia szczegółów sytuacyjnych klasycznymi metodami pomiarowymi. Technika GPS może być również stosowana do pomiaru położenia punktów sytuacyjnych (np.: przecięcia się osi podziału powierzchniowego w lasach) oraz przy ustalaniu położenia tych gruntów nadleśnictwa, dla których niemożliwe jest uzyskanie wiarygodnych danych geodezyjnych (pojedyncze działki, enklawy itp.). Do postaci numerycznej mogą być przetwarzane tylko dane sprawdzone pod względem dokładności i treści. Z istniejących map należy przenieść tylko informacje niezmienioną od czasu ostatniego urządzania lasu. Po wykonaniu prac inwentaryzacyjnych do bazy mapy zapisane zostaną wyniki pomiarów bezpośrednich (w tym pomiarów GPS, busolowych, uzupełniających geodezyjnych), dane uzyskane na podstawie konturowego odczytania zdjęć lotniczych lub obrazów wideo. Dla obszarów górskich i podgórskich konieczne będzie wykonanie pomiarów fotogrametrycznych, lub opracowanie pojedynczego zdjęcia lotniczego metodą monoplotingu z wykorzystaniem numerycznego modelu terenu.

Utworzona baza powinna umożliwiać automatyczne obliczenie pola powierzchni obiektów wydzielanych powierzchniowo (w tym dróg, rowów, linii podziału powierzchniowego itp.). Stwierdzenie rozbieżności z powierzchnią operatową może stanowić podstawę do wprowadzenia zmian w operacie ewidencji gruntów i urządzania lasu (rys.11, rys.12).

Mapy numeryczne mogą być budowane za pomocą różnorodnych narzędzi programowych. Ważne jest, z punktu widzenia późniejszego wykorzystania zebranych danych, zachowanie jednolitego, dla całego kraju, standardu wymiany informacji. Konieczne jest opracowanie nowych instrukcji urządzania lasu uwzględniających redakcję komputerową map na wzór instrukcji "System Informacji o Terenie, Podstawowa mapa kraju, Instrukcja K-1" wprowadzonych przez Państwową Służbę Geodezyjną.

W Katedrze Urządzania Lasu i Geodezji Leśnej SGGW prowadzone są badania (wspólnie z IBL) związane z problematyką budowy i stosowania SIP (GIS) w leśnictwie. Opracowana została szczegółowa instrukcja postępowania podczas digitalizacji map leśnych. Wyniki doświadczeń wskazują, że skanowanie powinno być podstawową metodą zbierania danych dla potrzeb budowy geometrycznej bazy danych dla nadleśnictwa. Umożliwia ono szybkie zapisanie map w postaci numerycznej i późniejszą, nawet częściową, wektoryzację uzyskanych zbiorów w zależności od potrzeb użytkowników.

Zakres prac przy budowie baz geometrycznych nadleśnictw, dla których prace kolejnej rewizji urządzania lasu będą miały miejsce dopiero w bliższej lub dalszej przyszłości, powinien być ograniczony do:

• granic administracyjnych nadleśnictw (dotyczy to wszystkich nadleśnictw, a więc również tych, dla których wykonywana jest aktualnie kolejna rewizja urządzeniowo-leśna; digitalizacja z map 1:50 000),

• granic kompleksów leśnych (na podstawie współrzędnych punktów granicznych, lub w ostateczności - metodą digitalizacji),

• granic oddziałów (metodą digitalizacji) po ich zweryfikowaniu w oparciu o mapę topograficzną.

Pomocniczym źródłem danych dla wymienionych wyżej poziomów szczegółowości w zakresie informacji o otoczeniu obszarów leśnych może być m.in. teledetekcja oraz bazy danych różnych resortów i systemów kwalifikacyjnych (np. podział administracyjny kraju, regionalizacja przyrodniczo-leśna, bazy Regionalnych Zarządów Gospodarki Wodnej, GRID, CORINE).

Budowa geometrycznej bazy danych nadleśnictwa jest najbardziej pracochłonnym elementem budowy systemu. Jej tworzenie powinno wyprzedzać termin rozpoczęcia funkcjonowania systemu w nadleśnictwie. Stąd istnieje pilna potrzeba wyprzedzającego rozpoczęcia budowy numerycznych map nadleśnictw przy użyciu dostępnych materiałów, technologii i środków.

Budowa i wdrożenie Systemu Informacji Przestrzennej wymagają starannego przygotowania koncepcji zbierania, przetwarzania, aktualizowania i udostępniania danych zapisanych w systemie. Budowa numerycznej bazy geometrycznej dla nadleśnictwa stanowi podstawę wszystkich następnych prac.

System informacji przestrzennej umożliwia natychmiastowy dostęp do baz danych ułatwiając podejmowanie decyzji gospodarczych, pozwala prowadzić symulację stanów przyszłych, a tym samym wybierać najbardziej optymalne, w zmieniających się warunkach gospodarowania, warianty rozwiązań problemów racjonalnego zarządzania terenami leśnymi. Jednak przygotowanie leśników do skorzystania z możliwości systemów wymagać będzie przełamania istniejących nawyków i szkolenia kadry. Zakłada się, że system funkcjonował będzie w oparciu o oprogramowanie aplikacyjne zbudowane na podstawie określenia potrzeb przyszłych użytkowników. Jednak ogromna różnorodność danych pierwotnych i przetworzonych, możliwość wzajemnego ich wikłania, w zasadzie wykluczają budowę systemu "pod klucz", opartego o gotowe recepty postępowania. Wymagać będzie to zatrudniania w nadleśnictwach nie tylko operatorów systemu, ale także dobrze wykształconej kadry, znającej program narzędziowy, który był użyty do budowy aplikacji, posiadającej umiejętność postawienia niestandardowego pytania i uzyskania prawidłowej odpowiedzi.

System informacji przestrzennej budowany na poziomie nadleśnictwa umożliwi prowadzenie polichronicznych analiz porównawczych, które powinny być jednym z elementów kontroli prawidłowości gospodarowania na obszarach leśnych. Z uwagi na dostępną informację o lesie zapisaną w operatach kolejnych rewizji urządzania lasu można stosunkowo łatwo uzyskać obraz, kierunek i tempo zmian zachodzących w lesie. Ze względu na swoją niewrażliwość na zmiany granic (zewnętrznych i wewnętrznych) w tego rodzaju badaniach preferowane są rastrowe modele baz danych geometrycznych. Wybór sposobu zapisu informacji w rastrowej bazie danych musi uwzględniać możliwość wykonywania analiz nie tylko na wewnętrzne potrzeby leśnictwa, ale również wykorzystanie tych informacji w systemach konstruowanych dla potrzeb badania środowiska przyrodniczego. Ze względu na dużą popularność w Polsce systemu SINUS należy dążyć do założenia dla nadleśnictwa rastrowej bazy danych zgodnej z tym systemem. Podstawowym czynnikiem decydującym o dokładności wykonywanych analiz jest dobór wielkości pola znaczonego (elementu rastra). Wielkość rastra jest związana z zasięgiem i skalą wykonywanych analiz. Pola znaczone systemu SINUS zapewniają łatwą agregację danych i umożliwiają przechodzenie od pól mniejszej wielkości (stosowanych w opracowaniach wielkoskalowych) do pól większych, bardziej odpowiednich dla potrzeb opracowań średnio i drobnoskalowych, mających większy zasięg terytorialny. Wyniki prac eksperymentalnych wskazują, że dla obszaru nadleśnictwa powinno być stosowane pole P-6 o wymiarach ok. 62.5 x 62.5 m, które zapewnia stosunkowo małe straty informacyjne przy przechodzeniu od geometrycznych baz wektorowych do baz rastrowych.

Analiza zmian zachodzących w terenach leśnych, prowadzona przy użyciu rastrowej bazy danych, pozwala na ocenę czynników zewnętrznych wpływających na środowisko leśne. Typowym przykładem może być analiza zmian w czasie i w przestrzeni siedliskowego typu lasu, bądź gatunku panującego drzewostanu - elementów lasu silnie reagujących na czynniki antropogenne. Badania zmian mogą posłużyć również do oceny prawidłowości wykonania kolejnych planów urządzania lasu, bądź wskazać miejsca, dla których powinno wykonać się powtórną, kontrolną, inwentaryzację stanu lasu.

Funkcjonujący system informacji przestrzennej zapewni możliwość wykonywania wielowariantowych analiz przestrzennych, usprawniając procesy planowania i bieżącej kontroli między innymi:

• w przypadku katastrof (analiza zdjęć lotniczych, inwentaryzacja, prace urządzeniowe),

• w procesie integracji ochronnych i gospodarczych funkcji lasu przy uwzględnieniu jego trwałości,

• przy przestrzennym sprawdzaniu wariantów planistycznych (np.: symulacja spływu wody za pomocą numerycznego modelu terenu),

• przy analizie oraz przedstawianiu zmian (rozwoju) drzewostanów i kompleksów leśnych, w nawiązaniu do sporządzanych wcześniej planów urządzeniowo leśnych,

• przy tworzeniu map na podstawie modeli wzrostowych drzewostanów,

• przy opracowaniu "map ryzyka".

Informacja o aktualnym stanie lasu gromadzona w systemach informacji przestrzennej funkcjonujących na poziomie nadleśnictwa powinna, po odpowiedniej agregacji danych, docierać na szczebel regionu (Regionalnej Dyrekcji Lasów Państwowych) i dalej na poziom ogólnokrajowy (Dyrekcji Generalnej Lasów Państwowych). Funkcjonujące na tych poziomach systemy informacji przestrzennej będą pozwalały na ocenę stanu lasu w skali szerszej, ułatwiając między innymi wykrywanie zjawisk niekorzystnych (np.: prognozy gradacji szkodników) oraz usprawniając podejmowanie decyzji umożliwiających rozwój leśnictwa (np.: plany zalesień).

Przykładem zastosowania systemów informacji przestrzennej na poziomie regionu i kraju może być wykonanie w 1992 i 1993 r. przez Katedrę Urządzania Lasu i Geodezji Leśnej SGGW w oparciu o system PC ARC/INFO różnorodnych kartograficznych opracowań tematycznych. w układzie nadleśnictw, województw i gmin, obrazujących m.in.: zagrożenia gradacjami szkodników pierwotnych i wtórnych, zagrożenia przez grzyby, defoliację i ubytek aparatu asymilacyjnego dla drzewostanów sosnowych, elementy zagrożenia imisjami przemysłowymi, kondycję finansową nadleśnictw, koszty działalności ogólnej, koszty pielęgnacji lasu, aktualne i potencjalne możliwości wykonania zalesień i rozwoju leśnictwa.

Do analiz może być wykorzystana (zbudowana w KULiGL) numeryczna mapa regionalizacji przyrodniczo - leśnej wraz z bazą danych charakteryzujących mezoregiony, dzielnice i krainy przyrodniczo - leśne. Dostępne są warstwy informacyjne o zasięgu lasów wykonane na podstawie zobrazowań satelitarnych przez Instytut Geodezji i Kartografii.

Bardzo ważne są ekonomiczne aspekty wprowadzenia SIP (GIS) do gospodarstwa leśnego. Aspekty te, wynikające ze stosowania SIP w codziennej praktyce przedsiębiorstwa leśnego, bilans kosztów i zysków, są jednak obszarem zupełnie nierozpoznanym. Literatura przedmiotu podaje, że największe koszty należy ponieść na budowę baz danych systemu. Biorąc pod uwagę skale problemu, można stwierdzić, że nie warto ponosić kosztów na tworzenie, nie mających nic wspólnego z rzeczywistością, "obrazków" służących jedynie do szybkiej redakcji prostej mapy. Podstawową przyczyną, dla której należy wprowadzać SIP w leśnictwie są możliwości analityczne systemów, a te będą wykorzystane, gdy baza danych spełni określone wymagania dokładnościowe.

www
www

9. Systemy informacji przestrzennej w parkach narodowych

Ranga parków narodowych, biorąc pod uwagę przede wszystkim ich rolę w krajowym systemie ochrony przyrody oraz pełnione funkcje naukowo-badawcze i dydaktyczne i związane z tym specyficzne zarządzanie, jest znacznie większa niż zwykłych lasów gospodarczych. Nie ma możliwości prowadzenia prawidłowego zarządzania tak ważnymi i skomplikowanymi obiektami bez systemów informacji przestrzennej.

Drugim, bardzo ważnym powodem budowy systemów informacji przestrzennej dla parków narodowych jest ich wykorzystanie do kompleksowego badania stanu i zmian środowiska przyrodniczego, jego waloryzacji, ochrony i rekonstrukcji. Dla pełnego rozpoznawania stanu środowiska, bieżącego śledzenia, wykonywania i przewidywania zmian w nim zachodzących oraz optymalizacji decyzji bieżących i perspektywicznych, konieczne jest gromadzenie w odpowiedni sposób ilości informacji. Co 5 lat podwaja się liczba informacji naukowych, efektywne ich spożytkowanie nie jest możliwe bez systemów informacji przestrzennej. Teza ta jest całkowicie słuszna również w stosunku do parków. Systemy mogą być wykorzystane do kompleksowej, wieloczynnikowej analizy stanów przeszłych, aktualnych oraz do prognozowania i analizowania stanów przyszłych parków na poziomie obiektowym. Umożliwią również analizy stanu ochrony i kształtowania środowiska w układzie ogólnokrajowym.

W literaturze wymienia się następujące zastosowania SIP w parkach narodowych USA:

• przewidywania zasięgu defoliacji (proces opadania liści z drzew zagrożonych larwami owadów) dla mola wędrownego (Park Shenandoch),

• określenia wartości zasobów w czasie zagrożenia pożarem (Park Yosemite),

• planowania ścinania i konserwacji trawy, a także odnawiania historycznego pejzażu (Park Saratoga),

• szacowania zawałów górniczych (Park Denali),

• rozwijania planu pobierania próbek z każdej strefy parku (próby do analiz toksycznych Park North Cascades),

• dostarczania trójwymiarowych widoków do centrum zwiedzania (Park Greate Basin),

• szacowania efektów alternatywnej oprawy scenicznej spływu wody (Park Everglades),

• oszacowania liczby niedźwiedzi grizzly (Park Yellowtone),

• oszacowanie poza obrębem parku obszaru, który mógłby być interesujący ze względów widokowych (Antietam narodowe pole bitewne),

• wyznaczenia optymalnego przebiegu drogi od trasy istniejącej do proponowanego centrum zwiedzania (Park Great Basin),

• określenia zasięgu występowania niedźwiedzi grizzly (Park North Cascades),

• ocen zmian w wegetacji i siedlisku spowodowanych chmurą siewną śniegu (dla zwiększenia śniegu) (Park Yosemite).

W 1991 roku systemy informacji przestrzennej do prowadzenia rutynowej działalności wykorzystywało już 30 parków USA. Ogromna różnorodność zastosowań świadczy o możliwościach systemów.

Przykładowe tematy realizowane z wykorzystaniem SIP w naszych warunkach mogą być następujące:

• prognozowanie wielkości erozji gleby,

• numeryczna mapa siedliskowa,

• migracja zwierząt a baza pokarmowa,

• parki narodowe jako element krajobrazu kulturowego,

• badanie mikroklimatu parku,

• analiza zagrożeń drzewostanów przez śnieg,

• analiza zagrożeń drzewostanów przez wiatr,

• wpływ turystyki na zmiany w parku,

• parki zabytkowe jako elementy bioindykacji.

• mapy ryzyka ekologicznego.

W ostatnich latach szczególną karierę zrobiło pojęcie różnorodności biologicznej. Kryje się pod nim nie tylko ilość składników przyrodniczych występujących na wybranym obszarze, ale także zachodzące między nimi związki i ewolucyjne procesy. Taki układ nie jest statyczny, ale ulega ciągłym zmianom w czasie pod wpływem różnorodnych wewnętrznych i zewnętrznych czynników. Zakłada się, że badania tego układu pozwolą lepiej poznać ekosystemy oraz świadomie oddziaływać na zachodzące w nich procesy. Badania te muszą być prowadzone w nawiązaniu do ukształtowania terenu z wykorzystaniem NMT i SIP. Mogą być usprawnione przez zastosowanie rastrowych baz danych uzyskanych przez pokrycie parku siecią pól podstawowych o kształcie zbliżonym do trapezów oraz o wielkości i położeniu zgodnym z systemem SINUS. Jako miary różnorodności można przyjąć odpowiednio zmodyfikowane: entropię, współczynnik Szyrmera (z) i współczynnik autokorelacji.

Wzajemne relacje współczynnika zróżnicowania przestrzennego różnych cech drzewostanów w kompleksie mogą być wykorzystane do ocen tych kompleksów, a ich zmiany w czasie mogą świadczyć o tendencjach w rozwoju kompleksów i o skutkach prowadzonej gospodarki.

Podstawową dokumentację dla każdego parku narodowego stanowi plan ochrony parku, którego ważną częścią jest operat urządzania lasu.

Obydwa te dokumenty powinny być sporządzane przy wykorzystaniu systemu informacji przestrzennej. Dane zebrane w trakcie prac nad operatem urządzania lasu i planem ochrony parku będą z jednej strony zasilać system, a z drugiej strony założony system usprawni opracowanie operatu i planu oraz ich realizację. Stanie się podstawą do podejmowania określonych działań ochronnych, pielęgnacyjnych, rekultywacyjnych, renaturalizacyjnych, restytucyjnych, rekompozycyjnych, ewentualnie także inwestycyjnych na obszarze parku.

System powinien obejmować:

• obszar parku narodowego,

• obszar otuliny parku narodowego,

• tereny położone poza otuliną, jeżeli są one funkcjonalnie związane z obszarem parku i mają istotne znaczenie w rozwiązywaniu problemów ochrony samego parku.

Podstawą budowy SIP dla obszaru parku powinna być mapa numeryczna zgodna z państwową ewidencja gruntów w zakresie granic własności. Tak sporządzona mapa może być uzupełniona, w zakresie sytuacji wewnętrznej, wynikami inwentaryzacji prowadzonej w terenie oraz interpretacji zdjęć lotniczych. Dla otuliny parku powinna zostać przygotowana baza SIP (o dokładności i rozdzielczości niższej niż dla parku) w oparciu o istniejące mapy topograficzne i interpretację zdjęć lotniczych.

Prace nad budową baz danych SIP dla parków narodowych rozpoczęto. Dla Poleskiego Parku Narodowego wykonana została nowa numeryczna mapa stanu posiadania. W pracach pomiarowych z powodzeniem zastosowano technologię GPS, co istotnie wpłynęło na czas przygotowania danych. Wyniki prac posłużyły do modernizacji ewidencji gruntów prowadzonej dla parku. Aktualnie (styczeń 1996) prowadzona jest budowa warstw informacyjnych o parku i jego otulinie z szerokim wykorzystaniem zdjęć lotniczych.

Dla Kampinoskiego Parku Narodowego, w ramach prac związanych z tworzeniem planu ochrony parku, zbudowano, na podstawie archiwalnych i aktualnych zdjęć lotniczych oraz materiałów kartograficznych, system informacji przestrzennej opisujący stan parku i jego otuliny w 1952 r. i 1992 r. Bazy systemu posłużyły do redakcji map stanu i zmian parku i jego otuliny w zakresie :

• zmian ekosystemów łąkowych;

• zmian agrocenoz i zabudowy;

• zmian ekosystemów leśnych;

• zmian hydrologii, systemu dróg i zadrzewień o charakterze liniowym.

Analizę zmian prowadzono metodą nakładkowania (overlay) i odpowiedniej selekcji danych wg. wcześniej przygotowanego klucza.

Analiza nakładkowa - "pionowa" umożliwiła przeprowadzenie oceny zmian badanego obszaru, nie umożliwia jednak oceny wpływu sąsiedztwa wyróżnionych ekosystemów i ich wzajemnego wpływu na siebie. Podjęto prace zmierzające do wykonania analiz "poziomych", których wyniki mogą posłużyć do między innymi do weryfikacji hipotez ekologicznych związanych z funkcjonowaniem krajobrazu ekologicznego i poszukiwania wskaźników liczbowych go kwantyfikujących. Pomocą w tych działaniach może być wykorzystanie danych uzyskanych z NMT parku tj.: strefy wysokości, spadków i ekspozycji terenu (rys. 13).

Oprócz redakcji map tematycznych wykonane zostały prace analityczne, których wyniki obrazują liczbowe charakterystyki stanu oraz zmian parku i jego otuliny. System umożliwił zestawienie danych obrazujących między innymi:

• charakterystyki stanu w 1953 i 1992;

• strukturę granicy lasu z innymi użytkami;

• zmianę stosunków wodnych jaka zaszła na terenie parku i jego otuliny;

• stopień antropopresji i intensywności zabudowy terenu w układzie gmin obejmujących teren parku i jego otuliny.

Przedstawione charakterystyki są tylko przykładem możliwości prac analitycznych niezbędnych w procesie budowy planu ochrony parku. Ich zakres jest uzależniony od potrzeb zespołu autorskiego redagującego plan.

System umożliwia sporządzanie opracowań kartograficznych w różnych skalach. Jako zasadnicze skale opracowań przyjmuje się 1:10 000 i 1:25 000. Szczególnie ważne i cenne elementy parku, lub zjawiska na terenie parku, mogą być pokazywane w skalach większych. Studia regionalne, ukazujące miejsce i rolę parku w strukturze ekologicznej i gospodarczej regionu, mogą wymagać skal mniejszych: 1:50 000, 1:100 000, 1:200 000, 1:300 000.

Jeżeli park narodowy nie ma założonego systemu informacji przestrzennej to jego koncepcja musi powstać w tzw. fazie przygotowawczej opracowywania planu.

Praktyczna realizacja koncepcji budowy systemu informacji przestrzennej dla parku narodowego wymagać będzie:

• wybrania pakietu programów narzędziowych (np. ARC/INFO lub MGE),

• opracowania i testowania aplikacji (makrodefinicji) zgodnych z ogólną koncepcją i realizujących postulaty przyszłych użytkowników,

• szkolenia i wdrożenia systemu operującego na bazach danych dotyczących parku narodowego.

W procesie konstrukcji systemu szczególną rolę obejmuje etap związany z budową aplikacji. Jest to praktyczna realizacja koncepcji ogólnych umożliwiająca obsługę systemu przez odbiorców informacji. Aplikacje powinny uwzględniać dotychczasowe potrzeby użytkowników i pozwalać na późniejsze łatwe modyfikacje i rozszerzanie zakresu działania systemu.

W trakcie wdrażania systemu powinny być prowadzone szkolenia jego przyszłych użytkowników. Szkoleniem powinni być objęci przyszli administratorzy systemu tj. osoby posiadające wiedzę z zakresu posługiwania się programami narzędziowymi, konstrukcji i wzajemnych powiązań baz danych oraz osoby, które będą posługiwały się systemem posiadające wiedzę ogólną z zakresu SIP i dobrą znajomość aplikacji.

Parki narodowe pełnią bardzo dużą rolę dydaktyczną. Dydaktyczne wykorzystanie może być również spotęgowane przez zastosowanie systemów informacji przestrzennej. Przede wszystkim należy podkreślić rolę poznawczą zastosowania systemów. Historia parku, jego stan obecny i przyszły może być "zapisana" i udostępniana zwiedzającym za pomocą komputera. Jest to bardzo istotne również z dydaktycznego punktu widzenia.

Przygotowanie odpowiednich aplikacji dla przedstawienia różnorodnych problemów parku umożliwi zaznajamianie się z nimi poprzez interakcyjną obsługę systemu. System powinien wykorzystywać techniki multimedialne, które pozwalają na jednoczesną prezentację fragmentów mapy, zdjęć, opisów, filmu wideo i komentarza słownego. Przekazywana treść staje się atrakcyjna i łatwo przyswajalna. Techniki multimedialne mogą odegrać dużą rolę w systematycznym gromadzeniu różnorodnych informacji dla potrzeb prowadzenia badań polichronicznych.

www
www

10. Rola SIP w planowaniu przestrzennym ze szczególnym uwzględnieniem problemów ochrony przyrody i wartości kulturowych

Obowiązujący od 1. stycznia 1995 r. nowy system prawny (Ustawa o zagospodarowaniu przestrzennym, Prawo budowlane) reformuje gospodarkę przestrzenią w Polsce. Odchodzi się od hierarchicznej struktury planów przestrzennych. Plan sporządzany jest obligatoryjnie tylko na poziomie gminy, akty planowania na szczeblu regionalnym (wojewódzkim) oraz krajowym noszą nazwę koncepcji i studiów oraz programów rządowych. Lansowana jest koncepcja budowy dwóch zintegrowanych systemów informacji przestrzennej: GIS - dla planowania ponadlokalnego, regionalnego, będącego instrumentem przestrzennej polityki państwa, oraz SIT - dla planowania miejscowego jako narzędzie realizacji lokalnej polityki przestrzennej prowadzonej przez samorządy.

www
www

10.1 Rola systemów informacji przestrzennej w miejscowym planowaniu przestrzennym

Współczesne społeczeństwa, szczególnie w krajach o wysokim poziomie rozwoju gospodarczego, przywiązują coraz większą wagę do racjonalizacji korzystania z zasobów przyrody. Szczególnym wyrazem i podsumowaniem tych tendencji, a dla naszego kraju także i dodatkowym impulsem w tym kierunku, stała się Konferencja w Rio de Janeiro, 1992. Zgodnie z postanowieniami przyjętego wówczas Globalnego Programu Działań, tzw. AGENDY 21, formułowane są programy ekorozwoju odnoszące się do całego kraju, a także jego określonych obszarów - regionów lub gmin. Programy te będą wpływać istotnie m.in. na kształt miejscowych (gminnych) planów zagospodarowania przestrzennego, mających obecnie nadrzędne znaczenie w stosunku do planów regionalnych i krajowych. Działania te znajdują umocowanie formalne w opracowanych centralnie dokumentach ("Polityka ekologiczna państwa", 1992; "Polska polityka kompleksowej ochrony zasobów leśnych", 1994) oraz aktach prawnych. Za podstawowe zadanie administracji rządowej i samorządowej oraz społeczeństwa uważa się m.in. "osiągnięcie sytuacji zapewniającej:

• trwałe funkcjonowanie systemów ekologicznych, ciągłość procesów ekologicznych, zachowanie cennych zespołów przyrodniczych i kulturowych, pełnej różnorodności gatunków flory i fauny oraz trwałości ich puli genetycznej;

• zachowanie walorów użytkowych zasobów przyrodniczych, wzmaganie ich produkcyjności oraz biologicznej i chemicznej czystości;

• tworzenie właściwych struktur przyrodniczych w skali kraju, regionu, miasta, osiedla dla prawidłowego psychofizycznego rozwoju człowieka, skutecznej ochrony jego zdrowia i wypoczynku w kontakcie z nieskażoną przyrodą".

Trwają prace pilotowe, prowadzone przez różne zespoły autorskie, związane z budową SIP dla gminy. Inwentaryzowane są źródła danych, schematy przepływu informacji, potrzeby gmin w zakresie informacji przestrzennej. Jednym z ważniejszych działań staje się inwentaryzacja zasobów przyrodniczych gminy dostarczając informacji dla potrzeb planowania przestrzennego na jej obszarze. Wykorzystuje się wyniki pomiarów terenowych oraz mapy: topograficzne, glebowe-rolnicze, leśne, hydrologiczne, geomorfologiczne i inne materiały źródłowe. Nieoceniony źródłem informacji są wyniki monitoringu technicznego i biologicznego środowiska. Możliwość łatwego korzystania z danych gromadzonych przez Państwową Inspekcję Środowiska (PIOŚ) i Wojewódzkich Inspektorów Ochrony Środowiska (WIOŚ) zostanie stworzona po zrealizowaniu koncepcji budowy Centralnej Bazy Danych o Środowisku. Dla potrzeb zarządzania przestrzenią, między innymi na poziomie wydawania decyzji administracyjnych, niezbędne jest tworzenia systemu informacyjnego na poziomie Wydziału Ochrony Środowiska (WOŚ) urzędów wojewódzkich i ich odpowiedników na szczeblu gminy. Zadanie nie jest łatwe. Potrzeba zbierania, aktualizowania i udostępniania różnorodnych danych wymaga prowadzenia uzgodnień pomiędzy zainteresowanymi administracjami (rządowymi i samorządowymi).

Powstała koncepcja pod nazwą Zintegrowany System Informatyczny ŚRODOWISKO z podsystemem OCHRONA PRZYRODY, który tworzy podstawy dla rozwoju potencjalnych aplikacji SIP (GIS) dla obszarów chronionych. Instytut Ochrony Środowiska w Warszawie opracowuje koncepcję wymienionego podsystemu. Instytut Ochrony Środowiska wspólnie z Państwowym Instytutem Geologicznym wykonał digitalizację granic obszarów chronionych w Polsce dla mapy sozologicznej.

Analiza wpływu projektowanych inwestycji na środowisko musi być poprzedzona budową systemów ekspertowych wykorzystujących modele funkcjonowania przyrody. Zadanie to bez wspomagania komputerowego, szczególnie zaś SIP, nie będzie możliwe do realizacji.

Opracowanie miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego wymaga przeprowadzenia analiz różnorodnych danych. Często w projekcie nie uwzględnia się wszystkich czynników, ze względu na trudności w ich odpowiednim przygotowaniu. Projektant powinien poddać analizie między innymi:

• dotychczasowy sposób użytkowania terenu;

• degradację środowiska;

• zagrożenia (np.: skażenia terenu);

• szatę roślinną;

• środowisko glebowe.

10.2 Systemy informacji przestrzennej w kształtowaniu i ochronie krajobrazu kulturowego

Przykładem wykorzystania SIP w ochronie środowiska i jego wartości kulturowych jest opracowany i częściowo wdrożony przez ZSIPiGL SGGW system informacji przestrzennej dla parków zabytkowych. Problem ochrony tych niezwykle cennych przyrodniczo, kulturowo i historycznie obiektów pozostaje nadal nie rozwiązany. Na obszarze parków występują nie tylko złożone procesy przyrodnicze, wiązane pętlami sprzężeń zwrotnych ze sobą, ale także wpływy rozwijającej się cywilizacji. Stanowią więc parki istotne elementy tzw. krajobrazu kulturowego, który powinien podlegać rewaloryzacji i ochronie. Dla pełnego poznania roli jaką parki pełnią w krajobrazie ekologicznym i kulturowym opracowano założenia systemów je opisujących (rys. 16, rys. 17).

Zakłada się budowę systemu:

16. obiektowego, system budowany jest dla parku, elementem systemu jest drzewo, krzew, grupa drzew i krzewów, system stanowi podstawę prac projektowych związanych z rewaloryzacją parku;

17. lokalnego, system obejmuje dane zgodne z miejscowym planem przestrzennym, ogólnym lub szczegółowym, umożliwia prowadzenie analiz mających na celu ochronę otoczenia parku, zachowanie pewnych, historycznych, jego więzi z otoczeniem;

5. regionalnego i krajowego, park jest obiektem punktowym, do którego przypisana zostaje informacja o jego walorach, stanie, ostatnio wykonanych zabiegach rewaloryzacyjnych i ochronnych itp.

Parki zabytkowe są obiektami, dla których powinny być w pierwszej kolejności zakładane multimedialne systemy informacji przestrzennej. System taki umożliwia uzupełnienie informacji o parku, zapisanej w tradycyjnie rozumianym systemie informacji przestrzennej, o np.: obrazy wideo przedstawiające założenia kompozycyjno - widokowe, wygląd poszczególnych drzew i ich otoczenia, obiektów architektonicznych, otoczenia parku. System multimedialny może przyczynić się to do podniesienia jakości prac projektowych umożliwiając wykonanie opracowań studialnych nad walorami kompozycyjno-przyrodniczymi oraz związkami parku z otoczeniem przez określenie stref ochrony konserwatorskiej, ekologicznej i powiązań widokowych.

Również ponadobiektowy system informacji przestrzennej dla parków zabytkowych powinien powstawać jako system multimedialny. Do punktu opisującego położenie parku można będzie przywiązać różnorodne dane np.:

• archiwalne mapy i plany;

• skanowane archiwalne i współczesne materiały fotograficzne;

• obrazy i filmy wideo przedstawiające stan parku;

• skanowane zdjęcia lotnicze prezentujące założenia kompozycyjne parku na tle otoczenia;

• wypowiedzi ludzi pamiętających historię parku.

Na szczególne podkreślenie zasługuje możliwość wykorzystania multimedialnych systemów informacji przestrzennej dla parków zabytkowych do oceny różnorodności przyrodniczej i kulturowej, ze szczególnym uwzględnieniem ich degradacji, zarówno na poziomie pojedynczego obiektu jak i całego kraju.

www
www

11. Zakończenie

W przedmowie do Materiałów z V Konferencji Polskiego Towarzystwa Informacji Przestrzennej (jesień, 1995), przewodniczący Towarzystwa - prof. dr hab. Jerzy Gaździcki napisał: "Okres minionych kilku lat nie przyniósł oczekiwanego rozwoju w dziedzinie systemów informacji przestrzennej w Polsce". Stwierdza jednak również, że "Ponad wszystko optymizm budzi kształtowanie się młodej kadry specjalistów o dobrym zasobie wiedzy i szybko rosnącym doświadczeniu".

Pierwsza opinia jest być może trochę zbyt surowa, jeśli wziąć pod uwagę uwarunkowania występujące w Polsce, druga natomiast - bardzo cieszy, wskazuje iż obraliśmy dobry kierunek: kształcenie kadr.

Kształcenie kadr w zakresie zastosowań systemów informacji przestrzennej jest również realizowane przez Zakład Systemów Informacji Przestrzennej i Geodezji Leśne SGGW. Wprowadzono obligatoryjny przedmiot dla studentów leśnictwa (podstawy GIS), kilka przedmiotów fakultatywnych dla studentów wszystkich wydziałów, utworzono specjalizację "Zastosowanie GIS w leśnictwie". Prace magisterskie dotyczące zastosowań GIS wykonało ponad 30 studentów leśnictwa i architektury krajobrazu, działa specjalistyczna sekcja Koła Naukowego Leśników, przygotowywane są nowe programy kształcenia: od krótkich kursów po studia podyplomowe i doktoranckie. Prowadzone są badania naukowe oraz działania upowszechniające i popularyzatorskie.

Problematyka prac badawczych została poszerzona o mapy obrazowe i systemy multimedialne dla leśnictwa (ze szczególnym uwzględnieniem Leśnych Kompleksów Promocyjnych) i architektury krajobrazu (ze szczególnym uwzględnieniem parków zabytkowych). Gospodarowanie przyrodą musi wykorzystywać najnowsze techniki jej dokumentowania, od obrazów satelitarnych po techniki wideo.

Musimy mieć również świadomość tego, że systemy informacji przestrzennej są doskonałym narzędziem wspomagającym pracę specjalistów różnych dziedzin wiedzy. Cieszy więc uczestnictwo w pracach badawczych dużej grupy studentów, którzy w przyszłości będą kształtować środowisko, a dla których nauka i stosowanie GIS jest przyjemnością.

---