Wykorzystanie Systemów Informacji Geograficznej (GIS) oraz zdjęć satelitarnych w ochronie środowiska.
GIS - jest to system komputerowy do zbierania, przechowywania, sprawdzania, integrowania, przetwarzania, analizowania i wyświetlania danych odnoszących się do położenia na powierzchni Ziemi. Zwykle system informacji geograficznej używany jest do opracowywania map.
Teledetekcja- metoda zbierania i opracowywania danych o zjawiskach na powierzchni Ziemi i w atmosferze, polegająca na rejestracji promieniowania elektromagnetycznego odbitego lub wysłanego przez różne obiekty. Fale elektromagnetyczne rejestrowane są przez sensory i następnie zapisywane w postaci cyfrowej jako zdjęcia satelitarne.
Mapa analogowa- mapa wydrukowana na papierze ( nie można modyfikować treści mapy już wydrukowanej, skala mapy jest na stałe określona, utrudnione wyszukiwanie i odczytanie lokalizacji na podstawie współrzędnych).
Mapa cyfrowa- zbiór danych stanowiących cyfrową reprezentację mapy analogowej przystosowany do przetwarzania w systemie geograficznym.( możliwa jest ciągła modyfikacja i analiza treści, można wyświetlać ją w różnych skalach- używając narzędzi do pomniejszania i powiększania obrazu, istnieje możliwość szybkiego odczytania współrzędnych dla każdego punktu na mapie)
Typy przedstawiania danych:
Raster- metoda prezentacji danych, w której obszar dzielony jest na rzędy i kolumny, tworzące regularną strukturę w postaci siatki. Każda komórka ma kształt prostokąta nie koniecznie kwadratu. Każda komórka w takiej macierzy zawiera wartość atrybutu, jak i współrzędne określające położenie.
Wektor- dane wektorowe składają się z linii, zdefiniowanych przez punkty: początkowy i końcowy, spotykający się w węzłach, obiekty definiowane są tylko przez ich granice, zaś krzywe przedstawione są jako szereg łączących się polilinii.
Odwzorowanie kartograficzne- to określone matematycznie sposoby przedstawiania
na płaszczyźnie powierzchni kuli ziemskiej lub innego ciała niebieskiego.
Odwzorowanie w przypadku kuli ziemskiej przeprowadza się w taki sposób,
aby każdemu punktowi na powierzchni kuli lub elipsoidy (będących modelami
powierzchni Ziemi) jednoznacznie odpowiadał określony punkt lub zbiór punktów
na płaszczyźnie.
Współrzędne geograficzne - rzutowane na sferę bądź w dokładniejszych odwzorowaniach
na elipsoidę obrotową (podstawowe współrzędne w kartografii- zwłaszcza na mapach wymagających mniejszej dokładności) wyróżniamy dwu i trójwymiarowe układy współrzędnych.
Zastosowanie zdjęć satelitarnych
satelita TIROS, zapoczątkował stałe obserwacje powierzchni Ziemi prowadzone z kosmosu. Dostarczył on zdjęć o stosunkowo małej rozdzielczości przestrzennej, ale wystarczającej dla celów meteorologicznych. Dopiero 12 lat później, został wystrzelony pierwszy sztuczny satelita przeznaczony do badań zasobów naturalnych Ziemi - Landsat.. W połowie lat 70. ubiegłego wieku Instytut Geodezji i Kartografii otrzymał pierwsze zdjęcia naszego kraju, wykonane przez tego satelitę z wysokości niemal 1000km. Przedstawiały one obszar Górnego Śląska. Widać było na nich wielką ilość długich smug dymów emitowanych z zakładów przemysłowych zarówno Górnego Śląska, jak również z czechosłowackich zakładów w Ostrawie i Karwinie. Te i kolejne barwne zdjęcia Polski, wykonane zarówno przez satelitę Landsat, jak też z radzieckich statków kosmicznych, zostały wykorzystane do opracowania mapy przedstawiającej zasięgi dymów i zanieczyszczenie powietrza pyłami na Górnym Śląsku oraz w dolinie górnej Odry. Opracowana mapa obrazowała także uzależnienie kierunku rozprzestrzeniania się dymów od rzeźby terenu.
W 1985 r. Komisja Wspólnot Europejskich powołała program pod nazwą CORINE (CO-oRdination of INformation on Environment), którego celem było gromadzenie informacji na temat stanu środowiska w krajach Wspólnot Europejskich. W 1991 r. Komisja podjęła decyzję o rozszerzeniu tego programu i objęciu nim krajów Europy Środkowej i Wschodniej. Instytut Geodezji i Kartografii wziął udział w opracowaniu w ramach tego programu bazy danych CORINE Land Cover
1990 zawierającej informacje o pokryciu terenu na obszarze Polski. Źródłem informacji niezbędnych do opracowania tej bazy były również zdjęcia wykonywane przez satelitę Landsat za pomocą skanera TM. W wyniku realizacji projektu wyznaczono na podstawie zdjęć satelitarnych 33 formy pokrycia terenu w Polsce. Znaczenie informacji zgromadzonych w bazie danych opracowanej w ramach tego programu okazało się na tyle ważne dla polityki rolnej i środowiskowej Unii Europejskiej, że po dziesięciu latach, jakie upłynęły od chwili jego zakończenia, przystąpiono do ich aktualizacji, podejmując kolejny program CORINE Land Cover 2000. Porównanie baz danych otrzymanych w wyniku realizacji obu wspomnianych projektów pozwoliło na określenie zmian, jakie zaszły na obszarze naszego kraju w ostatniej dekadzie XX w. Mapy użytkowania ziemi i bazy danych CORINE Land Cover znalazły szerokie zastosowanie nie tylko w badaniach naukowych, ale także w gospodarce. Wykorzystano je m.in. do monitorowania zagrożeń oraz zmian środowiska, powodowanych czynnikami naturalnymi oraz antropogenicznymi.
Przykłady:
1.Do określania zanieczyszczeń wód , które powodowały zmiany barwy i przezroczystości wody.
2.Badania morza. Opracowanie systemu satelitarnej kontroli Bałtyku.
3.Satelita METEOSAT określiła dzienna dożę światła użytecznego do fotosyntezy na powierzchni morza.
4.Dane z satelity SeaWiFS posłużyły do wyznaczenia koncentracji chlorofilu w powierzchniowej warstwie morza.
5.Do inwentaryzacji pokrywy glebowej.
6.Do oceny stanu lasów.
Teledetekcyjne wskaźniki roślinności są to optyczne cechy roślin charakteryzowane przez emisyjność, absorpcję, odbicie i przepuszczalność fal elektromagnetycznych. Zależą one ściśle od długości fali. Umożliwiają one analizę zewnętrznych cech, a także charakterystyk wegetacji.
Wskaźnik zieleni NDVI znalazł szerokie zastosowanie w badaniach roślinności. Przede wszystkim umożliwia on określenie obecności roślin na badanym terenie, określenie jej wigoru i wielkości biomasy. Obszary pozbawione roślinności charakteryzują się niskimi wartościami wskaźnika NDVI. W miarę wzrostu roślin i zasłaniania nimi coraz większej powierzchni gleby, wzrasta wartość wskaźnika NDVI. Temperatura roślin określona na podstawie zdjęć satelitarnych może być wykorzystana do szacowania wielkości ewapotranspiracji. Do tego celu niezbędne są dane rejestrowane na stacjach meteorologicznych, w tym przede wszystkim bilans promieniowania. Na podstawie ewapotranspiracji można wnioskować o dostępie roślin do wody, co w znacznym stopniu decyduje o warunkach ich rozwoju.
Wskaźnik powierzchni projekcyjnej liści - LAI. Wielkość tego wskaźnika można określić przy znajomości dwóch poprzednio wyprowadzonych wskaźników, mianowicie: znormalizowanego indeksu zieleni i wskaźnika wilgotności powierzchni czynnej. Analiza przestrzennej i czasowej zmienności tego wskaźnika dostarcza najwięcej informacji o stanie roślin. W toku prac badawczych przeprowadzonych w Ośrodku Teledetekcji i Informacji Przestrzennej - OPOLiS Instytutu Geodezji i Kartografii znaleziono ścisłą zależność między wskaźnikiem powierzchni projekcyjnej liści, określonym ze zdjęć satelitarnych dla traw i pszenicy, a wielkością plonów obu tych upraw.
Powstanie kanadyjskiej agencji o nazwie Canada Geographic Information System w latach od XX w. wiązało się z potrzebą planowania użytkowania ziemi. Dzieki rozwojowi techniki łatwemu dostępowi do Internetu GIS jest dzisiaj często używany
W ramach opracowania koncepcji wdrażania projektu „Natura 2000" powstała baza danych przestrzennych obszarów objętych dyrektywą, Przygotowana w technologii GIS baza posłużyła do przygotowania wydruków w skali 1:100 000, prezentujących granice proponowanych obszarów „Natura 2000" na podkładzie topograficznym. Ponadto opracowano także mapę przeglądową w skali 1:750 000. W ramach wdrażania dyrektyw Unii Europejskiej w Polsce opracowano także system informatyczny umożliwiający inwentaryzacje obszarów włączonych do sieci, Natura 2000. System ten wykorzystuje narzędzia GIS i pozwala na zapoznanie się z lokalizacją poszczególnych siedlisk Głównym materiałem wyjściowym do opracowania inicjalnej wersji systemu była baza pokrycia terenu CORINE\ Baza danych przestrzennych projektu „Natura 2000" została opracowana na podstawie danych o dokładności geometrycznej odpowiadającej opracowaniom
analogowym w skali 1:100 000. Dane te wymagały uszczegółowienia i aktualizacji. Uszczegółowienie granic obszarów „Natury 2000 w Polsce zostało zrealizowane w ciągu 4 miesięcy w 2006 r. Do realizacji projektu geoinformatycznego wykorzystano technologie GIS oraz archiwum zdjęć satelitarnych z lat 2004-2005, a także dane wektorowe pochodzące z nadleśnictw, obszarów chronionych i Państwowego Rejestru Granic, Pozyskano dokładne informacje geometryczne dla granic obszarów OSO i SOO o łącznej długości 55 tys. km.
Inne zastosowania: analiza procesów urbanizacjio wokół dużych miast, zmniejszenie lub zwiekszenie zasiegu lasów, erozja gleb, wzrost lasów, formowanie się odpływu rzecznego, tworzenie map ekspozycji na szkodliwe czynniki, analiza zagrożeń dla denego gatunku, wybór obszarów spełniających określone gatunki
Systemy informatyczne służące do monitoringu i ochrony środowiska przyrodniczego są wykorzystane nie tylko w skali regionu czy kraju, lecz także jako projekty o znaczeniu ogólnoświatowym.
Przykładem może być podjęta na III Szczycie Obserwacji Ziemi w Brukseli w 2005 r, inicjatywa opracowania Globalnego Systemu Systemów Obserwacji Ziemi - GEOSS Celem projektu, jest koordynacja działań wdrożonych realizowanych projektów. Projekt GEOSS jest wspólną inicjatywą 61 państw wspieranych przez niemal 40 organizacji międzynarodowych. Szacuje się, że GEOSS umożliwi przetwarzanie danych satelitarnych i lotniczych oraz danych pochodzących z obserwacji naziemnych z ponad stu tysięcy różnych źródeł i instrumentów pomiarowych. Dane pozyskiwane z poszczególnych komponentów systemu GEOSS będą wykorzystywane do oceny stanu środowiska przyrodniczego, przeciwdziałania skutkom klęsk żywiołowych, lepszego zarządzania zasobami naturalnymi itp. Projekt umożliwi min, monitorowanie zmian klimatu, ochronę i zarządzanie zasobami wody oraz energii, walkę z chorobami zakaźnymi oraz usprawni prognozowanie pogody i klęsk Powstanie systemu GEOSS ma na celu zapobieganie redundancji danych i powielaniu kosztów związanych z monitorowaniem środowiska.
Innym bardzo ważnym projektem wspierającym ogólnoświatowy system GEOSS jest europejska inicjatywa GMES (Globalny Monitoring Środowiska i Bezpieczeństwa). GMES będzie generować dane i wykonywać usługi dotyczące zarówno środowiska".
Celem systemu GMES jest dostarczanie danych o stanie środowiska przyrodniczego oraz usług w zakresie oceny jego stanu, a także bezpieczeństwa. Do podstawowych usług dostarczanych przez GMES należą serwisy geoinformacyjne: tworzenie map (zmian użytkowania terenu, linii brzegowych, terenów okołobiegunowych itp,), prowadzenie analiz przestrzennych w zakresie prognozowania kryzysowego (skutki powodzi, trzęsień ziemi, pożarów) itp. Celem programu GMES jest opracowanie spójnego systemu gwarantującego dostarczanie bieżących jednolitych informacji na różnych poziomach zarządzania i kreowania polityki zrównoważonego rozwoju gospodarczego.