Marcelina Gut
UWM, WGiGP
Gospodarka Przestrzenna
Rok 2, grupa 1
Rok akademicki 2010/2011
Możliwości zastosowania zobrazowań teledetekcyjnych w gospodarce przestrzennej
Planowanie przestrzenne realizowane jest na różnych poziomach zarządzania: od poziomu krajowego poprzez poziom regionalny do poziomu lokalnego. Celem planowania przestrzennego jest zapewnienie prawidłowego rozwoju poszczególnych regionów kraju, ustalenie przeznaczenia i sposobu wykorzystania terenów z uwzględnieniem bieżących i przyszłych potrzeb społeczeństwa, z zachowaniem zasady ekorozwoju. Korzysta ono z wielu nauk i dziedzin techniki, a wśród nich z interpretacji teledetekcyjnych zobrazowań lotniczych. Umożliwia ona badania i charakterystykę poszczególnych komponentów środowiska geograficznego, prowadzącą do oceny rozpatrywanego terenu z punktu widzenia jego racjonalnego wykorzystania. Nie ulega wątpliwości, że kluczową rolę w gwarantowaniu jakości stanowionych dokumentów planistycznych pełnią aktualne informacje o stanie przestrzeni. Szybkie rozpoznawanie zachodzących zjawisk społeczno-gospodarczych lub środowiskowych oraz ocena ich istotności pozwala na pobudzanie lub przeciwdziałanie rozpoczynających się przekształceń. Coraz powszechniejszym źródłem pierwotnych danych przestrzennych są metody teledetekcyjne, wśród których wyróżnia się zobrazowania satelitarne, zdjęcia lotnicze oraz skaning laserowy.
Interpretacja zdjęć lotniczych znajduje szerokie zastosowanie w ewidencji gruntów i budynków. Ustawa z dnia 17 maja 1989 r. Prawo geodezyjne i kartograficzne określa: „Ewidencja gruntów i budynków (kataster nieruchomości) to jednolity dla kraju, systematycznie aktualizowany zbiór informacji o gruntach, budynkach i lokalach, ich właścicielach oraz innych osobach fizycznych lub prawnych władających tymi gruntami, budynkami i lokalami”. Dane do rejestrów ewidencyjnych mogą być pozyskiwane z opracowań teledetekcyjnych, w szczególności wykorzystując zdjęcia lotnicze i satelitarne zawierające aktualne informacje o istniejącym zagospodarowaniu terenu. Pozwala to zweryfikowanie danych dotyczące katastru nieruchomości, ze stanem rzeczywistym. Metodą porównywania obrysów budynków i działek z elementami znajdującymi się na zdjęciach lotniczych można zaobserwować zmiany w zagospodarowaniu terenu, oraz wprowadzić poprawki do katastru. Analiza zobrazowań teledetekcyjnych pozwala na rozpoznanie zaczętych inwestycji budowlanych, jak również śledzenie ich rozwoju. Ponadto, jak pisze w swoim artykule ,,Techniki teledetekcji w gospodarce przestrzennej” Błażej Kmieć, poprzez połączenie danych mapowych z bazą danych wniosków o wydanie decyzji o pozwolenie na budowę oraz informacjami o wydanych decyzjach w sposób szybki i nieskomplikowany można wykryć samowole budowlane oraz niepożądane procesy i przeciwdziałać im.
Stały postęp i rozwój metod interpretacji zdjęć lotniczych ma duży wpływ na badania dotyczące rolnictwa, pozwalając na uzyskanie coraz więcej istotnych informacji, na przykład takich jak wyznaczanie granicy rolno-leśnej, inwentaryzacja upraw i zasiewów, szacowanie wielkości szkód wywołanych klęskami żywiołowymi lub nawet określanie wydajności upraw na podstawie ich fotograficznego obrazu. Zdjęcia lotnicze obecnie znajdują szerokie zastosowanie przy opracowywaniu map szczegółowego użytkowania ziemi. Zdjęcia te muszą charakteryzować się dużą dokładnością oraz możliwością pozyskania z nich duże liczby szczegółów, które przy innych opracowaniach, takich jak mapy topograficzne są zbędne. Jako jednio z najważniejszych cech zobrazowań teledetekcyjnych przy analizie terenów rolniczych uważa się skalę zdjęcia. Jak piszą w swoim podręczniku Ciołkosz Andrzej, Jerzy Miszalski, Jan R. Olędzki, ,,Interpretacja Zdjęć Lotniczych”, ,,zdjęcia lotnicze na których skala jest mniejsza niż 1:30000, pozwalają na wyróżnienie zasadniczych klas użytkowania ziemi, zdjęcia lotnicze wykonane w skalach 1:30000-1:10000 nadają się do bardziej szczegółowych studiów, np. wyodrębnienia sadów , plantacji, upraw zbożowych, do analiz glebowych, wodnych itp..W przypadku skal większych od 1:10000 zdjęcia lotnicze mogą być wykorzystane do szczegółowej interpretacji struktury upraw i zasiewów, szacowania szkód, a nawet określania wydajności upraw zbożowych”. Bardziej skomplikowanym zagadnieniem jest analiza struktury zasiewów, która wymaga zastosowania bardziej zawansowanych technik interpretacji zdjęć lotniczych. Zdjęcia wykonywane w tym celu muszą spełniać wiele różnych warunków. Istotne jest aby analizowany teren został odfotografowany w ściśle określonym momencie okresu wegetacyjnego. Ponadto, jak ukazują w swoim podręczniku Ciołkosz Andrzej, Jerzy Miszalski, Jan R. Olędzki, ,,Interpretacja Zdjęć Lotniczych”, istotną sprawą przy interpretacji zdjęć lotniczych jest znajomość współczynnika jasności poszczególnych upraw, który zmienia się wraz z dojrzewaniem upraw, zatem nie można przyporządkować poszczególnym uprawom stałej wartości liczbowej wyrażającej jej jasność. Ponadto dochodzą jeszcze tu wpływy wysokości słońca nad horyzontem, stopień rozproszenia światła w atmosferze, falowanie roślin itp. Autorzy stwierdzili więc, że nie można skonstruować, opierając się na jasności spektralnej, uniwersalnego klucza wzorcowego przystosowanego do odczytywania upraw ze zdjęć lotniczych, jednak można to uczynić dla określonego zespołu zdjęć, wykonanych i wywołanych w tych samych warunkach.
Zdjęcia lotnicze znajdują zastosowanie podczas badania szaty roślinnej. Jest ona łatwo dostrzegalna nawet na panchromatycznych zdjęciach lotniczych, jednakże nie jest łatwa do odczytywania i interpretacji. Jej obraz charakteryzuje się dużą zmiennością, która jest wywołana przez wiele różnorodnych czynników, przez co proces interpretacji kameralnej jest utrudniony, wobec czego możliwości zastosowania kluczy wzorcowych są ograniczone. Szata roślinna tworzy sieć powiązań z innymi komponentami środowiska przyrodniczego, jak również z procesami w nim zachodzącymi. Wobec tego może służyć jako pośrednia cecha podczas badania innych komponentów środowiska, obiektów, procesów i zjawisk. Duże znaczenie szaty roślinnej obserwuje się podczas analizy zdjęć lotniczych środowiska naturalnego, bądź w niewielkim stopniu przekształconym przez człowieka. Wg. A.Ciołkosza, J. Miszalskiego, J. R. Olędzkiego, (,,Interpretacja Zdjęć Lotniczych”), na podstawie rozpoznanych zespołów roślinnych można wówczas wnioskować o glebie, na której występują dane zespoły, o warunkach hydrogeologicznych, a nawet o występowaniu niektórych kopalin. Na obszarach gdzie roślinność zachowała swój pierwotny charakter, interpretacja szaty roślinnej odfotografowanej na zdjęciach lotniczych dostarcza wielu informacji niemożliwych do otrzymania w rejonach silnie przeobrażonych działalnością człowieka. Dla wielu rejonów stepowych i półpustynnych było możliwe wyznaczenie obszarów występowania wód gruntowych w różnym stopniu mineralizacji. Wykorzystanie zdjęć lotniczych do badań szaty roślinnej znalazło zastosowanie w leśnictwie. Autorzy ukazują także, że zdjęcia lotnicze mogą tu być użyteczne jako materiał pomiarowy lub przeglądowo dokumentacyjny. W tym ostatnim przypadku pozwalają one inwentaryzować na przykład klęski żywiołowe. Na podstawie zdjęć można określić nie tylko wielkość obszaru dotkniętego klęską, ale również oszacować wielkość strat w drzewostanie i ilości drewna, a także bez pracochłonnych pomiarów terenowych, planować rekultywację tych obszarów. Jednakże należy podkreślić iż największe znaczenie zdjęcia lotnicze mają podczas urządzania przestrzeni leśnej, tj. przy taksacji i pomiarach obiektów leśnych.
Zdjęcia lotnicze, w doskonały sposób odwzorowują strukturę osadnictwa wiejskiego, przez co w znacznym stopniu ułatwiają jego analizę. Dzięki nim można określić typ osiedla, jak i również pozwalają zaobserwować związki pomiędzy tym osiedlem a otoczeniem. Analiza zdjęć lotniczych wykonanych w dużych skalach pozwala na prowadzenie badań nad zróżnicowaniem osiedli wiejskiej ze względu na wielkość, sposób rozmieszczenia budynków, jak i również koncentrację gospodarstw. W przypadku zdjęć o dużych skalach można zaobserwować mniejsze szczegóły świadczące o funkcjach pełnionych przez różne budynki, chociażby na przykład analizując liczbę kominów można wyodrębnić budynki mieszkalne. Budynki mieszkalne można rozpoznać także po tym , iż zwykle położone są bezpośrednio przy drodze oraz obok nich znajdują się ogródki przydomowe. O budynkach które pełnią funkcje gospodarcze najczęściej wskazuje ich kształt i wielkość, a także umiejscowienie w zagrodzie. Na starych zdjęciach lotniczych można zaobserwować charakterystyczne okrągłe plamki o jasnym fotonie, które są śladami zwierząt pociągowych poruszających kierat, co umożliwia rozpoznanie w ich sąsiedztwie obiektów takich jak stodoły. Zwykle można wyróżnić budynki użyteczności publicznej, takie jak kościoły, szkoły, ośrodki zdrowia, urzędy gminne, które można wyodrębnić ze względu na ich rozmiary.
Obserwuje się również coraz częstsze zastosowanie zdjęć lotniczych w badaniach nad jakościowym stanem zabudowy oraz przy nanoszeniu poszczególnych elementów miasta, takich jak sieć komunikacyjna, układ ulic, poszczególne dzielnice, zespoły historyczno-zabytkowe, tereny przemysłowe i rekreacyjne. Dzięki interpretacji zdjęć lotniczych możliwy jest podział aglomeracji miejskiej na poszczególne strefy oraz scharakteryzowanie odpowiednimi przykładami poszczególnych stref miasta. O poszczególnych funkcjach miasta może świadczyć struktura pionowa zabudowy. Dzięki zdjęciom lotniczym możliwe jest wyróżnienie budynków charakteryzujących się znacznymi rozmiarami, a mianowicie budynki urzędów administracji a także inne reprezentacyjne budynki pełniące funkcję użytku publicznego, takie jak kościoły, muzea, teatry, parki, centra handlowe jak i również dzielnice mieszkaniowe położone zwykle na peryferiach miasta. W wyniku analizy można otrzymać dane które w połączeniu z danymi dotyczącymi demografii oraz spisów ludności wykorzystuje się podczas sporządzania map stopnia zagospodarowania terenu, , rozkładu gęstości zaludnienia, gęstości domów, sieci ulic oraz lokalizacji miejsc pracy na analizowanym obszarze. Duży wpływ na osiągnięcie jak najbardziej optymalnego wyniku ma różnorodność skal zdjęć którymi dysponujemy. Dzięki temu możliwa jest nie tylko obserwacja szczegółów lecz także obserwacja zależności pomiędzy miastem a jego otoczeniem. Zdjęcia w dużych skalach umożliwiają identyfikację poszczególnych budynków oraz pozyskanie różnorodnych informacji na ich temat, chociażby o ich wysokościach, pokryciu dachów, zaobserwować przybudówki, a także rozpoznać garaże, ogrody, małe zakłady rzemieślnicze w podwórkach, można ustalić odległości między domami. Zdjęcia lotnicze są przydatne również podczas ustalania szerokości ulic, wyodrębniania terenów zieleni. Te elementy i cechy określane są jako strukturalne cechy interpretacyjne, dzięki którym możliwe jest określenie znaczenia funkcjonalnego poszczególnych obszarów dla danej dzielnicy bądź też dla całego miasta.
Obecnie coraz częściej wykorzystuje się zdjęcia lotnicze podczas badania struktury społeczno-gospodarczej miast. Bazując na danych otrzymanych z interpretacji zdjęć lotniczych jak również danych statystycznych, analiz i ankiet można wnioskować na temat wpływu wielkości zarobków a stanie domów poszczególnych grup społecznych oraz etnicznych, stanie zabudowy ciągów ulic a ich odległością od zakładów przemysłowych itp.. Wygląd zewnętrzny osiedli może świadczyć o strukturze społecznej ich mieszkańców. Na podstawie wyglądu zewnętrznego osiedli na zdjęciach lotniczych można wysnuwać pewne wnioski dotyczące struktury społecznej mieszkańców miasta. Odczytana ze zdjęć struktura osadnictwa może świadczyć o strukturze społecznej mieszkańców osiedla. Wg. A.Ciołkosza, J. Miszalskiego, J. R. Olędzkiego, (,,Interpretacja Zdjęć Lotniczych”) przy ocenie struktury osadnictwa uwzględnia się dwie grupy cech rozpoznawczych. W jednym przypadku ocenia się stan domów, jego użytkowanie, przyległe pomieszczenia oraz całą działkę, w drugi m zaś położenie działki w obrębie miasta oraz użytkowanie działek sąsiednich. Ogólna prawidłowość, którą autorzy zaobserwowali, jest następująca: im wyższa wartość mieszkalna jakiegoś domu, tym wyższy jest czynsz za mieszkanie, wyższe zarobki mieszkańców oraz ich pozycja zawodowa i społeczna.
Istotną sprawą podczas badania obszarów miejskich jest analiza układu komunikacyjnego. Pozwala to oszacować przepustowość poszczególnych dróg a co za tym idzie ocenić czas dojazdu do miejsc pracy, szkół, dzielnic handlowych i mieszkaniowych. W wielkich miastach komunikacja należy do jednych z najważniejszych zagadnień, gdyż bardzo często stanowi jeden z podstawowych problemów. Aby rozwiązać te problemy należy dostosować sieć komunikacyjną do stopnia zaludnienia oraz środków lokomocji. Ważne jest aby w dostosowywaniu sieci komunikacyjnej uwzględniać obszary lokalizacji dzielnic mieszkaniowych, ośrodków administracyjnych, przemysłowych i wypoczynkowych. Modernizacja istniejących ciągów komunikacyjnych wymaga racjonalnych działań, poprzez uprzednie prowadzenie studiów ruchu ulicznego, badania natężenia zmienności w czasie oraz wielu innych czynnik ów. Najlepsze w tym celu są zdjęcia lotnicze które w kompleksowy sposób ukazują ruch uliczny w momencie robienia zdjęć. Dzięki nim możliwe jest dokonanie pomiarów na temat ruchu drogowego, znalezienie zależności i prawidłowości w jego funkcjonowaniu. Zdjęcia lotnicze znajdują szerokie zastosowanie w badaniach sieci transportowej na określonym obszarze, jak również często wykorzystywane są podczas prowadzenia pomiarów i kartowania sieci transportowej. Zdjęcia lotnicze wykorzystuje się także podczas planowania nowych szlaków komunikacyjnych kołowych oraz kolejowych. Aby móc dokonać analizy sieci transportowej należy uprzednio dokonać jej inwentaryzacji polegającej na wyznaczeniu ze zdjęć różnego rodzaju szlaków transportowych, zarówno kołowych, kolejowych jak i wodnych. Elementy te są łatwe do identyfikacji na zdjęciach lotniczych, gdyż najczęściej zwracają na siebie uwagę obserwatora. Jako główne cechy zarysu dróg uznaje się wydłużony kształt oraz jasny foton. Aby określić dokładniej ich rodzaj należy dokonać dodatkowo obserwacji innych cech rozpoznawczych. Dane oraz wskaźniki pozyskane podczas analizy zdjęć lotniczych wykorzystywane są podczas projektowania przez urbanistów i drogowców nowych szlaków komunikacyjnych. Innymi elementami łatwo identyfikowalnymi na zdjęciach lotniczych są szlaki kolejowe, które bez większych problemów można odróżnić dzięki prostoliniowym konturom, łukach zakrętów o dużym promieniu jak też i po jednakowej szerokości torowisk. Jeżeli dysponujemy zdjęciami w dużych skalach możemy dokonać także inwentaryzacji urządzeń towarzyszących trakcjom kolejowym, tj. stacji kolejowych, nastawni, lokomotywni, peronów, mostów i wiaduktów, przejazdów, ramp i magazynów. Odróżnienie na zdjęciach wodnych szlaków komunikacyjnych, tj. rzek i kanałów jest możliwe dzięki charakterystycznemu kształtowi linii brzegowej oraz ciemnemu fotonowi. Na zdjęciach lotniczych można wskazać niektóre elementy komunikacji lotniczej, głównie portów lotniczych oraz pasów startowych. Możliwe jest to głównie ze wzglądu na znaczne rozmiary i charakterystyczny układ lotnisk i pasów startowych.
Analiza zdjęć lotniczych okazuje się być przydatna także podczas badań dotyczących przemysłu, jego rozwoju, funkcjonowaniu oraz wzajemnych powiązaniach z otaczającym go środowiskiem. Informacje uzyskane ze zdjęć stanowią cenny materiał podczas projektowania nowych zakładów lub też modernizacji istniejących. Dzięki zdjęciom lotniczym możliwa jest inwentaryzacja zakładów przemysłowych, rozpoznanie oraz klasyfikacja ich ze względu na strukturę powiązania z bazą surowcową, rodzaj wykorzystywanej energii niezbędnej do funkcjonowania zakładu, jak również ich rozmieszczenia w terenie. Zakłady przemysłowe rozpoznaje się głównie po cechach takich jak układ zabudowań i urządzeń przemysłowych, dzięki którym możliwe jest zidentyfikowanie charakteru produkcji. Na podstawie zdjęć lotniczych mogą być i rozwijane zagadnienia planowania i lokalizacji zakładów przemysłowych. Interpretacja zdjęć lotniczych umożliwia dokonanie aktualizacji map zawierających elementy przemysłowe, co jest możliwe dzięki dużej aktualności. Ponadto stwarzają doskonałe warunki do precyzyjnej jak i równocześnie kompleksowej analizy środowiska przyrodniczego, co ma niebywały wpływ podczas projektowania lokalizacji nowych zakładów, co z pozwala na wyeliminowanie błędów podczas ich lokalizacji. Są one także pomocne podczas realizacji zaczętych inwestycji, dzięki nim możliwa jest kontrola prac budowlanych oraz badanie ich zgodności z zamierzeniami zawartymi w projekcie ich budowy. Dzięki temu iż analiza zdjęć lotniczych stwarza możliwość uzyskania kompleksowego oraz aktualnego obrazu prac budowlanych, możliwe jest możliwie szybkie wykrycie błędów oraz dokonanie korekt, dzięki czemu możliwe jest uniknięcie zakłóceń w realizacji inwestycji. Nadzór budownictwa przemysłowego, eksploatacji urządzeń przemysłowych oraz obserwacja i kontrola zjawisk towarzyszących funkcjonowaniu ośrodków przemysłowych stwarza potrzebę okresowego fotografowania lotniczego. Regularnie powtarzanie odfotografowania tego samego terenu są pomocne podczas dokonywania oceny oraz pomiaru zmian jakie przemysł wywołuje w środowisku. Umożliwiają także oszacowanie szkód gospodarczych, zanieczyszczenia środowiska i innych wpływów środowiska na otoczenie.
Zdjęcia satelitarne znalazły również zastosowanie podczas badania klęsk żywiołowych w Polsce w szczególności w monitorowaniu fali powodziowej i określaniu jej zasięgu. Sytuacja taka wydarzyła się w kwietniu 1979 r., podczas powodzi w dolinie Bugu i Narwi. Podczas maksymalnej kumulacji fal powodziowych oraz największego rozlewu wód Landsat dokonywał zdjęcia zalanego obszaru. Panowały wtedy korzystne warunki atmosferyczne, dzięki czemu możliwe było wykonanie zdjęć o bardzo dobrej jakości. Jak opisują w swoim artykule pt. ,,Zastosowanie teledetekcji satelitarnej w badaniach środowiska w Polsce” Andrzej Ciołkosz oraz Stanisław Białousz, zdjęcia te zostały dostarczone specjalną przesyłką ze stacji odbiorczej we Włoszech do Instytutu Geodezji i Kartografii, w którym już w trzy dni po wykonaniu zdjęć zostały opracowane mapy dokumentujące zasięg fali powodziowej, co umożliwiło określenie rodzaju i wielkości zalanych użytków. Autorzy powyższej publikacji utrzymują, iż opracowana i sprawdzona w Polsce metoda określania temperatury wód powierzchniowych (tzw. zanieczyszczeń termalnych) na podstawie lotniczych zdjęć termalnych nie znalazła wielu zastosowań w momencie pojawienia się termalnych zdjęć satelitarnych, jak i również wykorzystanie zdjęć satelitarnych do określania innych zanieczyszczeń wód było ograniczone tylko do tych rodzajów zanieczyszczeń, które powodowały zmiany barwy lub przezroczystości wód. Zastosowanie technik teledetekcyjnych w owych pomiarach powstały wraz z powstawaniem innowacji w tej dziedzinie tj. skanerów rejestrujących więcej zakresów w paśmie widzialnym, pod różnymi kątami i w krótszych odstępach czasu. Eksperymentalne badania jakości z zastosowaniem wyżej wymienionych technik zostały wykonane dla jezior mazurskich, otrzymano dokładne i wiarygodne wyniki pomiarów. Badania wykonano także dala wód Zalewu Wiślanego. Ze względu na prawidłowe funkcjonowanie tych technik pomiarowych i otrzymywanie wiarygodnych wyników, możliwe jest dalsze projektowanie systemów badania jakości wód, przy pomocy zastosowań teledetekcyjnych.
Analizując wyżej wymienione przykłady zastosowań technik teledetekcyjnych można śmiało stwierdzić, iż znaczenie ich wykorzystania w gospodarce przestrzennej stale rośnie. Duży wpływ ma na to rozwój owych technik jak również powstawanie konkurencji w tej dziedzinie, co w efekcie wywołuje efekt w prześcigania się producentów w tworzeniu nowych technologii umożliwiających pozyskiwanie coraz bardziej szczegółowych danych jak i również coraz niższych kosztach ich pozyskania, dzięki czemu możliwe jest pełniejsze ich wykorzystanie.
Źródła:
http://www.portalwiedzy.pan.pl/images/stories/pliki/publikacje/nauka/2008/03/N_308_07_Ciolkosz.pdf
http://bkmiec.com/materialy/B_Kmiec_techniki_teledetekcji.pdf
Ciołkosz Andrzej, Jerzy Miszalski, Jan R. Olędzki, ,,Interpretacja Zdjęć Lotniczych”, wyd. Naukowe PWN, 1999