ABC mapy numerycznej.pdf

ABC mapy numerycznej

1. Kilka pojęć podstawowych

Przedstawione w tym podrozdziale definicje będą, być może, lepiej zrozumiałe dopiero po

zapoznaniu się z podrozdziałami 2 i 3.

Warto więc, po lekturze całego rozdziału, powrócić do tego punktu dla lepszego zrozumienia

przytoczonych definicji i określeń.

a) System Informacji Przestrzennej – SIP

System Informacji Przestrzennej (SIP), to forma manipulowania danymi zorientowanymi w

trójwymiarowej przestrzeni (współrzędne x,y,z) z uwzględnieniem czwartego elementu,

jakim jest czas.

Innymi słowy, jest to operacja na obiektach mających lokalizację w przestrzeni i

usytuowanych w czasie.

Rozwinięcie tego pojęcia, zostało doprecyzowane już w 1992 roku przez prof. H. Olenderka i

dr D. Korpettę z SGGW:

”System informacji przestrzennej umożliwia natychmiastowy dostęp do bazy danych,

ułatwiając podejmowanie decyzji gospodarczych, pozwala prowadzić symulację stanów

przyszłych, a tym samym wybierać optymalne, w zmieniających się warunkach

gospodarowania, warianty rozwiązań problemów racjonalnego zarządzania gospodarką

leśną.”

Systemy informacji przestrzennej stanowią bardzo wygodne i sprawne narzędzie w rękach

osób podejmujących wszelkiego rodzaju decyzje odwołujące się do odwzorowań

kartograficznych i powiązanych z danymi opisowymi. Szczególne zastosowanie SIP-u może

mieć miejsce na szczeblu decyzyjnym nadleśnictwa.

W Lasach Państwowych SIP przydatny będzie do pełnego rozpoznania stanu środowiska

leśnego, do bieżącego śledzenia i przewidywania zmian w nim zachodzących, do

optymalizacji wykonywania bieżących zadań gospodarczych i symulacji stanów przyszłych.

Dotyczy to zarówno sfery gospodarki leśnej, jak i pozaprodukcyjnych funkcji lasu.

Po odpowiedniej agregacji danych, informacja z poziomu SIP nadleśnictwa powinna docierać

na szczebel wyższy (regionalny - RDLP, Wojewódzcy Konserwatorzy Przyrody, Inspekcja

Ochrony Środowiska, Wydziały Ochrony Środowiska urzędów wojewódzkich, itd. oraz

wyżej, na poziom ogólnokrajowy - DGLP, ośrodki naukowe i badawcze, GUS, a nawet

centralne organy państwowe). Na tych poziomach struktur decyzyjnych i analitycznych,

systemy informacji przestrzennej pozwolą na ocenę stanu lasu w odpowiedniej skali, na

dokładniejszą analizę danych, na ich badanie naukowe oraz szybsze i trafniejsze

prognozowanie. Jest to dopiero wizja, ale realna do zastosowania w perspektywie

najbliższych kilkunastu lat.

W kontekście systemu informacji przestrzennej (SIP), można się spotkać (za prof.

Gaździckim) z takimi określeniami jak:

 GIS (geographic information system) - czyli system informacji geograficznej, który

funkcjonuje w środowisku geografów i odnosi się w zasadzie do skal małych, oraz

 LIS (land information system) - czyli system informacji terenowej (SIT),

funkcjonujący wśród geodetów i odnoszący się do skal dużych.

Pod pojęciem GIS spotykamy również określenia dotyczące pakietu oprogramowania

profesjonalnego do budowy systemu informacji przestrzennej oraz do późniejszej jego

eksploatacji.

b) Mapa numeryczna

W publikacji D. Korpetty z 1996 r. znajdujemy taką oto definicję mapy numerycznej:

Mapa numeryczna jest zbiorem danych, który - po zastosowaniu ściśle określonych

algorytmów i odpowiednich środków technicznych - umożliwi wykonanie różnorodnych (pod

względem skali i treści) opracowań graficznych, a także będzie mógł być poddawany wielu

operacjom wyszukiwania, sortowania i dobierania informacji oraz obliczania określonych

wielkości.

Rozumieć to należy, iż każdy punkt lub załamanie linii (czyli tzw. "węzeł"), ma przypisane

współrzędne "x" i "y", a dla terenów górskich także (opcjonalnie) współrzędną wysokościową

"z", w określonym układzie współrzędnych geograficznych. Jest to tzw. baza geometryczna.

Jeżeli założoną bazę geometryczną zorientujemy topologicznie, czyli zdefiniujemy związek

utworzonego obiektu (punktu, linii lub wieloboku) z innymi obiektami posiadającymi

współrzędne i nazwiemy utworzone obiekty - zgodnie z adekwatnymi nazwami w opisowej

bazie danych, będziemy mieli mapę numeryczną.

c) Modele danych przestrzennych

Dane przestrzenne mogą być przedstawiane w dwóch podstawowych postaciach:

 rastrowej (zwany także bitmapą), gdzie:

obraz mapy przedstawiany jest w postaci regularnej siatki pikseli, czyli pól podstawowych

w formie regularnych figur geometrycznych (najczęściej kwadratów lub trójkątów

równobocznych), które tworzą elementy obiektów mapy;

 wektorowej , gdzie...

każdy punkt mapy określają współrzędne oraz sposoby ich połączeń w obiekty liniowe i

powierzchniowe - jest to prosty model wektorowy, a gdy mamy jeszcze zdefiniowany

związek międzyobiektowy - mówimy o wektorowym modelu topologicznym;

Istnieją jeszcze modele mieszane, wektorowo-rastrowe, zwane także hybrydowymi.

Rzadko, ale występują one i w leśnym SIP (np. usytuowanie lasów w zasięgu

terytorialnym nadleśnictwa).

Powyższe definicje rastra i wektora są bardzo ważne i bardzo często znajdziesz

Czytelniku niniejszej publikacji odwołania do nich. Warto więc je dobrze zrozumieć, a

nawet powracać do nich, czytając dalsze informacje odwołujące się do tych pojęć.

Często mapy numeryczne konstruowane są w wariancie topologicznym modelu

wektorowego na bazie obrazu rastrowego. Praktycznie wygląda to w ten sposób, że

zeskanowaną mapę lub zdjęcie lotnicze poddaje się wektoryzacji na ekranie komputera,

po wcześniejszym przeprowadzeniu procesu kalibracji (czyli znalezieniu odpowiedniej

ilości punktów wspólnych i wczytania ich do jednego układu współrzędnych).

System rastrowy jest o tyle wygodny, że posiada duży stopień automatyzacji

pozyskiwania danych i charakteryzuje się prostotą operacyjną. Ze względu jednak na to,

że każdy piksel zapisywany jest oddzielnie w bazie danych, jest on pamięciochłonny.

Zniekształca też obraz rzeczywisty.

Wykorzystywany jest do pozyskiwania i analizy zdjęć lotniczych i satelitarnych, a także

obrazów skanowanych. Skanowane i zapisywane w postaci rastra bywają też leśne mapy

analogowe. W tej formie mogą jedynie służyć jako tło do różnych prac projektowych (np.

jako substytut mapy papierowej). Pomimo posiadania zbioru danych cyfrowych, raster nie

może być wykorzystany do automatycznego rejestrowania obiektów, czyli nie może być,

bezpośrednio na jego bazie zbudowana mapa numeryczna. Musi on zostać przekształcony

do postaci wektorowej.

Do budowy mapy numerycznej wykorzystywany jest więc system wektorowy.

Prosty model wektorowy jest zbiorem punktów, linii lub wieloboków, które nie są ze sobą

powiązane. Np. rysując sąsiadujące ze sobą wydzielenia drzewostanowe, wspólną granicę

dwóch pododdziałów musimy rysować dwa razy (osobno dla wydzielenia pierwszego i

drugi raz dla wydzielenia drugiego). Jest to niewygodne, pracochłonne i nie daje

gwarancji uzyskania wspólnej linii granicznej (gdyż nie zawsze uda się wspólne dla

dwóch obiektów punkty umieścić w identycznych współrzędnych). Skomplikowane jest

także ustalenie wzajemnych zależności pomiędzy obiektami. Z tego powodu ten typ

modelu wektorowego do tworzenia map numerycznych powinien być stosowany rzadko.

Topologiczny model danych wektorowych powinien być najczęściej stosowany do

budowania systemów informacji przestrzennych. Potrafi on zachować związki i znaleźć

współzależności między obiektami, gdyż oprócz opisu położenia współrzędnych punktów

węzłowych, potrafi zdefiniować przebieg linii między węzłami i jej kierunek oraz opisać

obiekty sąsiadujące. Współrzędne każdego wspólnego dla dwóch lub więcej obiektów

punktu zapisane są tylko raz, nie ma więc niejednoznaczności w ich interpretacji.

d) Numeryczny model powierzchni terenowej - NMT

(zwany także numerycznym modelem terenu)

Numeryczny model powierzchni terenowej (NMT) jest zbiorem odpowiednio wybranych

punktów powierzchni o znanych współrzędnych x,y,z oraz algorytmów interpolacyjnych

umożliwiających odtworzenie jej kształtu dla określonego obszaru.

Podstawowe zadanie NMT polega na określeniu trzeciej współrzędnej (Z) punktu, którego

współrzędne płaskie (X,Y) są znane.

Innymi słowy, jest to mapa numeryczna zawierająca dodatkowo informacje o pionowym

ukształtowaniu terenu.

Rzeźba terenu, ma znaczny wpływ na kształtowanie zbiorowisk leśnych, dlatego musi być

brana pod uwagę w różnorodnych pracach prowadzonych w gospodarce leśnej, a w

szczególności: w hodowli lasu i w użytkowaniu drzewostanów, w inżynierii leśnej, w pracach

urządzeniowych (łącznie z glebo- i siedliskoznawstwem oraz fitosocjologią), w ochronie lasu

i ochronie przeciwpożarowej, w zagospodarowaniu turystycznym lasów, w ekonomice prac

leśnych, itd.

Numeryczne modele terenu umożliwiają automatyczną interpolację warstwic, obliczenie

spadków terenu (nachylenie), określenie ekspozycji terenu (wystawa), obliczenie przekrojów

przez teren (dla obliczeń inżynieryjnych, związanych np. z projektowaniem dróg leśnych i

określaniem zakresu prac ziemnych), określenie obszaru widoczności z zadanego punktu we

wskazanym kierunku.

Mapa trójwymiarowa jest także bardzo efektownym narzędziem wizualizacji i prezentacji

danych kartograficznych dla nadleśnictw o urozmaiconej rzeźbie terenu.

Dane pozyskiwane dla potrzeb NMT (chodzi o trzeci wymiar) mogą być pobierane z map

topograficznych (najlepiej w skali 1 : 10 000), jako wyniki bezpośrednich pomiarów

geodezyjnych lub ze zdjęć lotniczych. Pobrane którymś z powyższych sposobów dane

zapisywane są w postaci nieregularnej siatki trójkątów, tworzących płaszczyzny najlepiej

przystające do terenu lub jako regularna sieć kwadratów modelowana do terenu systemem

interpolacji.

Mapy oparte na numerycznym modelu terenu powinny być w przyszłości podstawowymi

mapami leśnymi dla terenów górskich i podgórskich.

e) System Informatyczny Lasów Państwowych (SILP)

System Informatyczny Lasów Państwowych (SILP) jest opisową bazą danych, obejmujących

całą działalność nadleśnictwa, w tym działalność gospodarczą w pododdziałach i

wydzieleniach (podstawowych jednostkach adresowych) - posiadających pełny opis

elementów taksacyjnych oraz planowanych i wykonanych zadań gospodarczych.

Ponieważ w SILP-ie gromadzone są różnego rodzaju dane związane z prowadzeniem

gospodarki leśnej oraz różnorodne dane związane z pozaprodukcyjną funkcją lasów i

posiadające zarazem odniesienie do usytuowania w terenie, informacje te, po zintegrowaniu z

danymi geometrycznymi mapy numerycznej, mogą być wykorzystane do zbudowania

systemu informacji przestrzennej na poziomie nadleśnictwa, a z czasem (wraz z rozwojem

SILP-u i umożliwieniem generowania danych w nim zawartych) na wyższych poziomach

decyzyjnych.

Wprowadzenie do Lasów Państwowych SILP-u, oparcie go na efektach prac urządzeniowych,

przypisanie modułu adresu leśnego do każdego rekordu oraz obowiązek aktualizacji danych,

powodują wielką jego przydatność, a nawet wymuszają logiczną konieczność zastosowania

SILP-u jako podstawowego składnika relacyjnej bazy danych opisowych w Systemie

Informacji Przestrzennej na poziomie nadleśnictwa.

Powtórzmy raz jeszcze za prof. Olenderkiem słowa przytoczone we Wstępie, iż ...

”fakt wprowadzenia Systemu Informatycznego Lasów Państwowych (SILP) jest podstawową

okolicznością sprzyjającą i zarazem wymuszającą budowę systemów informacji przestrzennej

dla nadleśnictw. Będą one stanowić rozwinięcie części tabelarycznej SILP o zobrazowania

przestrzenne zapisanych danych.”

2. Leśna mapa numeryczna

a) Wady mapy analogowej

Mapą analogową nazywane jest opracowanie kartograficzne w postaci kreskowej, wykonane

na planszy aluminiowej (pierworys), folii przeźroczystej (matryca) lub na papierze (kopia).

Powszechnie stosowana dotąd leśna mapa analogowa ma kilka poważnych niedogodności:

 Sporządzona jest na jedną datę (1 stycznia pierwszego roku obowiązywania planu

urządzania lasu dla nadleśnictwa).

Ponieważ ruch gruntami w nadleśnictwie odbywa się bez przerwy, a jednocześnie

zmieniają się kontury pododdziałów (z przyczyn wynikających z prowadzenia gospodarki

leśnej, występowania pożarów, gradacji oraz innych czynników biotycznych i

abiotycznych), mapa bardzo szybko się dezaktualizuje. Ręczna aktualizacja mapy

papierowej w pełnym zakresie raczej nie może być brana pod uwagę, ze względu

chociażby na małą (po tej operacji) czytelność takiej mapy oraz dużą pracochłonność i

ograniczoną ilość posztucznego aktualizowania kopii.

 Przedstawienie na mapie papierowej pełnego zakresu posiadanych informacji o

poszczególnych obiektach jest praktycznie niemożliwe ze względu na brak mechanizmów

wymuszających spójność i kompletność danych, brak miejsca oraz zmniejszenie

czytelności mapy.

Istnieje możliwość przedstawienia na wielu egzemplarzach mapy pewnych części

pożądanych informacji. Znajduje to wyraz w wykonywanych przez urządzanie tzw.

przeglądowych mapach tematycznych. Są to jednak wybrane wcześniej, narzucone przez

instrukcję urządzania lasu, opracowania kierunkowe. Zakres merytoryczny może

oczywiście być poszerzony na życzenie zleceniodawcy prac urządzeniowych, ale i tak nie

ujmie on wszystkich potencjalnie potrzebnych tematycznych opracowań takiej mapy.

Opis taksacyjny lasu i inne źródła, w tym wynikające z prowadzonych czynności

gospodarczych, dostarczają wielu innych danych, które nie znajdują niestety

odzwierciedlenia na mapach przeglądowych. Nadleśnictwo dysponuje wprawdzie

czystymi kopiami map przeglądowych na które można wprowadzić (i wprowadza się) te

dodatkowe informacje, wiąże się to jednak z dużym nakładem pracy i czasu.

 Utrudnione jest przeprowadzanie analiz przestrzennych, a zwłaszcza analiz przestrzenno -

czasowych oraz przestrzenno - tematycznych.

Przedstawienie takich analiz na kopiach map papierowych jest możliwe (w ograniczonym

zakresie), ale jest też niezwykle pracochłonne i nie może być pełne.

 Skala mapy analogowej jest stała i z góry narzucona.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: