MATERIAŁY SZKOLENIOWE Źródła danych przestrzennych. Leszek Litwin

Transkrypt

1 MATERIAŁY SZKOLENIOWE Źródła danych przestrzennych Leszek Litwin Źródła danych przestrzennych 1

2 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Dane przestrzenne (geograficzne). Dane przestrzenne są określane jako dane dotyczące obiektów przestrzennych powiązanych z powierzchnią Ziemi i połączonych ze sobą róŝnorodnymi związkami; obiekty te mają charakter naturalny lub antropogeniczny. Współcześnie istnieje wiele cząstkowych pojęć opisujących przestrzeń geograficzną: dane geoprzestrzenne, dane przestrzenne, dane o terenie, dane katastralne, itd. W celu pewnego uproszczenia i wyodrębnienia spośród wielu definicji istoty rzeczy, będziemy mówić o danych przestrzennych, rozumiejąc je jako ogół danych opisujących przestrzeń geograficzną i pamiętając o istnieniu wspomnianych (i niewspomnianych) pojęć cząstkowych. Dane przestrzenne pochodzą z wielu róŝnorodnych źródeł, występują w róŝnej postaci i są zróŝnicowane według wielu kryteriów. Ponadto, z występowaniem danych przestrzennych w kontekście ich wykorzystania w Systemach Informacji Geograficznej związanych jest wiele dodatkowych zagadnień (na przykład źródła danych, jakość i dokładność danych, struktury danych, modele danych, bazy danych) oraz kryteriów, według których klasyfikujemy dane (między innymi: typy danych, formaty danych i wiele innych). Najistotniejsze z nich (z punktu widzenia wiedzy o Systemach Informacji Geograficznej) zostaną omówione w opracowaniu. Źródła danych przestrzennych. Dane przestrzenne, na których bazują Systemy Informacji Geograficznej, pozyskiwane są współcześnie z wielu róŝnych źródeł. Szczególne znaczenie ma tu określenie: współcześnie, jako Ŝe dopiero od niedawna dostępne są te najbardziej zaawansowane źródła danych, za których powstaniem stoją ultranowoczesne technologie. MoŜemy zatem pozyskiwać dane wprost z przestrzeni kosmicznej za pośrednictwem satelitów, a nawet systemów satelitów (jak w przypadku systemów pozycjonowania, (GPS, GLONASS). Ponadto, dostępne są zdjęcia lotnicze oraz multispektralne (hiperspektralne) zdjęcia lotnicze wykonywane z samolotów za pomocą specjalnych skanerów. Wpływ nowoczesnych technologii dobrze widoczny jest równieŝ we współczesnych technikach pomiarów geodezyjnych oraz na przykładzie zautomatyzowanych stacji pomiarowych. Wśród nowoczesnych technologii pozyskiwania danych przestrzennych ciągle duŝe znaczenie (o czym stale naleŝy pamiętać!) mają tradycyjne źródła danych, a wśród nich przede wszystkim: róŝne rodzaje map, plany, proste pomiary prowadzone wprost w terenie oraz wiele innych prostych metod. Współcześnie znaczącym źródłem danych przestrzennych stał się równieŝ Internet. Dokonajmy zatem krótkiego przeglądu najpopularniejszych i zarazem najistotniejszych źródeł pozyskiwania danych przestrzennych, do których naleŝą: o obrazy satelitarne, o zdjęcia lotnicze, o zdjęcia naziemne (stereoskopowe), o odbiorniki GPS (i innych systemów) o serwisy Internetowe o serwery WMS (WFS) o automatyczne stacje pomiarowe, loggery, o pomiary geodezyjne, 2

3 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH o prace i pomiary terenowe, o mapy i plany (zagospodarowania, ochrony, itd.) o materiały publikowane, o państwowe zasoby danych (dla róŝnych poziomów administracji) o zasoby danych róŝnych instytucji, o. Wybrane źródła danych przestrzennych zostaną omówione szczegółowiej w dalszej części opracowania. Obrazy satelitarne Wykorzystanie satelitów do obrazowania powierzchni Ziemi wprowadziło zupełnie nową jakość do dostępnych wcześniej technologii pozyskiwania danych przestrzennych, oraz, co równie istotne, znacznie rozszerzyło moŝliwości analityczne wykraczające daleko poza wcześniejsze zastosowania, dzięki zastosowaniu technologii obrazowania multispektralnego, z wykorzystaniem kanałów widzialnych (panchromatycznych i barwnych), podczerwonych oraz obrazowania radarowego. Obrazy satelitarne stanowią źródło dwóch rodzajów informacji: radiometrycznej i geometrycznej (rys. 1). Rys. 1. Rodzaj informacji pozyskiwanych z obrazów satelitarnych (zdjęć lotniczych) Prawdziwym zatem będzie stwierdzenie, Ŝe nigdy wcześniej nie było tak uniwersalnego, kompleksowego i zarazem ekonomicznie opłacalnego źródła danych. Współcześnie, choć od niedawna, wysokorozdzielcze obrazy satelitarne stanowią jedno z podstawowych i szeroko wykorzystywanych źródeł danych o wysokiej rozdzielczości i wszechstronnym zastosowaniu dla Systemów Informacji Geograficznej (rys. 2) 3

4 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 2. Obraz satelitarny z satelity IKONOS o rozdzielczości ok. 1 m (Triglavski Park Narodowy, Słowenia). Rys. 3. Obraz satelitarny z satelity LANDSAT o rozdzielczości ok. 30 m (Tatry). Cywilne wykorzystanie wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych jest ściśle związane z dwoma nieodległymi historycznie faktami. Po pierwsze, na początku lat 90 Rosja komercyjnie udostępniła obrazy satelitarne o terenowej rozdzielczości (wielkości piksela) 5 10 metrów, zaś w roku 1992 o rozdzielczości terenowej 2 3 metry. Po drugie, w marcu 1994 roku prezydent Stanów Zjednoczonych wydał specjalną dyrektywę nr 23, która umoŝliwiła rozwój satelitów (a faktycznie systemów satelitarnych) obrazujących 4

5 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH powierzchnię Ziemi z 1-metrową dokładnością. Wspomnianym faktom towarzyszyły zapowiedzi rozwoju zupełnie nowych obszarów wykorzystania obrazów satelitarnych oraz dynamiczny rozwój w dziedzinie technologii Systemów Informacji Geograficznej. Owe zapowiedzi urzeczywistniły się dopiero we wrześniu roku 1999, kiedy to na orbicie umieszczony został z powodzeniem satelita IKONOS-2. Podejmowane wcześniej próby z satelitami EarlyBird-1 (1997), IKONOS-1 (1999) oraz podjęta po umieszczeniu na orbicie IKONOSA-2 próba z satelitą QuickBird-1 (2000) zakończyły się niepowodzeniem. W rezultacie IKONOS-2 stał się pierwszym i przed kolejne dwa lata jedynym satelitą obrazującym powierzchnię Ziemi z 1-metrową rozdzielczością. Wkrótce po wydaniu przez władze USA pozwolenia na obrazowanie Ziemi z dokładnością do 0,5 metra (pod koniec roku 2000), na orbicie został umieszczony satelita QuickBird-2 z moŝliwościami obrazowania z dokładnością 0,61 metra. Ponadto, równieŝ pod koniec roku 2000, na orbicie umieszczono system satelitarny EROS-A1 z moŝliwościami obrazowania w zakresie panchromatycznym z rozdzielczością 1,8 metra i zapowiedziane zostały następne (EROS-B oraz OrbView-3 i OrbView-4), wszystkie obrazujące powierzchnię Ziemi z 1-metrowym pikselem terenowym. Jak zatem widać, wykorzystanie obrazów satelitarnych jako źródła danych przestrzennych nabiera dopiero rozpędu, startując jednak z bardzo wysokiego pułapu 1-metrowej (i mniejszej!) rozdzielczości piksela terenowego. Optymistyczne wydają się równieŝ doniesienia operatorów wymienionych satelitów, (systemów satelitarnych) mówiące o prognozach umieszczenia na orbicie kolejnych satelitów. Wykorzystanie satelitów umoŝliwiło pozyskiwanie danych w obszarach trudno i bardzo trudno dostępnych oraz w sytuacjach ekstremalnych (powodzie, poŝary, tornada), gdzie wcześniej praktycznie nie istniały moŝliwości bezpiecznego i opłacalnego ekonomicznie pozyskiwania danych bezpośrednio w czasie występowania zjawiska. MoŜliwym stał się równieŝ natychmiastowy i stosunkowo krótkoterminowy monitoring zjawisk i zdarzeń nagłych zachodzących w bardzo szeroko rozumianej przestrzeni geograficznej, z uwzględnieniem tych najniebezpieczniejszych dla ludzi. Obrazy satelitarne jako źródło danych przestrzennych cechuje szeroka przydatności i moŝliwość niezwykle wszechstronnego zastosowania. Decydujący wpływ na taki stan rzeczy mają parametry obrazów satelitarnych: zasięg pojedynczego obrazu, wielkość piksela (rozdzielczość), multispektralność obrazu satelitarnego wykorzystanie przy obrazowaniu kanałów: panchromatycznego (PAN), barwnych (RGB) widzialnych i (bliskiej) podczerwieni (NIR) oraz innych. Obrazy satelitarne stanowiące bezpośrednie źródło danych dla Systemu Informacji Geograficznej występują w następujących opcjach: o czarno-białej jako wynik wykonania zobrazowania w trybie panchromatycznym (PAN), o barwnej jako wynik wykonania zobrazowania w trybie multispektralnym (MS). W opcji barwnej obraz satelitarny moŝe występować w postaci barwnej w barwach rzeczywistych, widzialnych (poprzez złoŝenie kanałów: czerwonego, zielonego i niebieskiego RGB) lub postaci barwnej w barwach w podczerwieni (poprzez złoŝenie kanałów: czerwonego, zielonego i podczerwonego). Obrazy pochodzące z satelity LANDSAT posiadają 7 kanałów spektralnych oraz znacznie mniejszą rozdzielczość terenową. 5

6 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Tab. 1. Porównanie głównych parametrów wybranych cywilnych satelitów (systemów satelitarnych) obrazujących Ziemię z dokładnością 1-metrową satelita wysokość orbity szerokość pasa tryb pracy wymiar piksela obrazowania PAN MS IKONOS km (?) 11 km 0,82 m 3,28 m QuickBird km 16,5 km 0,61 m 2,44 m EROS-A1 480 km 12,7 km 1,8 m - EROS-B 600 km 13 km 0,8 m - OrbView km 8 km 1,0 m 4,0 m PAN panchromatyczny; MS multispektralny Przy wszystkich niewątpliwych zaletach, obrazy satelitarne posiadają równieŝ pewne ograniczenia, związane na przykład z moŝliwościami obrazowania powierzchni Ziemi w obszarach zalesionych (w przypadku, kiedy potrzebne są dane bezpośrednio z powierzchni Ziemi, a nie z poziomu wierzchołków drzew) lub z występowaniem niekorzystnych warunków atmosferycznych (zachmurzenie) na obrazowanym obszarze (co jest szczególnie uciąŝliwe na przykład w czasie monitoringu zjawisk ekstremalnych opadom atmosferycznym powodującym powódź często towarzyszy zwiększone zachmurzenie). Problemy te zazwyczaj moŝna częściowo wyeliminować metodami pośrednimi, związanymi z moŝliwością opracowania obrazu satelitarnego albo z obserwacjami uzupełniającymi wprost w terenie (których prowadzenie równieŝ moŝe być obarczone pewnymi utrudnieniami lub innymi uwarunkowaniami). Warto pamiętać, Ŝe zanim powszechnie zaczęto wykorzystywać obrazy satelitarne o rozdzielczości 1-metrowej (i poniŝej), w tych samych celach stosowano obrazy satelitarne o wielkości piksela terenowego około 30 metrów (satelita Landsat TM, rys. 3) i 10 metrów (satelita SPOT, rys. 4). 6

7 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 3. Obraz satelitarny o rozdzielczości terenowej piksela 30 metrów wykonany przez satelitę Landsat Rys. 4. Panchromatyczny obraz satelitarny o rozdzielczości terenowej piksela 10 metrów wykonany przez satelitę SPOT. Rozdzielczość wielospektralnego obrazu Landsat TM (30 30 m) pozwala na sporządzenie wydruku w skali ok. 1: bez widocznej siatki pikseli. Rozdzielczość ta, moŝe być jednak często niewystarczająca do szczegółowej charakterystyki pewnych typów obszarów. Podstawową zaletą obrazu jest jego wielospektralny charakter, umoŝliwiający analizę zjawisk i obiektów słabo widocznych na obrazie monochromatycznym. Wielkości odbicia spektralnego róŝnią się w zaleŝności od kanału. RóŜny jest teŝ zasób informacji w nich zawarty (tab. 2). Tab. 2. Przydatność kanałów obrazu Landsat TM do wizualnej charakterystyki pokrycia terenu kanały oraz zakres promieniowania w µm zjawiska i elementy pokrycia terenu moŝliwe do scharakteryzowania 1 0,45 0,52 zróŝnicowanie wód powierzchniowych 2 0,52 0,60 gęstość szaty roślinnej, powierzchnie ze zdartą pokrywą glebową 3 0,63 0,69 zróŝnicowanie szaty roślinnej, powierzchnie ze zdartą pokrywą glebową 4 0,76 0,90 lokalizacja powierzchni wodnych, przebieg dolin, zabudowa i jej typy, sieć komunikacyjna, zróŝnicowanie szaty roślinnej 5 1,55 1,75 wilgotność w roślinach, sieć komunikacyjna, zróŝnicowanie lasów, przebieg dolin 6 10,40 12,5 zjawiska termiczne, wilgotność gleb 7 2, badania geologiczne i hydrogeologiczne, gęstość pokrywy roślinnej Panchromatyczny obraz z satelity SPOT o rozdzielczości piksela terenowego 10 m pozwala na pracę i sporządzenie wydruku w skali ok. 1: bez widocznej siatki pikseli.. Ponadto cechuje go znacznie większa dokładność w porównaniu z obrazem Landsata TM (tab. 3). 7

8 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Tab. 3. Porównanie podstawowych parametrów satelitów Landsat TM i SPOT. LANDSAT TM wysokość orbity SPOT HVR km 832 km okres obiegu Ziemi 98,9 min 101,4 min okres pokrycia globu 16 dni 26 dni zakresy promieniowania w poszczególnych kanałach w [µm] 1 0,45 0,52 5 1,55 1,75 2 0,52 0, ,40 12,5 3 0,63 0,69 7 2, ,51 0,73 4 0,76 0,90 wielkość piksela terenowego m m obszar pokryty przez jeden obraz km km Zdjęcia lotnicze Zdjęcie lotnicze, fotograficzny obraz terenu (powierzchni Ziemi) wykonany ze swobodnego stanowiska nad ziemią z samolotu za pomocą specjalnej kamery lub skanera zamontowanego w samolocie. Początki wykorzystania zdjęć lotniczych do obrazowania powierzchni Ziemi sięgają początku lat pięćdziesiątych XIX wieku, z przełomem w roku 1903, kiedy to bracia Wright dokonali pierwszego lotu samolotem napędzanym silnikiem. Zdjęcia lotnicze mają zatem znacznie dłuŝszą historię niŝ obrazy satelitarne. Zdjęcia lotnicze, podobnie jak obrazy satelitarne, zawierają informację radiometryczną i geometryczną. Zdjęcia lotnicze klasyfikowane są między innymi według rodzaju zastosowanego filmu (jego światłoczułości spektralnej). Według tego podziału wyróŝniamy: Czarno-białe materiały światłoczułe materiały nieuczulone reagujące jedynie na promieniowanie niebieskie i ultrafioletowe; o materiały czarno-białe pozwalające na wykonywanie zdjęć czarno-białych; występują w odmianach: ortochromatycznej, kiedy mogą reagować na barwy niebieskie i Ŝółte, oraz panchromatycznej, kiedy ich barwoczułość rozszerzona jest do czerwieni włącznie (tu równieŝ następuje podział na: ortopanchromatyczne do zdjęć przy świetle dziennym i barwoczułości zbliŝonej do oka ludzkiego, oraz superpanchromatyczne, czyli bardziej uczulone na światło czerwone, przeznaczone do zdjęć przy świetle sztucznym); o materiały podczerwone rejestrują niewidoczne dla ludzkiego oka promieniowanie, szczególnie dobrze nadające się do rozpoznawania (interpretowania) roślinności zielonej. Barwne materiały światłoczułe wśród których rozróŝniamy: o materiały barwne a wśród nich negatywy do wykonywania odbitek oraz diapozytywy, czyli popularne slajdy; pozwalają wykonywać fotografie w świetle widzialnym w barwach naturalnych; 8

9 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH o materiały do fotografii spektrostrefowej (fotografii barwnej w fałszywych kolorach) reagujące na róŝne strefy widma, w rezultacie wykonywania barwnych fotografii spektrostrefowych powstają barwne obrazy szczegółów i zjawisk niewidocznych dla oka ludzkiego ani teŝ niemoŝliwych do sfotografowania przy uŝyciu innych materiałów światłoczułych, Ponadto wykonuje się fotografie wielospektralne, które scharakteryzować moŝna poprzez cechy energetyczne promieniowania elektromagnetycznego. Dzięki tej technice wykonywania zdjęć, informacja zostaje zarejestrowana na całej długości widma uŝywanej do zapisu promieniowania widzialnego za pomocą kamer wieloobiektywowych lub specjalnych skanerów. W ten sposób następuje uszczegółowienie sfotografowanego obrazu. Podczas wykonywania fotografii wielospektralnej za pomocą kamer wieloobiektywowych wykorzystuje się właściwości róŝnego rodzaju filtrów (np. selektywnych lub interferencyjnych, itd.). Oprócz fotografii wielospektralnej, wykonywane są hiperspektralne zobrazowania lotnicze (rys. 5) za pomocą urządzeń rejestrujących nazywanych hiperspektrometrami. Hiperspektrometry potrafią rejestrować barwny obraz powierzchni Ziemi na przykład w 115 kanałach z rozdzielczością terenową 1 metra (dorównując tym samym rozdzielczości terenowej moŝliwej do uzyskania w przypadku obrazów satelitarnych). 9

10 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 5. Zobrazowania wykonane hiperspektrometrem o 3-metrowej rozdzielczości terenowej i 79-kanałowej rozdzielczości radiometrycznej. Klasyfikacja zdjęć lotniczych obejmuje równieŝ ich zróŝnicowanie pod kątem ich orientacji, czyli kąta nachylenia, według której wyróŝnia się zdjęcia: o pionowe, o prawie pionowe, o nachylone, o perspektywiczne. Dla celów pomiarowych wykonuje się zdjęcia lotnicze prawie pionowe, pokrywające pasy terenu (szeregi) wzdłuŝ prostych i równoległych linii, według których wcześniej planuje się nalot. Ponadto kaŝde następne zdjęcie obejmuje część terenu (zazwyczaj 55 i 65%) odfotografowanego na poprzednim, a pokrycie poprzeczne pomiędzy szeregami wynosi pomiędzy 20 a 30%. Dzięki temu moŝliwe jest uzyskanie stereoskopowego pokrycia terenu, 10

11 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH niezbędnego do pełnego wykorzystania moŝliwości interpretacyjno-pomiarowych zdjęć lotniczych. Zdjęcia naziemne (stereoskopowe) Zdjęcia naziemne (stereoskopowe) są bardzo dobrym źródłem danych przestrzennych dla małych powierzchni. Zdjęcia naziemne wykonuje się najczęściej przy uŝyciu róŝnych typów fototeodolitów (rys. 6) i aparatów cyfrowych (rys. 7; rys. 8). Odpowiednie opracowanie zdjęć naziemnych pozwala na pozyskanie dla niewielkiej (zwłaszcza w porównaniu ze zdjęciami lotniczymi) powierzchni terenu bardzo dokładnych danych. Przy wykonywaniu zdjęć naziemnych aparatem cyfrowym, naleŝy najpierw wykonać kalibrację aparatu, bez której nie jest moŝliwe wykonywanie dokładnych opracowań wykonanych zdjęć. Rys. 6. Naziemne zdjęcia stereoskopowe (stereopara) wykonane fototeodolitem. Role punktów orientacji pełnią znaczki tłowe (fot. L. Kolondra) Rys. 7. Naziemne zdjęcia stereoskopowe (stereopara) wykonane skalibrowanym aparatem cyfrowym. Role punktów orientacji tłowej pełnią ustalone szczegóły terenowe (np. szczyty, inne punkty charakterystyczne) o pomierzonych współrzędnych (fot. L. Kolondra) 11

12 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 8. Naziemne zdjęcia stereoskopowe (stereopara) wykonane niekalibrowanym aparatem cyfrowym (kolorem czerwonym zaznaczono sygnalizowane na kaŝdym zdjęciu punkty orientacji tłowej konieczne do poprawnego opracowania zdjęć). Tak wykonane zdjęcia nadają się do prostego opracowania numerycznego. Odbiorniki GPS Global Positioning System (GPS) czyli Globalny System Określania Pozycji. System oparty na 24 satelitach umieszczonych na 6 płaszczyznach na wysokości ok km nad powierzchnią Ziemi. Satelity emitują sygnały umoŝliwiające określanie pozycji naziemnego odbiornika GPS oraz dokładnego czasu i prędkości, jeŝeli odbiornik jest w ruchu. W niedalekiej (?) przyszłości zdolność operacyjną osiągnie system GALILEO będący europejskiim odpowiednikiem amerykańskiego GPS nad którym trwają aktualnie prace. Rejestracja danych przez odbiorniki GPS odbywa się wprost w terenie. Z korzystaniem z GPS związanych jest wiele uwarunkowań technicznych, wpływających na dokładność i jakość, z jakimi moŝliwe jest pozyskiwanie danych przestrzennych. Umiejętnie uŝywany GPS stanowi dobre i bardzo dokładne źródło danych przestrzennych (rys. 9). Aby uzyskać maksymalną dokładność pomiarów, stosuje się dodatkowe opracowanie (korekcję) danych zebranych za pośrednictwem ruchomego odbiornika GPS i uzyskanych w tym samym czasie danych ze stacji referencyjnej (np. drugiego odbiornika GPS pracującego w tym samym czasie i stojącego nieruchomo, stacji z sieci ASG-PL itd.) w tzw. postprocesingu (rys. 10). 12

13 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 9. Dane przestrzenne zebrane za pomocą odbiornika GPS. Przykład wizualizacji wykonanej za pomocą programu przeznaczonego do obsługi formatu danych GPS oraz informacje na temat wybranego obiektu i dokładności wykonanego pomiaru. Rys. 10. Korekcja danych zebranych za pomocą odbiornika GPS (postprocesing). 13

14 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Automatyczne stacje pomiarowe Źródłem danych dla Systemów Informacji Geograficznej są równieŝ automatyczne stacje pomiarowe. Za pomocą takiego urządzenia i podłączonych do niego odpowiednich czujników moŝliwe jest ciągłe i bezobsługowe rejestrowanie danych przez całą dobę na przestrzeni wielu tygodni, co jest bezpośrednio uzaleŝnione od parametrów stacji, na przykład pojemności danych, źródła zasilania itd. Dane pozyskiwane za pomocą współczesnych automatycznych stacji pomiarowych zapamiętywane są w postaci numerycznej i nadają się do bezpośredniego lub po niewielkiej transformacji umieszczenia w bazach danych GIS. Prace i obserwacje terenowe, proste pomiary terenowe oraz wywiad terenowy Prace terenowe i wywiad terenowy prowadzone są zazwyczaj w celu bezpośredniego i dokładnego zapoznania się z terenem, w którym prowadzone są obserwacje w określonym celu, np. badania naukowe i inne. Podczas prac terenowych często wykonuje się proste pomiary terenowe, uŝywając do tego celu równie prostego sprzętu pomiarowego w rodzaju taśmy mierniczej czy linijki. Dane zebrane podczas prostych pomiarów terenowych często wykorzystywane są jako uzupełniające źródło danych o charakterze poglądowym, poniewaŝ mała dokładność danych zazwyczaj uniemoŝliwia ich wykorzystanie w innym charakterze. Tradycyjnie ustalona forma danych z tego źródła, czyli notatki na papierze (rys. 11) lub mapie, (współcześnie coraz częściej jest zastępowana przez formę zapisu numerycznego, dzięki przenośnym komputerom typu laptop czy palmtop (PDA/MDA). Urządzenia te umoŝliwiają bezpośredni zapis danych na przykład do arkusza kalkulacyjnego lub wprost do bazy danych GIS oraz prawie natychmiastowe przeglądanie, pobieŝne sprawdzanie ich dokładności itd. Ponadto, dzięki technologiom łączności bezprzewodowej moŝliwe jest równieŝ przesyłanie danych do bazy danych bezpośrednio z terenu. Rys. 11. Szkic wykonany w terenie wraz z fotografią pomierzonego fragmentu terenu. 14

15 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Mapy i plany Mapy (rys. 12; rys. 13) i plany przez całe wieki stanowią podstawowe źródło informacji o terenie oraz podstawę lokalizacji róŝnych obiektów i orientacji terenowej. Współcześnie stanowią istotne i wszechstronne źródło danych przestrzennych dla Systemów Informacji Geograficznej, chociaŝ są juŝ w róŝnym tempie wypierane przez mapy numeryczne i technologie GIS. Mapy i plany stanowią nieocenione i często jedyne źródło danych przestrzennych o znaczeniu historycznym, nawet w odniesieniu do kilku lat wstecz. Dane takie są często niezbędne we współczesnych GIS dane w postaci numerycznej i mapy cyfrowe funkcjonują dopiero od niedawna w porównaniu z mapami w rozumieniu tradycyjnym. Istotną wadą map papierowych jest ich szybka (zazwyczaj) dezaktualizacja proces aktualizacji jest czaso- i pracochłonny oraz drogi. Wyjątek stanowią tzw. mapy zasadnicze oraz mapy ewidencyjne (katastralne) (rys. 14) o duŝej dokładności, zawierające określone informacje, np. podział administracyjny państwa, jednostki ewidencyjne itd. Mapy te są często aktualizowane na przykład poprzez pomiary geodezyjne, dzięki czemu stanowią aktualne na dany moment źródło danych. W kilkuletnich interwałach są opracowywane i później aktualizowane Plany Zagospodarowania Przestrzennego (PZP), które przedstawiają aktualny stan zagospodarowania terenu w granicach jednostki administracyjnej na czas wykonania planu oraz planowane inwestycje. Rys. 12. Mapa topograficzna. 15

16 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 13. Mapa geologiczna. Rys. 14. Fragment mapy ewidencji gruntów. 16

17 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Materiały publikowane (roczniki statystyczne, inwentarze, dzienniki pomiarowe, itd.) Materiały określone jako publikowane (rys. 15) stanowią bardzo istotne źródło danych (rys. 16) dla Systemów Informacji Geograficznej (rys. 17), szczególnie cenne w przypadku, jeśli dane te pochodzą z okresu, kiedy nie archiwizowano jeszcze danych z wykorzystaniem komputerów (czyli wcale nie tak dawno!). Ponadto, i współcześnie często zdarza się, Ŝe dane przestrzenne dostępne są tylko w postaci drukowanej. NiezaleŜnie jednak od zaistniałego przypadku, ogólnie określone materiały publikowane stanowią, i jeszcze długo stanowić będą, bardzo cenne źródło danych dla Systemów Informacji Geograficznej. Wśród materiałów publikowanych wzorcowo przedstawione zostały niektóre tylko materiały, poniewaŝ wyszczególnienie wszystkich nie jest moŝliwe z uwagi na ich wielką obfitość. Ponadto, materiały publikowane stanowią źródło danych szczególnie godne uwagi dla twórców i uŝytkowników Systemów Informacji Geograficznej, jako Ŝe w kategorii tej mieszczą się niezwykle cenne dane, które stają się nieocenione przy wykonywaniu analiz porównawczych oraz na przykład przy wnioskowaniu o dynamice zjawisk, zachodzących zmianach, itd. Rys. 15. Inwentarz Jaskiń z obszaru Tatrzańskiego Parku Narodowego jest doskonałym przykładem źródła kompleksowych (choć rozproszonych) danych, porównań, analiz itd. 17

18 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 16. Kompleksowe dane o jaskiniach zlokalizowanych na obszarze TPN pozyskane z wykorzystaniem publikowanego źródła danych w tym przypadku Inwentarza Jaskiń Tatrzańskiego Parku Narodowego Rys. 17. Przykład wykorzystania danych pochodzących z materiałów publikowanych (Inwentarz jaskiń tatrzańskich) w Systemie Informacji Geograficznej. Państwowe zasoby danych Dane przestrzenne w postaci zasobu geodezyjnego i kartograficznego moŝna pozyskać (zakupić) z państwowych źródeł danych, zgromadzonych w Centralnym Ośrodku Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej CODGiK lub z ośrodków wojewódzkich 18

19 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH WODGiK (rys. 18) Dane pochodzące z tego zasobu nadają się do wszechstronnego wykorzystania w Systemach Informacji Geograficznej, równieŝ jako dane referencyjne (bazowe, podkładowe). We wspomnianych zasobach zgromadzone są równieŝ zdjęcia lotnicze (rys. 19) (moŝliwe do zakupu w postaci ortofotomapy) oraz Numeryczny Model Terenu (NMT). Rys. 18. Serwis internetowy CODGiK Rys. 19. Dostępna w serwisie internetowym CODGiK mapka prezentująca zasięg pokrycia obszaru Polski kolorowymi zdjęciami lotniczymi. Internetowe źródła danych Internet stanowi bardzo bogate źródło danych przestrzennych udostępnianych odpłatnie i nieodpłatnie. Przykładem mogą być zasoby danych przynajmniej w części udostępnianych nieodpłatnie przez firmy z branŝy GIS, w tym równieŝ te największe jak np. ESRI (rys. 20), oraz przez firmy posiadające zasoby danych przestrzennych, np. NASA i inne. 19

20 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 20. Serwis internetowy Geography Network utrzymywana przez ESRI Inc. W ostatnim czasie coraz popularniejszym źródłem udostępniania danych, zazwyczaj odpłatnie są tzw. geoportale narodowe. Aktualnie w Polsce w fazie budowy jest Geportal.gov.pl (rys. 21), który pozwalał będzie na wyszukiwanie danych (za pośrednictwem katalogu metadanych) oraz ich pozyskanie na określonych warunkach (rys. 22). Rys. 21. Geoportal.gov.pl. 20

21 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Rys. 22. Geoportal.gov.pl wyszukiwanie danych. Kolejnym Internetowym źródłem danych przestrzennych są serwery WMS (Web Map Server), z których moŝna pobrać dane w formacie WMS, stanowiącym jeden ze standardów OGC (Open GeoSpatial Consortium) (rys. 23). Rys. 23. Lista serwerów WMS. 21

22 ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Dane przestrzenne w Internecie często udostępniane są nieodpłatnie i w postaci bezpośrednio nadającej się do uŝytku dzięki czemu są szczególnie cenne na etapie edukacji i praktycznego poznawania technologii i oprogramowania GIS. Inne źródła i zasoby danych przestrzennych Zasoby danych geograficznych znajdują się równieŝ w posiadaniu róŝnych instytucji, których działalność w mniejszej lub większej części związana jest właśnie z opracowaniami, których podstawę stanowią róŝnorakie analizy tych danych. Jako owe instytucje naleŝy rozumieć na przykład: o instytucje centralne (np. Główny Urząd Statystyczny), o wyŝsze uczelnie o róŝnych profilach, o instytuty naukowo-badawcze (badawczo-rozwojowe) związane z róŝnymi branŝami, o parki narodowe, krajobrazowe itp., o firmy prywatne (na przykład z branŝy projektowej, GIS, GPS, geodezyjnej itp.). o Metody pozyskiwania danych przestrzennych Systemy Informacji Geograficznej to systemy geoinformatyczne funkcjonujące dzięki komputerom. Zatem dane przestrzenne (stanowiące podstawę i sens istnienia Systemów Informacji Geograficznej) muszą być dostępne w postaci numerycznej (wektorowej lub rastrowej, które zostaną omówione w dalszej części ksiąŝki). Niektóre z wymienionych źródeł danych funkcjonują od razu w postaci numerycznej, inne zaś naleŝy do tej postaci przetworzyć a następnie pozyskać z nich dane (tab. 4). Tab. 4. Ogólny podział źródeł danych według postaci, w której najczęściej występują. źródło danych postać występowania danych analogowa numeryczna obrazy satelitarne - + zdjęcia lotnicze + + zdjęcia naziemne (stereoskopowe) + + odbiorniki GPS - + automatyczne stacje pomiarowe, loggery - + pomiary geodezyjne + + prace i pomiary terenowe + - mapy i plany + - materiały publikowane + - państwowe zasoby danych - + zasoby danych róŝnych instytucji + + bazy danych geograficznych - + prywatne zasoby danych + + inne

23 L. LITWIN- ŹRÓDŁA DANYCH PRZESTRZENNYCH Materiały źródłowe Ciołkosz A., Kęsik A., 1989: Teledetekcja satelitarna; PWN, Warszawa. Content Standard for Digital Geospatial Metadata National Spatial Data Infrastructure 1997 Federal Geographic Data Committee; documents/metadata/metadata.pdf Cracknell A., Hayes L., 1991: Introduction to Remote Sensing; London, New York, Philadephia. Demis WMS 4.0 Documentation; ESRI White Paper Series; 1996; System Design Strategies Executive Order Prezydenta Clintona z 1994 r. nt. budowy Krajowej Infrastruktury Danych Przestrzennych (NSDI) Gaździcki J.; 2001; Leksykon geomatyczny; Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej, Wyd. Wieś Jutra, Warszawa Gaździcki J.; 2003; Kompendium infrastruktur danych przestrzennych Geography Home Page; geography.about.com GIS Development: The Geospatial Resource Portal; Global Positioning System Primer; Kurczyński Z., Wolniewicz W.; 2002: Piksel schodzi poniŝej metra. Geodeta, nr 7 (86), Warszawa Kurczyński Z., Wolniewicz W.; 2002: Co oznacza piksel poniŝej metra. Geodeta, nr 8 (87), Warszawa Lamparski J.; Układy współrzędnych stosowane w Polsce i ich relacje względem globalnego układu WGS-84, Instytut Geodezji ART Olsztyn Litwin L., 2002: Mapy górnych partii masywu Czerwonych Wierchów opracowane z zastosowaniem oprogramowania GIS [w:] Współczesne Przemiany Środowiska Przyrodniczego Tatr, Kraków-Zakopane. Litwin L., 2002: Application of GIS Tools in Production of Numerical Maps of High- Mountain Karst Area (Tatra National Park, Poland); GIS Odyssey 2002, Zagrzeb. Litwin L., 2003: Type of data used in geographical information for protected areas (using case study of Czerwone Wierchy massif, Tatra National Park) short report; GIS-Interdisciplinary Aspects, Sosnowiec-Zagreb. Litwin L., 2003: Application of ISDS as part of the geographical information system for protected high mountains area using case study of Czerwone Wierchy massif (Tatra National Park, Poland; The 3 rd Interational Symposium on Digital Earth Proceedings, Brno. Litwin L., Guzik M., 2004: Database model of National Park GIS as an element of Spatial Data Infrastructure MAP LoveToKnow Article on MAP; encyclopedia.org/M/MA/MAP.htm Michalak J.; 2000; GML język zapisu geoinformacji; Mat. X Konferencji nauk.-techn. SIP, Zegrze czerwca 2000 Michalak J.; 2001; Problemy standaryzacji w GIS, GIS w praktyce, CPI, Warszawa Mather P., Wiley J., 1987: Computer Processing of Remotely Sensed Images. Milestones in the history of thematic cartography, statistical graphics, and data visualization; OGC Technical Committee of the Open GIS Consortium Inc.; 1998; The OpenGIS Guide Introduction to Interoperable Geoprocessing and the OpenGIS Specification; Open GIS Consortium, Inc.; 2004; Web Map Service Implementation Specification; Open GIS Consortium, Inc.; 1999; OpenGIS Simple Features Specification For SQL; 23