RAJ A., JAŁA Z., CIEŚLAKIEWICZ D., SEŃKOWSKI C., BARANOWSKI M. & RUSZTECKA M. 2004: System Informacji Geograficznej w Karkonoskim Parku Narodowym. In: ŠTURSA J., MAZURSKI K. R., PALUCKI A. & POTOCKA J. (eds.), Geoekologické problémy Krkonoš. Sborn. Mez. Věd. Konf., Listopad 2003, Szklarska Poręba. Opera Corcontica, 41: 576 584. SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ W KARKONOSKIM PARKU NARODOWYM Geographic Information System in the Karkonosze National Park RAJ ANDRZEJ, JAŁA ZYGMUNT, CIEŚLAKIEWICZ DOROTA, SEŃKOWSKI CEZARY, BARANOWSKI MAREK 1 & RUSZTECKA MONIKA 1 Karkonoski Park Narodowy, ul. Chałubińskiego 23, 58 570 Jelenia Góra, PL, e mail: gis@kpnmab.pl 1 Centrum Informacji o Środowisku UNEP/GRID Warszawa, ul. Sobieszyńska 8, 00 764 Warszawa, PL, e mail: grid@gridw.pl W latach 2001 2002 w Karkonoskim Parku Narodowym (KPN) realizowano projekt Plan Ochrony Karkonoskiego Parku Narodowego, w ramach którego powstał System Informacji Geograficznej (System). Głównym zadaniem Systemu jest przede wszystkim wspomaganie efektywnego zarządzania przestrzenią Parku. Wśród pozostałych zadań należy również wymienić pozyskiwanie danych i tworzenie aktualnych zasobów informa cyjnych o Parku. Zadania te są realizowane poprzez aplikacje użytkowe Systemu, które umożliwiają szczegółowe planowanie zabiegów ochronnych (Planowanie i Realizacja), zarządzanie szkółką przy Gospodarstwie Pomocniczym Parku (Szkółka) oraz planowanie badań naukowych w Parku (Rejestr badań naukowych). W pełni funkcjonalny System obejmie wszystkie działy w KPN, przede wszystkim dział finansowo księgowy, zapewni również swobodną wymianę danych między innymi ogólnokrajowymi systemami informacyjnymi. System został opracowany z wykorzystaniem oprogramowania narzędziowego ArcGIS ArcInfo. Oprogramowanie aplikacyjne powstało z wykorzystaniem MapObjects, Visual Basic Professional oraz MS Access. W niniejszej notatce przedstawiono funkcje Systemu, zakres informacyjny bazy danych przestrzennych, zakres funkcjonalny aplikacji użytkowych, a także koncepcję rozwoju Systemu. In the years 2001 2002 the project Management Plan for Karkonosze National Park was implemented. One of the main aim of this project was design and development of the Geographical Information System for Karkonosze National Park. It provides tools for more effective management mainly in forest ecosystems through detailed planning protective tasks. Fully functional System will merge all departments in the Park including book keeping one and should allow for free data exchange with other Systems. An engine of the system is ESRI product ArcGIS ArcInfo. User aplication Plan i Realizacja (which means Plannig and Execution) is based on the ESRI MapObject, Visual Basic Professional and MS Access software. Submitted paper presents: main functions of the System, informational and functional scope, user applications as well as the conception of further system development. 576
Słowa kluczowe: GIS, system zarządzania, plan ochrony Keywords: GIS, management system, management plan WSTĘP Głównym celem działalności parków narodowych jest ochrona przyrody. Cel ten realizowany jest przede wszystkim poprzez odpowiednie zarządzanie środowiskiem przyrodniczym, prowadzenie monitoringu środowiska, organizację badań naukowych, zarządzanie ruchem turystycznym poprzez edukację ekologiczną. Każde z wymienionych zadań ma odniesienie w przestrzeni, dlatego też parki narodowe w sposób szczególny mogą wykorzystywać w swojej pracy System Informacji Geograficznej (GIS). Szczególnie istotną rolą GIS w Karkonoskim Parku Narodowym jest wspomaganie planowania wszystkich działań ochronnych wynikających z Planu Ochrony. W pierwszym etapie wdrażania Systemu jest on wykorzystywany przede wszystkim do obsługi numerycznej postaci planu ochrony parku, którego integralną częścią są mapy tematyczne oraz do tworzenia rocznych planów zabiegów ochronnych. OPIS SYSTEMU INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ KPN Początki tworzenia Systemu Informacji Geograficznej w KPN sięgają 1999 r. i związane były z projektem Phare Preparation for Natura 2000. W czasie projektu dokonano analizy istniejących materiałów kartograficznych, wykonano pierwsze warstwy i mapy numeryczne (gleby, cieki, NMT) oraz porównano istniejące zasoby informacyjne w Karkonoskim Parku Narodowym i w Krkonošskym Narodnim Parku (KRNAP). Zakupiono także pierwsze oprogramowanie i sprzęt. W latach kolejnych (2001 2002) zrealizowano projekt Plan Ochrony Karkonoskiego Parku Narodowego dofinansowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oraz Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (podwykonawca w zakresie GIS UNEP/ GRID Warszawa). W ramach projektu opracowano od nowa operaty ochrony ekosystemów leśnych oraz nieleśnych do Planu Ochrony Parku (głównym wykonawcą było BULiGL Oddz. w Brzegu). Cała dokumentacja łącznie z mapami została wykonana w postaci numerycznej (mapy w formacie ArcView Shape), co niezwykle wzbogaciło zasoby informacyjne Systemu. Jednocześnie rozpoczęto tworzenie specjalistycznego narzędzia (aplikacja użytkowa PiR) do zarządzania numeryczną postacią Planu Ochrony. Istotnym elementem tworzenia systemu informacyjnego jest zaangażowanie wszystkich przyszłych użytkowników w proces jego wdrażania. W Karkonoskim Parku Narodowym potraktowano tę kwestię niezwykle poważnie angażując pracowników parku (leśniczowie, adiunkci) w proces projektowania aplikacji użytkowych. Dzięki temu zakres funkcjonalny aplikacji odpowiada potrzebom użytkowników, a proces wdrażania Systemu przebiega bez większych oporów społecznych. System Informacji Geograficznej Karkonoskiego Parku Narodowego opracowano z wykorzysta niem oprogramowania narzędziowego firmy ESRI ArcInfo, ArcView, ArcIMS, oraz MapObjects. Najważniejszym elementem Systemu jest aplikacja użytkowa leśniczego i adiunkta PiR (Plan i Realizacja), stworzona z użyciem MapObjects, Visual Basic Professional oraz MS Access. Umożliwia ona sporządzanie planów rocznych to znaczy zaplanowanie określonych zabiegów ochronnych we wszystkich obwodach ochronnych. System administrowany jest przez zespół Pracowni GIS Karkonoskiego Parku Narodowego, składający się z trzech osób. Park Posiada również system GPS składający się z odbiorników GeoExplorerII, odbiornika Leica GS50 i własnej stacji referencyjnej. 577
FUNKCJE SYSTEMU Główną funkcją GIS w KPN jest wspieranie procesów decyzyjnych związanych z realizacją statutowych obowiązków parku narodowego, a więc z ochroną przyrody. Drugą ważną funkcją systemu jest dynamiczne wykorzystywanie zasobów informacyjnych bazy danych przestrzennych. Realizację zadań wynikających z Planu Ochrony parku można w uproszczony sposób przedstawić wg następującego schematu: 1) analiza zaleceń długoletniego Planu Ochrony, 2) analiza stanu zasobów przyrodniczych, 3) opracowanie szczegółowych planów rocznych, 4) realizacja planów rocznych. Analogicznie można sprecyzować podstawowe funkcje GIS w Parku: zapewnienie szybkiego dostępu do aktualnej informacji o zasobach parku łącznie z informacją o zaleceniach ochronnych, wykonywanie odpowiednich analiz przestrzennych, a więc tworzenie nowych zasobów danych, wspomaganie opracowywania planów rocznych, wspomaganie i monitorowanie realizacji planów rocznych. Ponadto funkcją Systemu jest także usprawnienie sprawozdawczości poprzez automatyczne generowanie raportów oraz udostępnianie ich użytkownikom Systemu (głównie pracownikom Parku). Kolejną istotną funkcją Systemu jest wspomaganie działalności edukacyjnej i promocyjnej parku poprzez udostępnianie w postaci map tematycznych informacji o Parku w sieci Internet, a także przygotowywanie wielkoformatowych wydruków, map i posterów. W pełnieniu określonych funkcji pomocne są specjalnie opracowane aplikacje użytkownika: PiR (Plan i Realizacja), Szkółka i Rejestr Badań Naukowych. UŻYTKOWNICY SYSTEMU Użytkownicy Systemu dzielą się na użytkowników wewnętrznych i zewnętrznych. Podstawową grupę stanowią użytkownicy wewnętrzni, którymi są: 1) Dyrekcja, 2) leśniczowie, 3) adiunkci, 4) Pracownia GIS. Zadania Dyrekcji Parku polegają przede wszystkim na zatwierdzaniu zakresu działań podejmo wanych przez adiunktów, leśniczych jak również na podejmowaniu określonych decyzji o charakterze strategicznym. Leśniczowie tworzą (z pomocą adiunktów) roczne plany zadań a następnie są odpowiedzialni za ich realizację. Szczegóły działań omawiane są na comiesięcznych naradach (sesjach). Leśniczowie, którzy są ostatecznymi wykonawcami zadań, wnioskują o dokonywanie określonych zmian w bazie danych, na tej podstawie zespół pracowni GIS aktualizuje zasoby informacyjne dla całego Parku. Zadania adiunktów koncentrują się na zatwierdzaniu zakresu i lokalizacji działań zaproponowanych przez leśniczych oraz weryfikacji wyników tych działań po realizacji. Istotną grupę zadań stanowi również gromadzenie zaktualizowanych danych cząstkowych ze wszystkich leśnictw oraz przekazywanie tych danych do zespołu administrującego Systemem. Zespół pracowni GIS pełni funkcję administratora Systemu. Jego zadaniem jest zarządzanie zasobami informacyjnymi, zbieranie i scalanie danych cząstkowych pochodzących z leśnictw i aktualizacja baz danych. Użytkownicy zewnętrzni to wszyscy odbiorcy informacji o Parku nie będący jego pracownikami. Istotną formą udostępniania informacji użytkownikom zewnętrznym jest sieć Internet. 578
STRUKTURA SYSTEMU Baza danych przestrzennych Karkonoskiego Parku Narodowego ma strukturę dostosowaną do specyfiki pracy w Parku pracy na różnych poziomach szczegółowości, dostępności oraz na zróżnicowanym zasięgu przestrzennym danych (obszar parku, obszar obwodów ochronnych). W bazie danych wydzielono trzy zasadnicze obszary danych (Ryc. 1.): obszar roboczy, w którym przechowywane są dane cząstkowe, będące wynikiem z bieżących prac i analiz przestrzennych prowadzonych przez zespół GIS, hurtownia danych, w której przechowywane są najbardziej aktualne dane o charakteryzujące przyrodę całego Parku, obszary aplikacji użytkowych, w których przechowywane są dane cząstkowe pochodzące z przetworzeń aplikacji użytkowych Systemu. Poza wymienionymi powyżej obszarami, wydzielono również obszar udostępniania danych oraz obszar WWW. DANE ZASILAJĄCE BAZĘ Głównym źródłem danych przestrzennych Systemu są zasoby pozyskane w ramach inwentaryzacji ekosystemów leśnych i nieleśnych. Niektóre warstwy informacyjne (gleby, geologia, linie cieków i mapa roślinności rzeczywistej wg Matuszkiewicza) powstały w wyniku konwersji starych map w postaci analogowej (z operatów Planu Ochrony Parku) na postać numeryczną. Istotnymi warstwami podkładowymi w Systemie są numeryczny model rzeźby terenu (NMRT) oraz ortofotomapa. Wszystkie dane przestrzenne przechowywane są w formacie nakładek ArcInfo oraz w układzie współrzędnych 1965. Zakres informacyjny bazy danych systemu KPN oparto na Modelu danych dla polskich Parków Narodowych, który został opracowany wspólnie przez Krajowy Zarząd Parków Narodowych, Wigierski i Karkonoski PN. Zawiera on uporządkowaną listę klas i podklas obiektów oraz przyporządkowane im warstwy tematyczne. Zakres informacyjny systemu przedstawia Tab. 1. Jest on systematycznie aktualizowany oraz wzbogacany o nowe warstwy informacyjne powstające w wyniku przetworzeń i analiz przestrzennych. APLIKACJE UŻYTKOWE W Systemie można wyróżnić cztery aplikacje, które odpowiadają za realizację potrzeb grup użytkowników wewnętrznych.: AP1 do planowania i realizacji szczegółowych zadań w obwodach ochronnych w ciągu roku, nazywana dalej PiR (Plan i Realizacja). AP2 umożliwiająca tworzenie świadectw pochodzenia materiału nasadzeniowego w szkółce leśnej, pozwalająca na śledzenie drogi nasion od momentu zebrania, do nasadzenia małego drzewka na stanowiskach w określonym miejscach Parku. AP3 służąca do tworzenia bazy danych badań naukowych historycznych i aktualnie prowad zonych w parku. Aplikacja ta będzie wspomagała planowanie projektów badawczych w Parku. AP4 do wizualizacji zasobów bazy danych przestrzennych Parku oraz tworzenia map tematycznych przez użytkowników wewnętrznych Parku. 579
Użytkownicy zewnętrzni będą mięli dostęp do odpowiednich map tematycznych poprzez aplikację AP5. Z wykorzystaniem Internetu oraz oprogramowania ArcIMS będzie możliwy dostęp do wybranych zasobów bazy danych, przygotowanych do udostępnienia dla każdego potencjalnego użytkownika sieci Internet zainteresowanego Karkonoskim Parkiem Narodowym. APLIKACJA PIR PLANOWANIA REALIZACJI Aplikacja PiR jest najważniejszym i najbardziej rozbudowanym narzędziem służącym do wspomagania planowania prac w parku. Opracowana została w oprogramowaniu Visual Basic Profes sional i MapObjects oraz MS Access. Składa się z dwóch modułów: graficznego i bazodanowego. Moduł graficzny posiada funkcjonalność zbliżoną do ArcView i stanowi zaawansowaną przeglądarkę zasobów bazy danych przestrzennych w postaci plików ArcInfo, ArcView Shape oraz plików rastrowych. Użytkownik ma możliwość przeglądania danych w postaci map i tabel, może je analizować, formułować zapytania do bazy oraz wybierać obiekty do planowania. W części bazującej na formularzach MSAccess, powiązanej z modułem graficznym bezpośrednim linkiem, odbywa się proces planowania szczegółowych zadań rocznych na obiektach wybranych wcześniej w przeglądarce. Ogólnie zakres funkcjonalny aplikacji PiR obejmuje: 1. Przeglądanie i analizę zasobów GIS (mapy, bazy danych). 2. Odpowiedzi na konkretne pytania naszych leśniczych. 3. Wyszukiwanie obiektów do planu. 4. Planowanie wraz z wizualizacją planu. 5. Realizacja wraz z wizualizacją. 6. Obieg dokumentów, raportowanie. Aplikacja, dzięki wbudowanemu kalkulatorowi SQL ma bardzo duże możliwości analizowania informacji poprzez tworzenie zapytań. Niezwykle przydatna w pracy leśniczego jest możliwość wyświetlania warstw na tle ortofotomapy. FUNKCJONOWANIE SYSTEMU Poprawne działanie Systemu w Parku wymaga odpowiedniego zaplecza technicznego oraz infrastruktury informatycznej. KPN posiada sieć komputerową LAN w budynku Dyrekcji parku oraz bezpośrednie połączenia z kancelariami Obwodów Ochronnych poprzez łącza ISDN. Konfiguracja poszczególnych stacji roboczych jest zależna od aktualnych zasobów sprzętowych Parku. Można jednak wyróżnić typy zestawów oprogramowania aplikacyjnego przypisane do użytkowników Systemu: leśniczowie: AP1, AP4; szkółka leśna: AP2; dyrekcja: AP4; adiunkci w siedzibie Parku: AP1, AP4; adiunkci w ośrodku edukacyjnym: AP3, AP4. Stacje robocze zespołu administratorów Systemu są ponadto wyposażone w pakiet oprogramo wania narzędziowego ArcGIS. Szczegółowy schemat struktury informatycznej Systemu przedstawiono na Ryc. 2. 582
Ryc. 2. Struktura organizacyjna Systemu w Karkonoskim Parku Narodowym. Fig. 2. Orghanization structure of the GIS in Karkonosze National Park. 583
PODSUMOWANIE I WNIOSKI System Informacji Geograficznej KPN jest z założenia systemem otwartym, gotowym na korekty i dalszą rozbudowę. Obecnie trwa testowanie aplikacji w codziennym zarządzaniu parkiem, tworzone są plany roczne, uzupełniane bazy danych. Istnieją też koncepcje rozwoju i doskonalenia Systemu, a także poszerzenia jego funkcjonalności o pozostałe sekcje parku, w tym dział finansowo księgowy. Ogólna koncepcja rozwoju GIS w KPN powinna uwzględniać następujące założenia: 1. Zachowanie idei systemu otwartego. 2. Dążenie do integracji z innymi systemami: inne Parki Narodowe, Lasy Państwowe. Parki Krajobrazowe, gminy, powiaty, Dolnośląski System Informacji Przestrzennej. 3. Opracowanie standardu mapy numerycznej parku narodowego. 4. Zgodność z innymi standardami, w tym międzynarodowymi. 5. Kontynuowanie współpracy z czeskim KRNAP w celu stworzenia systemu informacyjnego dla całych Karkonoszy. Szczegółowy program działań obejmuje: 1. Udoskonalanie aplikacji użytkowych PiR, Szkółka, Rejestr Badań Naukowych (w szczególności rozwój aplikacji PiR dopracowanie modułu Realizacja, uwzględnienie zastrzeżeń użytkowników). 2. Opracowanie projektów nowych aplikacji. 3. Integracja systemu z działem finansowo księgowym. 4. Usprawnienie systemu obiegu dokumentów i raportowania również na poziomie krajowym. 5. Rozbudowa systemu GPS. 6. Przejście na układ odniesienia 1992. 7. Rozbudowa bazy danych. 8. Uruchomienie profesjonalnego serwisu Internetowego dającego dostęp do zasobów GIS tzw. WebGIS. GIS w parku narodowym to przede wszystkim system wspomagania decyzji, usprawniający zarządzanie środowiskiem, co w efekcie poprawia skuteczność ochrony przyrody. Korzyści, jakie niesie ze sobą System Informacji Geograficznej, są w związku z tym bardzo duże, choć w sensie ekonomicznym niekiedy są trudne do uchwycenia. 584