Marcin Guzik Tatrzański Park Narodowy GIS TPN SYSTEM GIS-TPN Streszczenie System GIS w Tatrzańskim Parku Narodowym zaczął być budowany w 2000 roku, obecnie jego budowa jest n półmetku. Przebrnięto już przez etap angażujący największe środki (zakup sprzętu i oprogramowania oraz części danych) i powoli użytkownicy zaczynają korzystać z udogodnień, jakie oferuje im system. Wstęp Park Narodowy to najważniejsza obszarowa forma ochrony przyrody w Polsce. Jego zadaniem jest chronienie różnorodności biologicznej, zasobów, tworów i składników przyrody nieożywionej i walorów krajobrazowych; przywrócenie właściwego stanu zasobów i składników przyrody oraz odtworzenia zniekształconych siedlisk przyrodniczych. Aby dobrze realizować wymienione zadania konieczna jest olbrzymia ilość danych o środowisku przyrodniczym, historii użytkowania terenu, obecnych zagrożeniach itp. Aby dobrze zarządzać tymi danymi, usprawnić procesy ich pozyskiwania, przechowywania, przetwarzania oraz analizowania buduje się w Parkach Narodowych systemy geoinformatyczne. Tatrzański Park Narodowy od kilku lat prowadzi pracę nad budową systemu informacji przestrzennej. Początki, to rok 2000, kiedy wyposażono pracowników Parku w odbiorniki GPS, które wykorzystywane są do zbierania danych przyrodniczych z terenu TPN. Kolejnym etapem było zatrudnienie pracownika zajmującego się GIS-em w Parku i zakup oprogramowania ArcGIS, które jest w chwili obecnej podstawowym elementem systemu GIS-TPN. Następny krok w budowie systemu geoinformatycznego to zakup oprogramowania do analizowania danych rastrowych- ER Mapper. Obecnie trwają prace nad wdrożeniem Internetowego Serwera Danych Przestrzennych, który udostępni zgromadzone dane w sieci Internet. Najważniejszym jednak wydarzeniem, jest fakt wykonania w dniu 24 sierpnia 2004 r zdjęcia satelitarnego obszaru całych Tatr. Zdjęcie to będzie podstawą do analiz środowiska przyrodniczego Tatr i stworzenia nowych map. Architektura systemu GIS-TPN Uprawnienia dostępu do systemu GIS-TPN zostały zhierarchizowane i dostosowane do wiedzy i umiejętności użytkowników. Najważniejszym miejscem w systemie jest stanowisko Administratora, wyposażone w mocny komputer, programy do tworzenia nowych danych oraz ich analizowania (ArcGIS ArcINFO, ER Mapper, Pathfinder Office, Konfigurator ISDP). Stanowisko
Administratora wyposażone jest także w kolorowy ploter hp500ps. Stworzone przez administratora warstwy tematyczne udostępniane są zaawansowanym użytkownikom systemu na lokalnym serwerze. Zaawansowani użytkownicy systemu GIS-TPN posiadają stanowiska pracy wyposażone w program ArcGIS ArcView do tworzenia oraz aktualizacji warstw tematycznych. Stanowiska te wyposażone są także w przystawki do transferu danych pomiędzy odbiornikiem GPS a komputerem oraz oprogramowanie Pathfinder Office do obsługi GPS. Zaawansowany użytkownik w zależności od przydzielonych uprawnień może modyfikować pliki *.shp pobrane z lokalnego serwera. Pliki te po zmodyfikowaniu wysyłane są do administratora systemu, który po weryfikacji udostępnia je innym użytkownikom. System GIS-TPN wyposażony jest w jeszcze jeden ważny element- stanowisko Natura 2000. Natura 2000 to wysokiej klasy komputer wyposażony w skaner A4, drukarkę kolorową A3, oprogramowanie ArcGIS ArcView, GeoMedia, Pathfinder Office oraz przystawkę do transferu danych z GPS. Stanowisko to przeznaczone jest dla pracowników terenowych, którzy dzięki niemu mają możliwość pracy w systemie GIS-TPN i korzystania z wszystkich możliwości oprogramowania GIS. W chwili obecnej leśniczówki nie posiadają dostępu do Internetu, w momencie, gdy zostanie zapewniony dostęp do sieci, leśniczowie będą korzystali głównie z komputerów w swoich biurach. GPS Global Positioning System (GPS) to system oparty na satelitarnych sygnałach radiowych wysyłanych z 24 satelitów NAVSTAR. Sygnały te po dotarciu do odbiornika naziemnego pozwalają na wyznaczenie dokładnej pozycji, prędkości i czasu, w każdym miejscu kuli ziemskiej, niezależnie od pory dnia i nocy oraz warunków pogodowych. Autoryzowani użytkownicy systemu otrzymują z satelity poprawną informację na temat swojej lokalizacji, natomiast inni szyfrowaną depeszę z tzw. błędem selektywnym (SA), który w początkowym okresie dochodził do ±100 m. Na mocy decyzji Prezydenta USA z dnia 1.05.2000, zakłócanie sygnału zostało poważnie ograniczone, a średni błąd określania pozycji waha się w granicach kilku metrów. W celu wyeliminowania błędu SA i zwiększenia precyzji pomiaru stosuje się w TPN tryb pomiaru różnicowego DGPS (Differential GPS). Korekcja może być dokonywana w czasie rzeczywistym (satelita geostacjonarny LANDSTAR)- odbiornik ProXRS, lub w trybie post-processing tj. po zakończeniu pomiarów (przy wykorzystaniu danych ze stacji bazowej TPN: N 49 17 05.83 ; E 19 58 19.44 ; 955.5 HAE) TPN na początku 2000 roku zakupił jeden odbiornik Pathfinder ProXRS firmy Trimble z rejestratorem polowym TSC1 i wymienną pamięcią typy flash 48 MB, 13 odbiorników GPS GeoExplorer- przeznaczonych dla pracowników terenowych oraz stację bazową GPS (ProXRS).
Przy prowadzeniu pomiarów GPS w wysokogórskim terenie, konieczne jest przed każdą poważną sesja pomiarową zaplanowanie misji. Odpowiednie zdefiniowanie horyzontu a co za tym idzie możliwości śledzenia przez odbiornik satelitów gwarantuje powodzenie pomiarów. W wysokich położeniach górskich, gdy horyzont jest odsłonięty odbiorniki GPS potrafią śledzić naraz 10 satelitów, w wąskich i głęboko wciętych dolinach widoczność satelitów spada nieraz do zera (dlatego tak ważnym elementem jest planowanie misji w przypadku gdy idzie się w trudny teren). W czasie pomiarów pracownicy TPN korzystają z przygotowanych słowników, które ułatwiają zbieranie atrybutów mierzonych obiektów. W chwili obecnej istnieją następujące słowniki: Hodowla Pomnik Szkody Sanitarne Flora Fauna Orografia Lawiny Remonty Szlaki Kultura Budynki Zanieczyszczenia GPS wykorzystuje się najczęściej przy projektowaniu remontów szlaków, do pomiaru powierzchni przeznaczonych do zabiegów hodowlanych, do określenia lokalizacji obiektów (nory świstaków, drzewa pomnikowe, stanowiska florystyczne) a także przy pomiarach wyznaczania tras narciarskich na Kasprowym Wierchu. Zebrane dane są korygowane w trybie post-processing a następnie eksportowane do postaci *.shp i dalej obrabiane w oprogramowaniu ArcGIS. W związku z wykorzystywaniem w pracach GPS-ów (pracujących w układzie UTM) oraz chcąc budować wspólny system GIS ze słowackim TANAP-em zdecydowano, że dane gromadzone będą w odwzorowaniu UTM strefa 34N opartym na elipsoidzie WGS 84. Do transformacji danych z układu 1965 oraz 1992 do WGS 84 wykorzystywany jest program TraKo otrzymany z DG LP, a zmiana odwzorowania z WGS 84 do UTM 34N odbywa się w programie ArcGIS. ArcGIS Podstawowym GIS-owym programem, który jest wykorzystywany w pracach w Tatrzańskim Parku Narodowym jest ArcGIS. TPN w chwili obecnej wyposażony jest w licencję sieciową oprogramowania ArcGIS ArcINFO w wersji 8.3 wraz z rozszerzeniami (3D Analyst, Spatial Analyst, Geostatistical Analyst), a także 3 licencje sieciowe oraz jedną pojedynczą programu ArcGIS ArcView 8.2. Podczas prac w terenie wykorzystywany jest także program ArcPad zainstalowany na palmptopie. Oprogramowanie ArcGIS w TPN wykorzystywane jest w trzech głównych celach:
tworzenie map, wizualizacja zjawisk przestrzennych, oraz analizy przestrzenne. Do wizualizacji bardzo często wykorzystywany jest rozszerzenie 3D Analyst. Przy użyciu ArcScene wykorzystując ortofotomapę i NMT tworzone jest przestrzenne zobrazowanie terenu. Wygenerowany w ten sposób obraz bardzo wiernie oddaje ukształtowanie terenu i pozwala spojrzeć na Tatry z powietrza lub z miejsc, które normalnie są niedostępne. Tworzone mapy, bazujące na danych pozyskanych przy wykorzystywaniu technologii GPS, fotogrametrii i teledetekcji, stanowią obiektywny materiał do badania zmian, jakie zachodzą w środowisku przyrodniczym Tatr i dostarczają rzeczowych argumentów do dyskusji na ten temat (np. ograniczenia przestrzenne uprawiania narciarstwa w rejonie Kasprowego Wierchu). Wizualizacja niektórych zdarzeń lub procesów pozwala w lepszy sposób dotrzeć do odbiorcy i wpłynąć na jego decyzje (wypadki śmiertelne w Tatrach, przebieg gradacji kornika). ER Mapper Oprogramowanie ER Mapper jest w posiadaniu TPN od końca 2003 r. Głównym zadaniem tego programu jest praca z obrazami rastrowymi i takie było założenie w chwili jego zakupu. W przeciągu tego roku oprogramowanie to wykorzystywano głównie do: kompresji danych rastrowych (ECW) i mozaikowania map. Wykonano także pierwsze próby ortorektyfikacji archiwalnych zdjęć lotniczych oraz klasyfikacji obrazów satelitarnych. Próby wypadły pomyślnie i w najbliższym okresie planowane jest przy pomocy tego programu wykonanie ortofotomapy TPN ze zdjęć lotniczych z lat 1955-56. Program ER Mapper posiada bardzo interesującą metodę kompresji ECW, która pozwala na zmniejszenie wielkości plików z obrazami nawet kilkadziesiąt razy (np. mozaika 26 arkuszy mapy 1:10.000 zajmowała przed kompresją 3,68 GB, a po kompresji tylko 37,1 MB). Darmowe wtyczkiplug-ins pozwalają na wykorzystywanie skompresowanych plików w programach GIS-owych (np. ArcGIS), graficznych (np. Photo Shop) oraz biurowych (np. MS Office). ISDP Internetowy Serwer Danych Przestrzennych (ISDP) jest aplikacją przeznaczoną do udostępniania danych geograficznych w środowisku Internet/Intranet. ISDP to specjalistyczny serwer mapowy, który umożliwia dowolnej liczbie użytkowników korzystanie z zasobów danych przestrzennych w postaci interaktywnych map, zestawień danych oraz wyników analiz za
pośrednictwem ogólnodostępnych i popularnych przeglądarek WWW Internet Explorer, Opera, Netscape, Mozilla. ISDP umożliwia wykonywanie szerokiego zakresu czynności związanych z prostym w obsłudze i efektywnym korzystaniu z Systemu Informacji Geograficznej poprzez zintegrowane aplikacje. Aplikacja podglądu mapy jest podstawową aplikacją ISDP, która umożliwia m.in. przeglądanie warstw tematycznych, generowanie prostych zapytań do bazy danych, wykonywanie analiz przestrzennych, tworzenie buforów, tworzenie raportów i druk mapy. Aplikacja edytora metadanych umożliwia tworzenie metadanych opisujących zbiór danych przestrzennych oraz ich modyfikowanie i uaktualnianie. Do przeglądania metadanych wykorzystywana jest aplikacja przeglądarki metadanych. Konsola warstw przeznaczona jest do pobierania przez uprawnionego użytkownika (użytkownik zaawansowany) warstw danych przestrzennych z bazy danych z przeznaczeniem do podglądu lub edycji oraz do kontroli aktualności warstw danych. W przypadku pobrania warstwy danych do edycji Konsola umożliwia użytkownikowi ponowne zasilenie warstwy do bazy (np. po modyfikacji warstwy przeprowadzonej z wykorzystaniem pakietu oprogramowania ArcGIS). Z myślą o wspomaganiu pracy Parku Narodowego ISDP zostało wyposażone w dodatkowe aplikacje: ewidencja gruntów i budynków, gospodarka leśna, badania naukowe, edytor zezwoleń, zdalny zasilacz warstw dla leśniczych. Dane serwowane przez ISDP już od początku roku dostępne są w sieci lokalnej, a obecnie trwają prace nad udostępnieniem ich w sieci Internet. Działanie serwera można testować na stronie www.gis.tpn.pl. Dane Zgromadzone w systemie GIS-TPN dane pochodzą z różnych źródeł: Urząd Marszałkowski Województwa Małopolskiego- mapy topograficzne, fotomapa; Powiatowy Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej w Zakopanemmapy ewidencyjne; Wojskowe Centrum Geograficzne- archiwalne zdjęcia lotnicze; Satelitarne Centrum Operacji Regionalnych- zdjęcia satelitarne- Ikonos; Internet- zdjęcia satelitarne- Landsat, Biuro Urządzania Lasu i Geodezji Leśnej- opis taksacyjny drzewostanów, mapy leśne; Opracowania naukowe- prace magisterskie i doktorskie Plan ochrony TPN.
Dane wektorowe to w większości: pomiary GPS wykonywane przez pracowników Parku, oraz zwektoryzowane mapy i fotomapy. Dane rastrowe TPN posiada w postaci rastrowej komplet map topograficznych w skalach: 1:50.000, 1:25.000, 1:10.000. Mapy w skali 1:10.000 są rozwarstwione- można wyświetlić samą rzeźbę (warstwice, rysunek skał) lub sytuacje (drogi, lasy, miejscowości). Oprócz map topograficznych system zasiliły także: mapa geologiczna w skali 1:10.000; fotomapa ze zdjęć lotniczych w skali 1:10.000; mapy gospodarcze z roku 1991 i kilka arkuszy z roku 1975, mapy ewidencji gruntów i budynków oraz zdjęcia satelitarne. Najnowszym nabytkiem jest wysokorozdzielcze zdjęcie satelitarne z satelity Ikonos wykonane 24 sierpnia 2004 r. Obejmuje ono swym zasięgiem całe Tatry i jest pierwszym tak szczegółowym zobrazowaniem tego obszaru. W chwili obecnej trwają prace nad przetworzeniem obrazu satelitarnego do postaci ortofotomapy, która będzie podstawą do dalszych analiz. Obraz z Ikonosa dostarczany jest w 4 kanałach spektralnych (R,G,B,IR) o rozdzielczości terenowej 4 m oraz kanale panchromatycznym 1 metrowym. Kanał podczerwony wykorzystywany będzie do badania stanu zdrowotnego lasów tatrzańskich. W skład danych systemu GIS-TPN wchodzi także numeryczny model terenu (NMT) wykonany na podstawie wojskowych map topograficznych w skali 1:10.000. Model opracowany jest w postaci GRID oraz TIN. Dane wektorowe Dane wektorowe systemu GIS są ciągle tworzone i modyfikowane. Najmniej zmieniającymi się warstwami, są te pochodzące ze zwektoryzowanych map lub fotomap- przedstawiają one obraz przestrzeni na określoną chwilę. Do warstw takich zaliczyć można: geologię, gleby, leśny podział powierzchniowy. Warstwa leśnego podziału powierzchniowego jest bardzo ważną składową systemu GIS. W wyniku przyłączenia danych opisowych pochodzących z bazy danych SILP do tej warstwy możliwe jest uzyskanie różnorakich map tematycznych np. siedliskowych typów lasów, drzewostanów, zabiegów ochronnych itp. Dane faunistyczne to pochodzące z pomiarów GPS informacje o lokalizacji zimowych nor świstaków, lokalizacji gawr niedźwiedzi, a także nanoszone na mapę wyniki obserwacji telemetrycznych niedźwiedzia.
Dane wektorowe dotyczące turystyki to m.in.: przebieg szlaków turystycznych, szlaki rowerowe, nartostrady, wyciągi narciarskie, lokalizacja kierunkowskazów, punkty wejściowe, parkingi, schroniska. W stosunku do danych wektorowych konieczne jest jeszcze zaangażowanie sporych nakładów pracy, aby osiągnąć zamierzony cel. Mając jednak dobre podstawy (fotomapa satelitarna) cel ten za niedługo zostanie osiągnięty. Podsumowanie W chwili obecnej TPN posiada komplet oprogramowania GIS-owego, które pozwala na zaspokojenie codziennych potrzeb. Teraz działania zespołu ds. GIS koncentrować się będą na pozyskiwaniu danych, gdyż posiadane przez TPN dane nie są w jeszcze kompletne. Najważniejszy krok w tym kierunku został już przez Park poczyniony- zakupiono wysokorozdzielcze zdjęcie satelitarne. Zdjęcie to po przetworzeniu do postaci fotomapy będzie podstawą systemu GIS-TPN i pozwoli na stworzenie wiarygodnych i aktualnych warstw tematycznych.