Warsztaty: Geograficzne Systemy Informacyjne w Parkach Narodowych Zakopane 20-21.05.2004 SYSTEM INFORMACJI PRZESTRZENNEJ BIESZCZADZKIEGO PARKU NARODOWEGO Adrian Madejczyk Ośrodek Naukowo- Dydaktyczny Bieszczadzkiego Parku Narodowego 38-700 Ustrzyki Dolne, ul. Bełska 7; amadejczyk@bdpn-ond.pl 1.Wstęp System Informacji Przestrzennej (zwany też potocznie GIS = ang. Geographical Information System) to zgodnie z definicją system pozyskiwania, przetwarzania i udostępniania danych, w których zawarte są informacje przestrzenne oraz towarzyszące im informacje opisowe o obiektach wyróżnionych w części przestrzeni objętej działaniem sytemu. W przypadku Bieszczadzkiego Parku Narodowego definicja ta jest realizowana w pełni mimo wielu utrudnień i problemów wynikających ze specyfiki Parku, przede wszystkim jego rozległości i zróżnicowania. Początki GIS-u w Bieszczadach sięgają roku 1994, kiedy to przystąpiono do zakrojonych na szeroką skalę prac związanych ze sporządzeniem 20-letniego Planu Ochrony dla Parku. Prace te objęły wszystkie dziedziny nauki funkcjonujące w BdPN i zostały kompleksowo przeprowadzone przez wybitnych specjalistów, rekrutujących się głównie z krakowskiego środowiska naukowego, wspomaganych przez pracowników naukowych Parku. To właśnie opracowanie ukończone i zatwierdzone przez Ministra Środowiska w 1996 r. stało się podstawą do stworzenia Sytemu Informacji Przestrzennej w Bieszczadzkim PN. W 2001 r. dzięki dotacji finansowej z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej można było przystąpić do realizacji informatycznej części tworzenia Systemu. W wyniku przetargu do wykonania tego trudnego i wymagającego zadania wyłonione zostało Przedsiębiorstwo Wielobranżowe Krameko z Krakowa. Przez 2 lata przetworzono do postaci cyfrowej szereg materiałów źródłowych, opracowano po konsultacjach z ekspertami strukturę systemu, wykonano wiele prac edycyjnych, przygotowano programy autorskie dla systemu i złożono to wszystko w spójną i funkcjonującą całość. O ostatecznym efekcie zadecydowała praca wielu ludzi, dla których tworzenie tego Sytemu było z pewnością wyzwaniem i szansą na uzyskanie doświadczenia przy tworzeniu GIS-u dla takich specyficznych instytucji jaką jest Park Narodowy 1
Madejczyk A. - System Informacji Przestrzennej Bieszczadzkiego Parku Narodowego 2. Ogólny schemat SIP w Bieszczadzkim PN Twórcy Systemu w BdPN postanowili oprzeć jego strukturę na podziale tematycznym dokonanym już przy pozyskiwaniu danych (czyli przy tworzeniu Planu Ochrony), wyróżniając takie działy jak: - Ewidencja gruntów, - Leśna Mapa Numeryczna, - Statystyczno-matematyczna metoda inwentaryzacji, - Ochrona gleb, - Ochrona zbiorowisk roślinnych, - Ochrona flory, - Ochrona fauny, - Ochrona walorów krajobrazowych, - Ochrona walorów kulturowych, - Udostępnianie turystyczne, - Zagospodarowanie przestrzenne, - Opracowanie zbiorcze synteza planu. Przedstawiony podział dotyczy zarówno części geometrycznej, gdzie warstwy zostały umieszczone w poszczególnych katalogach na serwerze właśnie według powyższego podziału, jak i warstw tabelarycznych, czyli bazy danych przystosowanej także dla wspomnianej struktury. Poszczególne działy tematyczne wyodrębniono w taki sposób, aby mogły funkcjonować samodzielnie i niezależnie od pozostałych, co nie wyklucza jednak części wspólnych pomiędzy nimi. Wśród danych geometrycznych istnieją ponadto kategorie, niemające swoich odpowiedników w części tabelarycznej, takie jak: - numeryczny model terenu, - ortofotomapa, - dane rastrowe (mapy topograficzne i inne). Natomiast w bazie danych znajduje się również szereg tabel bez bezpośrednich odpowiedników wśród danymi przestrzennych. Grupują one wiele danych opisowych niezbędnych dla funkcjonowania systemu od tabel konfigurujących bazę i serwer, przez tabelę z danymi osobowymi pracowników, do tabel wykorzystywanych przy sporządzaniu rocznych, czy dwudziestoletnich planów ochrony. 2
Warsztaty: Geograficzne Systemy Informacyjne w Parkach Narodowych Zakopane 20-21.05.2004 3. Struktura i format danych Dla danych geometrycznych w Systemie Bieszczadzkiego Parku Narodowego przyjęto format SHP właściwy oprogramowaniu firmy ESRI. Format ten pozwala na zachowanie informacji o strukturze przestrzennej obiektów, oraz zawiera informacje opisowe, które jednak zostały ograniczone do minimum (zawierają jedynie pole ID identyfikujące dany obiekt) tak, aby warstwy wektorowe nie przenosiły zbędnej informacji właściwej dla tabel z baz danych. Dodatkowo dla każdej z warstw geometrycznych określone są metadane (czyli opisy sposobu i miejsc tworzenia warstw, a także specyfikacja źródeł, z których powstały warstwy) przechowywane w plikach formatu XML. Atrybuty opisowe elementów przestrzennych zostały umieszczone w tabelach relacyjnej bazy danych. Są one automatycznie przyłączane do danego obiektu podczas jego wywoływania przy wykorzystaniu kluczy relacji i identyfikatorów (pole ID). Kolejną grupą danych przechowywaną w bazie, są specyficzne obiekty przestrzenne wykorzystywane przy określaniu zasięgu danych zabiegów i działań w ramach planów ochrony. Obiekty te są w pełni reprezentowalne w przestrzeni geograficznej i przechowuje się je w tabelach w polach typu BLOB. Ponadto w Systemie są również wykorzystywane takie formaty plików jak: LYR pliki kompozycji określają sposób wyświetlania jednej lub wielu warstw geometrycznych w połączeniu z określonymi atrybutami, MXD pliki map zawierają informacje dotyczącą tak symbolizacji i etykietowania określonych warstw jak i kompozycji mapy, skali, legendy, ramki współrzędnych, czy też wielkości arkusza i jego orientacji, EXE pliki wykonawcze są to programy zewnętrzne i elementy sytemu umieszczone jako programy wykonawcze (np. panoramy z punktów monitoringu turystycznego), TIFF, ECW pliki rastrowe reprezentują cyfrową postać źródłowych map topograficznych i tematycznych oraz ortofotomapa, GRID pliki rastrowe reprezentują elementy numerycznego modelu terenu. Wszystkie przedstawione pliki umieszczone są na serwerze i na bieżąco archiwizowane. 3
Madejczyk A. - System Informacji Przestrzennej Bieszczadzkiego Parku Narodowego 4. Oprogramowanie i budowa Systemu System Informacji Przestrzennej BdPN oparty jest na sprawdzonym oprogramowaniu ArcMap ver. 8.2 firmy ESRI. Dodatkowo wyposażono ten pakiet o rozszerzenia takie jak: Spatial Analyst analizy przestrzenne, operacje na danych rastrowych, 3D Analyst analizy 3D, modelowanie terenu, operacje na modelu, Geostatistical Analyst przestrzenne analizy statystyczne. Dodatkowo System został wyposażony w szereg autorskich programów i narzędzi przygotowanych przez wykonawcę firmę Krameko z Krakowa, wśród tych dodatków do najistotniejszych należą: Katalog warstw narzędzie do zarządzania warstwami, gdzie dokonano podziału według tematyki, formatu danych i źródła ich pochodzenia, a także wyposażono w szereg opcji ułatwiających zarządzanie (np. dodawanie rastrów po atrybucie przestrzennym, zmiana projekcji warstwy czy rastra, zmiana układów współrzędnych warstw wektorowych i rastrów, zmiana rozdzielczości rastrów), Operaty tematyczne jest to zestaw operatów tematycznych (ok. 180), mający za zadanie ułatwienie dostępu do danych tak opisowych jak i geometrycznych. Podczas wywoływania dane operatu automatycznie wyświetlana jest właściwa warstwa wektorowa (o ile taka istnieje) i prezentowany jest właściwy operat (ryc. 1), który pozwala na dokonywanie selekcji po określonym atrybucie jak i na edycje atrybutów. Ryc. 1 Okno operatu wydzielenia leśnej mapy numerycznej 4
Warsztaty: Geograficzne Systemy Informacyjne w Parkach Narodowych Zakopane 20-21.05.2004 Baza zmian narzędzie wchodzące w skład paska edycji, określające właściwości przeprowadzonych operacji (użytkownik, data, obiekt) zarówno dla atrybutów jak i dla obiektów przestrzennych, umożliwiające również cofnięcie zmian w Systemie do określonej daty lub operacji. Topologia program kontrolujący topologię modyfikowanych obiektów, posiadający również możliwość sprawdzenia topologii w zewnętrznym programie PC ArcInfo 4.0 (ESRI). Ponadto System został wyposażony w szereg innych dodatkowych narzędzi uzupełniających funkcjonalność oprogramowania firmy ESRI (ryc.2), od takich elementów jak panel startowy (logowanie użytkownika), przez narzędzia edytorskie (menadżer edycji warstw, kreator raportów, kreator warstw pochodnych, kreator przecinania warstw, menadżer stylów) aż do prezentacyjnych programów autorskich (multimedia, wizualizacja 3D powierzchni ATPOL). Ryc.2 Wizualizacja 3D powierzchni monitoringowej sieci ATPOL Struktura sytemu oparta jest na serwerze plików funkcjonującym w środowisku Linux (SuSE 7.2) i na klientach serwera, czyli komputerach klasy PC z systemem operacyjnym MS Windows (2000 lub XP). Całość funkcjonuje w postaci sieci użytkowników w domenie, która zapewnia kontrolowany dostęp do serwera i komputerów użytkowników. Pliki z serwera są udostępniane w środowisku Windows dzięki programowi Samba funkcjonującemu 5
Madejczyk A. - System Informacji Przestrzennej Bieszczadzkiego Parku Narodowego na serwerze, natomiast komunikacja z bazą danych DB2 zapewniona jest przy wykorzystaniu oprogramowania klienckiego DB2 na komputerze każdego z użytkowników. Dodatkowo sieć jest połączona z środowiskiem zewnętrznym (siecią Internet) poprzez stałe łącze SDI i router, który spełnia równocześnie role zapory ogniowej (firewall). 5.Układy współrzędnych Źródłowym układem dla Sytemu, był układ PUWG 1965 i w takim układzie postanowiono tworzyć wszystkie mapy numeryczne. Jednak dla lepszej współpracy z danymi z innych opracowań oraz dla możliwości wykorzystywania danych z Systemu BdPN również w mediach zewnętrznych, jakimi są np. odbiorniki GPS, postanowiono umożliwić przeliczanie danych pomiędzy wieloma układami. W tan sposób system został wyposażony w kolejne narzędzie pozwalające transformować dane do takich układów jak: - PUWG 1965, - PUWG 1942, - PUWG 1992, - UTM, - WGS 84 (odwzorowanie geograficzne). Przy pomocy przedstawionego narzędzia możliwe jest transformowanie plików wektorowych, a także co jest z pewnością sporą innowacją danych rastrowych takich jak cyfrowe obrazy map źródłowych czy fragmenty ortofotomapy, do dowolnego z przedstawionych układów współrzędnych. 6. Dostęp do geodanych Jak już wspomniano wcześniej cały System oparty jest na sieci użytkowników, której dostępność regulowana jest z dwóch poziomów: - poziom pierwszy to konta użytkowników w sieci Intranet opartej na klientach w określonej domenie, do których dostęp jest możliwy jedynie po wprowadzeniu nazwy użytkownika i poprawnego hasła jest to więc blokowanie dostępu do komputerów użytkowników na poziomie Windows 6
Warsztaty: Geograficzne Systemy Informacyjne w Parkach Narodowych Zakopane 20-21.05.2004 - poziom drugi to konta użytkowników na serwerze tożsame z kontami windows owymi jednak obsługiwane przez kompetencyjny dostęp do serwera z poziomu systemu Linux i oprogramowania Samba Ryc. 3 Okno logowania do systemu Dodatkowo zabezpieczony jest również dostęp do bazy danych, programy klientów DB2 wymagają autoryzacji połączenia z serwerem. Jest ona dokonywana automatycznie podczas logowania do systemu (ryc.3). W chwili obecnej użytkownicy Systemu podzieleni zostali na cztery grupy użytkowników z różnymi uprawnieniami: - gość możliwość przeglądania danych, - użytkownik podstawowy możliwość przeglądania i zapisywania danych, - użytkownik zawansowany możliwość edycji danych, - administrator możliwość edycji i kasowania danych, zarządzanie kontami użytkowników. 7
Madejczyk A. - System Informacji Przestrzennej Bieszczadzkiego Parku Narodowego 7. Perspektywy rozbudowy Systemu BdPN Obecnie nie ma możliwości korzystania z zasobów Systemu z poziomu sieci Internet, jednak w przyszłości przewiduje się podjęcie działań mających na celu udostępnienie części danych na łamach powstającego właśnie internetowego serwisu Bieszczadzkiego Parku Narodowego. Wśród udostępnionych danych powinny znaleźć się przede wszystkim informacje dotyczące turystki, ponadto zostaną udostępnione podstawowe dane określające walory przyrodnicze, krajobrazowe i kulturowe w Parku. Dodatkowo istnieją również plany zaprezentowanie na stronach WWW fragmentów ortofotomapy BdPN. Docelowo cały System ma być przede wszystkim narzędziem do sprawnego zarządzani Parkiem. Należy więc zwrócić szczególną uwagę na przyszłą aktualizację systemu tak, aby funkcjonował on na danych obrazujących faktyczny stan rzeczy w Parku. Wśród aktualizacji najpilniejszą wydaje się znowelizowanie ortofotomapy, która na dzień dzisiejszy obrazuje stan na rok 1994. Ponadto aktualizacji bądź uzupełnienia mogą wymagać dane dotyczące walorów przyrodniczych, które zmieniają się w sposób ciągły i najbardziej dynamiczny, oraz dane dotyczące nowych tematów pojawiających się w Parku takich jak np. Natura 2000. Do dalekosiężnych planów, czy raczej celów, do których należy dążyć zaliczyć trzeba przede wszystkim udostępnienie Sytemu dla pracowników terenowych w Parku (leśniczowie), dla których byłoby to z pewnością narzędzie ułatwiające planowanie prac w terenie, oraz weryfikację i raportowanie wykonywanych zadań. Ponadto istotnym zadaniem jest upowszechnienie wykorzystywania funkcjonalności Systemu do prac codziennych w miejscach, gdzie na dzień dzisiejszy jest on dostępny, czyli dla pracowników naukowych, dydaktycznych i administracyjnych. 8. Problemy i wnioski Wspominając o perspektywach rozwoju SIP-u w Bieszczadzkim PN należy również wspomnieć o niezbędnych inwestycjach dotyczących Sytemu. W pierwszej kolejności konieczne jest wyposażenie użytkowników w większą liczbę odbiorników GPS (w chwili obecnej funkcjonują w Parku jedynie dwa), dzięki którym będzie istniała możliwość weryfikowania danych w terenie, a także ich aktualizacja i uzupełnianie. Na dalszym planie znajduje się rozwijanie sieci użytkowników sytemu (zakup nowych szybkich komputerów i 8
Warsztaty: Geograficzne Systemy Informacyjne w Parkach Narodowych Zakopane 20-21.05.2004 oprogramowania) oraz stworzenie pracowni GIS (wygospodarowanie kolejnych etatów obecnie funkcjonuje jeden). Podsumowując można śmiało stwierdzić, że System Informacji Przestrzennej Bieszczadzkiego Parku Narodowego jest kompletnym narzędziem dającym szereg możliwości tak w pracach decyzyjnych jak i analitycznych. Szereg danych zgromadzonych w Systemie pozwala na przekrojowe analizy obrazujące przestrzenne zróżnicowanie określonych problemów i zagadnień. Na dzień dzisiejszy System jest jeszcze w fazie rozruchu i od użytkowników należy wymagać przede wszystkim coraz większego wykorzystywania możliwości tego narzędzia a także swoistego promowania jego możliwości u innych mniej zaawansowanych użytkowników. Zatem dla pełnego funkcjonowania GIS- u w Parku Narodowym nie wystarczy tylko stworzyć całą warstwę informatyczno-techniczną, ale zadbać również o świadomych użytkowników, którzy wiedzą jak korzystać z sytemu, wiedzą co chcą dzięki niemu uzyskać i nie boją się tego robić samodzielnie. Streszczenie Bieszczadzki Park Narodowy jako największy górski park w Polsce jest obszarem o wysokich wymaganiach dotyczących sposobów gospodarowania i zarządzania. Aby sprostać tym wymaganiom postanowiono, zgodnie z duchem czasów i coraz szybciej kroczącym postępem techniki, sięgnąć po nowoczesne i wydajne narzędzie, jakim jest System Informacji Przestrzennej. Początki SIP-u w Bieszczadach sięgają roku 1993, kiedy to pracownicy Parku wraz z szerokim gronem naukowym przystąpili do sporządzania Planu Ochrony BdPN. To właśnie te kompleksowe dane zbierane i weryfikowane aż do 1996 roku, stały się nie tylko źródłem opracowania Planu 20-letniego, ale stworzyły również szkielet Systemu Informacji Przestrzennej Bieszczadzkiego PN. Dodatkowo system uzupełniono o szereg danych z lat późniejszych, dzięki czemu na dzień dzisiejszy można mówić o pełnej jego aktualności. Strona informatyczna opracowania, dzięki dotacji finansowej z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska, mogła się rozpocząć w roku 2001. Prace obejmowały m.in.: zaprojektowanie struktury i stworzenie bazy danych, uzupełnienie jej o wspomniane wcześniej treści, stworzenie bazy geometrycznej na podstawie analogowych opracowań kartograficznych, opracowanie i przetworzenie do postaci cyfrowej zdjęć lotniczych oraz zaprojektowanie i stworzenie zestawu narzędzi autorskich tworzących kompleksowy SIP dla Parku. Cały System postanowiono oprzeć na sprawdzonym oprogramowaniu firmy ESRI ArcMap 8.2, wyposażonym w szereg rozszerzeń, takich jak: Spatial Analyst, 3D Analyst i inne. Natomiast w przypadku bazy danych zdecydowano się na oprogramowanie DB2 firmy IBM. Realizacji tego wymagającego i trudnego zadania podjęło się wyłonione w wyniku przetargu Przedsiębiorstwo Wielobranżowe Krameko z Krakowa. W 2003 roku zakończono prace i Bieszczadzki Park Narodowy stał się posiadaczem pełnowartościowego Systemu Informacji Przestrzennej wyposażonego w takie elementy jak: - opracowania tematyczne (operaty składające się z warstw geometrycznych i opisowych) dotyczące takich zagadnień jak: ewidencja gruntów, leśna mapa numeryczna, zbiorowiska roślinne, ochrona fauny, ochrona flory, ochrona gleb, ochrona walorów krajobrazowych, zagospodarowanie przestrzenne, udostępnianie parku, turystyka oraz synteza planu, - Numeryczny Model Terenu wraz z warstwami pochodnymi (ekspozycja, spadki, cieniowanie), - ortofotomapa sporządzona ze spektrostrefowych zdjęć lotniczych z 1994 r. dla obszaru BdPN (z wyłączeniem obszarów przyłączonych do parku po 1999 r. leśnictwo Tarnawa), - relacyjna baza danych o rozbudowanej strukturze (ponad 400 tabel) kompletująca wszelkie dane związane z Systemem, - zestaw aplikacji autorskich umieszczonych w programie podstawowym jako dodatkowe paski narzędziowe, bądź też jako niezależne zewnętrzne programy, 9
Madejczyk A. - System Informacji Przestrzennej Bieszczadzkiego Parku Narodowego - strukturę hierarchiczną użytkowników wyposażonych w odpowiednie kompetencje i uprzywilejowania w Systemie. Obecnie System funkcjonuje zarówno w Ośrodku Naukowo-Dydaktycznym w Ustrzykach Dolnych jak i dyrekcji Bieszczadzkiego PN w Ustrzykach Górnych. W przyszłości przewiduje się udostępnienie niektórych elementów SIP-u poprzez zainstalowanie internetowego serwera map i umożliwienia przeglądania zasobów Systemu z poziomu przeglądarki stron WWW. 10