GMES – PRODUKTY A SLUŽBY ZALOŽENÉ NA DPZ PRO PODPORU ROZHODOVÁNÍ STÁTNÍ SPRÁVY A SAMOSPRÁVY Kateřina Jupová, Tomáš Soukup GISAT s.r.o. Charkovská 7, 101 00 Praha 10
[email protected] [email protected]
Úvod GMES (Globální monitoring životního prostředí a bezpečnosti) je společná iniciativa Evropské komise a Evropské kosmické agentury (ESA), zaměřená na rozvoj operačních geoinformačních služeb v oblasti dálkového průzkumu Země. Reaguje tak na rostoucí požadavky na dostupnost prostorových dat a odvozených aplikací od nejrůznějších evropských a regionálních uživatelů. Konečnými uživateli služeb poskytovaných v rámci iniciativy GMES se mají stát především instituce evropské a národní úrovně, které budou na základě legislativních kompetencí využívat služby zaměřené na monitoring životního prostředí a bezpečnosti. Pro potřeby regionální a místní samosprávy jsou pak určeny specificky orientované produkty. Firma GISAT s.r.o. je již od roku 2004 zapojena do několika projektů orientovaných do tří ze čtyř hlavních tématických oblastí GMES: Land Monitoring (AquaSAGE/SoilSAGE, GUS, GSE Land, geoland2), Emergency Response (RESPOND, SAFER) a Security (G-MOSAIC). Díky spolupráci s potenciálními uživateli na celostátní, regionální a místní úrovni se výsledky již ukončených i probíhajících projektů staly úspěšnými příklady využití technologie DPZ pro rozhodování ovlivňující kvalitu našeho životního prostředí. V současné době je v oblasti monitorování Země aktuální projekt GSE Land zaměřený na podporu aktivit spojených s implementací ‘Rámcové směrnice o vodě’, ’Tematické strategie pro městské životní prostředí‘ a ‘Iniciativy na ochranu půdy’.
Spolupráce soukromého a veřejného sektoru v rámci GMES Monitorování Země v programu GMES poskytuje uživatelům široké spektrum informací v oblastech životního prostředí a bezpečnosti. Předmětem zájmu jsou stav a změny land cover / land use, stav lesů, znečištění ovzduší na lokální a regionální úrovni, kvalita vody, produkce a kvalita potravin, míra rizika záplav a požárů, sesuvů a propadání půdy, podklady pro humanitární pomoc a podporu hospodářského rozvoje [1]. Projekty v rámci iniciativy GMES zahrnují spolupráci soukromého a veřejného sektoru. Operační zpracování dat a vývoj metod pro monitoring krajiny zajišťují soukromé firmy specializované na zpracování dat DPZ. Následné vyhodnocení a využití takto získaných informací leží na veřejném sektoru – cílovými uživateli jsou především orgány státní správy, regionální samosprávy, městská zastupitelstva, případně organizace zabývající se ochranou životního prostředí. Tito uživatelé se zároveň mohou formou specifikace požadavků či poskytování přídavných dat podílet na konečné podobě výstupů projektů.
Projekt GSE Land GSE Land je projekt zaměřený na monitoring krajiny, financovaný Evropskou kosmickou agenturou (ESA) v rámci iniciativy GMES, jehož cílem je podpora využití dat DPZ pro potřeby státní správy a samosprávy při implementaci strategií a direktiv Evropské komise, konkrétně podpora aktivit spojených s implementací ‘Rámcové směrnice o vodě’ (WFD), ’Tématické strategie pro městské životní prostředí‘ (Urban Thematic Strategy – UTS) a ‘Iniciativy na ochranu půdy’ (Thematic Strategy on Soil Protection – STS) [2]. GSE Land v sobě spojuje zkušenosti předchozích projektů Evropské kosmické agentury (ESA) – GSE SAGE a GMES Urban Services (GUS). V rámci těchto dvou projektů byly v první fázi připraveny návrhy služeb a aplikací pro předoperační nasazení, které nyní splynuly ve společné portfolio vzájemně provázaných služeb, jako např. detailní informace o aktuálním krajinném pokryvu, monitoring městských aglomerací, modelování nebodového znečištění vod nitráty v důsledku zemědělského hospodaření v krajině či informací o míře zastavění půdy (soil sealing) a to včetně tvorby příslušných indikátorů. Rozdílnému tématickému zaměření produktů projektu GSE Land je přizpůsobena i prostorová rozlišovací schopnost podkladových dat. Pro podporu aplikací na národní úrovni (modelování nebodového znečištění) jsou určeny produkty obecného mapování a mapování zaměřeného na zemědělské plodiny - M2.1/M2.5; na regionální úrovni probíhají mapovací aktivity zaměřené na monitorování nepropustných ploch a úrovně zastavění (soil sealingu) – produkty M2.4 a M2.6; v lokálním měřítku na nejvyšší úrovni prostorového rozlišení potom detailní mapování urbanizovaných oblastí – tzv. Urban Atlas (M1.1). Následující text je zaměřen na praktické ukázky produktů na podporu územního plánování – M2.4/M2.6 a M1.1. Obr. 1 – Přehled dosavadních aktivit monitorování Země v rámci GMES na území ČR
Produkt M2.6 a M2.4 – Nepropustné plochy a úrovně soil sealingu Tento produkt na regionální úrovni je zaměřený na monitoring trendu záboru půdy – jeho rozsahu, prostorového rozložení a následků. Cílovým uživatelem produktu jsou regionální samosprávy, případně organizace zabývající se ochranou životního prostředí. Informace obsažené v produktu mají sloužit pro podporu rozhodování těchto organizací, například jako podklad pro územní plánování. V rámci ČR jsou produkty M2.6 a M2.4 dostupné pro území Plzeňského (rok 2001 a 2007) a Moravskoslezského (rok 2000 a 2007) kraje. Koncovými uživateli v ČR jsou krajská zastupitelstva těchto dvou krajů. Podkladem pro vytvoření tohoto produktu jsou družicová data vysokého prostorového rozlišení (ALOS, IRS, Landsat7, SPOT4). Klasifikace tříd land cover / land use je určena nomenklaturou vycházející z CORINE, obsahující 8 tříd - z toho 4 jsou zaměřeny na městskou zástavbu. Minimální mapovací jednotka byla stanovena na 0,25 ha pro městské třídy a 1ha pro třídy ostatní. Vzhledem k velkému prostorovému rozsahu mapovaného území byla zásadní snaha o maximální automatizaci produkce. Důležitou součástí mapovací metodiky byl proto vývoj a nasazení metod automatické objektové klasifikace družicových dat s pomocí softwaru firmy Definiens [3]. Hledání vhodných pravidel pro klasifikaci vedlo k vytvoření univerzální znalostní báze založené na fuzzy pravidlech, využitelné pro případné další aplikace. Je zřejmé, že právě úspěšnost těchto automatických či poloautomatických metod je klíčová pro úsporu času a nákladů v rámci produkce land cover / land use klasifikací. Po této fázi následovala vizuální interpretace dat a editace klasifikační vrstvy. Výsledkem zpracování jsou mapové produkty – prostorové databáze land cover / land use pro 2 časové horizonty včetně databáze změn, doplněné vypočtenou maskou úrovní zastavění urbanizovaných ploch (soil sealingu). Obr. 2 – Ukázka mapového produktu M2.6 a maska úrovně zastavění (soil sealingu) – Plzeňský kraj
Mapové produkty tvoří podklad pro navazující analýzy - tzv. downstream services – v případě tohoto produktu zaměřené zejména na trend záboru půdy a potenciální ohrožení obyvatelstva rizikovými faktory. Smyslem analýzy je popsat strukturu, kvalitativní aspekty a prostorové rozložení záboru půdy, případně detekovat oblasti potenciálního konfliktu urbanizace s přírodními oblastmi se zvláštním důrazem na možnost ohrožení chráněných území či kvalitních zemědělských půd. Analýzy věnované rizikovým faktorům potom na základě disagregace dat o počtu obyvatel určují prostorové rozložení obyvatelstva vystaveného rizikovým faktorům, jako je například expozice při povodňových situacích či expozice znečištění ovzduší.
Obr. 3 – Koncept downstream services projektu GSE Land - vyhodnocení situace v mapovaném území v na základě mapových produktů
Formou GIS analýzy s využitím komplementárních dat - statistických dat o počtu obyvatel (zdroj ČSÚ); GIS dat o zonacích - zastavěné a zastavitelné plochy, zátopová území podle územního plánu, ÚSES (poskytnuté Krajským úřadem Plzeňského kraje), chráněné oblasti Natura 2000 (zdroj AOPK); dat o ochraně zemědělských půd (zdroj VÚMOP); a dat o znečištění ovzduší (zdroj ČHMÚ) probíhal výpočet indikátorů na úrovni nejnižších administrativních jednotek - obcí. Obr. 4 – Ukázka vizualizace indikátorů vypočtených v rámci downstream services
Testování potenciálu mapování změn v okolí Prahy Výstup projektu GSE Land na lokální úrovni s velmi vysokým stupněm prostorového rozlišení reprezentuje produkt GSE Land Urban Atlas (M1.1) Kromě hlavního evropského uživatele (DGREGIO) jsou cílovým uživatelem produktu městská zastupitelstva, zejména jejich útvary územního plánování. Podle pravidel produktu Urban Atlas byly v ČR zmapovány aglomerace města Praha (oblast o rozloze 1280 km2) a Plzeň (400 km2). Základním podkladem pro mapování byla družicová data velmi vysokého rozlišení z roku 2003 (Praha) a 2007 (Plzeň), konkrétně pansharpované snímky družice SPOT 5 s prostorovým rozlišením 2,5 m. Minimální mapovací jednotka produktu byla stanovena na 0,25 ha. I toto mapování probíhalo podle nomenklatury pramenící z CORINE, tentokrát ale obsahující 26 tříd land use, z toho 22 zaměřených na městské areály. Nomenklatura je založena zejména na detailní specifikaci městských tříd. Městská zástavba je dále rozdělena podle funkce a míry zastavěnosti (soil sealingu). Pravidla mapování přitom upřednostňují delineaci kompaktních funkčních areálů před jejich rozdělováním na menší nesouvislé jednotky. Druhá fáze představovala testování potenciálu produktu GSE Land Urban Atlas (M1.1) pro monitoring změn land use. Uživatelem této služby se stal Útvar rozvoje hlavního města Prahy (ÚRM/MHMP). Cílem bylo ověření využitelnosti produktu a jeho komplementarity s ostatními daty ÚRM/MHMP pro temporální aplikace (monitoring změn, detekce trendu apod.), testování integrace takto získaných dat do pracovních procesů ÚRM/MHMP, případně strategie tvorby zpětných aktualizací. Monitoring změn probíhal na vybraném území v jihovýchodní části Prahy o rozloze 118 km2. Pravidla pro mapování produktu Urban Atlas byla použita pro data z let: 1938, 1953, 1975, 1988, 1996 a 2005. Podkladem pro tyto časové horizonty byly letecké fotografie poskytnuté ÚRM/MHMP. Výsledkem bylo 7 datových vrstev (1938, 1953, 1975, 1988, 1996, 2003 a 2005) klasifikací land cover / land use. Pomocí překrytu v ArcGIS byly pak vytvořeny databáze změn mezi jednotlivými časovými horizonty. Obr. 5 – Ukázka klasifikace land cover / land use – roky 1938 a 2005
Na základě těchto datových vrstev byla provedena analýza struktury land cover / land use v jednotlivých letech a především analýza rozsahu a struktury změn v land use. Obr. 6 – Ukázka analýzy změn land cover / land use - období 1975 až 1988 – rozložení změnových ploch, kvantitativní charakteristiky (salda, přírůstky a úbytky ploch), vnitřní struktura změn
Podobná analýza byla provedena i pro vybraná modelová katastrální území, a to v propojení se statistickými daty o počtu obyvatel a domů. Obr. 7 – Ukázka analýzy změn land cover / land use - období 1953 až 2003 – porovnání vývoje v KÚ Křeslice a Chodov – korelace s vývojem počtu obyvatelstva a domů
Vyhodnocení změn na základě informací z prostorových dat poskytuje oproti analýze čistě statistických údajů výhody spočívající v možnosti : •
sledování rozložení změn v území
•
sledování vnitřní dynamiky změn – vedle salda změn také hodnoty úbytků a přírůstků ploch jednotlivých tříd land cover / land use
•
sledování vnitřní struktury změn – tj. mezi kterými třídami probíhaly změny
•
flexibilního výběru prostorových jednotek pro analýzu – ta není vázána jen na statistické obvody, ale lze použít libovolnou uživatelskou zonaci, koridory atd.,
•
propojení informací získaných z dat DPZ s dalšími statistickými daty, jako jsou např. údaje o počtu obyvatel a hledání korelace těchto veličin.
Protože uvnitř města disponuje ÚRM podrobnějšími daty, spočívá potenciál takového zpracování dat a vyhodnocení změn zejména v mapování dynamiky okolí měst – monitoringu rozšiřování příměstské zástavby či rozvoje kolem komunikací. Uvnitř města poskytuje produkt možnost korelace prostorových dat se statistickými ukazateli či možnost přechodu mezi měřítky integrovaný pohled na podrobnou technickou mapou města. Vzhledem k tomu, že evropská služba Urban Atlas je od tohoto roku již v operačním režimu (financována DGREGIO za podpory ERDF), smyslem této aktivity bylo rovněž prakticky ověřit metodiku využití těchto dat pro změnovou analýzu a příprava interních procesů uživatele pro využívání v blízkém budoucnu (2009-2011). Pokrytí ČR probíhající službou Urban Atlas demonstruje obr. 8. Obr. 8 – Pokrytí ČR službou Urban Atlas
Závěr Produkty regionální a lokální komponenty GMES, zaměřené na monitoring land cover / land use, poskytují detailní a aktuální prostorové informace o stavu a vývoji mapovaných území. Představují tak zajímavý zdroj informací pro územní plánování a rozhodování regionálních a městských zastupitelstev. Byť je samotné spuštění všech plánovaných operačních služeb na evropské úrovni zatím ještě brzděno organizačními a finančními aspekty celého procesu, již nyní jsou první příklady úspěšné implementace služeb dostupné (např. FTSP Soil Sealing [4], Urban Atlas [5] a je ten správný čas seznámit se s plánovanými produkty a jejich možným efektivním využitím na straně uživatelů v ČR. Firma GISAT je do programu GMES zapojena již od jeho počátku. Díky spolupráci s potenciálními uživateli na celostátní, regionální a místní úrovni se výsledky již ukončených i probíhajících projektů staly úspěšnými příklady využití technologie DPZ pro rozhodování ovlivňující kvalitu našeho životního prostředí a potažmo kvalitu našeho života obecně.
Literatura [1] Horák, P.: "Analýza GMES aktivit v ČR", pp. 13, 2008. [Online]. Available: http://www.earthlook.cz/documents/EL_D2_analyza.pdf [2] [Online]. Available: http://www.gisat.cz/content/cz/novinky/zpravy-z-gisatu/gisat-vstoupil-do-gseland [3] [Online]. Available: http://www.definiens.com/ [4] [Online]. Available: http://etc-lusi.eionet.europa.eu/CLC2006/FTSP/built-up_areas [5] [Online]. Available: http://europa.eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference=IP/09/65&format=HTML&aged=0&lang uage=EN&guiLanguage=en
