SLEDOVÁNÍ VÝVOJE ZMĚN V ÚZEMÍ (ÚZEMNÍ DYNAMIKA) JAKO NÁSTROJ PRO SLEDOVÁNÍ A SNIŽOVÁNÍ DISPARIT REGIONŮ Průběžná zpráva - říjen 2014

VÝZKUMNÝ ÚKOL TD020281 TECHNOLOGICKÉ AGENTURY ČR V RÁMCI PROGRAMU „OMEGA“

SLEDOVÁNÍ VÝVOJE ZMĚN V ÚZEMÍ (ÚZEMNÍ DYNAMIKA) JAKO NÁSTROJ PRO SLEDOVÁNÍ A SNIŽOVÁNÍ DISPARIT REGIONŮ Průběžná zpráva - říjen 2014

Řešitel doc. Ing. arch. Vladimíra Šilhánková, Ph.D. Další řešitel Ing. Jan Kamenický Členové řešitelského týmu Mgr. Michael Pondělíček, Ph.D. Ing. Pavel Struha Mgr. Jan Langr Prof. Ing. arch. Jan Koutný, CSc. Ing. Miroslav Pavlas

Administrativa Eva Hessová Příjemce: Civitas per Populi, o. p. s. (IČO 26584204) Střelecká 754/13, 500 02 Hradec Králové Další příjemce T-Mapy spol. s r.o., (IČO 47451084) Špitálská 150/10, 500 03 Hradec Králové Doba řešení projektu leden 2014 – prosinec 2015

OBSAH 1 PŘEDSTAVENÍ PROJEKTU ............................................................................................... 3 2 ÚČEL PROJEKTU ............................................................................................................. 4 3 VÝSLEDKY PROJEKTU..................................................................................................... 4 4 METODIKA ŘEŠENÍ PROJEKTU ............................................................................................ 5 5 SOUČASNÝ STAV POZNÁNÍ ................................................................................................. 6 6 ANALÝZA ......................................................................................................................... 14 6.1 Úvod ......................................................................................................................... 14 6.2 Analýza dostupnosti statistických dat pro sledování změn v území – územní dynamiky ........................................................................................................................ 15 6.3 Analýza dostupnosti dat pro sledování změn v území – územní dynamiky prostřednictvím dálkového průzkumu Země (DPZ) ....................................................... 20 6.3.1 Data nočních snímků ............................................................................................ 22 6.3.2 Dostupnost nočních snímků pro území České republiky....................................... 23 6.3.3 Datová sada DMSP Version 4 DMSP-OLS Nighttime Lights Time Series .......... 26 6.3.4 Ověření dat DMSP-OLS NLT pro území České republiky.................................... 28 6.3.5 Koncept Nightsat Mission ..................................................................................... 32 7 VÝCHODISKA PRO NÁVRH INDIKÁTORU ........................................................................... 33 8 HYPOTÉZA VÝZKUMU ...................................................................................................... 34 9 NÁVRH STRUKTURY INDIKÁTORU ÚZEMNÍ DYNAMIKY ..................................................... 34 9.1 Data z DPZ .............................................................................................................. 34 9.2 Data pro ověření ...................................................................................................... 35 10 ZÁVĚR – DALŠÍ POSTUP ŘEŠENÍ PROJEKTU...................................................................... 37

Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 2

1 PŘEDSTAVENÍ PROJEKTU Stěžejním prostorovým procesem, který v současnosti v prostoru ČR, ale i v Evropě probíhá, je proces urbanizace. Tento proces má ale řadu fází, které se odvíjejí od ekonomickospolečenských podmínek, v tom kterém území. Územní soudržnost vedle sociální a hospodářské soudržnosti představuje další dimenzi soudržnosti. Územní soudržnost přispívá ke zvýšení konkurenceschopnost území ČR, přispívá ke zlepšení životních podmínek občanů i k růstu kvality životního prostředí. Úkolem je, prostřednictvím diferencovaných politik, zajistit dlouhodobé výsledky. V ČR se zatím daří zachovávat vzájemnou rovnováhu mezi urbanizací a ochranou venkovských oblastí. Je však nutné dále pracovat s geografickým prostorem ČR, jeho výhodami a přednostmi a navrhovat způsoby, jak zabránit vzniku a prohlubování územních disparit např. vylidňování venkovských oblastí, masivní suburbanizaci či nadměrnému růstu jádrových měst. V současnosti chybí nástroj, kterým by bylo možné měřit procesy urbanizace - územní dynamiky v čase a tím mít relevantní podklad pro regionální politiky a územní a strategické plánování na všech relevantních úrovních tj. státní a krajské, které tyto procesy svými politikami mohou ovlivňovat. Nástrojem - indikátorem, který může jednoduchou cestou hodnotit komplex prostorového rozvoje, strukturálních otázek a prostorových příležitostí stejně tak, jako prostorových dopadů politik ČR a krajů, bude "indikátor územní dynamiky". Sestrojením a měřením indikátoru územní dynamiky bude vytvořen nástroj pro plánovací úřady, který objektivně popíše stav územní změny na úrovni ORP, krajů i celé ČR v čase. Statisticky sledovaných dat popisujících teritoriální aspekty územního rozvoje je výrazně méně a řada z nich má binární charakter (jev se v území vyskytuje ANO /NE). Regionální statistiky na úrovni ORP nejsou v oblasti dopadů územních politik mnohdy použitelné. Z tohoto důvodu není pro sledování teritoriální koheze - územních disparit ČR na úrovni ORP (méně již krajů) možné využít existujícící statistické databáze. Je proto třeba obrátit se k jiným zdrojům dat, které jsou pro území ČR na úrovni ORP a krajů dostupné. Jedním z těchto zdrojů jsou např. data z dálkového průzkumu Země. Hlavním z výstupem navrhovaného projektu proto bude návrh metodiky pro nastavení jednotného monitoringu změn v území - územní dynamiky ve vazbě na nastavené plánovací nástroje - strategie rozvoje na úrovni ČR a jednotlivých krajů a založení časových řad pro jeho dlouhodobé sledování. Tento indikátor budou klíčovým nositelem politických zpráv o postupu realizace a výsledků politik prostorové koheze - snižování územních disparit v ČR.


2 ÚČEL PROJEKTU Učelem projektu je nastavení monitoringu a sestavení databáze a indikátoru územní dynamiky, jako jednoduchého nástroje – prostředku pro sledování a měření vývoje územních disparit a urbanizace v čase. Pro tyto procesy bude možné měřit regionální rozdíly dle jednotné metodiky a bude možné lépe monitorovat dopady rozvojových politik a územního plánování. Na základě výsledků monitoringu bude z pohledu ČR možné reagovat novými politikami a územními strategiemi.

3 VÝSLEDKY PROJEKTU Projekt si stanovil dosažení následujících výsledků: Sestavení indikátoru územní dynamiky Výstupem bude výzkumná zpráva v tištěné i elektronické podobě, která na základě předchozí analýzy popíše metodu měření územních změn - vytvoří metodiku indikátoru územní dynamiky tak, aby mohla být podkladem pro ověření formou pilotních studií. Termín dosažení výsledku – říjen 2014. Popis dosažení tohoto výsledku je předmětem předkládané průběžné výzkumné zprávy.

Nastavení procesu monitoringu územních změn (pilotní studie sledování územní dynamiky) Kartografické výstupy v elektronické i analogové podobě zachycující sledovaná území. S využitím kartografických nástrojů (kartogramy, kartodiagramy) bude na potlačeném topografickém podkladu přehledně pojednán stav i vývoj sledovaného indikátoru. Díky zpracování v technologiích GIS budou tyto mapové výstupy distribuovatelné v nejrůznějších podobách (papírový výstup, obrázek, .pdf, GIS formáty). Výsledky bude možno přímo použít např. v GIS veřejné správy příslušných územních celků. Termín dosažení výsledku – srpen 2015

Metodika měření a monitoringu územních změn Výstupem bude certifikovaná metodika v tištěné i elektronické podobě, která popíše způsob měření územních změn a rozpracuje metodický přístup k indikátoru územní dynamiky tak, aby bylo možné na základě této metodiky indikátor vyhodnocovat a získané údaje provázat s regionální politikou a územním plánováním. Termín dosažení výsledku – prosinec 2015


4 METODIKA ŘEŠENÍ PROJEKTU Vědeckým přístupem pro řešení předkládaného projektu je nalézt mechanismus měření územní dynamiky – rychlosti urbanizace (záboru) dosud neurbanizovaných ploch a měřením podílu brownfields na urbanizované ploše a rychlosti reurbanizace ploch brownfields, a to jako podklad pro vyhodnocení ekonomické výkonnosti daného území resp. měření regionálních disparit. Dá se předpokládat, že vyváženě (trvale udržitelně) se rozvíjející území využívá pro svůj rozvoj rovnoměrně ploch dosud nevyužitých (greenfields) a ploch již jednou urbanizovaných a v současnosti podvyužitých (brownfields). V podstatě by bylo možno „trvale udržitelnou“ územní dynamiku chápat jako vyvážené využívání již dříve urbanizovaných ploch (reurbanizace) s určitým podílem rozvoje v dosud neurbanizovaném území. Naopak tam, kde bude výrazně převažovat urbanizace na dosud nevyužitých plochách – přímá urbanizace – je evidentní, že není dosud ekonomická (ale zřejmě ani legislativní) síla pro revitalizaci brownfields. Tam, kde budou převažovat plochy brownfields naopak je vidět, že ekonomické možnosti území nejsou rozvinuty, území deklinuje (upadá), a proto zde žádné investice do výstavby (a to ani na nových plochách) nejsou realizovány. Výzkum indikátoru územní dynamiky by měl stanovit „pásma“ / hranice mezi udržitelným a neudržitelným vývojem území a rozdíly mezi jednotlivými regiony a to jak v okamžitém srovnání, tak i v čase. Pro řešení projektu je rámcově zvolena vědecko-výzkumná metoda založená na kombinaci (matematické) prostorové analýzy (s využitím dálkového průzkumu Země) a teoretické verbální deskripce doplněné o deduktivní prvky a empirické metody vědeckého pozorování. Projekt sleduje následující logický postup řešení: 1. Sběr podkladů v teoretické rovině 2. Sběr podkladů v empirické rovině pro pilotní studie 3. Analýza podkladů v teoretické rovině 4. Analýza podkladů pro pilotní studie 5. Vědecká syntéza 6. Stanovení hypotézy výzkumu 7. Stanovení základního rámce výzkumu 8. Tvorba pilotních studií 9. Dopracování finální verze výzkumu 10. Prezentace výsledků


5 SOUČASNÝ STAV POZNÁNÍ Součástí prací na řešení projektu byla rešerše dostupné literatury týkající se tématu výzkumu. Z hlediska česky psané literatury nebyla dohledána relevantní aktuální literatura, neboť se touto problematikou v ČR v současnosti nikdo nezabývá, a to ani na bázi soukromé (zjišťováno via Landsat) a nebo VaVI (nebyly zadány podobné granty nebo studie v minulosti). Většina česky psané literatury je věnována zejména problematice techniky sběru a analýzy dat z DPZ. V minulosti vzdálenější byly známy práce Dr. Z. Murdycha a některých dalších z PřFUK Praha, které samozřejmě v dnešní době již mají menší význam a některé jejich výstupy jsou překonány. Mezi aktuální českou literaturu tedy patří např.: TOMAN, Martin. Detekce homogenních oblastí v obraze. 2013 STARKOVÁ, Lenka. Verifikace obtížně interpretovatelných dat leteckého průzkumu. 2012 aj. V aplikační sféře se pak jedná o využití zejména v archeologii, jako je např. KUNA, M. Archeologické metody. Science, 2013, 40: 1845-1865 ŠKRDLA, Petr, et al. Revize paleolitického osídlení na dolním toku Bobravy. Hledání nových stratifikovaných EUP lokalit s podporou GPS a dat z dálkového průzkumu Země. Přehled výzkumů, 2011, 52.1: 9-36 aj. V dalších oborech pak již omezeněji, např. STUCHLÍK, Radim. Využití dat dálkového průzkumu země v krizovém managementu. 2013 nebo DOUBRAVA, Pavel, et al. Metody dálkového průzkumu v projektu Národní inventarizace kontaminovaných míst. CENIA, česká informační agentura životního prostředí, Praha, 2011, 1-94. Další literatura pak má spíše populárně naučný charakter, např.: SVOBODOVÁ, Jindřiška, et al. Dálkový průzkum Země v hodině fyziky. 2013 SVATOŇOVÁ, Hana, et al. Svět a krajina pohledem z výšky. Masarykova univerzita, 2013 nebo výstava Země očima DPZ, Geografická sekce Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze 21. 5. - 31. 8. 2009, dostupné na http://ucebny.natur.cuni.cz/gk/vystavy/vystavyzeme_ocima_dpz.html Naopak zcela nové poznatky se objevily v oblasti ekonomického hodnocení rozvoje sídel, a to zejména v práci PAVLAS, Miroslav: Ekonomické ukazatele udržitelného rozvoje sídel. Disertační práce. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta architektury, 2014 (dosud neobhájeno). Pro korelaci dat z DPZ a sledovaných statistických ekonomických ukazatelů se tato práce jeví natolik významnou, aby byl ing. M. Pavlas přizván do řešitelského týmu tohoto projektu.


Větší relevance výsledků výzkumu je u anglicky psané literatury, i když i zde se jedná spíše o publikace pouze částečně související s předmětem našeho výzkumu. I zde se část článků věnuje zejména popisu metod sběru dat a interpretaci snímků, jako např.: LILLESAND, T. M.; KIEFER, R. W.; CHIPMAN, J. W. Remote sensing and image interpretation, John Willey & Sons, Inc. 2004 pp. xiv + 763 pp., ISBN 0-471-45152-5 Dálkový průzkum a interpretace snímků je kniha sloužící jako učebnice pro úvodní kurzy dálkového průzkumu a interpretaci dat a jako podklad pro rostoucí počet uživatelů, kteří používají geoprostorových informací a analýz ve své práci. Kniha rozebírá základy analýzy analogového obrazu, ale větší důraz je kladen na digitálně založené systémy a techniky analýzy. Témata obsažená v této knize se pohybují od zásad interpretace leteckých snímků a fotogrammetrie, k popisu příští generace satelitních systémů a poslednímu vývoji v oblasti zpracování digitálního obrazu. Dále jsou diskutovány úzké interakci mezi souvisejícími oblastmi dálkového průzkumu, GIS, GPS digitálním zpracováním obrazu a environmentálním modelováním. KRUSE, Fred A.; ELVIDGE, Christopher D. Identifying and mapping night lights using imaging spectrometry. In: Aerospace Conference, 2011 IEEE. IEEE, 2011. p. 1-6. KRUSE, Fred A.; ELVIDGE, Christopher D. Characterizing urban light sources using imaging spectrometry. In: Urban Remote Sensing Event (JURSE), 2011 Joint. IEEE, 2011. p. 149-152 Identifikace a mapování nočního osvětlení pomocí zobrazovací spektrometrie i Charakteristika urbánních světelných zdrojů pomocí zobrazovací spektrometrie vychází ze stejného výzkumu, který se zaměřuje na mapování nočního osvětlení DPZ v programu DMSP. Hrubé prostorové a spektrální rozlišení DMSP, ale vylučuje diskriminace typu osvětlení nebo spektrální charakteristiky. Nedávné demonstrace pomocí fotografií z mezinárodní vesmírné stanice ukazují značný potenciál, ale vysoké spektrální rozlišení terénních a laboratorních měření naznačují, že tyto metody nemohou plně využít spektrální informace, které jsou k dispozici. Tento výzkum ukazuje použití údajů zobrazovacích spektrometrů pro identifikaci, charakteristiku a zmapování městského osvětlení, založené na srovnání s knihovnou spektrálních světel a rozborem světelnosti pixelů, a zejména také osvětlením jednotlivých částí snímků, které je potřeba upravovat a vyhodnocovat. Knihovna poskytuje informace o emisních spektrálních liniích pro konkrétní jedinečné typy osvětlení měst i vedlejších cest a odděleného osídlení. Na příkladu údajů z Las Vegas byly analyzovány extrakty spektrálního rysu ze zobrazovacího spektrometru ProSpecTIR-VS, které byly porovnány s měřeními spektrální knihovny. Výsledkem jsou detailní prostorové mapy zobrazující různé typy osvětlení. Povahu a rozložení světel lze použít jako namísto standardního zkoumání pro charakteristiku městské zástavby a měření kvality rozvoje měst.


Vybrané zejména asijské práce se pak věnují možnostem mapování počtu obyvatel v sídlech, jejich hustoty a průběhu procesu urbanizace. Do této skupiny patří následující: SMALL, Christopher; ELVIDGE, Christopher D. Night on Earth: Mapping decadal changes of anthropogenic night light in Asia. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2013, 22: 40-52. Noc na Zemi: Mapování desetiletých antropogenních změn nočního osvětlení v Asii představuje metodu mapování změn nočního osvětlení území Asie mezi lety 1992 a 2009 prostřednictvím DMSP-OLS. Výsledný obraz časové řady zachycuje časoprostorové popisy růstu a vývoje osvětlení lidských sídel a jejich rozvoje na makroregionální úrovni. Používané empirické ortogonální funkce (EOF) a analýza a časové funkce prostoru charakterizují a vykreslují vzorce časových změn ve stabilním večerním světelném jasu a jejich prostorový rozsah. Při kritickém jasu lze najít 18 % nárůst v počtu prostorově odlišné světelnosti a 80 % nárůst v osvětlené oblasti v Jižní a východní Asii. Ve sledované době Čína i Indie zažila až 20 % nárůst v počtu světel a až 270 % nárůst osvětlených oblastí, což odpovídá realitě silného hospodářského růstu zejména průmyslových oblastí Číny. Zprostředkované ověření pomocí vyššího rozlišení snímků z družic Landsat ukazuje na více postupných fází růstu jednotlivých měst v Číně. ZHANG, Qian; SETO, Karen C. Can night-time light data identify typologies of urbanization? A global assessment of successes and failures. Remote Sensing, 2013, 5.7: 3476-3494. Mohou data z nočního osvětlení identifikovat typologii urbanizace? Celkové hodnocení úspěchů a neúspěchů. Účelem této práce bylo zjistit, jak mohou údaje z DMSP-OLS NTL identifikovat různé typy urbanizačních procesů. Ačkoli pro studium městských oblastí stále neexistuje žádné systematické hodnocení, jak tyto údaje zjistit pro popis různých typů změn urbánních struktur lze využít údajů z DMSP-OLS NTL. Práce vybrala náhodně 240 míst, která jsou rozložena ve všech regionech světa za účelem vytvořit typologii urbanizace prakticky celého světa, tedy osvětleného povrchu osídlených částí pevniny z dat DMSP-OLS NTL a s použitím snímků Google Earth následně posoudit platnost výsledků sledování NTL. Výsledky práce ukazují, že kde došlo k urbanizaci, NTL mají vysokou přesnost (93 %) charakterizující tyto změny. Existuje ale také poměrně vysoká chyba (42 %), kde NTL identifikovaly falešné urbánní změny, i když k žádným změnám v rozvoji nedošlo. To vede k nadhodnocení rozvoje a urbanizace v NTL. Z analýzy tedy vyplynulo, že časové řady NTL přesněji identifikují procesy urbanizace v rozvinutých zemích, ale jsou méně přesné v rozvojových zemích. Jinak řečeno, metoda zpřesňuje známá data sledování v rozvinutých aglomeracích a naopak podhodnocuje data v oblastech s řídkým osídlením v rozvojových oblastech.


MA, Ting, et al. Quantitative estimation of urbanization dynamics using time series of DMSP/OLS nighttime light data: A comparative case study from China's cities. Remote Sensing of Environment, 2012, 124: 99-107. Kvantitativní odhad dynamiky urbanizace založený na použití časové řady DMSP-OLS na snímcích noční světelnosti: komparativní případová studie z čínských měst. Článek popisuje DMSP-OLS snímky jako nástroj pro sledování urbánní dynamiky a měření ekonomických aktivit od regionálního až po globální měřítko. Článek poukazuje na statistické korelace mezi noční světelností a demografickými a ekonomickými proměnnými a zároveň připojuje, že kvantitativní vztahy mezi dlouhodobým nočním osvětlením a urbanizací na úrovni jednotlivých měst nejsou dostatečné. Pro nalezení nejlepšího modelu měření urbanizace založeného na nočním snímkování použili autoři tří regresních modelů: lineárního, power-law a exponenciální funkce, aby bylo možno kvantifikovat dlouhodobé vztahy mezi noční světelností a čtyřmi proměnnými urbanizace: počtem obyvatel, hrubým domácím produktem (HDP), zastavěnou plochou a spotřebou elektrické energie. Výsledky práce naznačují, že noční světelný jas by mohl být vysvětlujícím ukazatelem pro odhad dynamiky urbanizace i na úrovni jednotlivých měst. Různé kvantitativní vztahy mezi městským nočním osvětlením a urbanizací mohou znamenat různé reakce DMSP-OLS nočního snímkování na antropogenních územích a změněnou dynamiku v procesu urbanizace z hlediska demografických a ekonomických proměnných. Tedy v praxi, lze využít kvantitativní modely DMSP-OLS a jejich údaje pro odhad dynamiky urbanizace, zejména pro města, kde dochází k rychlému růstu sídel a jejich částí v místním měřítku. Studie signalizuje také různé problémy mezi kvantifikací jasu a svitu jednotlivých pixelů u dynamicky se rozvíjejících se měst. PANDEY, Bhartendu; JOSHI, P. K.; SETO, Karen C. Monitoring urbanization dynamics in India using DMSP/OLS night time lights and SPOT-VGT data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2013, 23: 49-61. Sledování dynamiky urbanizace v Indii za pomoci DMSP-OLS nočního osvětlení a dat SPOT-VGT. Indie je rychle se urbanizujícím územím a zažila hluboké změny prostorové struktury městských oblastí. Tato studie se snaží osvětlit proces urbanizace v Indii, a to zejména v povodí řeky Gangy za pomoci programu DMSP-OLS NTL a SPOT, vegetace (VGT) v období 1998-2008. Satelitní snímky NTL poskytují efektivní způsob, jak mapovat městské oblasti na globální i národní úrovni. Databáze DMSP-OLS ale postrádá potřebnou srovnávací kontinuitu a porovnatelnost; proto byl soubor dat nejprve překalibrován a následně přepočten polynomickou regresní rovnicí. Překalibrovaný datový soubor se SPOTVGT databází pro roky 1998 a 2008 byl podroben SVM (support vector machine), aby byly vyextrahovány jednotlivé městské oblasti. SVM je poloautomatická technika, která překonává problémy spojené s prahováním metody pro NTL data a umožňuje posuzovat proces urbanizace v regionálním a národním měřítku. Extrahované městské oblasti byly verifikovány prostřednictvím snímků z Google Earth a globálními mapami městských aglomerací. Prostorové metrické hodnoty byly vypočteny a analyzovány tak, aby bylo možno pochopit celkovou dynamiku městských oblastí v Indii. Významné změny v urbanizaci byly pozorovány při výzkumu také v Tamil Nadu, státě Pandžáb a Kerala, když i jiné státy rovněž prokázaly vysokou míru procesu urbanizačních změn.


TAUBENBÖCK, H., et al. New dimensions of urban landscapes: The spatio-temporal evolution from a polynuclei area to a mega-region based on remote sensing data. Applied Geography, 2014, 47: 137-153 Nové rozměry městské krajiny: časoprostorový vývoj od vícejaderné oblasti po megaregion založený na DPZ. Článek je založen na premise, že náš svět v současné době čelí procesu migrace z venkova do městských oblastí v obrovských rozměrech. V roce 1975 bylo 37,7 % světové populace obyvateli měst, v roce 1990 to již bylo 43 % a dnes je to již něco málo přes 50 %. V roce 2050 je očekávaný počet městského obyvatelstva 67,2 %. Tento rozsáhlý proces vytváří nové typy městské krajiny, ať již co do rozměru, tak i struktury. Studie se zaměřuje na analýzu prostorové evoluce původní vícejaderné městké oblasti na mega-region v časovém horizontu 35 let. Při použití mnohočetných a vícezdrojových satelitních dat bylo možno klasifikovat proces urbanizace mega-regionu Hong Kong – Shenzhen – Guangzhou v jižní Číně v letech 1975, 1990, 2000 a 2011. Na základě geoprostorových dat byla provedena kvalitativní a fuzzy definice mega regionů v prostorovém / fyzickém pojetí. Kromě toho byla navržena sada prostorových charakteristik, které jsou potenciálně signifikantní pro vývoj mega regionu. Zejména byly aplikovány a rozvíjeny mnohočetné prostorové metriky na třech prostorových úrovních, tedy na celý mega-region, na prostor mezi jednotlivými městy a ve městech samých. Výsledkem je nový prostorový přístup k zachycení, měření a analyzování nových tvarů městské krajiny. LIU, Qing; SUTTON, Paul C.; ELVIDGE, Christopher D. Relationships between Nighttime Imagery and Population Density for Hong Kong. Proceedings of the Asia-Pacific Advanced Network, 2011, 31: 79-90 Vztahy mezi nočními snímky a hustotou obyvatelstva Hong Kongu. Noční snímky nabízí možnost sledování lidské činnosti na povrchu Země prostřednictvím pozorování umělého nočního osvětlení. Předchozí analýzy snímků z DMSP-OLS odhalily nápadné korelace mezi městkým osvětlením a hustotou obyvatelstva. Fotografie nočního osvětlení pořízené astronauty na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) mají potenciál nabídnout propracovanější vyjádření hustoty obyvatelstva v jemnějším prostorovém a spektrálním rozlišení než DMSP-OLS snímky. Cílem studie bylo analyzovat a zmapovat vztahy mezi osvětlením Hong Kongu a množstvím obyvatel a hustotou zalidnění, prostřednictvím porovnání dvou typů nočních snímků (DMSP-OLS satelitní snímky a fotografie ISS) jako podklad pro sčítání obyvatel a měření hustoty zalidnění v rámci databáze obyvatel LandScan.

ROY CHOWDHURY, Pranab Kanti; MAITHANI, Sandeep; DADHWAL, Vinay Kumar. Estimation of urban population in Indo-Gangetic Plains using night-time OLS data. International Journal of Remote Sensing, 2012, 33.8: 2498-2515 Odhad městské populace v Indoganžské nížině pomocí nočních OLS dat. V této studii byla šetřena použitelnost nočních dat ze systému OLS pro odhad počtu městského obyvatelstva na příkladu indické části Indoganžské nížiny. Pomocí nočních OLS dat byla mapována městská oblast a byla stanovena její plošná výměra. Byla doložena lineární závislost mezi přirozenými záznamy z městské oblasti a pořízenými daty pro odpovídající populaci. Model Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 10

byl kalibrován pro rok 2001 a poté ověřen na datech z roku 1995. Následně byl model ještě upraven pomocí vedlejších faktorů jako je spotřeba elektrické energie tak, aby se snížila chybovost v odhadu počtu obyvatel. V Evropě je větší pozornost věnována vztahům mezi daty ze satelitních snímků a vybranými problémy. Tento směr charakterizují zejména následující práce: TOMLINSON, Charlie J., et al. Comparing night-time satellite land surface temperature from MODIS and ground measured air temperature across a conurbation. Remote Sensing Letters, 2012, 3.8: 657-666 Porovnání nočních satelitních snímků teploty povrhu země z MODIS a pozemního měření teploty vzduchu v konurbaci je studie zaměřená na vztah mezi dálkovým měřením teploty povrchu země (LST) a teplotou vzduchu měřenou na zemi, což je úloha důležitá pro řadu aplikací. Podrobně je popsán pilotní projekt realizovaný v letním období (červen, červenec, srpen) 2010 pomocí dat z MODIS LST (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a údajů o teplotě vzduchu z uživatelské sítě v rámci celé aglomerace britského Birminghamu. Výsledky ukazují, že noční teplota vzduchu je trvale vyšší, než naměřená LST satelitní teplota, a dále, že existují významné odchylky pro jednotlivé stanice. MACHAULT, Vanessa and VIGNOLLES, Cécile and BORCHI, François and VOUNATSOU, Penelope and PAGES, Frédéric and BRIOLANT, Sébastien and LACAUX, Jean-Pierre and ROGIER, Christophe (2011) The use of remotely sensed environmental data in the study of malaria. Geospatial health , 5 (2). pp. 151-168. ISSN 1970-7096 Využití dat o životním prostředí z DPZ pro studium malárie. Mapování a odhadování rizik je velkým problémem v boji proti malárii, onemocnění způsobujícímu odhadem jeden milion úmrtí každý rok. Přibližně polovina světové populace je tímto onemocněním ohrožena, což zvyšuje důležitost vyhodnocování prostorových i časových charakteristik. Je zde popsána úloha prostředí, pokud jde o faktory přenosu nemoci a následuje diskuse o zvláštních otázkách městské malárie, mapování lidské populace a detekce změn na časové stupnici. Studie ukazuje, že mapy rizik ve vhodných měřítcích mohou poskytnout cenné informace pro cílenou kontrolu a současné sledování základních principů, metod, výhod a omezení dálkového průzkumu spolu s prezentací ekologických, meteorologických a klimatologických údajů, které ovlivňují výskyt malárie. Na základě běžně používaných analytických metod jsou charakterizována metodologická omezení a představen zvyšující se zájem o využívání dálkově snímaných dat při studiu malárie, mapování nebo modelování několika malariometrických indexů, jako je rozšíření, nemocnost a úmrtnost, které jsou diskutovány na základě vektorů chování, hustoty a míry entomologického impaktu komára druhu Anopheles, což jsou odhady, které tvoří základ pro pochopení endemicity, epidemie a jejích vlivů a možností nárůstu.


S ohledem na předmět výzkumu v rámci našeho projektu jsou nejrelevantnějšími zdroji americké studie zejména: MELLANDER, Charlotta, et al.1 Night-Time Light Data: A Good Proxy Measure for Economic Activity?. Royal Institute of Technology, CESIS–Centre of Excellence for Science and Innovation Studies, 2013 Data nočního osvětlení: dobrá náhrada měření ekonomických aktivit. Výzkumy naznačují, že noční osvětlení (NTL) lze použít jako náhradu pro hodnocení řady proměnných, včetně urbanizace, hustoty obyvatelstva a hospodářského růstu. Otázkou ale zůstává, jak blízký je vztah mezi NTL a ekonomickou aktivitou? Tato studie využívá kombinaci korelační analýzy a geograficky vážené regrese s cílem prozkoumat vztah mezi těmito dvěma proměnnými. Použity byly jemnozrnné geokódované mikroekonomické údaje pro švédské organizace a jednotlivce a porovnány se zářením a sytostí nočního světla. Bylo zjištěno, že korelace mezi NTL a hospodářskou činností je dostatečně silná na to, aby mohlo být noční snímkování použito jako náhrada pro měření počtu obyvatel a stanovení jejich hustoty (zkoumáno zejména v méně osídlených oblastech Švédska), ale korelace je o něco slabší ve vztahu k ekonomickým ukazatelům jako jsou mzdy nebo hrubý domácí produkt. Obecně lze najít silnější vztah mezi hodnotami světelnosti a hustotou obyvatel, než světelností a celkovým počtem obyvatel. Nalezena byla rovněž těsnější závislost mezi světelným zářením v noci a hospodářskou činností, spíše než mezi saturovaným (nasyceným) světlem. Dále bylo zjištěno, že spojitost mezi osvětlením a hospodářskou činností, zejména odhady mezd se poněkud přeceňuje (nadhodnocená data) ve velkých městech a aglomeracích a bylo zároveň podceněno (podhodnoceno osvětlení) ve venkovských oblastech. HENDERSON, J. Vernon, STOREYGARD, Adam and WEIL, N. David. Measuring Economic Growth from Outer Space. American Economic Review 2012, 102(2): 994–1028 Měření hospodářského růstu z vesmíru prostřednictvím nočních snímků je studie založená na vývoji statistického rámce pro použití satelitních dat nočního osvětlení v regionech a jejich korelací s oficiálním příjmem daného státu dle hrubého domácího produktu - HDP. Pro země s nízkým národním důchodem má optimální odhad růstu zhruba stejnou váhu jako konvenčně vykazované oficiální údaje ekonomického růstu a lokálního hospodářského růstu odvozeného od noční svítivosti v jednotlivých regionech, tedy odpovídající jas pixelů a částí noční mapy odpovídá i růstu místního produktu. Odhady vytvořené z dostupných dat DPZ se liší od oficiálních údajů cca o tři procentní body ročně. Pomocí osvětlení a následující empirické analýzy hospodářského růstu již pak nemusejí být používány jako sledovaný hospodářský celek pouze jednotlivé země (státy), ale analýzu lze také provádět pro subnárodní (regionální) úroveň v rámci větších nadnárodních celků - oblastí. Na případové studii je pak poukázáno, že v případě např. pobřežních oblastí v subsaharské Africe (Kongo) rostou tyto oblasti značně pomaleji než vnitrozemí. Podobně byly vyhodnoceny z hlediska HDP také studie zveřejněné pro oblast Jávy a postupný růst obchodu a průmyslu a posléze jeho utlumení v rámci hospodářské recese v Indonésii jednak vlivem tsunami, a také vlivem teroristické hrozby. Dalším z příkladů byl pokles hospodářského produktu (HDP)

1

Hlavní autorka je sice ze Švédska, ale její tři spoluautoři jsou z Totonta a Arizony. Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 12

v oblastech se silným rozvojem epidemie malárie (vlivem zvýšených srážek), kde HDP pod vlivem epidemie značně poklesl (případ sledován v Africe). Obě tyto studie, úzce souvisí s tématem řešeného projektu a jsou i inspiračním zdrojem pro naše zkoumání. Hendersonova studie byla známa ještě před podáním projektu, studie od Mellanderové se objevila až v průběhu jeho řešení. Přesto je třeba zdůraznit, že ačkoli obě studie se zabývají „subnárodní“ – regionální úrovní interpretace dat z DPZ, tak jejich přímé využití pro předmět řešení našeho projektu je dílčí až okrajový, protože používají jiné snímky NTL a jiná hodnocení, než jsou využita v našem výzkumu. Výzkum realizovaný naší skupinou je ve srovnání s uvedenými dostupnými studiemi a rešeršemi na úrovni subregionů a mikroregionů a dochází zde k pokusu již známá fakta z rešerší o aplikovatelnosti na úrovni států a regionů využít v menších územních jednotkách pro sledování rozvoje a efektivity využití finančních zdrojů, a to nikoliv v relaci ke mzdám, ale v relaci ke kvalitě hospodaření regionů a rozvoji domácího produktu. Menší regiony jsou testovány na úrovni obcí s rozšířenou působností (ORP) a okresů. Náš výzkum oproti již výše uvedeným známým výsledkům bude u těchto menších jednotek čerpat z dostupných statistických dat a ověřovat je na známých regionálních datech a rozvojových údajích. Celkově je v našem výzkumu principielně nově využita myšlenka, že rozvíjející se region více využívá v noční době osvětlení, a také mají i obyvatelé možnost více využívat elektrickou energii, a tedy svítit déle, což je jednoznačným symptomem pro rozvíjející se (mikro)regiony. Výzkum je originální též v oblasti filtrování údajů o osvětlení v regionech, kde je nutné poukázat na zhoršenou kvalitu snímkování a oproti speciálnímu případu měření celonárodního ve Švédsku bude nutno odpovídající data v budoucnosti teprve zajišťovat objednáním odpovídajících družicových snímků. Výstup se jeví na základě rešerší i nadále jako velmi realizovatelný a vypovídající u mikroregionů, ale zpětně i (mezo)regionů ČR o úspěšnosti a zacílenosti či dopadech dotační politiky v území. Jinak řečeno, je očekáváno možné zmýlení v řádu 2-3 % rozvojových potenciálů území a místního HDP podobně jako u zahraničních výzkumů, a to by mělo signalizovat, nakolik je dotační politika v ČR do zaostávajících regionů úspěšná a správná. ELWIDGE, D. Christopher and HSU, Feng-Chi. National Trends in Satellite Observed Lighting: 1992-2012. Chapter in “Global Urban Monitoring and Assessment Through Earth Observation” Editor Qihao Weng. CRC Press. 2013. Národní trendy v satelitním pororování nočního osvětlení: 1992-2012. Práce se zabývá shrnutím poznatků z 21 let nočního snímkování v rámci projektu DMSP-OLS NTL. V článku je popsána mezikalibrace dat nutná pro vyrovnání ročních kompozitů. V práci je dále provedeno rozdělení států do sedmi kategorií dle chování nočního osvětlení v čase. Zajímavostí jezařazení České republiky do skupiny Erratic lighting, kam jsou řazeny státy s nevyrovaným, tzv. zig-zag vzorem SOL hodnot v čase a se značným rozptylem SOL hodnot v letech souběžného pozorování dvěma satelity. U těchto států je korelace SOL s počtem obyvatel či HDP velmi slabá. Domníváme se, že uvedená kategorizace může být příkladem toho, že nemusí dávat smysl (a tím i relevantní výsledky) generalizace určitého kritéria na úroveň celého státu, zatímco na úrovni regionální totéž kritérium může vykazovat výsledky relevantní. Touto cestou jde i náš výzkum.


GHOSH Tilottama, ANDERSON J. Sharolyn, ELWIDGE D. Christopher D. and SUTTON C. Paul. Using Nighttime Satellite Imagery as a Proxy Measure of Human Well-Being. Sustainability 2013, 5, 4988-5019 Použití nočních satelitních snímků jako ukazatele lidského blahobytu. Odhady různých aspektů lidského blahobytu, jako je hrubý domácí produkt, nebo procento obyvatel s přístupem k elektrické energii, nebo měření rozdělení příjmů ve společnosti, často naráží na problémy. Existuje jen málo standardizovaný metod sběru dat; kromě toho, v mnoha částech světa požadované údaje nebyly získány spolehlivým způsobem a na opakující se bázi. V důsledku toho se srovnatelnost dat stává problematickou. Údaje získané nočními satelitní snímky pomáhají rozvíjet různé globální konzistentní ukazatele lidského blahobytu na úrovni definovaného gridu, sub-národní a státní úrovni. V práci je posouzeno několik způsobů, v nichž byly noční satelitní snímky použity k měření lidského blahobytu v rámci jednotlivých států.

6 ANALÝZA 6.1 Úvod

V ČR je rozvinuté sledování celé řady ukazatelů. Jedná se zejména o sledování dat o obyvatelstvu a o socioekonomickém stavu společnosti. Statisticky sledovaných dat popisujících teritoriální aspekty územního rozvoje je výrazně méně a řada z nich má binární charakter (jev se v území vyskytuje ANO /NE). Vedle dat ze statistiky existuje několik indikátorových sad, které na různé úrovni správy navrhují systémy sběru dat pro vyhodnocení udržitelného rozvoje. Prakticky všechny tyto indikátorové sady se ale zaměřují na environmentální aspekty, méně již na ekonomické a sociální aspekty a problematice územních dopadů se nevěnují vůbec. Jedná se např. o sady Millennium Development Goals, CEROI – Zprávy o stavu ŽP na internetu, TISSUE indikátory aj. V ČR se z indikátorových sad nejvíce uplatnila sada ECI-Společné evropské indikátory, které sleduje cca 30 měst. V letech 2007-11 probíhal výzkumný program MMR zaměřený na problematiku sledování a řešení regionálních disparit. V rámci tohoto programu bylo realizováno několik projektů, jejichž výsledky budou využity pro navrhovaný projekt, a to zejména: Formy efektivního snižování rozdílů mezi jednotlivými regiony ČR, Koncepce územního plánování a disparity v území aj. a zejména projekt Indikátory trvale udržitelného rozvoje jako nástroj sledování a snižování disparit v úrovni jednotlivých regionů. Z dosavadních znalostí vyplývá, že pro skutečné poznání územních dopadů regionální politiky je třeba data doplnit o statisticky nezávislé údaje.


6.2 Analýza dostupnosti statistických dat pro sledování změn v území – územní dynamiky

V ČR je rozvinuté sledování celé řady statistických ukazatelů. Jedná se zejména o sledování dat o obyvatelstvu a o socioekonomickém stavu společnosti. Statisticky sledovaných dat popisujících teritoriální aspekty územního rozvoje je výrazně méně a řada z nich má binární charakter (jev se v území vyskytuje ANO /NE), případně je omezen jeho aktuální rozsah. Příkladem může být Městská a obecní statistika MOS2. Tab. 1. Příklad sledování dostupnosti kulturních zařízení pro obec na příkladu obce Černilov za rok 2013 Veřejná knihovna vč. poboček Stálá kina Multikino Divadlo Muzeum Galerie Kulturní zařízení ostatní Středisko pro volný čas dětí a mládeže Zoologická zahrada Sakrální stavba Hřbitov Krematorium Smuteční síň

ne ne ne ne ne ne ne ne ne ano ano ne ne

Zdroj. MOS - Městská a obecní statistika, [online] Český statistický úřad 2013. [cit. 2014-09-10] Dostupné na: http://vdb.czso.cz/vdbvo/tabdetail.jsp?kapitola_id=5&potvrd= Dokon%C4%8Dit+%C3%BApravy&pro_1_154=569917&cislotab=MOS+ZV01&str=tabdetail.jsp

2

MOS - Městská a obecní statistika, [online] Český statistický úřad 2013. [cit. 2014-09-10] Dostupné na: http://vdb.czso.cz/mos/ Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 15

Tab. 2 Evidence rozsahu druhu pozemků / typů ploch na příkladu obce Divec za rok 2013 Celková výměra pozemku (ha) Orná půda (ha) Chmelnice (ha) Vinice (ha) Zahrady (ha) Ovocné sady (ha) Trvalé trávní porosty (ha) Zemědělská půda (ha) Lesní půda (ha) Vodní plochy (ha) Zastavěné plochy (ha) Ostatní plochy (ha)

351 168 7 0 7 183 149 1 6 11

Zdroj. MOS - Městská a obecní statistika, [online] Český statistický úřad 2013. [cit. 2014-09-10] Dostupné na: http://vdb.czso.cz/vdbvo/tabdetail.jsp?kapitola_id=5&potvrd =Dokon%C4%8Dit+%C3%BApravy&pro_1_154=569941&cislotab=MOS+ZV01&str=tabdetail.jsp

Vedle dat ze statistiky existuje několik indikátorových sad, které na různé úrovni správy navrhují systémy sběru dat pro vyhodnocení udržitelného rozvoje. Prakticky všechny tyto indikátorové sady se ale zaměřují na environmentální aspekty, méně již na ekonomické a sociální aspekty a problematice územních dopadů se nevěnují vůbec. Jedná se např. o sady Millennium Development Goals, CEROI – Zprávy o stavu ŽP na internetu, TISSUE indikátory aj. V ČR se z indikátorových sad nejvíce uplatnila sada ECI-Společné evropské indikátory, které sleduje cca 30 měst. V letech 2007-11 byl realizován projekt Indikátory trvale udržitelného rozvoje jako nástroj sledování a snižování disparit v úrovni jednotlivých regionů, v rámci něhož byl vyvinut indikátor sledující změny území – územní dynamiku na místní úrovni. Základem tohoto indikátoru jsou právě data sledování druhu pozemků / typů ploch z MOS. Výše uvedené druhy pozemků se rozdělí do dvou skupin podle toho, zda se jedná o urbanizovanou či neurbanizovanou plochu, jak ukazuje následující tabulka.


Tab. 3 Rozdělení pozemků na urbanizované a neurbanizované území Orná půda

Neurbanizovaná

Chmelnice

Neurbanizovaná

Vinice

Neurbanizovaná

Zahrady

Urbanizovaná

Ovocné sady

Neurbanizovaná

Trvalé travní porosty

Neurbanizovaná

Zemědělská půda

Neurbanizovaná

Lesní půda

Neurbanizovaná

Vodní plochy

Neurbanizovaná

Zastavěné plochy

Urbanizovaná

Ostatní plochy

Urbanizovaná

Zdroj: ŠILHÁNKOVÁ, Vladimíra a kol. Indikátory udržitelného rozvoje pro města a obce. Vyd. 1. Hradec Králové: Civitas per populi, 2011. 216 s. ISBN 978-80-904671-4-9, str. 53

Z časové řady MOS je pak možno sledovat vývoj podílu urbanizovaných a neurbanizovaných ploch v každé jednotlivé obci. Tab. 4 Vývoj podílu urbanizovaných a neurbanizovaných ploch v obci Divec

Zdroj: ŠILHÁNKOVÁ, Vladimíra a kol. Indikátory udržitelného rozvoje pro města a obce. Vyd. 1. Hradec Králové: Civitas per populi, 2011. 216 s. ISBN 978-80-904671-4-9, str. 54

Problémů pro využití dostupných dat pro sledování územní dynamiky na vyšší než místní úrovni je hned několik. Prvním z nich je skutečnost, že data vydávaná statistikou vycházejí z hlášení změn ve využití území od Katastrálního úřadu. Může zde tudíž dojít k opožďování statistických dat oproti reálnému stavu v území, neboť do katastru se změny ve využití území dostávají až po kolaudaci jednotlivých staveb. Rozdíl ve skutečné urbanizaci a jejímu odrazu v katastru tak může být až několik let. V případě, že stavba zůstane z nejrůznějších příčin nedokončena a tudíž nekolaudována, nezobrazí se v katastru vůbec. Jiným případem je skutečnost, kdy již urbanizované území svou funkci ztratí a promění se Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 17

v brownfield. Tento stav katastr nezná, a proto dále eviduje původní stav. Pokud jsou data sledována na místní úrovni a pro místní úroveň, lze tyto anomálie snadno eliminovat místním došetřením situace. Na regionální úrovni by tato metoda byla časově, fyzicky i finančně neúnosná. Posledním problémem při využití této metody v regionálním měřítku je skutečnost, že v ČR existuje přes 6,5 tisíce samostatných obcí, pro které jsou tato data evidována samostatně – nejsou tedy ale identifikovatelná prostorově. Víme tedy např., že v obci Divec je 95 % neurbanizovaného území a v Hradci Králové jen 83 %, ale v případě sloučení dat za jednotlivé obce by došlo ke ztrátě jejich prostorového rozložení a tudíž zcela nevalidním údajům. V rámci sběru dat pro výzkumná území byly vytvořeny matice relevantních dat k situaci v oblasti populace regionů v ČR a bylo k tomu využito sběru primárních dat studenty oboru Management regionálního rozvoje spolupracující Vysoké školy regionálního rozvoje. Studenti shromáždili data za kraj Pardubický a za kraj Královéhradecký. V předchozím zkoumání bylo využito zkušeností s podobným sběrem dat, kdy probíhalo srovnání statistických dat mezi kraji Ústeckým, Pardubickým a Vysočina. Z tohoto souhrnu dat se podařilo zjistit, že anomálie v datech na úrovni kraje se neprojevují u regionů centrálních, tedy že srovnatelná jsou velmi dobře data za kraj Vysočina a kraj Pardubický a je z nich patrná i dynamika v rámci uvedených krajů, kdy je zjevné, že nově se více rozvíjejícím regionem je Vysočina. Toto vyhodnocení přispělo i ke korektivům v pojetí datových statistických souborů, protože se mohou projevit i vlivy dálkové a nečekané, nikoliv jen místní prosperita. Posouzení rozvoje regionu Vysočina tak vyznívá velmi dobře, protože region je dobře v současnosti disponován z hlediska srážek a tak je jeho lesnické a zemědělské hospodaření na vzestupu. Například region Jihomoravský je v současnosti naopak mírně na sestupu, protože vlivy dálkové, a to konkrétně klimatické disturbance jsou zde velmi silné a ovlivňují zejména nejprve vysychání zemědělských půd a posléze i omezené zasakování silných srážek v následujícím období, což negativně ovlivňuje tradičně zemědělsky výkonný region a potlačuje jeho jindy pozitivní hospodářské parametry. Z výzkumu statistických a meteorologických dat tedy vyplývá, že je vhodné uplatňovat v rámci zkoumání funkčnosti metody vycházející z DPZ pozorování NTL u regionů souměřitelných, a to např. Pardubického, Vysočina, Královéhradeckého a souměřitelnost lze zřejmě vysledovat i u regionu Libereckého. Výsledky získané ze statistik pro souměřitelné regiony pak bude možno šířeji zobecnit a aplikovat i na regiony ČR od sebe parametry vzdálenějšími. Data z poboček statistického úřadu pro regiony vybrané a sledované v rámci přípravných prací o regionech byla zadána jednak po obcích a jednak po okresech. Bohužel ČSÚ neumí doposud vytvořit a sbírat data po aktuálních správních jednotkách, tedy po obvodech ORP v rámci regionu, a proto je tato data nutno vytvářet ze základní statistiky jako nová data. Pro vyšší přehlednost byla vytvořena sada dat pro v tuto chvíli sledovaná ORP v rámci regionů, a to pro regiony Broumov a Náchod (málo rozvinutý x silně rozvinutý mikroregion) v Královéhradeckém kraji a podobně bylo postupováno také v kraji Pardubickém, kde byly srovnávány ORP Ústí nad Orlicí, Česká Třebová a Králíky (silněji, velmi silně a velmi málo rozvinutý subregion). Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 18

V rámci uvedených sledování bylo zjištěno, že parametry za ORP jsou sledovány se zpožděním a ze statistických dostupných dat nelze mnoho nového vysledovat. V komparaci s jednotlivými snímky z družicového průzkumu NTL však již vystoupilo, že statistika oficiálně publikovaná za okres Ústí nad Orlicí je klamavá, neodpovídá realitě regionu a že jde (a to ještě bez kalibrace snímků v rámci časové řady od roku 1990) o subregion s významnými disparitami, které se projevují i při aktuálním biometrickém i digitálním sledování v relativních počtech pixelů na základě sledované odstupňované svítivosti pixelů. Zajímavým postřehem je pak srovnání s daty Strategického plánu rozvoje Pardubického kraje, který je z tohoto úhlu pohledu zjevně chybně disponován, protože ze statistických šetření i z pozorování svítivosti pixelů vyplývá, že okres Ústí nad Orlicí je plně tažen pouze okresním městem a ORP Česká Třebová a město Králíky je zcela podhodnoceno z hlediska rozvoje dotací a infrastruktury. Je s podivem, že město Ústí nad Orlicí zřejmě díky své infrastruktuře ztrácí dech oproti průmyslové České Třebové pomaleji, než by se očekávalo. Lze předpokládat, že podíl na situaci má zejména dřívější koncentrace úřadů a služeb, která ve městě byla, rozvoj zde drží zřejmě zejména živnostníci a střední firmy. Problémy, které se projevily při sběru statistických dat, jsou následující: - Zaměstnanost je sledována pouze v letech kdy probíhá SLBD a později je po jednotlivých městech sledována namátkově a občasně dopočítána, číselné řady o zaměstnanosti jako jednom z hlavních možných indikátorů hospodářského rozvoje regionů tedy nejsou ani celistvé, ani spolehlivé. - Ukázalo se rovněž, že data z MOS jsou skutečně dopočtená a odborně odhadnutá, ale počty ekonomicky aktivních obyvatel se různí, a to zejména proto, že jsou rovněž dopočteny. Data o zaměstnanosti ze statistik MPSV jsou pouze s korekcemi převzatá data z ČSÚ, tedy nevalidní data pro kvalitní výpočty. Data o zaměstnanosti jsou tedy i nadále relevantní pro roky kdy proběhlo SLBD, a to i s tím, že než jsou zveřejněna, tak již dochází k dalším společenským i místním posunům v populačním vývoji. - Data publikovaná o obcích a regionech v rámci SLBD, MOS, Krajskou statistikou a publikovaná obcemi se od sebe průběžně liší řádově o procenta, protože data sledovaná v rámci SLBD mají plnou platnost a do MOS se dostávají dopočty, místní úřady však publikují data dle matriky, která nejsou zatížena výpočtovou chybou a jsou nadále nejspolehlivější, samozřejmě, pokud je obec zveřejňuje. - Poslední chybou je pak (detekováno na základě upozornění pracovníků ČSÚ), že do ekonomicky aktivních obyvatel jsou počítáni všichni ve věku 15-64 let, což ovšem není pravdivé, protože na menších obcích toto zdaleka neplatí a podobně ve městech je jiná doba průměrné zaměstnanosti. Celkově lze konstatovat, že spolehlivá data bez razantnějších chyb jsou zejména v letech SLBD, tedy v roce 1991, 2001, 2011, ostatní roky jsou dopočteny nebo odhadnuty a čísla nejsou plně relevantní ani verifikovatelná! Z dosavadních znalostí proto vyplývá, že pro skutečné poznání změn v území – územní dynamiky je třeba existující data doplnit o údaje o obyvatelstvu a zaměstnanosti, která budou na oficiálních statistikách nezávislé. Nelze se zřejmě opřít ani o programové dokumenty a analýzy vyplývající ze Stavebního zákona, tedy zejména o ÚAP Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 19

pro ORP či kraje ani o data ze ZÚR nebo o programy rozvoje kraje, které pracují s čísly z ČSÚ a často se starými údaji pro dynamické sledování rozvoje regionů a subregionů v čase nerelevantními. Jak je tedy patrno v současnosti chybí jednoduchý nástroj, kterým by bylo možné měřit územní změny v čase a tím mít relevantní podklad pro regionální politiky a územní a strategické plánování, které tyto procesy ovlivňuje. Zejména nyní, v době ekonomické recese, je ale nezbytné nastavit regionální politiky tak, aby byl vytvořen jejich maximální užitek při minimalizaci investic do těchto politik a došlo ke skutečnému snižování regionálních disparit. A jak bylo uvedeno výše, není pro exaktní sledování dopadů regionálních politik a územního plánování možné využít existující statistické databáze. Je proto třeba obrátit se k jiným zdrojům dat. Jedním z těchto zdrojů jsou např. data z dálkového průzkumu Země. 6.3 Analýza dostupnosti dat pro sledování změn v území – územní dynamiky prostřednictvím dálkového průzkumu Země (DPZ)

Je všeobecně známým faktem, že pohled z ptačí perspektivy na viditelnou část zemského povrchu nabízí širokou škálu informací, které lze jen obtížně získat a shromáždit pozemním průzkumem. Zejména pak georeferencované a ortogonalizované snímky z kamer či digitálních snímačů umístěných na palubě letadel, dronů či družic přinašejí neocenitelné informace zachycující stav zemského povrchu v daném okamžiku. Jsou-li takové snímky pořizovány opakovaně v definovaném časovém intervalu, mohou takto vzniklé časové řady snímků navíc popisovat vývoj sledovaného území v čase. To otevírá možnost sledovat, analyzovat a vyjádřit dynamiku změn v území. Dynamiku změn v území je pak možné využít i k predikci budoucího stavu. V posledních desetiletích došlo k dramatickému rozvoji technologií, které umožňují pohled z ptačí perspektivy zprostředkovat nejen úzké skupině vědců, ale i široké veřejnosti. Na oběžné dráhy kolem Země jsou vynášeny nové družice, které jsou opatřovány snímači s kvalitativně výrazně lepšími parametry než v předchozích letech. Je rozšiřován počet snímaných spektrálních pásem, prostorové rozlišení snímaného obrazu se dostává do submetrových hodnot (tj. hrana snímaného pixelu odpovídá vzdálenosti na zemském povrchu menší než 1 m). Zvyšuje se citlivost snímačů i dynamický rozsah zaznamenatelných hodnot. S tím souvisí i značný nárůst objemu pořizovaných dat a jejich přenos ze snímačů k dalšímu zpracování. Rovněž se zlepšují parametry pro georeferenci pořízených dat, což má pozitivní vliv na jejich polohovou přesnost. V neposlední řadě je jsou vyvíjeny prostředky pro zjištění spektrometrických charakteristik snímačů on-line při pořizování dat, což umožní následnou radiometrickou korekci pořízených dat a tím i vzájemnou srovnatelnost s jinými datovými sadami.


Váha vědeckých důkazů stále jasněji poukazuje na lidskou aktivitu jako hlavní faktor environmentálních a biologických změn na naší planetě. A právě tyto změny lze identifikovat a analyzovat na podkladě údajů DPZ. Pokud se omezíme na zkoumání rozvoje zastavěného území a jeho dynamiky, lze údaje DPZ získávat prostřednictvím denních i nočních snímků. Většina satelitních misí je svými parametry předurčena pro pořizování snímků za denního světla. To je dáno oběžnými drahami, které jsou voleny tak, aby družice nad daným místem na povrchu Země prolétaly v daném časovém rozmezí synchronně s pohybem Země vůči Slunci. Přestože je možné jednotlivé prvky rozvoje území identifikovat a následně extrahovat z denních snímků s vysokým prostorovým rozlišením pořízených ve viditelné části spektra, tvorba globálních ročních map rozvoje území z těchto zdrojů není v současnosti možná z pohledu sběru ani analýzy. Zatímco ostatní družicové mise se soustředí na sledování změn v životním prostředí, na zmapování prostorového rozložení a intenzity (nočního) umělého osvětlení jako indikátoru lidské činnosti se zaměřuje mise Nightsat.3 Obr. 1 Pospojované noční snímky světa

Zdroj: NASA Earth Observatory/NOAA NGDC, 2012

3

ELVIDGE, C. D., CINZANO, P., PETTIT, D. R., ARVESEN, J., SUTTON, P., SMALL, C., NEMANI, R., LONGCORE, T., RICH, C., SAFRAN, J., WEEKS, J. a EBENER, S. The Nightsat mission koncept in International Journal of Remote Sensing Vol. 28, No. 12, 20 June 2007, 2645–2670 [online] [cit.2014-09-10] Dostupné na: http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCAQFjAA&url=http%3A%2 F%2Fwww.urbanwildlands.org%2FResources%2F2007ElvidgeIJRS.pdf&ei=NJU7VJ6GJ4etaZ2ggIAC&usg =AFQjCNH7rkzT1ehBJ8b0Q5cGtvipZoQUDg&sig2=lwJs9eNaixzMAB6sVAl3Q&bvm=bv.77161500,d.bGQ Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 21

6.3.1 Data nočních snímků

Právě data ze snímkování noční oblohy v sobě skrývají velký potenciál, neboť za určitých podmínek mohou zobrazovat umělé osvětlení, které je výhradně produktem lidské činnosti. Takové snímky pak mohou být využity pro hledání souvislostí mezi rozložením a intenzitou nočního osvětlení a socio-ekonomickými ukazateli ve vztahu k rozvoji území. Příkladem ve světovém měřítku může být rozdíl v nočních snímcích Severní a Jižní Korey. Obr. 2 Rozdíl ve svítivosti Severní a Jižní Korey

Zdroj:The Mandala Project American University [online] The School of International Service 2012 [cit. 2014-09-14] Dostupné na:http://www1.american.edu/ted/icecases/maps/korea-map.jpg

Možnostem využití nočních snímků pro sledování změn v území se věnuje řada projektů. Mezi významné patří projekt Nightsat (participují na něm organizace Earth Observation Group a NOAA-NESDIS National Geophysical Data Center). Předmětná problematika je popsána v dokumentech The Nightsat mission concept4 a Potential for Global Mapping of Development Via A Nightsat Mission5.

4

tamtéž ELVIDGE, Christopher D., SAFRAN, Jeffrey, TUTTLE, Benjamin, SUTTON, Paul, CINZANO, Pierantonio, PETTIT, Donald, ARVESEN, John a SMALL, Christopher. Potential for global mapping of development via a nightsat milion in GeoJournal June 2007, Volume 69, Issue 1-2, pp 45-53, ISSN 1572-9893 2670 [online] [cit. 2014-09-10] Dostupné na: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10708-007-9104-x 5


Testovací data v rámci tohoto a podobných projektů existují především z USA a dalších lokalit mimo ČR a Evropu. Z analýz projektu Nightsat vyplývá, že minimální prostorové rozlišení nočních snímků pro účely analýz změn v území je 200 m/px, optimálně pak v rozsahu 50-100 m/px. Kromě prostorového rozlišení mají noční snímky další specifické požadavky na snímače a družice - detekovaná úroveň záření, dráha, čas a frekvence opakování přeletu nad snímaným územím. Satelitní snímače, určené pro sběr odraženým slunečním světlem, nemají detekční limity dostatečně nízké, aby dokázaly pozorovat noční osvětlení. Satelitní sledování nočního osvětlení s parametry dle studie Nightsat Mission6 bude vyžadovat specializované snímače. K uvedenému účelu je možné využít již připravených dat, která však mají nižší prostorové rozlišení. Tato data zpravidla pokrývají celý svět nebo alespoň jednotlivé kontinenty a byla pořízena jako mozaiky analyzovaných dat pro hodnocené území. U některých jsou k dispozici i časové řady snímků. Příkladem mohou být následující projekty: - DMSP Nighttime Lights of the World: 1994-1995 - DMSP Version 4 DMSP-OLS Nighttime Lights Time Series 1992-2012 - DMSP Night Light Development Index (NLDI) - měří korelaci mezi nočním osvětlením a počtem obyvatel (Excel) - DMSP National Trends in Satellite Observed Lighting: 1992-2012 (Excel) - SEDAC The Human Influence Index (HII) - zahrnuje v sobě i noční snímky osvětlení území. Výše uvedené snímky a data jsou dostupná a volně ke stažení. Prostorové rozlišení dat odpovídá velikosti buňky 30’’ × 30’’, tabulková data jsou agregována na jednotky států příp. administrativních jednotek na úrovni krajů. 6.3.2 Dostupnost nočních snímků pro území České republiky

Pro realizaci našeho projektu je důležité, jaká data nočního osvětlení je možné získat pro území České republiky. Proto byl proveden průzkum mezi vybranými distributory družicových dat na území České republiky. Standardní komerční družice jako IKONOS, Geoeye, WorldView nebo QuickBird mají slunečně synchronní dráhu a snímají tedy na území České republiky pouze přibližně mezi 10. a 11. hodinou dopoledne. Z družic snímajících v noci připadají v úvahu např. radarová data – např. ERS nebo ENVISAT. Problémem radarových snímků ale je, že nejsou schopny detekovat osvětlená území, neboť snímají pouze tvary terénu. 6

ELVIDGE, C. D., CINZANO, P., PETTIT, D. R., ARVESEN, J., SUTTON, P., SMALL, C., NEMANI, R., LONGCORE, T., RICH, C., SAFRAN, J., WEEKS, J. a EBENER, S. The Nightsat mission koncept in International Journal of Remote Sensing Vol. 28, No. 12, 20 June 2007, pp. 2645–2670 [online] [cit.2014-09-10] Dostupné na: http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCAQFjAA&url=http%3A%2 F%2Fwww.urbanwildlands.org%2FResources%2F2007ElvidgeIJRS.pdf&ei=NJU7VJ6GJ4etaZ2ggIAC&usg =AFQjCNH7rkzT1ehBJ8b0Q5cGtvipZoQUDg&sig2=lwJs9eNaixzMAB6sVAl3Q&bvm=bv.77161500,d.bGQ Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 23

Potom už zbývají pouze dvě družice – Aster a Landsat. Obě jsou optické družice, ale noční snímky nejsou pořizovány v pásmech RGB ani v blízkém infračerveném pásmu, ale pouze v tepelném pásmu (TIR). Snímky z družic Landsat jsou zdarma dostupné na stránkách http://earthexplorer.usgs.gov/. Snímky z Landsat 7 od roku 2003 do současnosti mají poruchu na skenovacím zrcátku a každý 5. řádek snímku je černý). Podobným způsobem na stejných stránkách je možné vyhledat snímky z družice Aster. Snímky Aster jsou nabízeny za úplatu, přičemž je potřeba objednat alespoň dva snímky. Snímky zabírají plochu 60 km × 60 km. Nočních snímků je bohužel výrazně menší množství než snímků denních. Navíc programování snímkování u těchto senzorů není možné, tedy nelze získat snímky dle uživatelských požadavků. Archivní data Landsat (horizontální rozlišení snímku je 30 m/px): Bylo provedeno prohledání dostupných archivních nočních snímků z družice Landsat. Snímky z období 2003 - dosud jsou nepoužitelné vzhledem k poruše skeneru (viz výše). Nočních snímků z území České republiky bylo nalezeno jen několik, z pilotního území Královéhradeckého kraje byl nalezen pouze jediný. Vzhledem k letnímu období se nejedná o noční snímek, ale jen o podvečerní. Navíc je snímán v tepelném pásmu (TIR). Obr. 3 Archívní „noční“ snímek z družice Landsat

Zdroj:Landsat http://earthexplorer.usgs.gov/, snímek Entity ID: LE70492192002231EDC00 z 19.8.2002; čas pořízení 20:18:42 - 20:19:09.


Archívní data Aster (horizontální rozlišení snímku je 90 m/px): Z uživatelské příručky plyne, že snímky v tepelném pásmu TIR v sobě zahrnují složky jak vysílaného záření (světelné zdroje) tak odraženého záření. Nepodařilo se najít žádné archívní noční snímky družice Aster z území České republiky. Zcela novou možností s příslibem do budoucnosti je získání snímků kanadské společnosti Urthecast.7 Toto řešení využívá 2 snímačů instalovaných na jednom z modulů Mezinárodní vesmírné stanice (ISS). Pro pořízení nočních snímků je vybavená Medium-Resolution Camera (MRC) pojmenovaná Theia, která je schopna pořizovat multispektrální snímky ve 4 pásmech (Blue, Green, Red a NIR) s prostorovým rozlišením 6 m/px. Kamera je pevně umístěna a zajišťuje pohled z oběžné dráhy ve směru nadiru ve výšce přibližně 400 km nad zemským povrchem. Oběžná dráha stanice ISS zajišťuje pokrytí snímky z nadiru v rozsahu 51,6° severně i jižně od rovníku, což znamená plné pokrytí území České republiky. IIS snímá povrch Země v pásmu o šíři přibližně 50 km a zvládne za jediný den téměř 16 oběhů kolem Země. Značnou výhodou její oběžné dráhy je skutečnost, že není slunečně synchronní, což znamená, že vybrané místo dokáže snímat v různé denní době. Konkrétně dle almanachu přeletů je Theia schopna nasnímat území Prahy přibližně 90× ročně a řada z těchto snímků bude pořízena v noci. Toto komerční řešení je již od konce roku 2013 v ověřovacím provozu. Bohužel zahájení oficiálního provozu, plánované na duben 2014, bylo již několikrát odloženo. Ani v době předání této zprávy není známo datum, kdy bude oficiální provoz zahájen. Vzhledem k vypjaté geopolitické situaci může být pravděpodobnou příčinou nesouhlas ruského partnera, na jehož modulu jsou snímače instalovány.

7

Watch our world change, from space.[online] Urthecast [cit. 2014-60-15] Dostupné na: https://www.urthecast.com/ Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 25

Obr. 4 Kamera Theia umístěná na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS)

Zdroj: UrtheCast, Product Guide: Theia (2014), dostupné na: https://www.urthecast.com/

V době psaní této zprávy zůstává jediným vhodným zdrojem nočních snímků dostupných na území České republiky datový balík DMSP Version 4 DMSP-OLS Nighttime Lights Time Series 1992-2012, kde je k dispozici časová řada snímků od roku 1992 s roční periodou aktualizace. 6.3.3 Datová sada DMSP Version 4 DMSP-OLS Nighttime Lights Time Series

Jediným satelitním snímačem současnosti shromažďujícím globální data nočního osvětlení je U. S. Air Force Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Operational Linescan System (OLS). National Geophysical Data Center (NGDC) Earth Observation Group (EOG) pod hlavičkou National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) se specializuje na pořizování a zpracování snímků nočního osvětlení (NightTime Lights – NTL). Skupina EOG zahájila zpracování DMSP dat v roce 1994 a pořídila časovou řadu ročních bezoblačných kompozitních nočních snímků z DMSP nočních snímků pořízených v období let 1992-2012. Systém OLS umístěný na satelitech programu DMSP má jedinečnou schopnost zaznamenat noční osvětlení velmi nízké intenzity na většině obydlené části zemského povrchu. Tato data jsou archivována v NOAA NGDC. OLS snímač ve viditelném - blízko infračerveném spektrálním pásmu (VNIR) je schopen zachytit záření přibližně milionkrát slabší než většina stávajících družicových systémů. Každý ze satelitů během 14 obletů v průběhu jediného dne zaznamená údaje o vyzařování každého místa na zemského povrchu v rozsahu 75° severně a 65° jižně od rovníku, a to v časovém rozmezí 20:30-22:00 hodin. Užitím NTL v období novoluní v rámci měsíčního cyklu lze eliminovat řadu přírodních zdrojů světla souvisejících se slunečním či měsíčním svitem. Manuálně či poloautomaticky s podporou frekvenčních filtrů jsou pak eliminovány další nežádoucí zdroje vyzařování (např. polární záře, požáry, laserové zdroje světla). Ze zdrojových dat jsou rovněž vyloučena pozorování Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 26

ovlivněná oblačností. Systém OLS je schopen detekovat osvětlení až do prahové úrovně 5.10-10 W.cm-2.sr-1, což umožňuje detekovat zdroje umělého osvětlení v urbanizovaných i méně urbanizovaných oblastech. Snímače OLS pořizují měření z výšky přibližně 830 km nad zemským povrchem a prostorové rozlišení pořizovaných dat činí přibližně 2,7 km. Snímače OLS mají dynamický rozsah 6 bit, tzn., dokáží zaznamenat intenzitu dopadajícího záření v rozsahu hodnot 0-63. Tyto hodnoty jsou označovány jako digital numbers (DN). Analýzou všech vhodných DMSP snímků byl vytvořen datový produkt DMSP Version 4 DMSP-OLS Nighttime Lights Time Series (V4 DMSP-OLS NTL). Jedná se časovou řadu ročních bezoblačných kompozitních nočních snímků v období let 1992-2012 (roční kompozity za rok 2013 nebyly v době odevzdání této zprávy dosud zveřejněny). V průběhu tohoto období byly NTL pořizovány snímači na celkem 6 satelitech (F-10, F-12, F14, F-15, F-16 a F-18). Jak je patrné z tabulky, v některých letech byly NTL pořizovány souběžně dvěma snímači. Z pořízených NTL byly vytvořeny roční kompozity, a to samostatně pro každý snímač. Tyto kompozity mají formu geografické mřížky s pixelem o velikosti 30’’ × 30’’ (na rovníku to odpovídá území přibližně 0,86 km2), kde hodnota každé buňky v rozsahu 063 je průměrem hodnot překrývajících se pixelů všech vhodných bezoblačných zdrojových snímků pořízených daným snímačem v daném roce. Součástí datové sady je rovněž matadatový soubor, který popisuje pro každý pixel ročního kompozitu počet pozorování zahrnutých do výpočtu. Tab. 5 Dostupné roční kompozity produktu V4 DMSP-OLS NTL Rok/družice F-10 F-12 F-14 F-15 F-16 F-18 1992 F101992 1993 F101993 1994 F101994 F121994 1995 F121995 1996 F121996 1997 F121997 F141997 1998 F121998 F141998 1999 F121999 F141999 2000 F142000 F152000 2001 F142001 F152001 2002 F142002 F152002 2003 F142003 F152003 2004 F152004 F162004 2005 F152005 F162005 2006 F152006 F162006 2007 F152007 F162007 2008 F162008 2009 F162009 2010 F182010 2011 F182011 2012 F182012 Zdroj: Version 4 DMSP-OLS Nighttime Lights Time Series [online] NOAA [cit. 2014 -06-12] Dostupné na: http://ngdc.noaa.gov/eog/dmsp/downloadV4composites.html


Hodnoty DN nevyjadřují absolutní hodnotu pozorovaného osvětlení. Důvodem jsou odlišné parametry jednotlivých snímačů a rovněž jejich změna v čase. Snímače OLS navíc postrádají on-board kalibraci pro použité spektrální pásmo VNIR. Proto nelze hodnoty ročních kompozitů přímo srovnávat. Nicméně je možné provést radiometrickou korekci osvětlení mezi jednotlivými ročními kompozity a získat tak přiměřenou aproximaci trendu osvětlení v čase. Z části i proto, že v některých letech byly pořizovány NTL současně více snímači na různých satelitech. Obr. 5 a 6 Vizuální srovnání 2 kompozitních snímků téhož území z různého období (1992 vlevo, 2012 vpravo)

Zdroj: vlastní zpracování z dat V4 DMSP-OLS NTL, [online] NOAA [cit. 2014 -06-12] Dostupné na: http://ngdc.noaa.gov/eog/dmsp/downloadV4composites.html

Produkt V4 DMSP-OLS NTL je unikátní tím, že poskytuje údaje o nočním osvětlení v globálním měřítku v nepřerušené časové řadě trvající více než 20 let. Tím představuje obrovský potenciál pro výzkumy souvislosti nočního umělého osvětlení s dalšími projevy lidské činnosti. 6.3.4 Ověření dat DMSP-OLS NLT pro území České republiky

Pro náš výzkum byla zdrojem dat nočních snímků zvolena data DMSP-OLS NLT z archívu NOAA NGDC. V rámci archívu je možné získat da základní datové produkty Global annual cloud-free nighttime lights composite a Global annual cloud-free radiance calibrated nighttime lights composite. Data prvního zmíněného produktu jsou k dispozici volně ke stažení, data druhého z produktů jsou zpoplatněna. Byla stažena data bezplatného produktu v rozsahu ročních kompozitů 1992-2012 pro všechny roky a ze všech dostupných satelitů. Dále byla objednána data s radiometrickou korekcí osvětlení pro území České republiky pro rok 1992 a dále pro roky 2000 až 2012. Získaná data však obsahovala tatáž data jako data bezplatného produktu, tj. bez radiometrické korekce osvětlení. V rámci reklamace byla získána data s radiometrickou korekcí osvětlení, ale nikoli ve formě ročních kompozitů, ale ve formě kompozitů pro nestejně dlouhá období v letech 1996, 1999, 2000, 2003, 2004, 2006, 2010 a 2010-2011 a navíc získaná z jednoho i ze dvou snímačů (tato byla byla uvolněna ke stažení v průběhu roku 2014).


Vzhledem k výše uvedeným omezením dat s radiometrickou korekcí osvětlení byl zvolen za testovaný zdroj datový produkt bez radiometrické korekce, aby bylo možné provádět srovnání se statistickými daty popisujícími socio-ekonomické ukazatele ve vztahu k rozvoji území. Obr. 7 Data ročního kompozitu F182012 v neřízené klasifikaci (šedá barva pro DN 0-6)


Vizuelním zhodnocením obrázku je zřejmé, že rozložení intenzity osvětlení v rámci České republiky je značně diferencované. Právě prostorové rozložení hodnot osvětlení a změna tohoto rozložení v čase v rámci studovaného území je jedním ze základních východisek našeho výzkumu, kdy přináší zásadní přidanou hodnotu pro srovnání se socio-ekonomickými ukazateli, které jsou agregovány na statistické jednotky, ve kterých vnitřní diferenciace chybí, není dostupná či není snadné ji vyjádřit. Byla provedena analýza všech dostupných ročních kompozitů pro území České republiky, tj. 33 kompozitů pořízených 6 satelity v období let 1992-2012. Byly analyzovány metadatové soubory a bylo ověřena věrohodnost dat na základě počtu pozorování na celém území.


Obr. 8 Metadatový soubor ročního kompozitu F182012 (hodnota v legendě znamená počet pozorování zahrnutých do výpočtu)


Z analýzy metadatových souborů je zřejmé, že ve většině případů je počet relevantních pozorování dostatečný a že vypočtené hodnoty DN mohou být považovány za věrohodné. V rámci analýzy byly vypočteny statistiky DN hodnot všech ročních kompozitů pro území České republiky. Jednou z vypočtených statistik je Sum of Lights (SOL), která představuje sumu DN hodnot všech pixelů za celou Českou republiku. Z grafu je patrné, že hodnota SOL pro řadu dvojic kompozitů pořízených v témže roce jiným snímačem se liší, v některých případech pak dosti výrazně. Zcela mimo hrubý trend se vymyká hodnota v roce 2010. Z toho plyne potvrzení, že nemůžeme data přímo srovnávat napříč časovou řadou.


Graf č. 1 Srovnání ročních kompozitů v časové řadě


Na základě výsledků předchozí analýzy byla provedena radiometrická korekce dle parametrů popsaných v práci Elvidge at al., National Trends in Satellite Observed Lighting: 19922012, 2013. To znamená, že na každý pixel každého ročního kompozitu byla aplikována kvadratická funkce s popsanými koeficienty. Opět byly vypočteny statistiky DN hodnot všech ročních kompozitů pro území České republiky včetně hodnoty SOL. Graf č. 2 Srovnání ročních kompozitů s radiometrickou korekcí v časové řadě



Srovnáním obou získaných grafů zjišťujeme, že provedenou radiometrickou korekcí došlo k částečnému vyrovnání průběhů křivek v případech, kdy byly NTL pořizovány současně dvěma snímači. Na originální datovou sadu kompozitů byla aplikována radiometrická korekce s použitím globálních koeficientů (tj. koeficientů aplikovatelných na celý prostorový rozsah ročních kompozitů). Zdá se však, že ani tento výsledek není uspokojivý pro možné srovnání dat ročních kompozitů napříč časovou řadou. Podobného výsledku bylo dosaženo v rámci jednoho z projektů na území Číny.8 Nabízí se tedy varianta nalezení vlastní funkce radiometrické korekce, která by co nejtěsněji vyhovovala území České republiky a umožnila tak srovnání dat ročních kompozitů napříč časovou řadou. 6.3.5 Koncept Nightsat Mission

Nightsat9 představuje koncept pro satelitní systém schopný globálního pozorování umístění, formy a hustoty rozvoje lidských sídel na úrovni středního prostorového rozlišení. Takový satelitní systém by měl být schopen produkovat kompletní bezoblačné mapy osvětlení na roční bázi. Nightsat by měl shromažďovat údaje z blízko-synchronní oběžné dráhy v podvečer s prostorovým rozlišením 50 až 100 metrů a s detekčním limitem 2,5.10-10 W.cm-2.sr-1.µm-1 nebo lepším. Nedostatky stávajícího systému DMSP-OLS jsou především hrubé prostorové rozlišení, chybějící on-board kalibrace, limitovaný dynamický rozsah (6 bit), saturace v centech městských aglomerací a absence termálního pásma vhodného pro detekci požárů. Na projekt DMSP-OLS navazuje projekt Visible/Infrared Imager/Radiometer Suite (VIIRS), jehož smímače jsou umístěny na satelitním systému National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System (NPOESS). Systém VIIRS zajistí pořízení snímků nočního osvětlení velmi nízké intenzity se zlepšeným prostorovým rozlišením (pixel 742 m), širším dynamickým rozsahem, rozšířením počtu spektrálním pásem na 22 a on-board kalibrací.

8

LIU, Zhifeng, HE, Chunyang, ZHANG, Qiaofeng, HUANG, Qingxu a YANG Yang. Extracting the dynamics of urban expansion in China using DMSP-OLS nighttime light data from 1992 to 2008 in Landscape and Urban Planning, Volume 106, Issue 1, 15 May 2012, pp. 62-72 9 ELVIDGE, C. D., CINZANO, P., PETTIT, D. R., ARVESEN, J., SUTTON, P., SMALL, C., NEMANI, R., LONGCORE, T., RICH, C., SAFRAN, J., WEEKS, J. a EBENER, S. The Nightsat mission concept in International Journal of Remote Sensing Vol. 28, No. 12, 20 June 2007, pp. 2645–2670 [online] [cit.2014-09-10] Dostupné na: http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCAQFjAA&url=http%3A%2 F%2Fwww.urbanwildlands.org%2FResources%2F2007ElvidgeIJRS.pdf&ei=NJU7VJ6GJ4etaZ2ggIAC&usg =AFQjCNH7rkzT1ehBJ8b0Q5cGtvipZoQUDg&sig2=lwJs9eNaixzMAB6sVAl3Q&bvm=bv.77161500,d.bGQ Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 32

Cílem této části výzkumu bylo zjistit dostupnost dat nočního umělého osvětlení na území České republiky jako podkladu pro stanovení hypotézy výzkumu. Nejvhodnější datová sada byla analyzována a popsána. Je jí datový produkt DMSP Version 4 DMSP-OLS Nighttime Lights Time Series (V4 DMSP-OLS NTL), který obsahuje časovou řadu ročních kompozitních snímků umělého nočního osvětlení od roku 1992 s roční periodou aktualizace. Byla získána data pro ověřované území České republiky a byla analyzována v podstatných parametrech. Závěrem lze říci, že data nočního umělého osvětlení jsou připravena v potřebném rozsahu a struktuře pro realizaci následných fází projektu.

7 VÝCHODISKA PRO NÁVRH INDIKÁTORU Vědeckým přístupem je nalézt mechanismus měření územní dynamiky – rychlosti urbanizace (záboru) dosud neurbanizovaných ploch a měřením podílu brownfields na urbanizované ploše a rychlosti reurbanizace ploch brownfields, a to jako podklad pro vyhodnocení ekonomické výkonnosti daného území resp. měření regionálních disparit. Dá se předpokládat, že vyváženě (trvale udržitelně) se rozvíjející území využívá pro svůj rozvoj rovnoměrně ploch dosud nevyužitých (greenfields) a ploch již jednou urbanizovaných a v současnosti podvyužitých (brownfields). V podstatě by bylo možno „trvale udržitelnou“ územní dynamiku chápat jako vyvážené využívání již dříve urbanizovaných ploch (reurbanizace) s určitým podílem rozvoje v dosud neurbanizovaném území. Naopak tam, kde bude výrazně převažovat urbanizace na dosud nevyužitých plochách – přímá urbanizace – bude evidentní, že není dosud ekonomická (ale zřejmě ani legislativní) síla pro revitalizaci brownfields. Tam, kde budou převažovat plochy brownfields naopak bude vidět, že ekonomické možnosti území nejsou rozvinuty, území deklinuje (upadá), a proto zde žádné investice do výstavby (a to ani na nových plochách) nejsou realizovány. Výzkum indikátoru územní dynamiky by měl stanovit „pásma“ / hranice mezi udržitelným a neudržitelným vývojem území a rozdíly mezi jednotlivými regiony a to jak v okamžitém srovnání, tak i v čase. Projekt proto vychází ze současných poznatků urbánního vývoje a navrhuje tyto poznatky dále rozšířit a vytvořit nástroj – indikátor, kterým bude možno v čase sledovat prostorové změny tj. územní dynamiku. Na základě využití tohoto nástroje – indikátoru pak bude zpětně možné ovlivňovat politiky a plánovací nástroje tak, aby prostorový vývoj směřoval k eliminaci regionálních disparit.


Výsledným produktem výzkumu proto bude metodika indikátoru popisujícího stav a vývoj regionů tak, aby bylo možné vyhodnocovat dopady a účinnost regionální politiky a dalších strategických a plánovacích nástrojů uplatňovaných veřejnou správou a samosprávou. Orgány regionálního rozvoje tak budou mít k dispozici jednoduchý objektivní nástroj pro vyhodnocování dopadů svých politik a zejm. nástroj na hodnocení jejich účinnosti. Tj. na základě indikátoru bude možno lépe vyhodnocovat stav území, potřebnost intervencí z veřejných prostředků do nich a tudíž dojde k zefektivnění a případně i snížení finanční náročnosti těchto intervencí.

8 HYPOTÉZA VÝZKUMU Inspirací pro sestavení indikátoru územní dynamiky na regionální úrovni byly nikoli denní, ale noční snímky z DPZ, neboť míra osvětlení vypovídá lépe o skutečném využití území než pouhá informace o tom, zda území bylo či nebylo urbanizováno. Základní rámec pro stanovení výzkumné hypotézy tedy byl stanoven relativně jednoduše, a to že intenzivně urbanizované a ekonomicky dobře fungující území bude mít vyšší míru svítivosti, než území, které sice je rovněž urbanizované, ale potýká se s ekonomickými problémy. Pro sledování a vyhodnocování rozvoje území na mezoregionální a mikroregionální úrovni lze výše uvedený rámec využít až do podrobnosti hodnocení stavu využití jednotlivých lokalit (vznik resp. revitalizace brownfields, poměr rozvoje na greenfields a brownfields apod.). Hlavní hypotéza výzkumu pak je definována následovně: Zjištěním vývoje vztahu mezi svítivostí a ekonomickým vývojem v jednotlivých dílčích lokalitách (na mikroregionální úrovni) lze sledovat nejen objektivizovaný (od lidského faktoru očištěný) ekonomický vývoj daného území (bez nutnosti složitě statisticky sledovat ekonomická data v tomto území), ale i výsledky intervencí regionálních politik.

9 NÁVRH STRUKTURY INDIKÁTORU ÚZEMNÍ DYNAMIKY 9.1 Data z DPZ

V rámci analytické fáze projektu byly ověřeny dostupné zdroje nočních snímků (NTL) pro území České republiky. Jediným vhodným existujícím zdrojem se jeví datová sada DMSP Version 4 DMSP-OLS Nighttime Lights Time Series, která poskytuje časovou řadu snímků v období let 1992-2012. Jednotlivé datové sady pořízené s roční periodou několika snímači však nejsou vzájemně kalibrovány a nelze tedy provést srovnání údajů v rámci jednoho roku z více snímačů ani srovnání meziroční. Byla provedena doporučená radiometrická korekce dat v rozsahu České republiky s užitím obecných transformačních klíčů.10 Výsledek radiometrické korekce však není uspokojivý a nepřináší možnost relevantního porovnání údajů v jednotlivých sadách v rámci časové řady.

10

ELWIDGE, D. Christopher and HSU, Feng-Chi. National Trends in Satellite Observed Lighting: 19922012. Chapter in “Global Urban Monitoring and Assessment Through Earth Observation” Editor Qihao Weng. CRC Press. 2013 Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 34

Předpokládáme analytické odvození vlastních transformačních klíčů, které budou specifické pro území České republiky. Data s provedenou radiometrickou korekcí na základě těchto transformačních klíčů budou použita pro stanovení indikátoru pro příslušný rok. Indikátor územní dynamiky vychází ze sledování trendu vývoje charakteristik nočního osvětlení ve zkoumaném území v čase. Základním časovým úsekem je kalendářní rok, tj. všechny údaje jsou vztaženy k tomuto časovému úseku. To umožňuje porovnávat charakteristiky nočního osvětlení ve zkoumaném území meziročně, mezi dvěma libovolně zvolenými roky nebo napříč celým zvoleným obdobím. Hodnoty osvětlení v datech nočních sníků nejsou hodnotami absolutními a představují relativní škálu v rozsahu hodnot 0-63 (označované jako DN) odpovídající intenzitě osvětlení v kterémkoli zkoumaném místě v daném roce. Z jednotlivých ročních hodnot indikátoru bude prezentován graf trendu. Indikátor územní dynamiky měří meziroční relativní četnost diferenciální změny osvětlení v testovaném území. Ta je vyjádřena jako podíl součtu všech meziročních diferencí hodnot DN a součtu všech DN v cílovém roce. Vypočtená hodnota indikátoru je přepočtena na škálu hodnot (-10,10). Kladné hodnoty představují růst, záporné pak pokles indikátoru. Indikátor je připraven pro hodnocení území o velikosti minimálně 100 km2, jeho užití pro menší území je možné, ale považujeme ho pouze za pomocný indikátor. Dalším pomocným indikátorem je rozložení četnosti hodnot DN ve formě histogramu. 9.2 Data pro ověření

Ekonomický rozvoj je ve stávajících indikátorových sadách dosud měřen zpravidla z hlediska naplňování makroekonomických ukazatelů (vycházejících nejčastěji z HDP), případně formou zkoumání mikroekonomické základny (typicky ukazatele hodnotící podnikatelskou aktivitu). Samozřejmě v zemích, kde jsou sledovány ekonomické aktivity v jednotlivých městech na základě funkčního daňového systému, jsou tyto aktivity vyhodnoceny a podchyceny, a tak zejména Velká Británie může sledovat lokální ekonomickou aktivitu, aniž by musela vytvořit další vlastní šetření. V zemích bývalého RakouskoUherska s trochu jiným tradičně nastaveným statistickým systémem je možno sledovat ukazatele podnikání, ale nikoli ve smyslu kvalitativním. Optimálně využitelné ukazatele sledování ekonomického pilíře udržitelného rozvoje území by v sobě měly zahrnovat jak kvantifikaci ekonomické prosperity, tak ale i kvalitativní parametry z hlediska vlivu na kvalitu života v území. V krátkém až středně dlouhém období záleží především na tom, jakým způsobem ten který region nebo subregion získává finanční prostředky na financování veřejných statků. Druhou stránkou věci je jak efektivně se tyto prostředky vynakládají. Krátkodobou ekonomickou prosperitu (finanční stabilitu území) je proto nejvhodnější měřit a hodnotit na základě:


1.

Výsledku hospodaření města/měst (sídla/sídel regionu) - základním nástrojem hospodaření územně samosprávných jednotek je rozpočet11. 2. Struktury majetku města (sídel, regionu) a zdrojů jeho pořízení – základním zdrojem informací jsou účetní výkazy.

Jedním z možných postupů, kterým lze tuto provázanost přenést na úroveň ukazatelů, je integrovat dílčí ukazatele do jednoho agregovaného ukazatele vypovídajícího o ekonomickém vývoji sídla, sídel nebo regionu. Tato agregace do ukazatele využívá metody tzv. scoringu. Metodu scoringu lze za účelem agregace dílčích indikátorů zjednodušit formou algoritmu zařazování měst (sídel nebo regionů) do tří kvalitativních skupin (A, B, C) podle dosažených výsledků jednotlivých dílčích indikátorů. Na základě dosavadních praktických zkušeností s hospodařením (především) měst jsou ke každému z vytvořených dílčích výpočtů přiřazeny hodnoty (skóre), které lze považovat za optimální (A), únosné (B) a zcela neudržitelné (C). Každý z dílčích výpočtů má přiřazenu svoji váhu v procentech navzájem podle toho, nakolik je jeho výsledek podstatný pro celkové vyhodnocení hospodaření města za daný rok. Souhrnný výsledek agregovaného ukazatele (kategorie) se přiřadí podle převažujících hodnot (se zohledněním jejich vah, případně vah více sídel nebo regionů). Finální výsledek pak lze interpretovat následovně: – A: Město má optimální finanční stabilitu, dostatečnou a přiměřenou investiční aktivitu. – B: Město je uspokojivě finančně stabilní a jeho hospodaření udržitelné za předpokladu zachování alespoň stávajících hodnot dílčích ukazatelů. – C: Město je finančně nestabilní, do budoucna velmi rizikové a hrozí zpomalení či zastavení jeho rozvoje. Neodpovídá kritériím ekonomické udržitelnosti. Ekonomickými daty pro ověření a korelaci dat z DPZ by tedy měly být následující ukazatele: • Finanční nestabilita měst(a) resp. sídel regionu, jako jeho jádra; • Ukazatele majetkové struktury a majetkového hospodaření měst(a), sídel regionu jako jeho jádra; • Ukazatele stability a diverzifikace místní ekonomické základny; • Udržitelnost základní infrastruktury.

11

Zákon č. 250/2000 Sb., o rozpočtových pravidlech územních rozpočtů, ve znění pozdějších předpisů, § 3 a 4. Průběžná zpráva - říjen 2014 strana 36

10 ZÁVĚR – DALŠÍ POSTUP ŘEŠENÍ PROJEKTU Na základě výše popsaného bude řešení výzkumného projektu pokračovat dle plánu následovně: Nastavení procesu monitoringu územních změn (pilotní studie sledování územní dynamiky) Kartografické výstupy v elektronické i analogové podobě zachycující sledovaná území. S využitím kartografických nástrojů (kartogramy, kartodiagramy) bude na potlačeném topografickém podkladu přehledně pojednán stav i vývoj sledovaného indikátoru. Díky zpracování v technologiích GIS budou tyto mapové výstupy distribuovatelné v nejrůznějších podobách (papírový výstup, obrázek, .pdf, GIS formáty). Výsledky bude možno přímo použít např. v GIS veřejné správy příslušných územních celků. Termín dosažení výsledku – srpen 2015 Územím, pro které bude prevedena pilotní studie je území Královéhradeckého a Pardubického kraje, a to na úrovni okresů s referenčními příklady i na menší území např. komparace ORP Králíky a ORP Česká Třebová a ve vybraných územích až na úroveň obcí. Metodika měření a monitoringu územních změn Výstupem bude certifikovaná metodika v tištěné i elektronické podobě, která popíše způsob měření územních změn a rozpracuje metodický přístup k indikátoru územní dynamiky tak, aby bylo možné na základě této metodiky indikátor vyhodnocovat a získané údaje provázat s regionální politikou a územním plánováním. Termín dosažení výsledku – prosinec 2015


SLEDOVÁNÍ VÝVOJE ZMĚN V ÚZEMÍ (ÚZEMNÍ DYNAMIKA) JAKO NÁSTROJ PRO SLEDOVÁNÍ A SNIŽOVÁNÍ DISPARIT REGIONŮ Průběžná zpráva - říjen 2014

Recommend Documents