Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem Fakulta životního prostředí
Využití geoinformačních technologií pro hodnocení krajiny přeshraniční oblasti Česko-Saské Švýcarsko
JITK A ELZN ICO VÁ A KOLEKTIV Ús tí nad Lab em 2 0 1 2
Univerzita Jana Evangelista Purkyně v Ústí nad Labem Fakulta životního prostředí
Využití geoinformačních technologií pro hodnocení krajiny přeshraniční oblasti Česko-Saské Švýcarsko JITKA ELZNICOVÁ A KOLEKTIV
ÚSTÍ NAD LABEM 2012
Tato publikace vznikla za finančního přispění Evropské unie, programu CENTRAL EUROPE spolufinancovaného z Evropského regionálního rozvojového fondu (ERDF) This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed by the European Regional Development Fund (ERDF).
Název: Využití geoinformačních technologií pro hodnocení krajiny přeshraniční oblasti Česko-Saské Švýcarsko Vedoucí autorského kolektivu: Ing. Jitka Elznicová, Ph.D. Autorský kolektiv: Ing. Vladimír Brůna Ing. Ondřej Černohouz Ing. Tomáš Dolanský, Ph.D. Ing. Jana Ehertová Ing. Jitka Elznicová, Ph.D. Bc. Marie Halušková Mgr. Oldřich Holešinský Bc. Klára Jarošová Ing. Petra Jiskrová Bc. Jana Kosinská Ing. Dagmar Najmanová Mgr. et Ing. Petr Novák Bc. Pavel Novotný Ing. Jan Pacina, Ph.D. Bc. Raúl Pérez Ing. Kateřina Wojtaszeková Vědecký redaktor: Ing. Milan Talich, Ph.D. Oponenti:
Ing. Jiří Cajthaml, Ph.D. RNDr. Blanka Malá, Ph.D.
Publikace neprošla jazykovou úpravou. © Fakulta životního prostředí Univerzity J. E. Purkyně 2012
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK 3D AOPK ČR ATKIS Bpv CAD CLC ČR ČSNS ČÚZK DATAZ DMÚ 25 DPI DPZ DSM DTM DWG DXF ESRI ETRS 89 EU FŽP UJEP GeNeSiS GeoSN GIS GML GPS HTML CHKO Labské pískovce IÖR Dresden ISO k.ú. KAO KES KML LHP LIDAR LMS LPS LZW MŽP
třírozměrná grafika či zobrazení, (ang. 3-Dimension) Agentura ochrany přírody a krajiny České republiky Úřední topograficko-kartografický informační systém používaný v SRN výškový systém Balt po vyrovnání computer Aided Design CORINE Land Cover - databáze krajinného pokryvu Evropy Česká republika Databáze bodů České státní nivelační sítě Český úřad zeměměřický a katastrální Databáze trigonometrických a zhušťovacích bodů ZÚř digitální model území (měřítko 1:25 000) počet bodů na palec (ang. Dot Per Inch) dálkový průzkum Země (ang. Remote sensing) digitální model povrchu (ang. Digital surface model) digitální model terénu (ang. Digital terrain model) extenze souboru DraWinG extenze souboru Data eXchange Format Environemental Systems Research Institute souřadnicový systém European Terrestrial Reference System 1989 Evropská unie Fakulta životního prostředí Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem zkratka projektu: Geoinformation Networks for the Crossborder National Park Region Saxon-Bohemian Switzerland Staatsbetrieb Geobasisinformation und Vermessung Sachsen geografický informační systém (ang. Geographic Information System) Geography Markup Language globální polohový systém (ang. Global Positioning System) HyperText Markup Language Chráněná krajinná oblast Labské pískovce Leibniz institut ekologického a regionálního rozvoje, Drážďany, Německo lnternational Organization for Standardization katastrální území koeficient míry antropogenního ovlivnění krajiny koeficient ekologické stability Keyhole Markup Language lesní hospodářský plán laserový radar (ang. Light Detection and Ranging-mesure de distance par détection d'ondes lumineuses) letecký měřický snímek Lecia Photogrammetry Suite – program pro práci s leteckými a družicovými snímky kompresní metoda Lempel-Ziv-Welch Ministerstvo životního prostředí
Natura 2000 NB NP České Švýcarsko OGC OP PR REST RETM RGB RZM10 RZM50 SHDI SISTEMaParc S-JTSK SK SOAP SRM SRN SV SZ TB TIFF TransEcoNet TTP TU Dresden TXT ÚAZK UJEP VaV VGHMÚř VM WCS WFS WMS WSDL XML ZABAGED ZhB ZÚř
je soustava chráněných území, které vytvářejí na svém území podle jednotných principů všechny státy Evropské unie nivelační bod Národní park České Švýcarsko Open GIS Consortium operační program přírodní rezervace Representational State Transfer rastrový ekvivalent turistické mapy Red-Green-Blue rastrová základní mapa 1:10 000 rastrová základní mapa 1:50 000 Shannonův index diverzity zkratka projektu: Spatial Information Systems for Transnational Environmental Management of Protected Areas and Regions in CADSES souřadnicový systém Jednotné trigonometrické sítě katastrální Stabilní katastr Simple Object Access Protocol SeRvice Module, Security Reference Monitor Spolková republika Německo severovýchod severozápad trigonometrické body bezkompresní formát pro uložení obrazových dat (ang. Tagged Image File Format) zkratka projektu: Transnational Ecological Network in Central Europe trvalé travní porosty Technická univerzita v Drážďanech, Německo extenze pro textový soubor Ústřední archiv zeměměřictví a katastru Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem věda a výzkum Vojenský geografický a hydrometeorologický úřad v Dobrušce Vojenské mapování Web Coverage Service Web Feature Service Web Map Services Web Services Description Language eXtensible Markup Language digitální topografický model území ČR odvozený z mapového obrazu Základní mapy České republiky 1:10 000 v souřadnicovém systému S-JTSK a výškovém systému baltském - po vyrovnání zhušťovací body Zeměměřický úřad
ÚVOD......................................................................................................................................... 9 TVORBA GEODATABÁZE ................................................................................................. 12 I. Vojenská mapování jako zdroje informací pro studium krajiny ............................................12 1 Úvod .........................................................................................................................................................12 2 Zpracování starých map 1. a 2. vojenského mapování .............................................................................13 2.1 Technická úprava mapových listů vojenských mapování................................................................15 2.2 Metoda georeference .......................................................................................................................16 2.3 Metodika interpretace a verifikace ..................................................................................................17 2.4 Vektorizace obsahu mapy ................................................................................................................18 2.5 Rekonstrukční mapy ........................................................................................................................19 3 Zpracování starých map 3. vojenského mapování ....................................................................................20 3.1 Metoda georeference .......................................................................................................................20 3.2 Metodika interpretace a verifikace ..................................................................................................21 4 Zpracování starých map Císařských otisků stabilního katastru ................................................................23 4.1 Georeference, vektorizace a interpretace dat ...................................................................................24
II. Zpracování historických leteckých snímků...............................................................................25 1 Úvod .........................................................................................................................................................25 1.1 Základní charakteristika snímků ......................................................................................................25 2 Zpracování leteckých snímků ...................................................................................................................26 2.1 Ortorektifikace snímků ....................................................................................................................26 2.2 Vektorizace snímků .........................................................................................................................29 2.3 Interpretace snímků .........................................................................................................................29
III. Laserové skenování v Českém Švýcarsku................................................................................31 1 Úvod .........................................................................................................................................................31 2 Zpracování leteckých laserových dat z oblasti Česko-Saské Švýcarsko ..................................................31 2.1 Zpracování dat .................................................................................................................................33 2.2 Kontrola přesnosti filtrovaného DTM .............................................................................................34 3 Zpracování prostorového modelu Pravčické brány ..................................................................................39 3.1 Pořízení laserových dat ....................................................................................................................39 3.2 Přípravná fáze ..................................................................................................................................40 3.3 Modelování brány ............................................................................................................................41 3.4 Výsledný model Pravčické brány ....................................................................................................42 4 Pozemní laserové skenování na Havraní skále a v kaňonu Kachního potoka .........................................43 4.1 Skenování v lokalitách.....................................................................................................................45
IV. Publikace dat ..............................................................................................................................48 1 Webové služby .........................................................................................................................................48 1.1 Mapové webové služby ...................................................................................................................48 1.2 WMS – Web Map Service ...............................................................................................................49 1.3 WFS – Web Feature Service............................................................................................................50 1.4 WCS – Web Coverage Service ........................................................................................................51 2 Vytvoření mapových služeb v ArcGIS Serveru........................................................................................51 2.1 Administrační rozhraní ArcGIS Manager........................................................................................51 3 Mapové aplikace využívající webové služby ...........................................................................................52 3.1 Aplikace vytvořená ArcGIS Serverem ............................................................................................52 3.2 Aplikace založené na technologii Adobe Flex.................................................................................52 3.3 Aplikace založené na Microsoft SilverLight ...................................................................................52 4 Mapový server UJEP ................................................................................................................................53
V. GIS na Správě Národního parku České Švýcarsko ..................................................................54 1 2 3 4
Úvod .........................................................................................................................................................54 Data ..........................................................................................................................................................54 Software ....................................................................................................................................................57 Shrnutí ......................................................................................................................................................58
ANALÝZA DAT ..................................................................................................................... 59 VI. Metody hodnocení vývoje krajiny pomocí starých map a leteckých snímků ...................... 59 1 Analýza změny využití krajiny v katastru Růžová ...................................................................................63 1.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................63 1.2 Výsledky ..........................................................................................................................................63 2 Retrospektivní analýza vývoje krajiny v modelové oblasti u obce Tisá s využitím geoinformačních technologií ................................................................................................................................................66 2.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................66 2.2 Výsledky ..........................................................................................................................................66 3 Časoprostorové změny rybníka Stará Oleška v oblasti přírodní rezervace Stará Oleška .........................69 3.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................69 3.2 Výsledky ..........................................................................................................................................69 4 Retrospektivní monitoring krajiny v oblasti Mohelnice v Krušných horách ...........................................71 4.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................71 4.2 Výsledky ..........................................................................................................................................71 5 Hodnocení vývoje krajiny pomocí geoinformačních technologií v katastru Kamenická Stráň ................73 5.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................73 5.2 Výsledky ..........................................................................................................................................73 6 Hodnocení vývoje krajiny v katastru Bynovec s využitím archivních leteckých snímků ........................75 6.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................75 6.2 Výsledky ..........................................................................................................................................75 7 Změny krajiny povodí Olšového potoka od 18. století do současnosti a návrh jeho revitalizace .............77 7.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................77 7.2 Výsledky ..........................................................................................................................................77 8 Hodnocení vývoje krajiny v katastru Vysoká Lípa s využitím archivních leteckých snímků .................80 8.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................80 8.2 Výsledky ..........................................................................................................................................80 9 Sledování změn krajinné struktury v katastru Labská Stráň pomocí archivních leteckých snímků ........82 9.1 Metody hodnocení ...........................................................................................................................82 9.2 Výsledky ..........................................................................................................................................82
VII. Analýza dat laserového skenování ......................................................................................... 85 1 Zjišťování parametrů stromů ....................................................................................................................85 1.1 Import dat ........................................................................................................................................85 1.2 Úpravy vstupních dat .......................................................................................................................86 1.3 Určení polohy stromu ......................................................................................................................86 1.4 Výpočet parametrů pro jednotlivé stromy .......................................................................................87 2 Zpracování lesnických parametrů z dat leteckého laserového skenování .................................................89 2.1 Předpoklady a východiska ...............................................................................................................89 2.2 Přípravná fáze ..................................................................................................................................89 2.3 Analýza stromů ................................................................................................................................90 2.4 Shrnutí .............................................................................................................................................93 3 Analýza dat a tvorba modelu terénu a povrchu ........................................................................................94 3.1 Metodika zpracování .......................................................................................................................94
ZÁVĚR .................................................................................................................................... 98 LITERATURA ........................................................................................................................ 99 SOUHRN / SUMMARY ....................................................................................................... 103
AUTOŘI: Úvod: Ing. Jitka Elznicová, Ph.D Vojenská mapování jako zdroje informací pro studium krajiny: Ing. Vladimír Brůna, Ing. Jan Pacina, Ph.D. Zpracování historických leteckých snímků: Ing. Jitka Elznicová, Ph.D Laserové skenování v Českém Švýcarsku: Ing. Tomáš Dolanský, Ph.D., Mgr. Oldřich Holešinský Na zpracování dat se dále podíleli: Ing. Jiří Skácilík, Ph.D. z FSv ČVUT v Praze a studentka Andrea Benedová z PřF Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích Publikace dat: Mgr. et Ing. Petr Novák, Ing. Jan Pacina, Ph.D. GIS na Správě Národního parku České Švýcarsko: Mgr. Oldřich Holešinský Metody hodnocení vývoje krajiny pomocí starých map a leteckých snímků: Ing. Jitka Elznicová, Ph.D - Analýza změny využití krajiny v katastru Růžová: Ing. Ondřej Černohouz, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D. -
Retrospektivní analýza vývoje krajiny v modelové oblasti u obce Tisá s využitím geoinformačních technologií: Ing. Jana Ehertová, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D.
-
Časoprostorové změny rybníka Stará Oleška v oblasti přírodní rezervace Stará Oleška: Bc. Marie Halušková, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D.
-
Retrospektivní monitoring krajiny v oblasti Mohelnice v Krušných horách: Bc. Klára Jarošová, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D.
-
Hodnocení vývoje krajiny pomocí geoinformačních technologií v katastru Kamenická Stráň: Ing. Petra Jiskrová, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D.
-
Hodnocení vývoje krajiny v katastru Bynovec s využitím archivních leteckých snímků: Bc. Jana Kosinská, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D
-
Změny krajiny povodí Olšového potoka od 18. století do současnosti a návrh jeho revitalizace: Ing. Dagmar Najmanová, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D.
-
Hodnocení vývoje krajiny v katastru Vysoká Lípa s využitím archivních leteckých snímků: Bc. Pavel Novotný, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D.
-
Sledování změn krajinné struktury v katastru Labská Stráň pomocí archivních leteckých snímků: Bc. Raúl Pérez, Ing. Jitka Elznicová, Ph.D.
Analýza dat laserového skenování: Ing. Tomáš Dolanský, Ph.D. -
Zjišťování parametrů stromů: Ing. Tomáš Dolanský, Ph.D.
-
Zpracování lesnických parametrů z dat leteckého laserového skenování: Ing. Tomáš Dolanský, Ph.D.
-
Analýza stromů: Ing. Tomáš Dolanský, Ph.D.
-
Analýza dat a tvorba modelu terénu a povrchu: Ing. Kateřina Wojtaszeková
Úvod
ÚVOD
Fakulta životního prostředí Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem se dlouhodobě zabývá studiem vývoje krajiny a její ochrany s použitím metod GIS a DPZ. Od roku 2000 se Katedra informatiky a geoinformatiky FŽP UJEP podílí na řešení projektů s tímto zaměřením v přeshraniční oblasti Česko-Saské Švýcarsko. Prvním přeshraničním projektem byl projekt SFMP CBC CZ0012/0501/0029 „Vybudování geoinformační databáze pro přeshraniční oblast Česko-Saské Švýcarsko“, řešený v rámci programu PHARE CBC v letech 2002–2004. Hlavním řešitelem byla FŽP UJEP. V rámci projektu byla shromážděna existující historická data na české straně a aktuální geodata pro celou oblast Česko-Saské Švýcarsko. Získaná geodata byla dále využívána v rámci projektu evropské iniciativy INTERREG IIIB CADSES „SISTEMaPARC“ (Spatial Information Systems for Transnational Environmental Management of Protected Areas and Regions in CADSES), který byl řešen v letech 2004 2006. Hlavním řešitelem byla Technická univerzita v Drážďanech, FŽP UJEP byla jedním ze spoluřešitelů projektu. Na základě získaných dat se prováděla analýza vývoje krajiny na modelových oblastech zájmového území. Data pro České Švýcarsko (Obr. 1) shromáždila a zpracovala FŽP UJEP. Data pro Saské Švýcarsko byla zpracovávána a analyzována díky TU Dresden a IÖR Dresden. V rámci projektů FŽP UJEP a TU Dresden pořídily a zpracovaly data pro celou oblast Česko-Saského Švýcarska. oblast Saské Švýcarsko
Časový rámec ~1800 ~1850 ~1900 ~1950
~2000
Obr. 1 1 2 3 4 5 6
oblast České Švýcarsko
Sächsischen Meilenblätter 1. vojenské mapování (1764– (1780–1809) 1 1768, 1780–1783 rektifikace) 2 Äquidistantenkarte des Königreiches 2. vojenské mapování Sachsen (1870–1885) 1 (1806–1869) 2 Topografická mapa Messtischblatt Topografická mapa (1900–1924) 1 Messtischblatt (1900–1924) 3 4 Meinholdkarte (1910) Meinholdkarte (1910) 4 Topografická mapa (~1940) 1 Topografická mapa (~1940) 3 1 TK 25/TK10 RZM10 4 ATKIS 1 ZABAGED 4 oblast Českosaské Švýcarsko Satelitní snímky (SPOT4 a SPOT5) 4 Letecké laserové snímkování 6 Multispektrální snímky 6
Přehled společných vrstev geodat pro oblast Česko-Saské Švýcarsko získaných v letech 2000–2006
Data byla zpracována v rámci projektu INTERREG IIIB "SISTEMaPARC" 3B038, Work package 2 - Analysis Tools and Monitoring Methods“. Hlavním řešitelem této sekce byl Dr. Ulrich Walz, IÖR Dresden. Data byla zpracována v rámci projektu VaV/640/2/01 - "Identifikace historické sítě prvků ekologické stability krajiny" řešeného v letech 2001–2002. Hlavním řešitelem projektu byl Ing. Vladimír Brůna, FŽP UJEP. Data byla zpracována v rámci projektu INTERREG IIIB "SISTEMaPARC" 3B038, Work package 2 - Analysis Tools and Monitoring Methods“. Spoluřešitelem projektu byla Ing. Jitka Elznicová, Ph.D., FŽP UJEP. Data byla zakoupena a zpracována v rámci projektu SFMP CBC CZ0012/0501/0029 „Vybudování geoinformační databáze pro přeshraniční oblast Česko-Saské Švýcarsko“. Hlavní řešitelem byla Ing. Jitka Elznicová, Ph.D., FŽP UJEP. Data byla zakoupena z projektu SFMP CBC CZ0012/0501/0029 (UJEP) a byla zpracovávána TU Dresden v rámci projektu INTERREG IIIB "SISTEMaPARC" 3B038. Hlavním řešitel projektu byl Prof. Dr. Elmar Csaplovics, Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung, TU Dresden. Data byla zakoupena z projektu INTERREG IIIA "Geoinformation Networks for the Crossborder National Park Region Saxon-Bohemian Switzerland" (02-I2.11-D024-EEL11064-2) a zpracovávána TU Dresden. Hlavním řešitel projektu byl Prof. Dr. Elmar Csaplovics, Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung, TU Dresden.
9
Úvod V současné době (2009–2012) se v rámci OP Nadnárodní spolupráce Střední Evropa řešil projekt „Transnational Ecological Network in Central Europe“ stručně nazvaný TransEcoNet, který byl zaměřen na hodnocení chráněné a nechráněné krajiny, pokud jde o jejich ekologickou konektivitu, historii i přírodní a kulturní zdroje. Do projektu byly zapojeny správní úřady z chráněných krajinných oblastí a národních parků stejně jako vládní i nevládní organizace angažující se v ochraně přírody a environmentálního vzdělávání. Hlavním řešitelem projektu byla TU Dresden. Do projektu bylo zapojeno 14 spoluřešitelů ze šesti zemí (Německa, Polska, České republiky, Rakouska, Maďarska a Slovinska) a dalších 20 přidružených organizací. Internetové stránky o projektu a výsledcích všech partnerů lze nalézt na adrese: http://www.transeconet.eu. Hlavním cílem projektu TransEconet bylo pro méně chráněné a nechráněné části ekologických sítí vytvořit strategie a navrhnout taková managementová opatření, aby došlo k jejich zapojení do chráněných území situovaných v hraničních oblastech států střední Evropy. Projekt by měl přispět k lepšímu propojení evropských ekosystémů, jako jsou Alpy, Green Belt a Karpaty a ke zvýšení povědomí veřejnosti o přírodním a kulturním dědictví krajiny v přeshraničních oblastech. V rámci projektu se FŽP UJEP podílela na pořizování, zpracování a úpravě dat (např. starých map, historických leteckých snímků pro hodnocení vybraných modelových oblastí s vyhodnocením změn krajiny v čase a na pořízení, zpracování a vizualizaci současných dat z pozemního laserového skenování. Dále bylo provedeno hodnocení lesnických parametrů z dat leteckého laserového skenování na modelových oblastech. FŽP UJEP byla zapojena při řešení do Severní projektové oblasti, do které náleželo zájmového území Česko-Saské Švýcarsko (Obr. 2). Tato oblast se rozkládá mezi státní hranicí České republiky a Spolkové republiky Německo a jedná se o velice cenné chráněné území. Na české straně do tohoto území spadá Národní park České Švýcarsko a Chráněná krajinná oblast Labské pískovce, na německé straně Nationalpark Sächsische Schweiz a Landschaftsschutzgebiet Sächsische Schweiz. Oblast je administrována celkem třemi správami. Důsledkem politického a administrativního rozdělení daného území se používají zejména v oblasti geoinformatiky silně heterogenní geodata.
Obr. 2
Přeshraniční zájmové území Česko-Saské Švýcarsko (převzato z www.npcs.cz)
10
Úvod V rámci výzkumu bylo na území Českého Švýcarska řešeno mnoho bakalářských a diplomových prací. První práce pocházejí z roku 2002 a vznikaly ve spolupráci se Správou CHKO Labské pískovce a Správou NP České Švýcarsko. Jednalo se o téma „Turistické a cykloturistické stezky na území CHKO Labské pískovce“ (Fiedlerová, 2003) a „Návrh metodiky určení hranic velkoplošných a maloplošných chráněných území“ (Patočka, 2003). První bakalářskou práci, která se zabývala hodnocením vývoje krajiny na základě historických leteckých snímků, zpracovala Zikmundová (2006) na katastru Srbská Kamenice. Ve spolupráci s TU Dresden byla řešena diplomová práce „Laserové skenování pro tvorbu 3D modelu vybrané části NP České Švýcarsko“ (Gasior, 2006). Vývoj rekreačního potenciálu v oblasti NP České Švýcarsko byl analyzován v rámci další diplomové práce „Využití digitálních metod GIS pro hodnocení krajiny v zájmové oblasti České Švýcarsko“ (Šrédl, 2006), která byla řešena ve spolupráci s IÖR Dresden. V rámci projektu TransEcoNet bylo zadáno nejvíce bakalářských a diplomových prací (Obr. 3), které se zaměřily na změny v krajině pomocí starých map a leteckých snímků. Témata byla zadávána ve spolupráci s CHKO Labské pískovce některé výsledky, které byly zjištěny, jsou v současné době využívány v praxi. Hlavními tématy byly změny ve využití krajiny, které se řešily na modelové oblasti Tisá (Ehertová, 2011), modelové oblasti Mohelnice v Krušných horách (Jarošová, 2011), na katastrech: Růžová (Černohouz, 2011), Vysoká Lípa (Novotný, 2011), Labská Stráň (Pérez, 2012) a Kamenická stráň (Jiskrová, 2012). Další dvě práce byly zaměřeny na hydrologické analýzy. Jednalo se o zmapování vývoje rybníka Stará Oleška (Halušková, 2011) a povodí Olšového potoka (Najmanová, 2012), kde byl dále vypracován i návrh revitalizace části tohoto potoka.
Obr. 3
Zájmová území včetně modelových oblastí, kde probíhá průzkum v rámci projektu TransEconet
11
Tvorba geodatabáze
TVORBA GEODATABÁZE I. VOJENSKÁ MAPOVÁNÍ JAKO ZDROJE INFORMACÍ PRO STUDIUM KRAJINY Jedním z předpokladů hodnocení krajiny, časoprostorové analýzy změn krajinné struktury a poznání vývoje krajiny je využití historických mapových děl a jejich následné zpracování v prostředí GIS. Území České republiky je plně pokryto jen několika historickými soubory map. Mezi tyto mapové soubory patří vojenská mapování, která vznikala v období od druhé poloviny 18. století do druhé poloviny 19. století a za tento časový úsek bylo mapováno celé území tehdejšího Rakouska-Uherska.
1 Úvod V rámci studií zabývajících se krajinou a jejími složkami se stále častěji přihlíží k historickému vývoji krajiny, zkoumá se její podoba v minulosti a vlivy dřívějšího hospodaření na současné krajinné funkce a krajinnou strukturu. Zejména studium časoprostorových změn krajinné struktury je v posledních letech frekventovaným tématem různých oborů lidského poznání. A právě stará mapa je významným a nenahraditelným datovým zdrojem poznání charakteru historické krajiny. Studium historických mapových podkladů bylo do konce minulého tisíciletí zájmem především historických geografů a kartografů, archeologů a archivářů. Zkoumala se zejména historie vzniku těchto mapových děl, jejich geometrická přesnost a obsah. Významným milníkem ve využívání starých map byl výše uvedený projekt VaV MŽP ČR. V rámci projektu byly do České republiky získány barevné kopie jednotlivých mapových listů v rozměru originálu. Soubory map 1. a 2. vojenského mapování v měřítku 1:28 800 byly převedeny do digitální formy a umístěny v jednoduchém programu Zoomify určeného k prohlížení rastrových formátů na adrese http://oldmaps.geolab.cz. Na internetové adrese jsou umístěny soubory všech tří vojenských mapování (1. a 2. voj. mapování v měřítku 1:28 800, 3. voj. mapování v měřítku 1:25 000 a 1:75 000), které jsou doplněny souborem map Müllerova mapování Čech a Moravy. Samostatnou a významnou aplikací je zpřístupnění cca 1 200 mapových listů tvořících 205 katastrálních území map Stabilního katastru. Preferovány byly tzv. povinné císařské otisky, což jsou nejlépe zachované kopie originálních map vytvářených přímo v terénu. Povinné císařské otisky vynikají jemnými a jasnými barvami a neobsahují žádné dodatečné vpisy1. Stabilní katastr byl zřízen z důvodu evidence majetku a vyměřování daní. Jeho součástí byly i mapy Stabilního katastru vyhotovené nejčastěji v měřítku 1:2 880. Tato mapová díla jsou přesná, mají velké měřítko, proto můžeme detailně hodnotit charakter krajiny v době mapování. Existence mapového serveru starých map a jejich zpřístupnění jak odborné, tak i laické veřejnosti, významně zvýšila využívání starých map v různých oborech lidského bádání. Vedle studia krajiny – krajinné ekologie jsou staré mapy využívány v územním plánování, tvorbě krajinných plánů, v revitalizaci krajiny, geobotanice, lesnictví, geologii, při analýze povodní a mnoha dalších činnostech (Brůna, Buchta, Uhlířová 2002a). Aby bylo možné mapy vojenských mapování využít k jejich interpretaci a i jako samostatné vrstvy v prostředí GIS, je nutná jejich úprava. 1
http://oldmaps.geolab.cz/stkatr/zoom/zoom_htm
12
Tvorba geodatabáze Pro řešení projektů byly identifikovány a vybrány soubory map vojenských mapování pokrývajících modelové území České Švýcarsko (Obr. 3). Základními podklady se staly výsledky projektu Laboratoře geoinformatiky FŽP UJEP z let 2001–2002. Jednalo se o soubor starých map 1. a 2. vojenského mapování, které byly poskytnuty jak v rastrovém, tak i ve vektorovém (v definovaných klasifikačních třídách) formátu dat pro převažující část zájmové území. Soubor starých map 3. vojenského mapování byl zpracováván přímo v rámci projektu TransEcoNet.
2 Zpracování starých map 1. a 2. vojenského mapování První vojenské mapování (mapování josefské) Josefské mapování (Obr. 4) bylo prvním soustavným vojenským mapováním habsburských zemí. Charakter celého mapového díla odpovídá jeho vojenskému využití. Prioritní byl především záznam objektů a jevů významných pro vojenské potřeby a to jak ve formě grafické, tak i ve formě písemné.
Obr. 4
Ukázka mapy 1. vojenského mapování u obce Tisá (© Laboratoř geoinformatiky UJEP)
Dobové úrovni kartografie odpovídala celková koncepce díla i jeho geodetická a kartografická osnova. Mapování nemělo geodetické základy a pro Čechy byla využita Müllerova mapa Čech, vydaná roku 1723 v měřítku 1:132 000, k zobrazení význačných bodů, které byly přeneseny do měřítka josefského mapování 1:28 800. Vojenský kartograf měl tímto k dispozici asi 15 až 20 těchto bodů na 1 čtvereční míli a mezi ně většinou již od oka nebo jen s nejjednoduššími prostředky na lehkém měřičském stole se záměrným pravítkem a busolou kreslil novou mapu. Vzdálenosti se odměřovaly krokem nebo odhadovaly. Zakreslovaly se detaily významné pro vojsko, pečlivě byly revidovány hranice, cesty, řeky, potoky a močály, lesy a porosty, návrší, údolí a rokle (Kuchař 1958). Na každém listu o rozměrech 62×41 cm jsou zobrazeny asi 2/3 čtvereční české míle. Kresba je barevná: sídla jsou zakreslena červeně, cesty hnědě, vody modře, louky zeleně, lesy černými stromečkovými značkami, terén je lavován a přes to perem křížově šrafován. Na okraji listu je seznam obcí a kolonky pro údaje o počtu měšťanů, sedláků a domkářů, o stavu a možnostech ustájení koní, v případě mnoha listů však tyto číselné údaje chybí. Na sekci je uvedeno jméno kraje a délkové měřítko.
13
Tvorba geodatabáze Zároveň se zjišťovalo, kolik je možno v obci ubytovat vojska, kolik je zde sedláků a chalupníků, kolik je tažného a jatečního dobytka. Tyto údaje jsou obsaženy v podrobném vojensko-zeměpisném popisu, který jen pro samotné Čechy činí 19 rukopisných svazků. Jednotlivé mapové sekce byly vybaveny usměrněným soustavným popisem, který obsahoval tato fakta, jež nebylo možné sdělit vlastní mapou. Kromě toho jsou zde obsaženy i návrhy mapujících důstojníků na využití terénu v případě války. Tyto poznámky pomáhaly krajinu v představě i modelovat (Kudrnovská 1985). Kompletní mapové dílo je tvořeno více než 4 000 listy, které pokrývají území celé habsburské monarchie. Hlavní složky souboru byly hotovy a zčásti dokonce revidovány nebo nově mapovány za 23 let (v českých zemích 20 let). Není to ovšem dílo jednotné, ale je složené z více samostatných map. Původní mapování proběhlo v Čechách v letech 1764–1767, nedostatky tohoto díla se projevily za války s Pruskem o bavorské dědictví (1778–1779). V roce 1780 začala rektifikace severního pohraničí českých zemí, kdy z vojenských důvodů šlo nejdříve o mapování severní hranice, ale posléze byla práce rozšířena i do vnitrozemí. Přezkoušeny byly sekce ze Žateckého, Litoměřického, Rakovnického, Boleslavského, Královéhradeckého a částečně i Kouřimského a Chrudimského kraje. Druhé vojenské mapování (Františkovo) Druhé vojenské mapování (Obr. 5) bylo na území Česka vyhotoveno v letech 1819–1858. Jeho vzniku předcházela vojenská triangulace, která proběhla v letech 1806–1811, takže na rozdíl od 1. vojenského mapování byl vytvořen předpoklad pro geodetické sjednocení tohoto mapového díla.
Obr. 5 Ukázka mapy 2. vojenského mapování u obce Tisá (© Laboratoř geoinformatiky UJEP)
V roce 1816 započalo katastrální mapování, které se později použilo jako podkladu pro mapování vojenské. Trigonometrická sít’ byla propočtena v různých systémech, jejichž počátkem pro Čechy, Horní Rakousy a Solnohradsko byl trigonometrický bod Gusterberg v Horních Rakousích, pro Slezsko, Moravu, Dolní Rakousy a Dalmácii jím zůstala věž Svatoštěpánského dómu.
14
Tvorba geodatabáze Pro 2. vojenské mapování bylo zachováno měřítko 1:28 800, použité i v 1. vojenském mapování. Katastrální osnova a obsah, zmenšené na desetinu katastrálního měřítka a užité jako podklad pro kresbu vojenských sekcí vyvolaly opět nejednotnost vojenského mapování a znemožnily jednoduché sestavování vojenských sekcí do větších souborů. Geodetický podklad katastrálních map, polohy trigonometrických bodů, nebyly totiž překresleny do jednotného, původně zamýšleného válcového zobrazení, čímž se vojenské sekce pro každou zemi staly samostatnou obdobou jejího katastrálního souboru (Kuchař 1958). Při mapování se používala metoda grafického protínání pomocí měřického stolku, krokování vzdáleností, výškopis se kreslil svahovými šrafami. Pro Čechy existuje 267 vojenských mapovacích sekcí z let 1842–1852. Na každé sekci je uvedeno její číslo 1–19 od severu k jihu a ve sloupci I. až X. západním nebo východním směrem od Gusterbergu, jméno štábního důstojníka, který sekci mapoval a letopočet. Na pravém okraji sekcí je připojen seznam obcí a osad, počet domů a stájí a údaj o tom, kolik tam lze umístit mužů a koní. Morava a Slezsko byly v době mapování, tj. v letech 1836–1840, zobrazeny na 146 sekcích stejného čtvercového formátu, číslovaných 1–13 od severu k jihu a v 6 sloupcích západně a 13 sloupcích východně od Svatoštěpánského poledníku. Formální podoba sekcí je stejná jako v případě souboru pro Čechy. Význam 2. vojenského mapování spočívá v jeho větší přesnosti v porovnání s 1. vojenským mapováním, jelikož vznikalo na základě geodetické osnovy a s použitím situace zakreslené v mapách stabilního katastru (Kuchař 1967).
2.1 Technická úprava mapových listů vojenských mapování 2.1.1 Převod analogových map do digitálního tvaru Mapové listy 1. a 2. vojenského mapování byly získány v analogové podobě jako barevné laserové kopie v měřítku 1:1, v konečné velikosti formátu cca A1. Pro jejich další zpracování a analýzu v prostředí GIS bylo nezbytné převedení analogového záznamu na záznam digitální a to pomocí velkoplošného barevného skeneru. Mapy byly skenovány s hustotou 400 DPI2. Tato hustota je ideální pro archivaci těchto unikátních mapových děl, neboť nám umožňuje zpětně mapový list vytisknout v kvalitě odpovídající originálu. Digitální záznam byl v této hustotě uložen v rastrovém formátu TIFF, jehož velikost je pro jednotlivou sekci cca 125 MB, a archivován v prostředí datového skladu. Zároveň pro potřeby analýzy a vizuální interpretace byla hustota rastru snížena na 200 DPI, resp. 100 DPI. Jako vhodnou pro další práci byla shledána hustota 200 DPI, která poskytla přijatelný kompromis mezi kvalitou a velikostí souboru. 2.1.2 Úprava rastrového formátu map Dalším krokem při práci s rastrovými daty byla příprava jednotlivých mapových listů, jejich ořezání a spojení, změna rozlišení a případně i úprava barev a formátu. Vstupní data byla ve formátu *.TIFF s barvami ve škále RGB v LZW kompresi. Sekce pokrývající modelové území bylo nutné před samotným spojením převést na rozlišení výsledného rastru. Z hlediska vektorizace bylo žádoucí, aby rozlišení rastrového podkladu bylo co nejvyšší a pokud možno blízké původnímu rozlišení sekcí (400 DPI). Při spojování více sekcí však docházelo k neúměrnému zvýšení objemu zpracovávaných dat, bylo tedy nutné přistoupit ke snížení rozlišení na 200 DPI. Výsledný rastr představuje kompromis mezi vysokým rozlišením a hardwarovou náročností jeho zobrazení a vykreslování v reálném čase. Rozlišení se liší podle plochy zkoumaného území (a tedy počtu použitých sekcí); v případě malých území bylo 2
Text popisuje stav digitalizace v roce 2001 a 2002, nyní po 10-ti letech je k dispozici nová technika a připravuje se nové skenování obou souborů vojenských mapování
15
Tvorba geodatabáze možné ponechat mapu v původním rozlišení, naopak v případě rozsáhlejších území v řádu stovek km2 bylo nutné snížit hustotu rastru3. Po vyjmenovaných krocích byl rastr připraven k finálnímu zpracování v prostředí GIS (georeference, vizuální interpretace a vektorizace obsahu). Vzhledem k tomu, že staré mapy nebylo třeba (ani možné) hodnotit statistickými metodami analýzy spekter používanými např. pro satelitní snímky, převod na indexované barvy neznamenal žádnou ztrátu informací a přinesl významné urychlení dalšího zpracování.
2.2 Metoda georeference Nepostradatelnou podmínkou pro práci se starými mapami v prostředí GIS je transformace rastrové podoby staré mapy do daného souřadnicového systému tzv. georeference. Tento proces se běžně aplikuje u zpracování dat získaných metodami dálkového průzkumu Země, u družicových a leteckých snímků (záznamů) a u současných map různých měřítek, které jsou v rastrovém tvaru importovány do prostředí GIS nebo do systémů na digitální zpracování obrazu. Georeference je založena na tom, že existují dva různé záznamy stejného území, z nichž jeden je umístěn v příslušném souřadnicovém systému a druhý je možné na základě toho prvého do daného systému transformovat. Proces georeference je možné provádět s pomocí různých GIS programů, které pracují na stejném principu a nabízejí různé druhy transformací, jež je třeba testovat v individuálních případech metodou pokus - omyl a zvolit tu nejvhodnější. Všechny druhy transformací jsou založeny na vyhledávání a použití tzv. vlícovacích bodů. Jsou to body, které je možno identifikovat na obou záznamech. V případě starých map je vhodné volit topografické prvky, u nichž vzhledem ke konfiguraci reliéfu či kulturním tradicím existuje jen malá pravděpodobnost, že radikálně změnily svou zeměpisnou polohu. Jedná se o soutoky řek, hlavní křižovatky cest, stavidla rybníků nebo věže kostelů či jiné sakrální objekty. Při dosavadní práci se ukázalo, že míra nepřesnosti topografické lokalizace a nestejnoměrné disproporce ve vzájemných vzdálenostech jednotlivých topografických prvků je taková, že užití transformačních metod deformujících rastr by ve výsledku vedlo jen k nepatrnému zpřesnění na úkor ztráty informační hodnoty map. Jako podklad pro georeferenci byly využity vektorové vrstvy vodních toků, silnic a zástavby z DMÚ 25 v souřadnicovém systému S-JTSK. Tyto vektorové vrstvy byly podloženy rastrem staré mapy, vlícovací body byly zvoleny přímo kliknutím nejdříve na bod v rastru a poté na jeho odpovídající protějšek ve vektorové vrstvě. Tímto se eliminuje chyba při odečítání souřadnic vlícovacích bodů a přesnost georeference se zvyšuje. Naopak se snižuje časová náročnost celého procesu, což je nezanedbatelným pozitivním faktorem. V případě, že známe u mapových listů souřadnice jejich rohů, provádíme transformaci přes tyto údaje. 2.2.1 Georeference mapových listů 1. vojenského mapování Georeference mapových listů 1. vojenského mapování s sebou nese řadu problémů a výsledky nejsou z pohledu matematické kartografie dostatečně přesné. Příčinou je absence geodetických základů v době vlastního terénního mapování. Odchylky dosahují řádově desítky, v některých, zejména hornatých území, i stovky metrů. Rozdílnou přesnost mapování můžeme též zaznamenat u sekcí jižních oblastí našeho území, jež vznikly jako původní v 60. letech 18. století a rektifikovaných či nově mapovaných sekcí severních oblastí z 80. let 18. století. Právě malá přesnost map byla důvodem pro nové mapování ve vojensky významných oblastech. Příkladem mohou být původně mapovaná 3
Text reflektuje stav možností HW a SW v roce 2002
16
Tvorba geodatabáze modelová území Kobylí a Novomlýnské nádrže, kde přestože se jedná o převážně rovinatou oblast jižní Moravy, přesnost mapování je srovnatelná, či horší s náročnými horskými terény na severu Čech (Labské pískovce). Naopak nově mapovaná sekce pánevní oblasti Mostecka se vyznačuje vyšší přesností. Jinou otázkou je polohopisná přesnost mapového díla. U jednoznačně identifikovatelných bodů se při porovnání např. s mapou měřítka 1:10 000 (ZABAGED /1 a /2) projevovala velmi vysoká shoda. Jednalo se např. o křížení polních cest, včetně jejich dosud zachovalých oblouků. Ukazuje to na mnoha místech stálost paměti krajiny. Při pohledu na vysoké odchylky v georeferenci je třeba si uvědomit, že naše práce se nezabývá geodetickou podstatou tohoto historického mapového díla, ale klade důraz na jeho obsah ve významu pro studium krajinných změn. Výsledkem georeference byla mozaika mapových listů z modelového území v souřadnicovém systému S-JTSK. Tato mozaika byla implementována do prostředí GIS, kde probíhala další analýza obsahu mapy. 2.2.2 Georeference mapových listů 2. vojenského mapování Druhé vojenské mapování a jeho georeference je již transformací mapy do souřadnicového systému v pravém slova smyslu, neboť tyto mapy už vznikaly na základě geodetické osnovy. Na základě známých souřadnic rohů jednotlivých mapových listů byla vytvořena bodová vrstva v prostředí GIS a pomocí standardních nástrojů v programu Arc Map – Georeferencing byla provedena georeference jednotlivých mapových listů, které vytvořily mozaiku na celém modelovém území projektu.
2.3 Metodika interpretace a verifikace Analogové barevné kopie 1. vojenského mapování i jejich rastrová podoba se obsahem a formou dají přirovnat k datům získaných metodami dálkového průzkumu Země - leteckým a satelitním snímkům. Proto při jejich interpretaci byla použita metodika interpretace těchto materiálů. Analýza obsahu datového zdroje zahrnuje proces získávání informací v něm obsažených. Proces analogové interpretace je založen na postupném čerpání námi využitelné informace, čímž je možné vytvořit, ve srovnání s původním datovým zdrojem, zdroj informací přehlednější, srozumitelnější a systematičtější. Z hlediska procesu poznávání můžeme interpretaci rozdělit na následující kroky (Brůna, Buchta, Uhlířová 2002b): 1. Zjištění je primární fáze odlišení objektu či jevu od okolí na základě specifických znaků jako jsou tvar, barva, velikost, struktura, tón, textura apod. 2. Identifikace je proces vylučovací selekce objektů podle předem připravených kriterií interpretačních klíčů. V rámci projektu VaV byly vytvořeny interpretační klíče, které pomáhají interpretátorovi při čtení mapy a identifikaci jednotlivých objektů a jevů. Interpretační klíče 1. vojenské mapování - http://projekty.geolab.cz/cd/klic1.htm 2. vojenské mapování - http://projekty.geolab.cz/cd/klic2.htm Výklad uskutečňuje přechod od neznámého ke známému. Může být i hypotézou o objektech a skutečnostech, které sice nejsou v obrazovém záznamu vidět, ale je možné je odvodit ze zkušeností a na základě schopností interpretující osoby. Tyto hypotézy je však třeba důkladně verifikovat.
17
Tvorba geodatabáze Analýza obsahu historických map byla provedena s využitím existujících topografických a tematických map, historické textové dokumentace a znalosti terénu z terénního pozorování. Při terénní rekognoskaci interpretátor hledá projev známého objektu určeného na tematické mapě nebo terénním průzkumem. Po identifikaci tohoto projevu známého objektu tento extrapoluje na analogové části snímku. Interpretace starých map josefského a Františkova mapování byla provedena vizuální interpretací dvou rozdílných záznamů jednoho datového zdroje - analogového a digitálního. 2.3.1 Vizuální interpretace analogového záznamu Analyzovány byly barevné kopie sekcí z modelového území. Postupně byly zjišťovány a identifikovány jednotlivé objekty a jevy na základě způsobu, jakým jsou zakresleny v mapě. Větší objektivita interpretace byla zajištěna dvěma nezávislými interpretátory, kteří závěry své nezávislé interpretace společně diskutovali a verifikovali. Takto vznikla základní databáze identifikovaných objektů, viz výše – interpretační klíč. 2.3.2 Vizuální interpretace digitálního záznamu Digitální záznam staré mapy byl analyzován přímo na monitoru počítače. Použitý grafický program (Adobe Photoshop) umožňuje efektivně upravovat digitální obraz pomocí změny kontrastu, jasu, hranové ostrosti atd. Práce je usnadněna možností plynulé změny rozlišení obrazu (zoom in a zoom out), včetně jeho posunu. Jako v předešlém případě interpretace byla provedena dvěma interpretátory a výsledky byly opět společně diskutovány a verifikovány. 2.3.3 Shrnutí metodiky interpretace a verifikace Výsledky dvou výše uvedených postupů interpretace lze shrnout do následujících bodů (Brůna, Buchta, Uhlířová 2002b): I. Analogový záznam poskytuje ucelený pohled na analyzované území, kde je možno identifikovat vztahy a vzájemné souvislosti mezi jednotlivými objekty a jevy. Není možno obraz zvětšit a jít do většího detailu ani upravit kontrast či ostrost, lze však použít jednoduchých pomůcek např. lupa, odpichovátko, pravítko atd. Výsledek je značně závislý na schopnostech a zkušenostech interpretující osoby a proto je vhodná spolupráce nejméně dvou specialistů pro zvýšení objektivity a následné verifikace výsledků. II. Vizuální interpretace digitálního záznamu neumožňuje pohled na celou mapovou sekci, zato však přináší možnosti v úpravě obrazu, z nichž nejužitečnější je možnost zobrazení detailu v mapě. Kvalita a rychlost celého procesu interpretace je závislá na použitém hardwaru a softwaru. Jako v předchozím případě klíčová je role minimálně dvou nezávislých interpretátorů. III. Neopomenutelný význam pro vizuální interpretaci mají další podpůrná data např. současné mapové podklady, textové záznamy, letecké snímky, znalost terénu atd. IV. Výsledky interpretace závisí na kvalitě jednotlivých sekcí.
2.4 Vektorizace obsahu mapy Jedním z cílů projektu je vytvoření rekonstrukčních map z daného území v různých časových úrovních. To je podmínkou pro následnou analýzu časoprostorových změn krajinné struktury a samotnou analýzu krajiny.
18
Tvorba geodatabáze Nejčastěji používaným způsobem výstupu prostorové části údajů z mapových podkladů je digitalizace dle předem definovaných klasifikačních tříd. V práci byla použita tzv. digitalizace na monitoru počítače neboli vektorizace. Tento druh digitalizace je možné využít, pokud zdrojová data existují v digitální, v našem případě v rastrové podobě, a z nich se postupně interpretují jednotlivé objekty. Poloha těchto objektů je snímána pohybem kurzoru po zdrojovém obrazu se současným uložením souřadnic do vektorového souboru buď ve formě bodu, linie nebo polygonu. Současně při tvorbě grafického záznamu je doplňována atributová tabulka s příslušným kódem objektu. Digitálním podkladem pro vektorizaci byl výřez modelového území z rastrového souboru 1. resp. 2. vojenského mapování. Nad tímto rastrem byly snímány polygony – linie a body. Vektorizace byla prováděna v prostředí softwaru ArcGIS - ArcMap. Vzhledem k nárokům na přesnost vzájemné polohy jednotlivých vrstev a vektorových tvarů bylo výhodné užít doplněk pro interaktivní zachycování tzv. snapping.
Obr. 6
Interpretace 1. (nahoře) a 2. (dole) vojenského mapování (© Laboratoř geoinformatiky UJEP)
Při vektorizaci vojenského mapování je třeba věnovat velkou pozornost interpretaci informací v mapě obsažených a správné identifikaci významu užitých symbolů (Obr. 6). Výsledkem této vektorizace je soubor plošných, liniových a bodových vrstev, které obsahují jak grafickou, tak i tabelární část a spojením těchto vrstev v prostředí GIS vznikla rekonstrukční mapa.
2.5 Rekonstrukční mapy Rekonstrukční mapa je výsledkem interpretace a vektorizace staré mapy podle předem definovaného interpretačního klíče. Mapa je vždy vztažena k určitému časovému období, tedy časovému úseku, ve kterém mapa vznikala. Rekonstrukční mapa je ve vektorové formě a to umožňuje její srovnání s jinými rekonstrukčními mapami, historickými a současnými geodaty, ať jsou vektorové nebo rastrové (Brůna 2000). Propojení rekonstrukční mapy např. s 3D modelem terénu poskytne další možnosti hodnocení území (Obr. 7). Digitální model terénu umožňuje velké množství analýz jako - jsou sklonitost, orientace a energie reliéfu. Propojením recentních a historických dat se dostává do oblasti
19
Tvorba geodatabáze studia krajiny nový druh dat a pohledů na danou problematiku. Třetí rozměr umožňuje získat další úhel pohledu na krajinný prostor.
Obr. 7
Perspektivní model mapy 2. vojenského mapování, pohled na město Děčín a řeku Labe (© Laboratoř geoinformatiky UJEP)
3 Zpracování starých map 3. vojenského mapování Třetí vojenské mapování (Františko-Josefské) Vznik Františko-Josefského mapování je datován mezi léta 1876–1878 pro Moravu a Slezsko a 1877–1880 pro Čechy v měřítku 1:25 000. Důvodem nového mapování rakouské monarchie byly neúspěchy armády ve válce s Pruskem na konci 19. století. Tyto nezdary byly přikládány více než sedmdesát let starým mapám 2. vojenského mapování (Boguszak, Císař, 1961). Podkladem se opět staly katastrální mapy, vylepšeno bylo díky znázornění výškopisu nejen šrafami, ale také vrstevnicemi a kótami. Třetí vojenské mapování bylo velmi významné, neboť bylo využíváno v obou světových válkách a až do roku 1953 bylo jediným dílem pokrývajícím celé území bývalého Československa. Patří taky k nejlepším zdrojům informací o krajině v době industrializace koncem 19. století pro celé naše území (Cajthaml, Krejčí, 2008). Pro vizualizaci a hodnocení vývoje krajiny zájmové oblasti byly zvoleny mapy 3. vojenského mapování 1:25 000. Původní mapy 3. vojenského mapování používaly Besselův elipsoid, jadranský výškový systém a rovinné souřadnicové systémy Gustenberg a Sv. Štěpán (Veverka, 2001). Datová sada obsahuje mapové listy reambulované v 30. letech 20. století i mapové listy nereambulované. Mapy 3. vojenského mapování po reambulanci obsahují dobře čitelný výškopis ve formě vrstevnic a výškových kót (vrcholy, kaple, kříže, křižovatky). Interval vrstevnic je v rovinatých oblastech 20 m, v hornatých až 2,5 m.
3.1 Metoda georeference Pro potřeby vektorizace vybraných prvků map bylo nutné data georeferencovat. Georeference probíhala po jednotlivých mapových listech se zaměřením primárně na oblast v okolí Národního parku České Švýcarsko. Georeference byla provedena v prostředí ArcGIS – ArcInfo, které je na FŽP dostupné v rámci ESRI Site Licence. S ohledem k polohové nepřesnosti při georeferenci mapových listů na souřadnice jejich rohů (Seemann, 2009) byla pro georeferenci zvolena metoda plátování (rubber sheeting) (Esri, ArcGIS Server REST API, 20
Tvorba geodatabáze online). Pro každý mapový list je vybráno, v závislosti na charakteru mapy 150 až 300 identických bodů. Tím je zajištěna lokální přesnost transformovaných dat. Identické body se vyhledávají ve vrstvách dostupných ve formě ArcGIS Server služeb na http://geoportal.cenia.cz. Z tohoto portálu byly použity vrstvy DMÚ25 (vrstva komunikací) a ortofoto s rozlišením 0,5 m. Pro oblasti, u kterých došlo k výrazné změně reliéfu (povrchové doly) byly použity mapy 2. vojenského mapování, popřípadě zpracované ortofoto snímky z roku 1953 (dostupné na http://kontaminace.cenia.cz). Volba identických bodů byla prováděna primárně ve vrstvě komunikací (křižovatky), popřípadě jednoznačně identifikovatelné křížení komunikací v mapách 2. vojenského mapování. U vybraných mapových listů byla provedena vizuální kontrola transformace v programu (Jenny, Weber, 2010). Kontrola georeference byla provedena pomocí pravidelné čtvercové sítě, na kterou se aplikuje ta samá transformace jako na daný mapový list. Ve výsledku je pak možné vizuálně hodnotit deformace mapového listu viditelné na čtvercové síti (viz Obr. 8).
Obr. 8
Kontrola deformace mapového listu pomocí pravidelné čtvercové sítě
3.2 Metodika interpretace a verifikace 3.2.1 Uložení dat Pro uložení vektorové interpretace map 3. vojenského mapování byla v prostředí produktové řady ArcGIS navržena prostorová databáze (souborová geodatabáze). Výhoda geodatabáze spočívá v jasně dané struktuře dat, předem definované topologii a povoleném rozsahu atributů. Tím je zajištěna topologická a atributová čistota výsledných dat. V geodatabázi byly definovány pro jednotlivé mapové listy feature datasets (datová sada prvků), které obsahují feature classes (prvková třída) pro vektorizované prvky polohopisu a výškopisu (viz Obr. 9). Pro vybrané feature class jsou stanoveny subtypy, což jsou předem definované hodnoty atributů, (např. sakrální stavby mohou Obr. 9 Struktura geodatabáze být kostel, kaple, kříž). V rámci celé geodatabáze jsou pak definované domény – což je povolený rozsah hodnot vybraných atributů (např. rozsah nadmořských výšek je 300 až 1600m). 3.2.2 Vektorizace dat Z georeferencovaných map byly vektorizovány a interpretovány předem definované vrstvy polohopisu a výškopisu – jejich seznam je uveden v Tab. 1. Každá vrstva má určené atributy, 21
Tvorba geodatabáze které se zaznamenávají do atributové tabulky v průběhu vektorizace. Povinnost vyplnění atributu se odvíjí od informací získaných z jednotlivých mapových vrstev - povinné atributy musí být vyplněny vždy – jsou vždy dohledatelné v rámci daného mapového listu, zatímco nepovinné atributy se vyplňují tehdy, pokud jsou informace v mapovém listu k dispozici.
Tab. 1
Název vektorové vrstvy Typ
Název atributu
Povinnost vyplnění atributu
Komunikace
Line
TYP
povinné
Železnice
Line
---
bez atributu
Vrstevnice
Line
VYSKA
povinné
Vodní toky
Line
NAZEV
nepovinné
Vyskove_koty
Point
VYSKA
povinné
Sakralni_stavby
Point
TYP
povinné
Louka_a_pastvina
Polygon
---
bez atributu
Les
Polygon
---
bez atributu
Vodni_plochy
Polygon
NAZEV
nepovinné
Zahrady
Polygon
NAZEV
nepovinné
Mokrad
Polygon
---
bez atributu
Skaly
Polygon
---
bez atributu
Budovy Polygon NAZEV Vektorizované prvky z map 3. vojenského mapování
povinné
Pro zajištění atributové integrity vrstev vektorizovaných v rámci mapových listů byly pro vybrané vrstvy definované subtypy (Obr. 10). U jednotlivých vrstev se jednalo o: - komunikace - chaussée + silnice, udržovaná vozová cesta, neudržovaná vozová cesta, polní a lesní cesta, - sakrální stavby – kaple, kostel, kříž, - vodní toky – vodní tok, mlýnský náhon. Geometry Polyline Contains M values No Contains Z values No
Simple feature class Komunikace Field name OBJECTID SHAPE SHAPE_Length TYP
Allow Data type nulls Object ID Geometry Yes Double Yes Short integer Yes
Default value
Domain
Precision Scale Length
0 0
1
0
Subtypes of Komunikace Subtype field TYP Default subtype 1 Subtype Code 1 2 3 4
List of defined default values and domains for subtypes in this class
Subtype Description
Field name
chaussee/silnice udrzovana vozova cesta neudrzovana vozova cesta polni/lesni cesta
No values set No values set No values set No values set
Default value
Domain
Obr. 10 Definování subtypů komunikací v geodatabázi
3.2.3 Verifikace dat Pro zajištění topologické čistoty uložených dat byla definována topologická pravidla, která určují vztahy mezi jednotlivými vrstvami. Jedná se zejména o ošetření dvojitých linií, křížení linií, nedotahů a přetahů sousedních vrstev. V rámci geodatabáze bylo definováno celkem 29 topologických pravidel.
22
Tvorba geodatabáze Postup vektorizace dat byl zpracován do podrobné metodiky, která obsahuje pokyny pro zpracování jednotlivých vrstev včetně přehledné ukázky legendy map. Ukázka interpretace mapy 3. vojenského mapování v okolí Srbské Kamenice je na Obr. 11.
Obr. 11 Ukázka interpretace map III. vojenského mapování
4 Zpracování starých map Císařských otisků stabilního katastru Mapy Stabilního katastru Stabilní katastr byl zřízen z důvodu evidence majetku a vyměřování daní. Jeho součástí byly i mapy Stabilního katastru vyhotovené nejčastěji v měřítku 1:2 880. Mapy Stabilního katastru vznikaly pro Čechy mezi lety 1826–1848 a pro Moravu a Slezsko v letech 1824–1836. Tato mapová díla jsou přesná, mají velké měřítko, proto lze detailně hodnotit charakter krajiny v době mapování. Z velkého množství dochovaných verzí map Stabilního katastru, které se od sebe odlišují kvalitou, ale často i měřítkem, jsou pro účely sledování vývoje krajiny nejvhodnější povinné císařské otisky. Povinné císařské otisky vznikly překreslením originálních map Stabilního katastru, nejsou ovšem často dostupné pro území bývalých Sudet. V mapách Stabilního katastru jsou rozděleny stavby na zděné (červená barva) a dřevěné (žlutá barva). (Geolab, online) Stabilní katastr se skládá z map, oceňovacího elaborátu (popis obce, klimatu, vodních prvků, komunikací), konečného elaborátu (statistické údaje za katastr) a duplikátu stabilního katastru (revize originálu v letech 1854–1856 s údaji o bonitě a výnosu). Tyto mapy se pořizovaly převážně pro vyměřování daní a dnes jsou uloženy společně s částí písemného a oceňovacího operátu v Ústředním archivu zeměměřictví a katastru (ÚAZK) v Praze. Mezi charakteristiky uváděné pro každý pozemek patří: název trati, číslo pozemku, jméno a adresa vlastníka pozemku, kultura pozemku, výměra pozemku, bonita, čistý výtěžek. V neposlední řadě lze informace získat z různých archivních materiálů. Např. historické vlastnictví nemovitostí lze zjistit v tzv. veřejných knihách, jako jsou: České zemské desky, Moravské zemské desky a Slezské zemské desky, pozemkové knihy, železniční knihy, horní knihy a vodní knihy. Údaje týkající se např. zalesňování, výsadby sadů, odvodňování pozemků či o živelných
23
Tvorba geodatabáze pohromách lze získat z obecních kronik a pamětních knih. Stav krajiny jednotlivých panství a regionů jsou schována v urbářích a historických popisech panství. (Lipský, 2000)
4.1 Georeference, vektorizace a interpretace dat Mapy Císařských otisků stabilního katastru byly zpracovávány pouze u vybraných modelových oblastí v rámci bakalářské či diplomové práce. Data byla poskytnuta z ČÚZK v Praze jako naskenované části katastru. Pro potřeby analýz bylo nutné všechny mapové listy nejprve ořezat, poté georeferencovat a pak spojit pomocí mozaiky do jednoho souboru. Použita byla stejná metodika jako u georeference map z 3. vojenského mapování. Následně byla provedena jejich vektorizace viz Obr. 12. K interpretaci map Stabilního katastru byl použit Katalog objektů Stabilního katastru (Vichrová, online).
Obr. 12 Ukázka detailu interpretované mapy Císařských otisků stabilního katastru z roku 1843
24
Tvorba geodatabáze
II.
ZPRACOVÁNÍ HISTORICKÝCH LETECKÝCH SNÍMKŮ
1 Úvod Pro věrohodné zobrazení stavu krajiny v určité době v minulosti se velice osvědčily letecké měřické snímky (LMS), které poskytují názornou představu o tvaru, velikosti a uspořádání pozemků i o jejich změnách v čase (Lipský, 1999). S nástupem stále výkonnější výpočetní techniky je možné mnohem efektivněji využívat nástrojů pro digitální zpracování obrazů. Jedná se především o zpracování, vizualizaci a následně interpretaci leteckých snímků. Letecké snímkování České republiky se začalo provádět v letech 1936–1938 a v roce 1946. V letech 1947–1956 se započalo s celoplošným snímkováním v měřítku 1:23 000, které sloužilo při tvorbě mapového díla v měřítku 1:25 000 (Struha, 1998). Tyto LMS byly v rámci projektu Národní inventarizace kontaminovaných míst (1. etapa) zpracovány a zveřejněny na internetu (dostupné na http://kontaminace.cenia.cz). V rámci systematické údržby a obnovy topografických map se celé území státu snímkovalo v pravidelných intervalech cca. 5 až 7 let. Pořízené snímky jsou uloženy v archivu Vojenského geografického a hydrometeorologického úřadu ČR v Dobrušce (VGHMÚř). Pro Českou Republiku byly nejprve k dispozici černobílé snímky, nyní se pořizují i barevné snímky. Pro území ČR byla vytvořena první digitální černobílá ortofotomozaika Zeměměřickým úřadem (ZÚř) s rozlišením 0,5–0,6 metrů, pořízená ze snímkování realizovaného v letech 1998–2001. Digitální barevnou ortofotomozaiku území ČR s rozlišením 0,5 metrů vytvořila firma GEODIS BRNO, spol. s r.o. z leteckých měřických snímků z let 2002 a 2003. V současné době lze získat až čtyři časové řady zpracovaných ortofot v rozmezí 1998–2012, které zpracovával ZÚř ve spolupráci s VGHMÚř. V rámci projektu „Vybudování geoinformační databáze pro přeshraniční oblast Česko-Saské Švýcarsko“ byly zakoupeny černobílé panchromatické letecké snímky v časové řadě: 1953 (část rok 1954), 1968 a 1989 z VGHMÚř v podobě negativů a černobílých fotografiích se 60% překrytem. Snímky byly naskenovány s rozlišení 1016 DPI. Pro zpracování těchto snímků (vyhledání vlícovacích bodů a tvorbu digitálního modelu reliéfu) byla dále koupena z ČÚZK geografická databáze ZABAGED (polohopis a výškopis) a ortofota z roku 2000/2001. Aby bylo možné modelovat historický obraz krajiny ve vybraných letech, bylo zapotřebí nejprve zpracovat letecké snímky. Snímky byly částečně zpracovávány v rámci projektu SISTEMaParc, kompletně byly zpracovány v rámci projektu TransEcoNet.
1.1 Základní charakteristika snímků V letecké fotogrammetrii se používají obvykle snímky svislé. Snímkovaná řada obsahuje snímky zachycené podél letové linie, většinou s 60–80 % podélným překrytem. Snímky z různých drah letů mohou být spojeny do bloku fotografií. Blok fotografií obsahuje rovnoběžné řady snímků s příčným překrytem 20–30 % (Obr. 14). Méně se používají snímky šikmé. Zhotovují se jednotlivě a slouží jen jako doplněk ke svislým snímkům. Standardně používaný formát leteckých snímků v současnosti je 23x23 cm. U historických snímků se používal formát 18x18 cm. Výjimečně se lze setkat i s formátem 30x30 cm. Letecký měřický snímek obsahuje kromě vlastní scény i tzv. rámové údaje, které jsou záznamem stavu přístroje v době pořízení snímku. Jedná se o číslo komory, ohniskovou vzdálenost objektivu (tj. konstantu komory), obraz bubliny libely (tj. odchylka osy komory od svislice), čas pořízení snímku, pořadové číslo snímku a rámové značky.
25
Tvorba geodatabáze
2 Zpracování leteckých snímků Letecké fotografie (ani jejich digitální reprezentace) nemohou být použity pro měřické účely přímo kvůli zkreslení, které je způsobené centrální projekcí a různou nadmořskou výškou snímaných bodů (Obr. 13). Vědní obor, který se zabývá úlohou rekonstrukce tvaru, velikosti a polohy předmětů z leteckých fotografických snímků, se nazývá fotogrammetrie. Základem fotogrammetrie jako měřické a mapovací techniky je skutečnost, že fotografický snímek je exaktním perspektivním zobrazením (centrální projekcí) fotografovaného předmětu. (Gál, 1965). Při ortorektifikaci se centrální projekce Obr. 13 Rozdíl geometrie mapy (vlevo) a snímku (vpravo) (Dobrovolný, in Prchalová 2006) fotografického snímku převádí na ortogonální projekci mapy. Pro ortorektifikaci leteckých snímků je nutné mít k dispozici hodnoty z kalibračního protokolu (ohniskovou vzdálenost, souřadnice rámových značek a radiální zkreslení objektivu) a výšku letu. Ne všechny tyto hodnoty bylo možné zpětně dohledat. Především archivní letecké snímky nemají všechny tyto údaje k dispozici. Zpracování se provádělo v programu Leica Photogrammetry Suite (LPS), který umí pracovat s obecným geometrickým modelem senzoru (typ senzoru – neměřická komora), čímž umožňuje přesné zpracování archivních LMS, a to i těch, ke kterým nejsou k dispozici kompletní údaje o fotokomoře.
2.1 Ortorektifikace snímků Postup zpracování snímků v programu LPS lze shrnout do těchto následujících kroků: - Definování vlastností použitého senzoru - Vyhledání či automatické generování spojovacích bodů (tzv. Tie Points) na překrývajících se částech snímků - Vyhledání vlícovacích bodů (tzv. Ground Control Points) a určení jejich polohy (x,y,z) - Triangulace snímků - Překreslení snímků - tzv. ortorektifikace - Tvorba mozaiky z ortofotosnímků 2.1.1 Definování vlastností použitého senzoru Pokud je možné k leteckým snímkům zjistit údaje z kalibračního protokolu, použije se pro zpracování snímků nastavení pro měřickou komoru (tzv. Frame camera), v opačném případě se použije nastavení pro neměřickou komoru (tzv. Non metric camera). Snímky jednotlivých oblastí se zpracovávaly společně v tzv. bloku fotografií, jenž umožňuje spojit snímky z různých drah letů (viz Obr. 14).
26
Tvorba geodatabáze
Obr. 14 Blok leteckých snímků (Dobrovolný, in Prchalová 2006)
Při zpracování LMS je nutno znát a obnovit prvky vnitřní a vnější orientace. Vnitřní orientace slouží k navázání vztahu mezi pixelovými souřadnicemi naskenovaného snímku a snímkovými souřadnicemi definovanými rámovými značkami. Při použití neměřické komory se pro definování vnitřní orientace snímků zadala velikost pixelu. Vnější orientace slouží k nalezení vztahu mezi snímkovými souřadnicemi a souřadnicemi geodetickými. V současnosti je možné získat informace o poloze kamery a orientaci kamery vůči terénu ke každému snímku. Pokud se zpracovávají historické snímky, kde tyto informace chybí, je nutné určit snímkové souřadnice pomocí vlícovacích bodů, u nichž je přesně definována jejich geografická poloha a nadmořská výška. 2.1.2 Vyhledání spojovacích a vlícovacích bodů Při blokovém zpracování snímků program pracuje s vlícovacími body (Ground Control Points) a dále se spojovacími body (Tie Points), pomocí nichž se zaznamenává dobře identifikovatelný bod či objekt na dvou sousedních snímcích. Pokud je potřeba propojit 2 snímky mezi sebou, je nutné určit buď 3 vlícovací body nebo 6 spojovacích bodů. Poté je program schopen automaticky generovat další spojovací body. Geografická poloha vlícovacích bodů byla určena pomocí ortofota z roku 2002. Pro zjištění nadmořské výšky byl použit digitální model reliéfu vytvořený v rámci projektu GeNeSiS, s prostorovým rozlišením modelu 1 m. 2.1.3 Triangulace snímků Po nalezení dostatečného počtu vlícovacích a spojovacích bodů lze provést blokovou triangulaci. Jde o proces, jehož výsledkem je nalezení všech prvků vnitřní a vnější orientace snímků, neboli ustanovení matematického vztahu mezi snímky obsaženými v projektu, použitou komorou a povrchem Země. Zpracovávané snímky vytvoří schéma bloku tak, jak byly pořizovány při letu (Obr. 15). Technika blokové triangulace je použita pro transformaci všech snímků v bloku a jejich připojených vlícovacích bodů do homogenního souřadnicového Obr. 15 Schéma snímků z roku 1989 po provedené blokové aerotriangulaci systému. To umožňuje ušetřit čas při zpracování většího objemu dat.
27
Tvorba geodatabáze 2.1.4 Ortorektifikace snímků Ortorektifikační proces vytváří ze surového digitálního snímku, aplikovaného digitálního modelu terénu a výsledků triangulace ortorektifikovaný snímek, tzv. ortofoto (Obr. 16). Na základě výsledků blokové triangulace a digitálního modelu reliéfu (DTM), je možné snímky překreslit tak, aby reprezentovaly dané území jako pravoúhlý průmět do roviny. Snímky byly překresleny metodou bilineární interpolace. Tato metoda využívá pro stanovení šedi toho kterého transformovaného bodu hodnot 4 sousedních pixelů.
Obr. 16 Ukázka snímků před ortorektifikací a po provedené ortorektifikaci. Na snímcích je patrný vliv modelu terénu
2.1.5 Tvorba mozaiky Z jednotlivých ortorektifikovaných snímků je možné vytvořit mozaiku, čímž vznikne bezešvé ortofoto sledované oblasti. Při tvorbě mozaiky je možné odstranit část snímku, definovat způsob spojení snímků a určit typ barevného vyrovnání mozaiky (Obr. 17).
Překryt zpracovaných jednotlivých snímků Výsledná mozaika snímků Obr. 17 Ukázka detailu výsledku tvorby mozaiky z roku 1989 v oblasti obce Růžová
Podrobný postup ortorektifikace historických snímků včetně teoretického výkladu je možné nalézt v práci Prchalové (2006).
28
Tvorba geodatabáze
2.2 Vektorizace snímků Na základě zpracovaných leteckých snímků či poskytnutých ortofot byla zahájena v programu ArcGIS ArcMap vektorizace, což je převod z rastrové formy dat zobrazené na obrazovce monitoru do vektorové formy (tj. do vrstev bodů, linií a polygonů). Pomocí linií byly vektorizovány vodní toky a komunikace. Polygony se využívaly pro plošné prvky, jako jsou lesy, louky, orná půda, zástavba, atd. Použita byla metoda zpětné vektorizace, kdy se nejdříve vektorizují data ze současnosti, poté se postupuje zpětně do minulosti (Obr. 18). Vektorizace se prováděla ručně a spočívala v tom, že se každý prvek na mapě či snímku musel ručně obkreslit. To platí pro snímek ze současnosti. Dále se postupovalo tak, že se digitální vrstva vytvořená nad snímkem pro současnost (viz ukázka z roku 2007) načetla nad snímek z minulosti (viz ukázka z roku 1989). Poté se neobkresloval každý prvek znovu, ale docházelo k rozdělování a spojování původních polygonů tak, aby hotová vrstva odpovídala historickému snímku.
zakreslené plochy zobrazení ploch z roku 2007 na snímku upravené plochy dle snímků z roku 2007 z roku 1989 před započetím úpravy dle snímku z roku 1989 Obr. 18 Ukázka zpětné vektorizace dat v oblasti Rájeckého rybníka (Najmanová, 2012)
Při této vektorizaci se ověřuje i přesnost zpracování LMS a pokud se vyskytne chybné zpracování snímku (např. posun silnice), tyto chyby jsou eliminovány.
2.3 Interpretace snímků V rámci vektorizace se k jednotlivým polygonům přiřazovaly atributy dle krajinného pokryvu. Jako základní interpretační klíč se používalo hodnocení Corine Land Cover (CLC) z důvodu jeho pozdějšího snadného použití v projektu TransEcoNet a možného propojení dat s okolními partnery. Pro následné analýzy v rámci bakalářských a diplomových prací bylo toto hodnocení zjednodušeno na základní kategorie. U leteckých snímků bylo pro krajinný pokryv stanoveno 9 kategorií, jak je zobrazeno v následující tabulce (Tab. 2).
Kategorie krajinného pokryvu
lesy louky a pastviny pole lemová stanoviště /
Popis kategorie lesní porosty listnaté, jehličnaté či smíšené trvalé travní porosty plochy orné půdy aktuálně využívané plochy pásového charakteru na rozhraní odlišných
29
Kód CLC 311, 312, 313 231, 321 211 324, 243
Tvorba geodatabáze Kategorie krajinného pokryvu liniová zeleň roztroušená zeleň / křoviny vodní toky, vodní plochy zástavba silnice / železnice skály Tab. 2
Popis kategorie typů stanovišť plošné malé porosty vegetace křovinného či stromového charakteru, roztroušení v krajině, solitérní stromy vodní plochy přírodní i umělé plochy v intravilánu zahrnující zástavbu, zpevněné i nezpevněné plochy, zahrady a hřbitovy zpevněné a nezpevněné cesty, železniční tratě, pokud již nebyly zahrnuty do kategorie zástavba holé skály
Kód CLC 324, 243 511, 512 111, 112, 121, 141, 142, 132, 133, (příp. 122) 122 332
Kategorie krajinného pokryvu využívající v rámci hodnocení vývoje krajiny
Výsledek interpretace dat si lze prohlédnout na Obr. 19. V horní části je zobrazen podkladový letecký snímek, dole pak vektorizovaná a interpretovaná vrstva.
Obr. 19 Ukázka interpretace vektorizovaných dat z leteckých snímků obce Vysoká Lípa (Novotný, 2011)
30
Tvorba geodatabáze
III. LASEROVÉ SKENOVÁNÍ V ČESKÉM ŠVÝCARSKU 1 Úvod Počátky laserového skenování (v některých publikacích rovněž nazýváno jako Lidar – Light Detection and Ranging) sahají do 70. let minulého století. Jedná se o optickou technologii používanou k dálkovému průzkumu Země, která je založena na měření vzdálenosti objektu a jeho dalších vlastností v 3D prostoru vysíláním pulzujících paprsků světla, detekováním jejich odrazu a měřením času, za kterou cestu tam a zpět vykonají. Laserové zařízení může být umístěné staticky na zemi (pozemní laserscanning), v letadle či vrtulníku (letecký laserscanning) nebo na speciálně upraveném vozidle (mobilní mapování). Laserové skenování obecně umožňuje změnit sběr dat do výrazně automatizovaného procesu. Tato metoda má časté využití v mapování historických památek, průmyslových provozů, v analýze vegetačního pokryvu, pro tvorbu 3D modelů měst, pro sledování elektrických vedení, pro analýzu koryta vodního toku, atd. Proto i v rámci projektu TransEcoNet bylo řešeno několik oblastí, které využívají data laserového skenování získaných různými metodami, aby se ověřila uplatnitelnost těchto dat i pro Správu NP České Švýcarsko. V rámci projektu tak bylo využito jak leteckých, tak pozemních skenerů a to různých typů a pro různé aplikace. Oblast Česko-Saského Švýcarska (Obr. 2) je známá svými skalními útvary, které jsou jedinečné. Tvorba digitálního modelu terénu (DTM) je v této oblasti ale extrémně náročným úkolem. Na Obr. 20 je znázorněn schematický řez zájmovou oblastí, na kterém jsou dobře patrné základní rysy geologické stavby oblasti – úzký a hluboký kaňon řek a vysoké skalnaté útvary, které se kolmo Obr. 20 Profil geologickými útvary v zájmovém území (Király, Attwenger Trommler, 2008) zdvihají nad koryta řek. Těleso pískovců mocné 350–420 m, ze kterého je valná část zájmového území tvořena, je rovněž značně rozpukáno a vytváří řadu hlubokých soutěsek. Kvalitní DTM takovéto oblasti je limitujícím faktorem pro analýzy, které odvozují své parametry na základě výšky jevu nad terénem (v tomto případě např. výška stromu).
2 Zpracování leteckých laserových dat z oblasti Česko-Saské Švýcarsko Souvislé letecké laserové skenování bylo ve zkoumané oblasti provedeno již v roce 2005 autorizovanou firmou TopoSys se systémem Falcon II v rámci řešení projektu (GeNeSiS) a podrobně o něm pojednává dokumentace celého procesu (Trommler, Csaplovics, 2006). Nedílnou součástí projektů leteckého laserového skenování dat je vždy i měření kontrolních bodů klasickou geodetickou metodou. Tyto body našly uplatnění na všech stupních zpracování dat a sloužily i k převodu finálních dat mezi jednotlivými souřadnicovými systémy použitými v projektu: - European Terrestrial Reference System (ETRS 89) + elipsoidické výšky - Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální (S-JTSK) + výškový systém Balt po vyrovnání - Německý národní systém RD/83/GK3
31
Tvorba geodatabáze
Obr. 21 Ukázka dat prvního a posledního odrazu na příčném řezu (Gasior, 2006)
Objednaná data měla podobu pásů prvního a druhého odrazu (Obr. 21) uložených v 2x284 souborech definovaného binárního formátu, přičemž data posledního odrazu obsahují i záznamy o intenzitě odrazu. Nedílnou součástí dodávky byla pochopitelně i optická data ve viditelném a blízkém infračerveném spektru (Obr. 22) ve formátu GeoTiff s rozlišením 0,5 m. Tato data pak doplňoval záznam trajektorií (Obr. 22). Velikost všech předaných dat byla ve výsledku 220 GB. Základní zpracování dat probíhalo v systému SCOP-TopDM. Do základního zpracování patřila i kontrola přesnosti a homogenity dat, která byla provedena na základě porovnání s referenčními body a plochami a rovněž test vlícování překryvů.
Obr. 22 Ukázka multispektrálního snímku a detail mračna bodů
Ze zpracovaných dat byl vytvořen digitální model povrchu (DSM) a digitální model terénu (DTM, jak je zobrazeno na Obr. 23. Překrytím modelu povrchu ortofotem je možné vizualizovat krajinu trojrozměrně. Do zpracování dat se aktivně zapojila i FŽP UJEP (Dolanský, Gasior, 2006).
Obr. 23 Ukázka získaných dat v rámci projektu GeNeSiS, vlevo zobrazen 3D model povrchu, vpravo zobrazen 3D model terénu
32
Tvorba geodatabáze Metoda laserového snímání také těží z rozvoje počítačové techniky, která umožňuje zpracování enormního množství bodů v relativně krátkém časovém úseku. Náročnost na výpočetní výkon závisí zejména na množství zpracovávaných bodů a na algoritmu filtrace.
2.1 Zpracování dat 2.1.1 Metody filtrace terénu Filtrací nebo klasifikací terénu je nazýván proces, při kterém jsou z neuspořádaného mračna bodů selektivně označovány ty body, které leží na specifickém materiálu (vznikly odrazem laserového paprsku od terénu, budov nebo např. vegetace). Vzhledem k přebytkům bodů, s jakými laserové skenování pracuje, není např. pro tvorbu DTM důležité, aby byly nalezeny všechny body ležící na terénu. Je ale nutné, aby nebyly jako terén označeny body, které na terénu neleží. Objem těchto dat (cca 12 mld. bodů v případě zájmového území) vysvětluje všeobecnou snahu o maximální automatizaci tohoto procesu. S ohledem na rozsah využívání laserových skenerů by se mohlo zdát, že tento problém byl už vyřešen. Ve skutečnosti jsou však v této oblasti stále značné rezervy. Všechno pochopitelně závisí na terénu, který je potřeba modelovat. Je pravda, že techniky filtrace vykrystalizovaly v posledních letech do podoby, kdy není problém získat přesné terénní body pod lesním porostem nebo odfiltrovat volně stojící objekty. Také kopcovitý terén již nepředstavuje pro tyto algoritmy problém. Stále však zůstávají území, kde technika zpracování laserových dat naráží na své limity. Je to zpravidla případ městského prostředí s hustou a různorodou zástavbou, kde se průběh terénu ztrácí díky množství člověkem vytvořených objektů. Ovšem také v přírodní krajině lze narazit na oblasti, kde automatické metody filtrace selhávají. Ne nadarmo jsou přírodní krásy ČeskoSaského Švýcarska známy pod pojmenováním skalní města. Hlavní problém, který bylo nutno při zpracovávání vyřešit, je taková filtrace, která by odstranila vegetaci i budovy roztroušené v krajině a přitom co nejlépe zachovávala tvary skalních objektů. Vlastní zpracování probíhalo v rámci předchozích projektů na TU Dresden a lze konstatovat, že výsledný model je na velmi vysoké úrovni. 2.1.2 Konverze mezi formáty Binární datové formáty 3d3 a 3d3i (formáty firmy Toposys) mají komplikovanou strukturu danou typem použitého skeneru (na jednom řádku je 120 souřadnic). Proto pro účely dalšího zpracování byla data v těchto formátech převáděna do textového formátu pomocí aplikace TopoSys Converter ve verzi 2.2.0. Tato aplikace navíc umožňuje export výřezu dat ze všech náletových řad na základě zadaného regionu. Z důvodu optimalizace výpočetního výkonu byla zvolená území (Stará Oleška a Olšový potok) rozdělena na menší díly. Konkrétně Olšového potoka na 11 dílů o velikosti přibližně 2,5 x 1,5 km a území Stará Oleška na 4 obdobně velké oblasti, vždy obdélníkového tvaru. Originální data byla tímto nástrojem exportována do základního textového souboru se záznamy ke každému bodu ve tvaru X, Y, Z, T (čas), [I] (intenzita, pouze u dat posledního odrazu) – viz ukázka Obr. 24. 3451991.53 5629097.79 281.84 97 51408.382 3451991.47 5629097.52 281.85 89 51408.384 3451991.41 5629097.28 281.87 97 51408.385 3451991.34 5629097.08 281.90 89 51408.387 3451991.26 5629096.90 281.90 89 51408.388 3451991.28 5629096.79 281.95 89 51408.390 3451991.19 5629096.69 281.96 89 51408.391 3451991.08 5629096.65 281.98 89 51408.393 Obr. 24 Textová data bodů posledního odrazu
33
Tvorba geodatabáze 2.1.3 Převody dat mezi souřadnicovými systémy V průběhu práce bylo v některých případech potřebné převádět data do jiných souřadnicových systémů (ETRS 89/Helips. a S-JTSK/Bpv). Pro převod výšek do jednotného výškového systému byla zvolena zjednodušená metoda převodu pomocí identických bodů. V aplikaci dataz.cuzk.cz byly vyhledány body v zájmovém území, které byly určeny v obou souřadnicových systémech (ETRS 89/Helips. a S-JTSK/Bpv). Byl vypočten průměrný rozdíl mezi výškami, který činil 43,5 m (Obr. 25). Tuto zjednodušenou výškovou korekci lze pro některé aplikace úspěšně využít. Pokud by však nestačila, lze využít rastrový model Obr. 25 Průběh kvazigeoidu v zájmové oblasti (rozsah hodnot 43,30 - 43,86 m) geoidu anebo v současné době již dostupná data v požadovaném souřadnicovém systému díky transformaci všech výsledných dat laserového skenování produkovaném pracovištěm na TU Dresden. Model kvazigeoidu pro území ČR je již rovněž vytvořen a je součástí předávaných dat.
2.2 Kontrola přesnosti filtrovaného DTM Jednou z činností realizovaných na datech leteckého laserového skenování je navržení a ověření metody kontroly přesnosti laserového skenování a následného DTM na základě porovnání jeho průběhu s existujícími geodetickými údaji bodů polohového i výškového bodového pole (ZhB, TB, nivelační body ČSNS). Vstupními daty pro testování přesnosti byly DTM, vytvořený na TU Dresden a soubor bodů ZhB, TB, nivelační body ČSNS z celé oblasti NP České Švýcarsko a CHKO Labské pískovce. Oblast o rozloze cca 800 km2 byla v dubnu 2005 naskenována skenerem TopoSys s vysokou hustotou skenování 4 body/m2 (více viz výše). Pro základní kontrolu DTM bylo v TU Dresden provedeno testování přesnosti porovnáním modelu se 40 geodeticky zaměřenými body určenými se směrodatnou polohovou odchylkou 0,050 m a směrodatnou odchylkou výšky 0,040 m (Trommler, Csaplovics, 2006). Body byly voleny v předem stanovených lokalitách a na vytypovaných charakteristických plochách (silnice, budova, les, atd.). Pro kontrolu přesnosti filtrace bylo rovněž zaměřeno 10 lokalit, kdy na každé lokalitě bylo tachymetricky podrobně zaměřeno území o několika desítkách čtverečních metrů. Směrodatná odchylka výšky výsledného modelu terénu je udávána ± 0,38 m s tím, že ve skalnatých oblastech dosahuje směrodatná odchylka výšky až 4 m, pro digitální model povrchu je uváděna směrodatná odchylka výšky cca 1 m (Trommler, Csaplovics, 2006). Toto testování ale kontroluje pouze malá území a nelze jej považovat za dostatečně reprezentativní. Proto byla hledána další metoda, která by rozšířila testování a kontrolu kvality filtrovaného DTM plošně na celé území. Jako ideální se tak jeví využít již existující data Zeměměřického úřadu publikována v databázích pod názvem DATAZ. Pro testování přesnosti DTM byly k vybraným kontrolním bodům o souřadnicích YG, XG a HG z databáze DATAZ připojeny výšky HDTM získané z DTM vzniklého filtrací laserového skenování
34
Tvorba geodatabáze 2.2.1 Testovací geodetické body Navrhovaná testovací metoda využívající existujících geodetických bodů je zajímavá z pohledu efektivity práce, neboť se použijí body stávajícího bodového pole a není tedy potřeba provádět speciální kontrolní měření. Vychází se z údajů databáze bodových polí Zeměměřického úřadu (ZÚř), kde jsou získány body o souřadnicích YG, XG a výšce HG. Mimo souřadnice lze z databáze získat i další údaje o typu stabilizace případně o výšce bodu nad terénem. V rámci projektu byla pro testování přesnosti DTM provedena běžná pochůzka terénem, kdy byly pro vybrané testovací body zjišťovány další doplňující informace – typ okolí (např. skalnatá města, plochá zatravněná plocha, les nebo intravilán – viz Tab. 3, výška kamenného mezníku či značky nad terénem apod.
Obr. 26 Přehledka kontrolních bodů ve sledovaném území (u polohového bodového pole je znázorněna rovněž velikost výškových rozdílů). Podklad ArcGIS Online.
Vstupní kontrolní body lze rozdělit na dva základní typy: - trigonometrické body (TB) a zhušťovací body (ZhB) U těchto bodů bylo evidováno mj. (data z databáze) číslo triangulačního listu, číslo bodu, typ bodu (ZhB, TB), souřadnice YG a XG v systému S-JTSK (souřadnice jsou uváděny na cm) a výška HG v systému BpV. - nivelační body (NB) U těchto bodů bylo evidováno mj. (data z databáze) číslo nivelačního bodu, nadmořská výška HG, rok, popis bodu a druh stabilizace, přibližné souřadnice a výška značky nad zemí. Takto se podařilo získat síť několika stovek bodů na různých místech a pro různý charakter území, přičemž jednotlivé body polohového pole se nalézají rovnoměrně v celém území Českého Švýcarska a jeho okolí a body výškového pole v liniových trasách. Pro vybrané testovací body (TB, ZhB a NB) byly pochůzkou v terénu zjištěny doplňkové informace o bodu a to: - u některých bodů kódy okolí bodu viz Tab. 3 - u některých i výška kamenného mezníku nad terénem (TB a ZhB) nebo výška nivelační značky u NB nad terénem hM.
35
Tvorba geodatabáze kód okolí I L1 L2 S V O D SL X celkem Tab. 3
popis intravilán les I.typu les II.typu skála volný prostor opěrná zeď dům silnice bod bez kódu (nebyla provedena obchůzka v terénu)
počet bodů TB (celkem) 19 58 25 5 93 X X X
počet bodů TB s určenou hM 1 4 5 1 23 x x x
počet bodů NB (celkem) x 10 7 118 12 28 103 7
počet bodů NB s určenou hM x 3 2 0 4 4 17 7
X
x
220
0
200
34
505
37
Kódy okolí bodů a přehled počtu bodů
2.2.2 Rozbor vstupních kontrolních bodů Trigonometrické a zhušťovací body Celkem bylo použito 200 bodů, přičemž u 34 z nich byla určena výška kamene nad terénem. Pro rozbor výšek kamenů bylo nakonec použito 32 bodů (z testování byl předem vyloučen atypický bod na skále a po testování ještě jeden bod výrazně jiné výšky kamene oproti všem ostatním (odlehlé pozorování). Po úpravě vstupních dat bylo provedeno testování, které prokázalo, že se jedná o soubor s normálním rozdělením (byla provedena řada testů normality souborů a ani jeden z nich nezamítl nulovou hypotézu, že soubor má normální rozdělení a to s hladinou významnosti 5 %). Charakteristiky výběrového souboru výšek kamenů jsou střední hodnota E (h_kam) 0,070 m a směrodatná odchylka h_kam = 0,033 m. Dle vyhl. 31/1995 Sb. je základní směrodatná souřadnicová odchylka trigonometrického bodu (relativní přesnost mezi sousedními trigonometrickými body) stanovena hodnotou 0,015 m, základní směrodatná souřadnicová odchylka zhušťovacího bodu (ZhB) (relativní přesnost vztažená k nejbližším trigonometrickým a zhušťovacím bodům) stanovena hodnotou 0,020 m. Směrodatná odchylka v určení nadmořské výšky je stanovena hodnotou H_nadm 0,100 m. Přesnost určení polohy trigonometrických a zhušťovacích bodů je pro účely testování přesnosti DTM dále zanedbávána. Přesnost určení výšky těchto bodů již vzhledem k předpokládané přesnosti výšek výsledného modelu terénu nemůže být zanedbávána. Její hodnota je závislá na přesnosti určení nadmořské výšky H_nadm a na hodnotě h_kam, která charakterizuje soubor výšek kamenů trigonometrických a zhušťovacích bodů. Z obrázku na straně 35, kde jsou zobrazeny polohy testovacích bodů v oblasti, je patrné, že trigonometrické a zhušťovací body tvoří celistvou síť a že pokrývají plošně celou oblast a neobjevují se prázdné oblastní ostrůvky. Nivelační body Celkem bylo použito 505 nivelačních bodů, přičemž u 37 z nich byly určeny výšky nivelačních značek nad terénem pochůzkou. U těchto 37 bodů bylo provedeno porovnání v databázi evidovaných výšek značky nad terénem a skutečnou výškou zjištěnou v terénu. Po úpravě vstupních dat (odstraněny odlehlé hodnoty u dvou bodů) bylo provedeno testování, které prokázalo, že se jedná o soubor s normálním rozdělením (byla provedena řada testů normality souborů, u většiny z nich testy nezamítly nulovou hypotézu, že soubor má normální
36
Tvorba geodatabáze rozdělení a to s hladinou významnosti 5 %). Charakteristiky výběrového souboru výšek nivelačních značek jsou střední hodnota E (h_nivzn)
0,002 m a směrodatná odchylka
h_nivzn
= 0,078 m.
Přesnost určení výšek testovacích nivelačních bodů je vzhledem k předpokládané přesnosti DTM zanedbatelná, problém je v určení přesné polohy těchto nivelačních bodů, která byla v nivelačních údajích k bodům v době testování uváděna pouze informativně a to na celé metry (v současné době jsou již v databázi údaje o poloze zpřesněny). Lze předpokládat, že v rovinatých územích, kde nebudou výrazné výškové změny terénu, mohou být pro testování DTM použity i nivelační body. V oblastech, kdy jsou však výraznější terénní tvary (svahovitý terén, skály apod.) může již vliv chyby v určení nepřesné polohy nivelačního bodu na jeho testovací výšku dosahovat nezanedbatelných hodnot. Z obrázku na straně 35 je zřejmé, že poloha nivelačních bodů je umístěna podél komunikační sítě a že nepokrývá celistvě celou oblast skenování. Vzhledem k uvedenému bylo provedeno separované testování pro trigonometrické body a body nivelačních pořadů a též v jednotlivých kategoriích bylo provedeno oddělené testování dle typu okolí bodu. 2.2.3 Statistické zpracování Testování přesnosti výsledného modelu reliéfu je prováděno na základě zpracování souborů rozdílů nadmořských výšek známých z databáze ZÚř (testovací body) a výšek zjištěných z modelu reliéfu v místech odpovídajících poloze testovacích bodů. kód okolí I L1 L2 S V O D SL X celkem Tab. 4
popis intravilán les I.typu les II.typu skála volný prostor opěrná zeď dům silnice bod bez kódu (nebyla provedena obchůzka v terénu)
počet bodů TB (celkem) 19 58 25 5 93 x x x
počet bodů TB s určenou hM 1 4 5 0 22 x x x
počet bodů NB (celkem) x 10 7 118 12 28 103 7
počet bodů NB s určenou hM x 3 2 0 3 3 17 7
x
x
220
0
200
32
505
35
Kódy okolí bodů a přehled počtu bodů
Všechny soubory pro trigonometrické a zhušťovací body sestavené dle kódu okolí bodu (K) byly testovány na normalitu souborů. Veškeré provedené testy nezamítly nulovou hypotézu o normalitě souborů. Jednotlivé soubory též odpovídají výběrům ze stejného základního souboru. Na Obr. 27 je uveden graf absolutních četností rozdílů a je zde též zobrazena křivka normálního rozdělení se střední hodnotou E( h) = 0,05 m a směrodatnou odchylkou ( h) = 0,14 m.
37
Tvorba geodatabáze
Obr. 27 Graf absolutních četností rozdílů – trigonometrické a zhušťovací body (interval šířky 0,07 cm)
Stejným způsobem byly zpracovány též soubory nivelačních bodů. Všechny soubory pro nivelační body sestavené dle kódu okolí bodu (K) byly testovány na normalitu souborů. Ve většině případů provedené testy zamítaly nulovou hypotézu o normalitě souborů. Soubory vykazovaly vysokou hodnotu šikmosti a obsahovaly poměrně mnoho odlehlých pozorování. Na Obr. 28 je uveden graf absolutních četností rozdílů pro všechny nivelační body s tím, že již je 65 hodnot z původních 505 překračujících absolutní hodnotu 2,50 m odstraněno jako odlehlá pozorování. Z grafu je patrné, že ze zbylých 440 hodnot dosahuje srovnatelných velikostí rozdílů (v intervalu (-0,43, 0,40)) jako u trigonometrických a zhušťovacích bodů jen 291 bodů, což je pouze 57,6 % z původního počtu 505 testovacích bodů. Nejlepších výsledků dosahovaly body s kódem okolí bodu „dům“, u kterých jako jediných při testování normality souboru nebyla zamítnuta nulová hypotéza o normalitě souborů. Charakteristikami tohoto souboru jsou střední hodnota E( h) = -0,03 m a směrodatná odchylka ( h) = 0,24 m.
Obr. 28 Graf absolutních četností rozdílů – nivelační body (interval šířky 0,41m)
Z výše uvedených testů lze konstatovat, že deklarovaná obecná kvalita DTM je skutečně potvrzena. Druhotnou informací jsou lokality, kde dochází k odlehlým měřením, a tudíž
38
Tvorba geodatabáze v těchto místech by bylo vhodné DTM přepočítat novou filtrací. Konkrétně se jedná o lokality, kde rozdíl DTM oproti testovaným bodům přesahoval 4 m, viz Tab. 5. Lokalita
Ostrov Tetřeví kámen Západní vyhlídka, Tisá Kobylka Na skalce, Ludvíkovice Tab. 5
Název bodu
ZhB-203 TB-15 TB-6 TB-2 ZhB-220
Nadmořská výška dle DATAZ [m]
546,72 379,61 613,13 318.91 282,46
Rozdíl výšek HG – HDTM [m]
28,42 11,55 11,53 10,54 5,02
Lokality s výraznými rozdíly DTM
V současné době (rok 2011) je v databázi DATAZ uloženo mnohem více bodů (odhadem přes 2000 bodů polohového bodového pole) a bylo by možné provést již velice podrobné testování, díky němuž by byly nalezeny lokality vyžadující změnu filtračních parametrů.
3 Zpracování prostorového modelu Pravčické brány Pravčická brána Skalní útvar Pravčická brána je ukázkovým příkladem modelace skalního reliéfu ojedinělým v evropském měřítku. Jde o největší pískovcovou bránu v Evropě. Nachází se asi 3 km SV od obce Hřensko poblíž státní hranice se SRN. Je součástí dlouhého skalního defilé Thorwände a Křídelních stěn. Vznikla ve skalním hřbetu severojižního směru, jenž vybíhá šikmo ze skalní plošiny a dosahuje nadmořské výšky 447 m. Je tvořena kvádrovými pískovci druhohorního (křídového) stáří a má rozpětí téměř 27 m, výšku 16 m a minimální tloušťku klenby 2,5 m při nejmenší šířce 8 m (Vařilová, 2010). Těleso Pravčické brány a její bezprostřední okolí bylo pro svou jedinečnost v roce 1965 vyhlášeno chráněným přírodním výtvorem a roku 1992 získalo status nejpřísnějšího stupně ochrany vyhlášením za národní přírodní památku. Snaha o zajištění jejího nerušeného vývoje se odráží v neustálém přísném dohledu ochranářů i v rozvinutí mnoha výzkumných činností, jejichž cílem je získat co nejpřesnější informace o tvaru, stavbě i složení tělesa, jakož i o posouzení intenzity procesů zvětrávání a rychlosti postupného rozpadu vlivem vnějších faktorů. Základem pro správné posouzení všech možných rizik je především geologický průzkum a dokumentace tělesa Pravčické brány. Předmětem zkoumání jsou např. způsob a míra porušení skály, složení pískovce, výskyt druhotného zpevnění horniny proželezněním či prokřemeněním, vnitřní rozložení vlhkosti apod. Mezi hlavní oblasti sledování patří zejména dlouhodobý monitoring pohybů masivu brány ve vazbě na její tepelný režim.
3.1 Pořízení laserových dat Pozemní laserové skenování Pravčické brány bylo provedeno v roce 2002 soukromou firmou SG Geotechnika za účelem získání exaktních údajů o tvaru a velikosti skalního tělesa. Prvotním výstupem skenování je tzv. mračno bodů (souřadnic v prostoru) nepravidelně rozmístěných na povrchu tělesa. Různá hustota bodů je patrná zejména při porovnání západní a východní partie brány a je dána rozdílnými možnostmi přístupu ke skalnímu útvaru. Mračno bodů je z principu nespojitým způsobem vyjádření tvaru. Pro výpočty kubatur tělesa a jeho částí, sklonu částí ploch na povrchu a jejich orientace vůči světovým stranám, je potřeba z mračna bodů vytvořit spojitý model. Další výhodou a smyslem vytvoření spojitého modelu 39
Tvorba geodatabáze je možnost jeho využití pro názornou vizualizaci brány s využitím stínování, dále pak pro navázání výsledků měření tělesa Pravčické brány. Propojení digitální reprezentace tvaru tělesa s výsledky geofyzikálních měření usnadní jejich interpretaci a napomůže tak k pochopení vnitřní dynamiky procesů odehrávajících se na povrchu i uvnitř skalní brány a posouzení možných rizik spojených s nevratnými pohyby, deformací a postupnou přirozenou destrukcí tělesa. Správa NP České Švýcarsko vlastní data tohoto laserového skenování v upravené podobě, v nichž jsou již jednotlivá mračna sloučena v místním systému, a je z nich odstraněna vegetace. Skenování proběhlo z několika stanovisek, přičemž důraz byl kladen na pohledovou západní stranu Pravčické brány. Východní strana, která je velmi špatně přístupná, byla naskenována pouze orientačně. To se samozřejmě promítá i do kvality výsledného modelu (Obr. 29).
Obr. 29 Mračno bodů pozemního skenování s viditelnou různou hustotou na západní a východní stěně. Na pravém snímku spolu s body DTM z leteckého laserového skenování
Dále byla na území dostupná data z laserového skenování leteckého, která byla vytvořena v rámci projektu GeNeSiS v dubnu roku 2005. Z tohoto projektu byl pro modelování Pravčické brány využit DTM ve výsledné filtrované podobě L6_2_DTM. Vzhledem k dostupnosti dat z pozemního a leteckého skenování se nabízela možnost spojit obě mračna do jednoho homogenního modelu, který bude kvalitně reprezentovat strukturu skal na Pravčické bráně zachycenou v datech pozemního skenování a současně bude usazena do celkového kontextu ostatních skalních útvarů v jejím bezprostředním okolí.
3.2 Přípravná fáze Protože obě skenování byla provedena zcela jinými technologiemi, bylo zapotřebí najít řešení, jak oba modely spojit. Musely proto být před vlastním zpracováním provedeny následující kroky: - Transformace dat do jednotného souřadnicového systému (S-JTSK), - Export dat do jednotného datového formátu, - Výběr vhodného software pro zpracování, který dokáže pracovat s obecnými modely. 3.2.1 Transformace dat do jednotného souřadnicového systému Protože data pozemního skenování neobsahovala žádný globální souřadnicový systém a ani nebyly v datech definovány vlícovací body, byla transformace provedena na základě ruční identifikace odpovídajících si ploch v obou modelech. Výsledným souřadnicovým systémem byl zvolen S-JTSK a výškovým systémem byl zvolen Balt po vyrovnání. V těchto systémech již byla dostupná data DTM z leteckého laserového skenování. 40
Tvorba geodatabáze Transformace dat pozemního skenování do systému S-JTSK byla provedena na Správě NP České Švýcarsko, nastavení výškového systému bylo provedeno nezávisle na polohovém systému. 3.2.2 Export dat do jednotného datového formátu Konverze dat do jednotného datového formátu nakonec byla vyřešena až při importu dat do modelovacího software, kde bylo použito jednotné nastavení výsledného formátu importovaných dat. 3.2.3 Výběr vhodného software pro zpracování Poněkud komplikovanější se stal výběr vhodného software pro modelování brány. Dostupné aplikace (TerraScan a TerraModel) nebyly vhodné, protože nedovolují modelovat převisy, které jsou pro lokalitu typické. Byl proto hledán jiný software, který by splňoval následující podmínky: - import/export většiny používaných datových formátů (zejména TXT, DXF/DWG, LAS) - manuální i automatická editace mračna bodů - automatické plochování mračna bodů (tvorba trojúhelníkové sítě) - vizualizace objemných dat - cenová dostupnost pro realizaci projektu V rámci řešení projektu byly testovány softwary: - VRMesh Studio ve verzi 5.0 od firmy VirtualGrid Company - PolyWorks od firmy InnovMetric - Cyclone od firmy Leica - Point Cloud 1.0 firmy Synode Z těchto softwarů byl ve výsledku vybrán software VRMesh Studio ve verzi 5.0, který přesně odpovídal požadavkům projektu a kromě drobných chyb při vykreslování scény se choval velmi korektně a editace poměrně rozsáhlého mračna bodů probíhala rychle. Firma navíc poskytuje zdarma zkušební verzi na 30 dní. Zcela nejlepším softwarem pro analýzu a modelování Pravčické brány byl sice vyhodnocen PolyWorks od firmy InnovMetric, avšak jeho cena výrazně převyšuje možnosti řešeného projektu a proto nebyl použit. Software Cyclone od firmy Leica nemá automatickou generalizaci z obecné sítě a navíc vytváření sítí z importovaných dat je velmi málo použitelné pro realizovaný projekt, proto nebyl pro další zpracování dat v projektu doporučen.
3.3 Modelování brány Vlastní modelování probíhalo v software VRMesh Studio, který dovoluje všechny základní operace po jejich parametrizaci spustit dávkou. Jedná se o následující funkce: - Odstranění odlehlých bodů – bodů, které s vysokou pravděpodobností neleží na modelované ploše. V našem případě se může jednat o body ležící na vegetaci, zábradlí apod. - Vytvoření trojúhelníkové sítě – spojení blízkých bodů do elementárních trojúhelníků. VRMesh studio nespojuje všechny body, ale pouze body do definované vzdálenosti a tak v modelu vzniknou mezery. - Vyplnění mezer v modelu. - Vyhlazení modelu – při modelování z více skenů vždy v některých partiích vznikají ostré, z modelu vyčuhující, trojúhelníky. Tyto trojúhelníky je zapotřebí eliminovat, protože 41
Tvorba geodatabáze
-
-
vznikají pouze díky nepřesné poloze jednoho z bodů v trojúhelníku (např. nepřesným spojením mračen nebo tzv. klouzáním paprsku na hranách objektu). Zjednodušení modelu – do modelu vstupovalo velké množství bodů, nicméně ne všechny jsou v modelu potřebné pro popsání průběhu modelu. V takovém případě je vhodné, aby byla data zředěna. To je nutné provést velmi opatrně, neb při velkém zjednodušení může model ztrácet informační hodnotu. V projektu bylo zvoleno zjednodušení na ¼ původního objemu dat. V modelu i po automatizovaném vyplnění mezer zůstávají místa, která nebyl software schopen zaplnit. Proto bylo nutné provést ruční zaplochování modelu pomocí standardních nástrojů CAD aplikací. Na Obr. 30 je patrné, že se jedná o místa, kde chyběla data z laserového skenování, nebo byla data natolik řídká, že vzdálenost mezi body nedovolovala správně parametrizovat výpočetní algoritmy (docházelo k vyhlazení a zaplnění otvorů, které na skalním útvaru skutečně existují a musí být i v modelu zachovány).
Obr. 30 Ruční zaplnění otvorů v CAD (šedá barva)
3.4 Výsledný model Pravčické brány
Obr. 31 Výsledný model Pravčické brány
Z dat pozemního a leteckého laserového skenování byl vytvořen plochový model Pravčické brány, který v kontextu okolních skal zobrazuje polohu a tvar Pravčické brány a povrchovou strukturu pískovce (Obr. 31). Model je tvořen trojúhelníkovou sítí a je vyexportován do formátu DXF. Lze jej v téže podobě použít jak pro prezentační účely (Obr. 32), tak i zejména pro výzkumné účely stavu Pravčické brány například z geologického hlediska.
42
Tvorba geodatabáze
Obr. 32 Detailní pohled na model Pravčické brány
4 Pozemní laserové skenování na Havraní skále a v kaňonu Kachního potoka Havraní skála u Jetřichovic Havraní skála se nachází při SV okraji obce Jetřichovice v NP České Švýcarsko. Jde o vyvýšeninu protáhlého tvaru se skalním hřbetem, vrchol je v nadmořské výšce 393 m n. m. V oblasti se nalézá velmi členitý terén se skalními výstupky a bloky, které jsou tvořeny druhohorními pískovci. Lokalita vstoupila do povědomí široké veřejnosti 22. června 2006, kdy zde vypukl obrovský lesní požár. Shořelo 17,92 ha lesa, tvořeného převážně porostem borovice lesní s ojedinělou příměsí dubu zimního a buku lesního a monokulturními porosty borovice vejmutovky na svazích se severní až severozápadní expozicí (Marková a kol., 2011).
Obr. 33 Havraní skála po požáru (foto: Sojka in Marková a kol., 2011)
Jelikož se plocha nachází na území NP Českého Švýcarska, nebyla následně kultivována běžným lesnickým způsobem (těžbou, výsadbou), ale z rozhodnutí správy NP České Švýcarsko byla ponechána samovolnému vývoji (Obr. 33). Díky tomu zde vznikla
43
Tvorba geodatabáze unikátní přírodní laboratoř, umožňující sledování přirozené sukcese na ploše zasažené požárem. V současnosti zde probíhá celá řada výzkumných a monitorovacích aktivit, jejichž cílem je zdokumentovat stav a proměnu přírodního prostředí celé lokality po požáru (Marková a kol., 2011). Zjišťování stavu lesa, především popis jeho druhové skladby, prostorové a věkové struktury, je dnes založeno především na terénním šetření (Černý, 2004). Šetření na základě v současnosti otestovaných a již zavedených technologií má ale statistický charakter. Rychlý rozvoj technologie laserového skenování přináší možnost zvolit alternativní přístup k zavedeným způsobům sběru a vyhodnocení dat o lese. Automatizované vyhodnocení parametrů stromů i celých lesních porostů z těchto dat je doposud ve fázi testování a jejich pořízení přineslo možnost rozvinutí těchto metod, posouzení výpovědní hodnoty jejich výstupů a celkové snížení ekonomické náročnosti. Kachní potok Rokle Kachního potoka (Obr. 34) se nachází SV od obce Růžová při jižním okraji NP České Švýcarsko. Má většinou severojižní směr a spadá přímo do soutěsky řeky Kamenice, výškové rozpětí v příčném směru v nejnižších partiích rokle je zhruba mezi 170 a 270 m n. m. Patří mezi rokle s výrazným inverzním charakterem mikro- a mezoklimatu. To se projevuje i v charakteru zdejší vegetace. Dno rokle i její svahy jsou pokryty smrkovým lesem, ojediněle se zde nachází jedle a na svazích je vtroušen i buk. Pro svůj význam z hlediska charakteru a stavu přírodního prostředí byla rokle Kachního potoka zařazena mezi osm inverzních roklí, ve kterých probíhá dlouhodobý monitoring koordinovaný Správou NP České Švýcarsko. Sledována je biologická diverzita v rokli a její vazby na abiotické faktory prostředí, zejména mikroklima. V rokli jsou rozmístěny mikroklimatické stanice měřící teplotu vzduchu na povrchu i pod povrchem a půdní vlhkost.
Obr. 34 Kachní potok (převzato z www.npcs.cz)
Z hlediska posuzování vazeb mezi živými organizmy a jejich prostředím je významná kvalita a detail popisu tvarů reliéfu v rokli. Dostupné výškové modely zemského reliéfu se liší měřítkem i kvalitou zpracování. Dosud nejpodrobnějším modelem je pro oblast rokle výškopis v podobě rastru o rozlišení 1x1 m, zpracovaný z dat leteckého laserového skenování v roce 2006. Pro detailnější popis mikroreliéfu a modelování lokálního proudění vzduchu i režimu klimatu ale nedostačuje. Technologie pozemního laserového skenování umožnila zvětšení měřítka i hustoty měřených bodů na jednotku plochy, poskytuje i možnost měření kolmých a převislých částí skalních stěn a výchozů. Pilotní laserové skenování pásu napříč roklí bylo využito především pro posouzení kvality ostatních výškových modelů. Data obsahují i záznam přítomné vegetace a tím rozšiřují rozsah dat pro testování metod jejich zpracování a odvození vybraných parametrů stromů. 44
Tvorba geodatabáze
4.1 Skenování v lokalitách Pozemní skenování v lokalitách určených pro podrobnější výzkum (požářiště na Havraní skále a rokle Kachního potoka) proběhlo ve dnech 8.–10. listopadu 2010. Na Obr. 35 je vidět záznam měření na lokalitě Havraní skála, kde po rozsáhlých požárech se sleduje přirozená obnova lesa. V současné době je lokalita pokryta solitérně stojícími pahýly původních stromů a v podrostu rostoucími břízami a osikami, které dosahují 2–3 m výšky. Ostatní semenáče dřevin jsou vzrůstem zanedbatelné. Ke skenování na obou lokalitách byl využit skener Riegl LMS-Z420i s teoretickým dosahem až 800 m. Vlastní skener byl doplněn o kalibrovaný digitální fotoaparát Canon 20D pro pořizování barevné informace k jednotlivým skenovaným bodům a systém Leica GPS 1200 pro určování polohy jednotlivých stanovisek skenování a rovněž pro určení polohy jednotlivých vlícovacích bodů v systémech S-JTSK a Bpv. Vlícovacími body Obr. 35 Pozemní skenování na Havraní skále byly odrazné válce a štítky vhodně rozmístěné v lokalitě tak, aby bylo možné spojit jednotlivé skeny do jednoho mračna. Na lokalitě na Havraní skále bylo zaměřeno celkem 5 stanovišť (viz Obr. 36), přičemž na několika z nich byl proveden sken i ve skloněné poloze rotační osy přístroje tak, aby byly body pokryty i vrcholky všech kmenů.
Obr. 36 Lokalita požářiště na Havraní skále a pozice stanovišť skenování
Druhou lokalitou byl kaňon Kachního potoka, který je navíc monitorován čidly pro měření atmosférické a půdní teploty a vlhkosti. Rovněž je v něm prováděn bryologický průzkum (Obr. 37).
45
Tvorba geodatabáze
Obr. 37 Úsek zvolený pro pozemní skenování v lokalitě Kachního potoka. Žlutě jsou vyznačeny polohy jednotlivých čidel.
V tomto kaňonu bylo úkolem zmapovat komplexně topografické členění terénu, zmapovat polohu jednotlivých stromů a určit přesnou polohu čidel ve vybraném profilu. K tomuto účelu byla ve velmi náročném a nepřístupném terénu vybudována síť celkem 9 stanovišť (Obr. 38), přičemž na některých stanovištích byl skener otočen pro skenování vertikálního pruhu. Celkem tedy bylo pořízeno 13 skenů. Úhlové rozlišení bylo nastaveno vždy v rozmezí 0,10 0,12 deg jak horizontálně tak vertikálně. Ve vzdálenosti 10 m od stanoviště tak body mají na kolmé rovině rozestup cca 20 mm. Vlícovací body byly voleny jednak ve formě plochých odrazných štítků (8 vl.b.), válcových terčů (6 vl.b.) a stromů označených reflexní páskou (8 vl.b.).
Obr. 38 Nepřístupnost lokality Kachního potoka. Na pravém snímku je patrné čidlo a reflexní proužek na blízkém kmenu.
Na této lokalitě byl rovněž proveden výzkum využití pozemních lidarových dat pro určování charakteristik jednotlivých stromů. Firma Georeal dodala začátkem listopadu 2010 primárně zpracovaná data v podobě spojeného georeferencovaného mračna pro jednotlivé lokality. Konkrétně se jednalo o následující data: -
NP_CS_Svycarsko_20101109.RiSCAN – projekt pro sw RiSCAN na lokalitě Kachní potok NP_CS_den2_20101110.RiSCAN – projekt pro sw RiSCAN na lokalitě Havraní skála
46
Tvorba geodatabáze -
-
NP Ceske Svycarsko – rokle – textový výstup v podobě dat X,Y,Z,I lokality Kachní potok NP Ceske Svycarsko – pozariste – textový výstup v podobě dat X,Y,Z,I lokality Havraní skála
Dále byl dodán software pro prohlížení primárního projektu skenovaných dat (RiSCAN ve verzi 1.5.5) s jednoduchým návodem pro práci v softwaru. Pro lokalitu Kachního potoka byla rovněž dodána data odfiltrovaná od vegetace, tudíž pouze body ležící na terénu (Obr. 39).
Obr. 39 Odfiltrovaná data na Kachním potoce (mračno bodů)
Z dat pozemního laserového skenování byla zpracována podrobná databáze o stromech rostoucích na obou lokalitách a poloze jednotlivých čidel na lokalitě Kachního potoka. Rovněž byl zpracován model povrchu terénu a mapové výstupy z obou lokalit. Na Obr. 40 je zobrazen pohled do koruny stromů v oblasti Havraní skály, který ve vygenerovaný z dat pořízených v této oblasti.
Obr. 40 Pohled do koruny stromů na Havraní skále
47
Tvorba geodatabáze
IV. PUBLIKACE DAT Publikace geodat na Internetu je čím dál žádanější a nutnější. Historický způsob vystavování mapových výstupů formou obrázku není v mnoha případech dostatečný. Statický obrázek nemá žádnou funkcionalitu, nelze změnit měřítko nebo přidávat tematické vrstvy mapy. Pro využití těchto a mnohých dalších funkcí, je třeba publikovat geografická data pomocí speciální aplikace, tzv. mapového serveru. Mapový server je GIS aplikace běžící na serveru, která umožňuje publikovat nejen rastrová či vektorová data, ale dokáže řešit mnohé geografické či geolokační úlohy. Příkladem může být vyhledání zadané adresy, vyhledání nejbližší nemocnice, či určení nejkratší cesty. Pro publikaci výsledků projektu byl použit mapový server společnosti Esri, konkrétně ArcGIS Server verze 9.3 respektive 10.0. ArcGIS Server se skládá z části umožňující publikaci mapových služeb a z části, jež tyto služby dokáže zobrazit v internetovém prohlížeči pomocí interaktivní mapové aplikace.
1 Webové služby Webová služba je přesně definovaná komunikace dvou počítačů, respektive aplikací na síti. Jde o typ komunikace klient-server, kde klient (program) zašle dotaz na server se specifikací svých požadavků. Klient nekomunikuje s mapovým serverem přímo, ale prostřednictvím webového serveru. Ten může být i nedílnou součástí mapového serveru viz Obr. 41.
Obr. 41 Architektura klient-server
Aby tato komunikace byla jednoznačná, je třeba definovat způsob komunikace obou aplikací, tzv. protokol. Pomocí protokolu WSDL (Web Services Description Language) lze popsat, co webová služba poskytuje za údaje a jaké funkce má definované. Samotná komunikace webové služby může být uskutečněna pomocí mnoha protokolů. Nejpoužívanější jsou protokoly SOAP (Simple Object Access Protocol) a protokolu REST (Representational State Transfer). S oběma zmíněnými protokoly umožňuje pracovat i ArcGIS Server. Protokoly WSDL a SOAP jsou popsány pomocí jazyka XML (Extensible Markup Languge) jež je snadno zpracovatelný v mnoha aplikacích. Protokol REST využívá standardní metody protokolu HTTP (Hypertext Transport Protocol).
1.1 Mapové webové služby Speciální podskupinou jsou webové služby zabývající se geografickými daty. Komunikace mezi klientem a mapovým serverem (prostřednictvím webového serveru) může vypadat následovně: - klient zašle svůj požadavek na server a specifikuje v parametrech své zadání, např. mapové vrstvy a měřítko daného území, - mapový server přijme požadavek a na základě parametrů získá a připraví příslušná data z datového zdroje, 48
Tvorba geodatabáze -
mapový server z dat vytvoří požadovaný mapový výstup, klient obdrží výsledek dotazu v požadovaném formátu, např. obrázek, vektorová data, internetová stránka, … Pro komunikaci mezi mapovým serverem a klientem je třeba definovat dva základní typy protokolu. Výše zmíněný způsob výměny dat, tedy samotný formát komunikace a také formát, ve kterém si budou aplikace data posílat, tedy datové formáty. Standardizaci protokolů a služeb v této oblasti zajišťuje mezinárodní standardizační organizace OGC (Open Geospatial Consortium). Konsorcium OGC vytváří a spravuje mnoho standardů v oblasti GIS. V současné době (leden 2012) spravuje 38 standardů. Mezi nejpoužívanější patří WMS, WFS, WCS, KML nebo GML. 1.1.1 Rastrový formát Při použití rastrových formátů se dle požadavku klienta specifikovaných v parametrech vygeneruje z rastrových i vektorových dat na serveru mapový výřez. Ten se jako obrázek pošle definovaným protokolem klientovi, který jej zobrazí. Tento způsob je technologicky jednodušší, ale je náročnější na přenosové kapacity a má omezenou funkcionalitu. Mezi rastrové formáty patří jpeg, tiff, gif či png. 1.1.2 Vektorový formát Pro vektorový formát připraví server na základě požadavku klienta množinu geoprvků, jež se skládá pouze z vektorových dat. Na této množině provede případný ořez či další operace a zašle klientovi. Celý proces je technologicky náročnější, ale obvykle méně náročný na přenos dat. Existuje mnoho vektorových formátů, a to jak proprietárních, tak otevřených. Je třeba zajistit, aby klient dokázal data interpretovat. Mezi proprietární patří např. Esri Coverage, Esri Shape File či ArcXML a mezi otevřené se řadí GML nebo KML (Google Earth). GML – Geography Markup Language Jedná se o XML formát sloužící k popisu geografických jevů a jako otevřený výměnný formát pro geografické transakce na Internetu. Díky popisnému formátu se mohou uživatelé GML odkazovat na konkrétní objekty, jako jsou dálnice či mosty, a ne pouze na seznam bodů či linií viz (Open Geospatial Consortium. Geography Markup Language, online). KML Formát KML je odvozen z jazyka XML a je zaměřený na geografické vizualizace zejména pro internetové prohlížeče (Open Geospatial Consortium. KML, online). Umožňuje poskytovat mapové výstupy, včetně informací o navigaci uživatele. Vznikl jako produkt firmy Google pod názvem (Keyhole Markup Language) a teprve později byl zařazen pod OGC.
1.2 WMS – Web Map Service Je nejčastěji využívanou specifikací OGC. Jde o službu, která poskytuje mapy v rastrovém formátu. Nemusí sloužit jen aplikacím, které data prohlížejí, ale často bývá tato služba využívána i v desktopových GIS nástrojích pro načtení podkladových dat z jiných než lokálních zdrojů. Používání těchto společných zdrojů dat nese výhody v jednotné aktualizaci a správě těchto dat. Může se jednat jak o data poskytovaná zdarma, tak o data zpoplatněná. Největší nevýhodou mohou být pomalejší a nedostupné služby v závislosti na dostupnosti serveru (služby) nebo připojení. Aplikace podporující WMS musí mít dle specifikace (Open
49
Tvorba geodatabáze Geospatial Consortium. Web Map Service, online) implementovány minimálně metodu GetCapabilities a GetMap. Pokud klient nezná strukturu či vlastnosti nabízených dat, což je velmi časté, umožňuje mu metoda GetCapabilities tyto vlastnosti zjistit. Klient při první komunikaci se serverem sestaví dotaz s parametrem „REQUEST=GetCapabilities“ a povinným parametrem „SERVICE=WMS“. Volitelnými parametry jsou pak VERSION, FORMAT a UPDATESEQUENCE. Výsledkem dotazu je XML popisující strukturu služeb nabízených mapovým serverem. Nejčastěji pak klient používá parametr REQUEST s hodnotou GetMap, která zpřístupní klientovi požadovaný rastrový výřez mapy. Kromě zmíněného parametru REQUEST je dle specifikace WMS povinných ještě dalších 8 parametrů určujících požadované vrstvy, souřadnice či formát výstupu. Ve volitelných parametrech je možné určit například průhlednost pozadí, či specifikovat jeho barvu. Při dotazování na daný prvek používá klient volitelnou metodu GetFeatureInfo s šesti povinnými a dvěma volitelnými parametry. Například parametr specifikující vrstvu, nad kterou se dotaz provádí, souřadnice dotazu, nebo formát požadovaného výstupu. Tento typ dotazu vrací klientovi informace o prvku ležícím na zadaných souřadnicích v požadovaném formátu.
1.3 WFS – Web Feature Service Tato služba umožňuje poskytovat data ve vektorovém formátu. Předpokladem tedy je, že poskytovaná data jsou také vektorová. Kromě prohlížení vektorových dat, umožňuje dotazování a přidávání, mazání či modifikaci vektorových dat. Rozsah těchto funkcí, pak obvykle závisí na serveru i na použitém klientovi. Specifikace WFS (Open Geospatial Consortium. Web Feature Service, online) umožňuje serveru poskytovat buď plnou funkcionalitu, nebo jen podmnožinu těchto funkcí. Ve specifikaci WFS je pro plnou funkcionalitu definováno 11 metod pro práci s vektorovými daty viz Tab. 6. Metoda WFS GetCapabilities DescribeFeatureType
Typ operace Zjišťovací Zjišťovací
GetPropertyValue GetFeature GetFeatureWithLock
Dotazovací Dotazovací Dotazovací a zamykací Zamykací Transakční Dotazovací Dotazovací Dotazovací Dotazovací
LockFeature Transaction CreateStoredQuery DropStoredQuery ListStoredQueries DescribeStoredQueries Tab. 6
Popis Zjistí strukturu poskytovaných dat Poskytne klientovi informaci, jaké další funkce server podporuje Z výřezu umožňuje získat vlastnosti daných prvků Vrací požadovaný prvek nebo skupinu prvků Vrací požadovaný prvek nebo skupinu prvků a zároveň tyto prvky zamkne pro pozdější úpravy Uzamykání prvků před editací Poskytuje editační funkce Umožňuje vytvoření dotazu Umožňuje smazání dotazu Poskytuje seznam dotazů Poskytuje detailní metadata o dotazech
Metody poskytované službami WFS. Zdroj: Informace zpracované z (Open Geospatial Consortium. Web Feature Service, online).
50
Tvorba geodatabáze
1.4 WCS – Web Coverage Service Služba WCS definuje standardní rozhraní pro elektronické načítání geoprostorových dat do klienta. Umožňuje poskytnout rastrová i vektorová data v původních formátech spolu s metadaty a dalšími informacemi, na rozdíl od WMS, která vrací statické obrázky, či WFS, která vrací jen diskrétní geoprostorové funkce. Zatím není tolik rozšířen, ale jeho používání značně přispěje k interoperabilitě dat. Pojem, který se v souvislosti s GIS v poslední době nejvíce objevuje, je „interoperabilita“. Jde o kompatibilitu nejen geografických dat, ale i poskytovaných služeb nad těmito daty. Výrobci si začínají uvědomovat, že pouze dodržováním otevřených standardů, jako jsou standardy konsorcia OGC, je možné efektivně pracovat. Proto čím dál častěji do svých produktů implementují i tyto standardy. ArcGIS Server umožňuje publikovat data kromě proprietárního formátu také ve formátech WMS, WFS, KML či WCS.
2 Vytvoření mapových služeb v ArcGIS Serveru Mapový server umožňuje publikovat data formou mapových služeb (map services). Samotnou publikaci je možné provádět dvěma způsoby. Buď pomocí webového administračního rozhraní ArcGIS Manager, nebo pomocí programu ArcCatalog. V obou případech je třeba mít vystavovaná data umístěna tak, aby s nimi mohl ArcGIS Server pracovat. Mohou být umístěna přímo na serveru, kde je aplikace ArcGIS Server nainstalována, nebo mohou být zpřístupněna serveru prostřednictvím geodatabáze ArcSDE či zpřístupněna jiným způsobem. Při vystavování dat pomocí aplikace ArcCatalog musí mít k těmto datům přístup i daný uživatel, jež data vystavuje. Při práci přes webové rozhraní, je tato podmínka splněna automaticky, jelikož se pracuje přímo na serveru – byť prostřednictvím webového rozhraní.
2.1 Administrační rozhraní ArcGIS Manager Pomocí webového administračního rozhraní je možné provádět veškeré akce s mapovými službami, které ArcGIS Server verze 10 umožňuje. Při vytváření nové služby je třeba zadat název a případně jednu úroveň složky. Tyto údaje již není možné změnit. Dále je možné vyplnit popis služby, který je pak poskytován serverem při dotazu na seznam mapových služeb. Samotná data mohou být publikována buď ve formátu mapového projektu MXD, nebo lépe v optimalizovaném formátu MSD (Map Service Definition). Jedna mapová služba umožňuje publikovat pouze jeden datový rámec. Pokud má projekt více datových rámců, je třeba je publikovat jako samostatné služby, což se nastavuje na záložce Parameters. V sekci Capabilities je možné nastavit, jaké služby bude server poskytovat. Proprietární formát Mapping je aktivní automaticky a nelze jej vypnout. V závislosti na typu dat je možné nastavit Feature Access, Mobile Data Access, WMS, KML, WFS a WCS. U každé z nich lze doplnit další metainformace v závislosti na typu služby. U vektorových dat poskytovaných WMS službou je třeba nastavit jejich kešování – tedy uložení jednotlivých mapových dlaždic v zadaných měřítkách. Vyrovnávací paměť neboli keš (cache), je vhodné vytvořit i u ostatních WMS služeb. 2.1.1 Rozhraní ArcCatalog Aplikace ArcCatalog umožňuje dva přístupy k serveru. Jeden, User GIS Services, slouží pro uživatele služeb serveru. Druhý, Manage GIS Services, slouží pro administraci serveru. Pomocí tohoto přístupu je možné nastavovat stejné vlastnosti jako přes AgsGIS Server Manager. Přístup se liší zejména při přidávání či nastavování formátu služeb (WMS,
51
Tvorba geodatabáze WFS, …), kdy je třeba mít danou službu zastavenou, a při nastavování keš je třeba mít naopak službu spuštěnou.
3 Mapové aplikace využívající webové služby Mapový server, jak bylo popsáno výše, poskytuje data. Pokud mají být data také zobrazena, je třeba k tomu použít vhodného klienta. Pro mapové aplikace se klienti dělí podle své funkcionality na tzv. „těžké“ a „lehké“. Mezi těžké řadíme nainstalované plnohodnotné GIS aplikace jako je např. ArcGIS Desktop, které se v komunikaci se serverem chovají jako klienti požadující data. Lehký klient může být internetový prohlížeč umožňující obvykle prohlížet data ze serveru nebo speciální mobilní aplikace. I když možnosti a funkce lehkých klientů přibývají, nedosahují plné funkcionality těžkých klientů. Internetové prohlížeče jsou nejpoužívanějšími klienty mapových serverů. Ty samy o sobě neposkytují obvykle mnoho funkcionalit, a proto je třeba je rozšířit o doplňky. Společnost Esri přímo podporuje několik typů klientů svého mapového serveru. Jedním z nich je HTML aplikace generující se přímo z rozhraní ArcGIS Server Manager4. Mezi další patří Adobe Flex, Microsoft SilverLight a další viz (Esri, Web-based Help, online).
3.1 Aplikace vytvořená ArcGIS Serverem Pomocí webového rozhraní serveru lze vygenerovat HTML aplikaci, které umožňuje prohlížet data poskytovaná ArcGIS Serverem. Mezi její výhody patří snadnost vytvoření v několika krocích. Mapová aplikace může kombinovat několik datových zdrojů a to jak z vlastního serveru, tak pomocí webové služby z jiného serveru. Největší nevýhodou je malá možnost přizpůsobení a omezená možnost rozšíření poměrně malé funkcionality.
3.2 Aplikace založené na technologii Adobe Flex Flex je programovací jazyk vyvinutý společnosti Adobe. Aplikace vytvořené v jazyce Adobe Flex mohou být spuštěny v běhovém prostředí Flash Player, které je možné nainstalovat do všech nejrozšířenějších internetových prohlížečů. Vzhledem k popularitě Flash je tento doplněk velmi rozšířen. Aby Esri podpořila používání této technologie, vytvořila rozšiřitelnou aplikaci nazvanou ArcGIS Viewer for Flex viz (Esri, ArcGIS Viewer for Flex, online). Aplikace je snadno konfigurovatelná pomocí XML souboru. Je možné ji rozšířit o další Widgety (doplňky) buď od společnosti Esri, nebo vytvořit vlastní pomocí ArcGIS API for Flex (Esri, ArcGIS API for Flex, online). Vývojáři Flexu však nejsou odkázáni pouze na tuto aplikaci. Esri dala k dispozici knihovnu funkcí ArcGIS API for Flex umožňující pracovat s ArcGIS serverem a jeho objekty.
3.3 Aplikace založené na Microsoft SilverLight Stejně jako u technologie Flex poskytuje Esri i u technologie Microsoft SilverLight programátorské rozhraní ArcGIS API for Silverlight (Esri, ArcGIS API for SilverLight, online). Také poskytuje aplikaci ArcGIS Viewer for SilverLight (Esri, ArcGIS Viewer for Silverlight, online), která je opět konfigurovatelná pomocí XML souboru. Tedy bez znalosti programování lze aplikaci přizpůsobit.
4
Dle posledních informací na konferenci ArcData Praha v listopadu 2011, nebude v další verzi ArcGIS Serveru 10.1 generátor mapové aplikace k dispozici. Esri předpokládá větší využití ArcGIS Viewer for Flex nebo ArcGIS Viewer for SilverLight.
52
Tvorba geodatabáze
4 Mapový server UJEP Při vystavování dat na mapovém serveru je třeba zvážit, jaké informace mají být klientům zpřístupněny a dle toho zvolit vhodný typ služby pro zpřístupnění dat v prostředí internetu.. Mapové služby na univerzitním mapovém serveru http://mapserver.ujep.cz jsou dostupné jako ArcGIS REST služby (dynamické i dlaždicované) a také jako Web Map Service (WMS), které se dají připojit v Open source GIS. Pro tvorbu interaktivní internetové aplikace bylo použito ArcGIS API for Flex, které umožňuje výstavbu dynamických aplikací nad úrovní ArcGIS Serveru. Je možné vytvářet interaktivní a funkční webové aplikace, využívající služby dostupné na ArcGIS Serveru (jako např. mapy, lokátory, feature services, geoprocessingové modely) a komponenty jazyka Flex. Webový systém je programován v prostředí Adobe Flash Builder 4.0 s využitím jazyka Flash a speciálními komponenty ArcGIS API. Do webové aplikace jsou implementovány funkce umožňující komfortní prohlížení zpracovaných dat a vizuální porovnání s aktuálními daty. Při práci s internetovou aplikací uživateli není přístupná přesná adresa služeb publikovaných v prostředí ArcGIS Serveru. V rámci této aplikace byly publikovány zpracované mapy 1., 2. a 3. vojenského mapování a jejich vektorové reprezentace. Dále byl do aplikace doplněn aktuální ortofoto snímek. Aplikace umožňuje přepínání podkladových vrstev (staré mapy) a také přepínání překryvných vrstev (staré mapy a jejich vektorové interpretace), u kterých je možné interaktivně měnit průhlednost. Můžeme tak porovnávat vývoje krajiny v různých časových obdobích. Ukázka mapové aplikace je na Obr. 42. Mapová aplikace je dostupná na adrese: http://mapserver.ujep.cz/Projekty/Transeconet.
Obr. 42 Prostředí mapové aplikace
53
Tvorba geodatabáze
V.
GIS NA SPRÁVĚ NÁRODNÍHO PARKU ČESKÉ ŠVÝCARSKO
1 Úvod GIS tvoří jeden z hlavních pilířů informační podpory při správě velkoplošných zvláště chráněných území. Na Správě NP České Švýcarsko jsou GIS systematicky rozvíjeny od vzniku národního parku v roce 2000. Cílem této kapitoly je nastínit základní rysy vývoje a současného stavu tohoto systému. V přeshraniční oblasti Česko-Saské Švýcarsko (Obr. 2 na straně 10) bylo v minulosti vyhlášeno několik území s různým stupněm ochrany přírody a krajiny. Oblast je rozdělena mezi dva státy, což přináší odlišnosti v přístupech v důsledku odlišných legislativních rámců, organizací veřejné správy či metodických a technických standardů praktické péče o území. Pro GIS přináší přítomnost státní hranice řadu problémových okruhů, které souvisejí s potřebou sdílení informací mezi institucemi v rámci přeshraniční spolupráce. Liší se geodetické polohové základy, používané rovinné souřadnicové systémy, referenční topografická data, podoba kartografického zpracování státního mapového díla i oborové informační standardy. V základu činnosti Správy NP České Švýcarsko stojí jednak její zřizovací listina, především však platné právní předpisy na úseku ochrany přírody a krajiny. Tím je dán základ pro konkrétní přístupy a způsoby péče, dostupné ekonomické a finanční nástroje či možnosti spolupráce. Provoz GIS je těmto parametrům plně podřízen. Pro jeho rozvoj je významným stimulem spolupráce s rezortními, výzkumnými či akademickými institucemi, stejně jako přeshraniční spolupráce správ národních parků a chráněných krajinných oblastí.
2 Data Za charakteristický rys geografických informačních systémů správ národních parků v České republice lze považovat značnou rozmanitost pracovních témat, k jejichž řešení se využívají. Je dána rozsahem činností, jež správy vykonávají v rámci péče o území. Výčet oblastí geoinformační podpory na Správě NP České Švýcarsko je široký, zmiňme alespoň ty hlavní: - státní správa na úseku ochrany přírody a krajiny, - péče o lesní a nelesní ekosystémy (lesy představují zhruba 97 % rozlohy NP), - péče o krajinu a ochrana jejího rázu, - výzkum a dokumentace živé i neživé přírody, kam lze zařadit monitoring flóry a fauny (např. plošná inventarizace vybraných taxonů, dlouhodobý monitoring některých lokalit, mapování geograficky nepůvodních druhů dřevin, telemetrie spárkaté zvěře, sledování výskytu lesních škůdců apod.) a abiotický monitoring (skalní řícení a jiné rizikové svahové pohyby, geochemický monitoring, hydrologie podzemních i povrchových vod, sledování kvality srážek apod.), - ochrana a obnova prvků kulturního dědictví, - management cestovního ruchu, - správa majetku státu (pozemky, stavby, údržba cestní sítě), - vzdělávání a výukové programy, - publikační činnost. Tyto oblasti stanovují specifické a do značné míry nezávislé požadavky, ať se jedná o sběr či způsoby odvození dat, preferované topografické podklady, modelování zájmových jevů, soubor analýz a postupů vizualizace, či kartografické postupy. Jednotlivé činnosti se mohou opírat o různé definice informačního standardu či podporu zajištěnou z informačních systémů jiných organizací. Kvalita geodat je rozhodujícím faktorem ovlivňujícím kvalitu výstupů, které lze prostřednictvím GIS vytvářet. V datovém skladu GIS jsou data různé kvality, ceny, původu, 54
Tvorba geodatabáze způsobu vzniku, měřítka, pravidel užití či doby platnosti. Zde jsou popsány jen hlavní a specifické rysy obsahu a fungování datového skladu. Standardizovaný popis vybraných dat ve formě metadat je přístupný prostřednictvím katalogové služby na národním geoportálu INSPIRE. Kontaktním místem pro získání geodat z externích zdrojů je datový sklad MŽP ČR, který funguje jako centrální shromaždiště vybraných geodat pro potřeby využití podřízenými rezortními organizacemi. Jde především o civilní a vojenská topografická data referenční povahy – ZABAGED, státní mapová díla (SMO5, ZM10, ZM50), DMÚ, RETM, ortofotosnímky. Tato data jsou průběžně přebírána v aktualizované podobě. Významné je rovněž rozšiřování prostoru veřejného přístupu k vybraným referenčním datům a mapám prostřednictvím webových služeb. Již ustáleně jsou tímto způsobem využívány především prohlížecí služby nad mapami a daty katastru nemovitostí, výčet tím ale nekončí. V rámci sdílení mapových projektů v prostředí vnitřní sítě Správy NP i internetu (např. na mapovém serveru Správy NP) jsou takto využívány i webové zdroje topografických podkladů či tematických databází. Mezi nejvýznamnější poskytovatele využívaných prohlížecích služeb patří ČÚZK, AOPK ČR či saský GeoSN. Dalším zdrojem geodat jsou výstupy z několika projektů řešených v zájmovém území v posledních letech, na nichž pracovala akademická a výzkumná pracoviště z ČR a SRN. Některé z těchto výstupů, jejichž vznik byl podpořen z grantových schémat EU i ČR, mají přesah přes státní hranici a pokrývají celé území národních parků České a Saské Švýcarsko a chráněných krajinných oblastí Labské pískovce a Saské Švýcarsko. Z hlediska zkušeností s následným užitím výstupů v praxi zmiňme především velice kvalitní podrobná data výškopisu terénu a povrchu Labských pískovců, pořízená zpracováním dat leteckého laserového skenování. Digitální modely terénu a povrchu jsou k dispozici od roku 2006. Pro oblast Labských pískovců se v kvalitě geodat poskytovaných ústředními institucemi na úseku geodézie a kartografie odráží geomorfologická členitost území, významné zastoupení lesních porostů či dřívější normy a technologie zpracování map. Týká se to především dat ZABAGED a z něj odvozované ZM10. Kvalita těchto podkladů je v praxi často vnímána jako ne zcela vyhovující. Týká se to především způsobu vedení a kartografického vyjádření skalních útvarů, přesnosti zachycení průběhu jiných terénních prvků, cestní sítě a prvků povrchové hydrografie. Dá se očekávat, že zapracování výsledků právě probíhajícího nového mapování výškopisu ČR metodou laserového skenování (především produktu DMR 5G) do ZABAGED přinese jeho zkvalitnění. Zatím však nelze odhadnout časovou náročnost tohoto procesu. Další problematickou oblastí je kvalita geometrické složky dat katastrálního operátu. Digitální katastrální mapa zpracovaná přepracováním katastrálního operátu novým mapováním pokrývá necelé 1 % rozlohy území národního parku. Z důvodu aktuálních požadavků na vyšší přesnost mapových pokladů jsou na Správě NP České Švýcarsko průběžně vytvářena některá vlastní topografická data nad digitálním modelem terénu Labských pískovců. Jde hlavně o výše zmíněné a v ZABAGED problémové liniové třídy prvků. Výstupy digitalizace jsou využitelné především pro kartografické zpracování dílčích území národního parku v případech, kdy je do grafického obsahu map začleněno stínování terénu (např. v kontextu publikačních aktivit Správy NP či map instalovaných v terénu), dále jako podklad k odvození či zpřesnění tematických geografických databází (příkladem je porostní mapa LHP, lesní typologická mapa), při hodnocení rizika ohrožení cestní sítě erozí nebo svahovými pohyby, při geomorfologickém mapování, výpočtech výškových profilů cest či hydrologickém modelování. Jako perspektivní se jeví právě probíhající spolupráce se Zeměměřickým úřadem při zkvalitnění dat ZABAGED, především cestní sítě.
55
Tvorba geodatabáze Vyšší nároky na kvalitu či podrobnost dat se projevují i v oborových aplikacích GIS, jejichž data jsou vytvářena ve vazbě na existující státní informační standardy. Jako příklad je možné uvést specifický přístup k péči o lesní ekosystémy v národních parcích. Jedním z výstupů zpracování lesního hospodářského plánu (LHP) je geografická databáze, jejíž obsahovou i formální podobu stanovuje informační standard lesního hospodářství. Tato základní podoba dat byla pro oblast NP České Švýcarsko rozšířena o další informační vrstvy a specifické charakteristiky popisné složky dat. Databáze je rovněž integrální částí datového skladu GIS, což umožňuje např. společnou vizualizaci a kombinaci různých kritérií při vyhodnocení dopadů plánovaných lesnických zásahů. K získání podrobnějších údajů o stanovištních poměrech bylo rovněž zpracováno nové lesní typologické mapování v měřítku 1:5000. Z něj vychází rozdělení lesa do kategorií podle vývojového typu a cílené plánování lesnických zásahů za účelem postupné přeměny dnes stále dominantních smrkových monokultur na porosty s přirozenou dřevinnou skladbou. Vedle výše uvedených je potřeba nastínit některé další problémy při shromažďování a práci s geodaty: - V praxi ochrany přírody se často pracuje s jevy, které nelze zcela jednoznačně prostorově vymezit či popsat (např. výskyt populace druhu), a proto se hledají alternativní způsoby lokalizace (např. metodika síťového mapování). Těmito postupy často vznikají vzájemně nesouměřitelná data. Stupeň generalizace některých dat rovněž často komplikuje provedení exaktního a podrobného zhodnocení přírodních podmínek konkrétních lokalit a možných dopadů různých činností na jejich stav. - Sběr polohopisných dat v terénu prostřednictvím metody GPS naráží na omezení daná velkou členitostí terénu a dominantním zastoupením lesa na území národního parku. Kromě dostupnosti signálu z družic je velkým problémem při měření např. vícecestné šíření signálu dané odrazem od skal či korun stromů. Rovněž záznam referenčních dat pro synchronní výpočet korekcí měření je omezen jak zastíněním horizontu, tak i dostupností signálu sítí mobilních operátorů. Tyto faktory, stejně jako nižší hustota bodů geodetických polohových základů, se promítají i do nákladů spojených s přesným geodetickým zaměřováním. - Při přípravě mapových výstupů se často využívá kombinace a soutisku dat odvozených z různých referenčních podkladů, což ovlivňuje kartografickou kvalitu a interpretaci výstupů. Jeden druh informace může být vyžadován v různém měřítku i významovém kontextu. Vytváření víceměřítkové datové reprezentace prvku (např. turistické cesty) je časově náročná činnost, proto je často nutné volit kompromis a používat stejný obraz datové třídy v různých měřítkách. - České a až na výjimky i německé topografické mapy v měřítku 1:10 000 nemají přesah za státní hranici. Datové modely vektorových topografických databází ZABAGED a ATKIS jsou výrazně odlišné a jen zčásti vzájemně jednoznačně převoditelné. - Doposud není stanoven závazný národní standard zápisu nálezových dat flóry a fauny, jenž by podmiňoval postupy používané v rámci dokumentace území národního parku. Pro hodnocení celé oblasti Česko-Saské Švýcarsko je dalším problémem odlišnost taxonomických seznamů používaných v ČR a SRN. Dosud není zcela vyřešena souhrnná správa dílčích databází (různí mapovatelé na správách chráněných oblastí, výzkumní pracovníci akademických pracovišť atd.). Správy národních parků v ČR tvoří v rámci sběru nálezových dat zčásti oddělený segment z hlediska celé republiky, pořizují vlastní monitorovací koncepce, k zápisu dat není využíván jednotný SW. Tyto okolnosti s sebou přinášejí nekompatibilitu výměnných formátů, datových modelů, či duplicity a neúplnost záznamů. - Licenční pravidla pro nakládání s externími daty dojednaná na centrální úrovni nezahrnují všechny požadavky jejich potenciálních uživatelů. Problémem je např. tvorba a publikace 56
Tvorba geodatabáze vlastních topografických map či sladění pravidel užití geografických podkladů při přeshraniční spolupráci. K překlenutí některých ze zmíněných problémů mohou přispět aktivity dalších subjektů. Příkladem může být čtyřletý projekt geometrické a sémantické harmonizace dat ZABAGED a ATKIS (2009 2012), na jehož řešení spolupracovali ČÚZK, GeoSN a IÖR Dresden. Kromě sladění geometrie prvků při státní hranici s jedinou reprezentací státní hranice zpracovanou dle hraničního díla byl vypracován srovnávací katalog obou datových modelů. Celkový význam prostorové reference, jak již bylo naznačeno, spočívá v jasném uchopení polohopisných základů pro odvození tematických dat a informací. Dosavadní období tvorby základní báze geodat Správy NP České Švýcarsko lze charakterizovat jako období nalézání vhodných vztahů mezi dostupnými digitálními kartografickými díly a informacemi, které jsou relevantní v odborné ochraně přírody. Některé z referenčních datových sad mají kvalitu i svůj životní cyklus zčásti garantovány institucionálním rámcem jejich správy. Některá data mají velmi vysokou prostorovou vypovídací schopnost (příhraniční digitální model terénu), u jiných lze předpokládat vzrůstající kvalitu (ZABAGED, státní mapové dílo). Nadále však přetrvávají nedostatky v dostupnosti či kvalitě kartografických podkladů středního až malého měřítka, zvláště potom s přihlédnutím k přeshraničnímu prostoru. Jeho rozloha předurčuje právě tyto podklady jako základ pro jednotnou a ucelenou prezentaci územních fenoménů prostředky tematické kartografie. Výjimkou jsou také sjednocená přeshraniční tematická geodata.
3 Software Pracoviště GIS Správy NP České Švýcarsko představuje jednu osobu. S tím souvisí centralizace činností geoinformační podpory, zavádění nových technologií, uchopení problému správy datového skladu, sdílení či distribuce geodat, map a mapových služeb napříč celou organizací. Činnosti v oblasti správy dat, analýzy, vizualizace a tvorby map lze dnes uchopit jedním komplexním SW řešením. V otázce volby rozhodují především náklady na jeho pořízení a údržbu, zohlednit je potřeba i pravidelný update. Odborná ochrana přírody klade některé specifické nároky na služby poskytované GIS, které nemusejí být řešitelné na úrovni základních aplikací. Základní platforma je postavená na desktopových produktech ESRI (ArcGIS Desktop, extenze Publisher a 3D Analyst, ArcReader). Toto prostředí přináší i některé prvky databázového ukládání a správy geodat bez dodatečných nákladů na pořízení a provoz samostatného databázového systému. Platforma zajišťuje veškerou základní funkcionalitu potřebnou pro manipulaci při tvorbě, ukládání a správě geodat, pro analýzu, vizualizaci, tvorbu finálních kartografických výstupů a sdílení mapových projektů. Přínosná je rozšiřitelnost o specifické nástroje či možnost automatizace rutinně používaných postupů, založené na jeho programovacích komponentách. V nedávné minulosti byla např. napsána a v zájmové oblasti aplikována sada nástrojů pro hodnocení a analýzu krajiny z topografických dat, dalším příkladem jsou pracovní bloky projektu TransEcoNet zabývající se automatizací analýzy mračen bodů z leteckého i pozemního laserového skenování. Některé typy složitějších operací či analýz geodat jsou řešené s menší četností. Vzhledem k cenové politice velkých modulárních SW se proto nevyplatí pořizovat všechna rozšíření základní aplikace. V této oblasti je velice přínosná nabídka celé řady tzv. open source řešení, jež lze nasadit na řešení dílčích problémů. Nacházejí rovněž uplatnění při sdílení dat a poskytují vyšší škálu nástrojů oproti prohlížecímu SW pro některé uživatele z řad odborných profesí, kteří vytvářejí a spravují dílčí geodata. Jako příklad lze zmínit systémy Quantum GIS, GRASS GIS, SAGA, Janitor.
57
Tvorba geodatabáze Pro sdílení geoprostorových informací v prostředí intranetu i internetových stránek Správy NP České Švýcarsko a pro společné přeshraniční mapové projekty byl zprovozněn systém mapových služeb – mapový server HSMAP od společnosti Help Service – Remote Sensing, jehož aplikační vrstva je vybudována nad zdrojovým kódem Open Source UMN MapServer. Systém funguje jako server i klient, což umožňuje integrovat do mapových projektů i mapové služby jiných poskytovatelů. Systém je rovněž využíván pro sdílení informací s vybranými externími uživateli. Mapový server doplňuje metainformační systém téže společnosti (MIcKA), v němž je implementováno několik základních standardů pro popis geodat či katalogových služeb (ISO 19115, 19119, 19110 ad.). Tato vícejazyčná aplikace běží v prostředí internetu, využívá webové katalogové služby (OGC CS-W), disponuje editačním webovým rozhraním, dotazovacím modulem, výměnným modulem (ISO 19139), či administračním modulem (správa uživatelů). Kromě propojení s datovými vrstvami v konkrétních mapových projektech je díky otevřenosti systému zajištěno i sdílení metainformací s centrálním systémem rezortu MŽP i uvnitř celé evropské infrastruktury INSPIRE. Mezi problémy s přeshraniční dimenzí patří na úrovni aplikací souřadnicové transformace. Transformace souřadnic mezi národními systémy byla speciálně pro oblast česko-německého příhraničí řešena poprvé v rámci desktopové aplikace KoTra, jež byla vyvinutá na TU Dresden v kontextu mezinárodního projektu financovaného z programu EU Interregn IIC. V současnosti je tento problém řešen jak na úrovni základní desktop platformy, tak i s nástupem webových mapových služeb v prostředí mapserveru s využitím speciálních knihoven. Souřadnicové transformace jsou nyní využívány i v režimu on-the-fly. Těžiště transformace spočívá v transformaci prostorových geocentrických souřadnic mezi referenčními datumy (elipsoidy) dvou souřadnicových systémů s pomocí sady parametrů (posun, rotace, změna měřítka). Pro zájmovou oblast se využívá vztah mezi národními systémy a systémem ETRS 89. Sady parametrů jsou neustále zpřesňovány. Další oblastí spolupráce je aplikační podpora sběru metodicky jednotných dat z obou národních parků. Z iniciativy Správy NP Saské Švýcarsko byly vytvořeny a do praxe uvedeny mobilní SW nástroje pro sběr a vizualizaci dat z monitoringu rozšíření kůrovce a jedle bělokoré. Rovněž tento systém se vyvíjí. Jednotné uchopení je přínosem nejen pro lesní hospodaření a sjednocení jeho postupů, ale i jako vzor pro další společné koncepce a metodiky v oblasti ochrany a péče o území.
4 Shrnutí Předešlý výčet charakteristik systému GIS na Správě NP České Švýcarsko ukazuje pouze základní východiska a problémy. Systém a proces jeho tvorby není zcela jednoznačně definován po obsahové, technické ani ekonomické stránce. Systém je postaven tak, aby pružně reagoval na velice diferencované nároky a zajišťoval expertní podporu činností a nástrojů odborné ochrany přírody. Jsou naznačeny i určité směry další práce. Ta se neobejde bez tvůrčího přístupu a zapojení dalších organizací veřejné, akademické či privátní sféry. Základem GIS jsou kvalitní a smysluplně uspořádaná data. Problémy ochrany přírody a krajiny jsou často velice komplexní, proto je práce s různorodými daty nevyhnutelná. Opatření prováděná v jedné složce přírodní sféry musí brát v úvahu další okolnosti. Zde je potřeba vidět další směr činnosti pracoviště GIS při budování infrastruktury geografických informací, i při hledání optimálních řešení jejich sdílení. K dispozici jsou kvalitní technické prostředky jak pro správu GIS, sběr dat v terénu i pro sdílení geografických informací navenek.
58
Analýza dat
ANALÝZA DAT VI. METODY HODNOCENÍ VÝVOJE KRAJINY POMOCÍ STARÝCH MAP A LETECKÝCH SNÍMKŮ Již samotné zpracované staré mapy a letecké snímky umožňují vizuální hodnocení změny krajiny. Porovnáním Obr. 4 ze strany 13 s Obr. 5 ze strany 14 lze analyzovat změnu krajiny u obce Tisá během 1. a 2. vojenského mapování. Na Obr. 19 (strana 30) lze pozorovat vývoj obce Vysoká Lípa pomocí leteckých snímků. Proměnu krajiny lze dále sledovat pomocí trojrozměrné vizualizace (Obr. 43), která umožní identifikovat změny reliéfu krajiny, či tvorbou simulovaných průletů nad krajinou.
Obr. 43 Trojrozměrný pohled na obec Česká Kamenice, na snímcích je vidět vývoj pískovcového lomu
Také interpretované snímky umožňují vizuálně porovnat zastoupení vegetačního pokryvu ve sledovaných letech (Obr. 6 - str. 19 a Obr. 19 – str. 30). Z vektorových vrstev je možné sledovat nejen vývoj krajinného pokryvu, ale též změny mozaikovitosti krajiny, prostupnost krajiny, délku a hustotu linií či stabilitu krajiny.
59
Analýza dat Pokud je potřeba tyto změny krajiny kvantifikovat, je nutné staré mapy a letecké snímky vektorizovat, aby bylo možné zjišťovat rozlohu zkoumaných prvků (Tab. 7). S využitím výpočetních a statistických operací v programu ArcGIS ArcMap lze zjišťovat plochu jednotlivých prvků (funkce CALCULATE GEOMETRY) či plošné (případně procentuální) zastoupení jednotlivých krajinných prvků (funkce SUMMARIZE).
Tab. 7
Ukázka tabulky s vypočtenou velikostí plošky
Pro zjištění prostorových změn mezi jednotlivými lety se používá funkce INTERSECT. V atributové tabulce lze porovnáním hodnot krajinného pokryvu z jednoho období k druhému zjistit pomocí funkce FIELD CALCULATOR, zda došlo k jeho změně, či nikoliv. Podobně se postupuje při zjišťování změny v jednotlivých letech pouze u vybrané kategorie krajinného krytu (Obr. 44). Pro sjednocení vrstev se ale používá funkce UNION. Poté lze v atributové tabulce pomocí funkce FIELD CALCULATOR porovnáním hodnot sledovaného krajinného prvku z jednoho období k druhému zjistit, zda byly plochy nejen zachovány, ale i kde došlo k jejich úbytku či naopak přírůstku.
Obr. 44 Analýza prostorových změn krajinných prvků v oblasti Srbské Kamenice (Zikmundová, 2006)
60
Analýza dat Modelové lokality lze analyzovat i z hlediska počtu zjištěných změn kategorií krajinného pokryvu v čase. Jak zobrazuje Obr. 87 na straně 83, je možné identifikovat stabilní plochy, kde během sledovaného období nedošlo k žádné změně, či naopak velice proměnlivé plochy, kde došlo ke změně krajinného pokryvu během sledovaných časových úseků. Přesný popis metodiky lze nalézt v práci Skokanové (2009). V rámci této analýzy je zapotřebí spojit pomocí funkce INTERSECT všechny sledované roky do jedné vrstvy. Následně se v tabulce porovnávají změny kategorie u jednotlivých polygonů a do nového pole se pomocí funkce FIELD CALCULATOR zaznamenávají změny stanovené podle stupnice 1–4 (Tab. 8), kde číslo značí počet kategorií, které na daném polygonu během sledovaného období vyskytly. Číslo 1 znamená stabilní plochu, u níž nedošlo během sledovaného období k žádné změně kategorie krajinného pokryvu. Naopak číslo 4 znamená, že na dané ploše byla v každém sledovaném roce zaznamenána odlišná kategorie krajinného pokryvu.
Tab. 8
Charakteristika polygonu (plochy) v závislosti na počtu zaznamenaných kategoriích (Pérez, 2012)
Pomocí vektorových dat je možné dále provést základní posouzení vybraných ekologických ukazatelů. Pro účely základního posouzení ekologické stability krajiny lze použít metody KES (Lipský, 1998). Pro potřeby výpočtu byly plochy rozděleny do dvou skupin na plochy stabilní a nestabilní (Obr. 45).
Obr. 45 Rozdělení kategorií krajinného pokryvu na stabilní a nestabilní (Lipský, 1998)
V rámci hodnocení jsou nejstabilnějšími plochami plochy s KES>3, narušená území mají naopak hodnotu KES<0,1, jak zobrazuje Tab. 9. Metoda byla použita v práci Péreze (2012). Výsledky lze nalézt na Tab. 10.
Tab. 9
Charakteristika území dle hodnoty KES (Lipský in Pérez, 2012)
61
Analýza dat V krajinné ekologii se pro hodnocení diverzity nejčastější využívá Shannonův index diverzity (SHDI), který je založen na počtu kategorií a proporčním zastoupení každé z nich. Je omezen pouze zdola nulou, horní hranice je neomezená. Jeho hodnota roste se stoupajícím počtem kategorií a také pokud se proporční zastoupení kategorií stává vyrovnanějším (Bielecka, 2010). Hodnocení diverzity bylo provedeno v práci Pérez (2012) na katastru Labské Stráně. Podle Kupkové (2001) koeficient míry antropogenního ovlivnění krajiny vyhodnocuje intenzitu lidského vlivu na krajinu a její následný vývoj. Stanovuje se poměr ploch s vysokou intenzitou využití k/ke plochám s menší intenzitou využití. Mezi plochy s vysokou intenzitou využití lze řadit území, která jsou pod velkým antropickým tlakem (orná půda, zastavěné plochy, komunikace a ostatní plochy). Naopak mezi plochy s menší intenzitou využití území, která jsou ovlivňována menším antropickým tlakem, lze řadit tyto kategorie: lesy, louky, pastviny a vodní plochy. Hodnoty koeficientu nabírají rozmezí od 0 do nekonečna. Přičemž rovná-li se KAO hodnotě 1, jsou rozlohy obou typů ploch v rovnováze. Jestliže je výsledek KAO > 1, tak převažují plochy s vysokou intenzitou antropického využití a naopak. Hodnocení pomocí KAO bylo provedeno na většině hodnocených modelových oblastí. Ačkoliv v oblasti Českého Švýcarska nedošlo během posledních 60 let k výrazným změnám krajinného pokryvu, při analýze velikosti jednotlivých parcel (pozemků) byla zaznamenána změna granularity daleko podstatnější (Obr. 46).
Obr. 46 Vývoj změny parcelace v letech 1938–1953–2000 na k.ú. Srbská Kamenice (Zikmundová, 2006)
Historické uspořádání a orientace parcel (pozemků) v krajině více respektovalo geomorfologické i pedologické poměry území (protažení tvarů pro orbu po vrstevnici), vlhkostní a socioekonomické poměry území (sídelní podmínky, způsoby dopravy a zemědělskou malovýrobu) s potřebou přiblížení pozemků co nejvíce místům zpracování a skladování zemědělských produktů. Naproti tomu v současné krajinné struktuře téměř chybí u velkoplošné parcelace smysl pro dodržování obecných zásad účelné diferenciace ploch z hlediska ochrany půdního fondu (eroze, vlhkostních poměrů), zachování stability krajiny, rozvoje biodiverzity, bezbariérové prostupnosti území či rozmanitosti krajinné mozaiky (Zikmundová, 2006). Zpracována data mohou posloužit nejen k analýze vývoje krajiny s ohledem na historii, ale též mohou být využita pro návrh budoucí krajiny. Vhodným příkladem je návrh revitalizace Olšového potoka, kde před vlastním návrhem byla provedena analýza vývoje území, a získané poznatky byly použity při vlastním návrhu revitalizačních opatřeních, viz Obr. 79 na straně 79 (Najmanová, 2012). Tyto metody byly použity pro hodnocení vývoje krajiny na modelových lokalitách v oblasti Českého Švýcarska (Obr. 3) v rámci bakalářských a diplomových prací. Nejvýznamnější poznatky z těchto prací jsou uvedeny v následujících kapitolách.
62
Analýza dat
1 Analýza změny využití krajiny v katastru Růžová 1.1 Metody hodnocení Pro hodnocení byla použita mapa Stabilního katastru (1843) a letecké snímky z let 1953, 1989 a 2007. Data byla vektorizována a interpretována dle stanovené metodiky pro zpracování dat v oblasti Českého Švýcarska.
Obr. 47 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let k.ú. Růžová
Na základě vektorizovaných vrstev krajinného pokryvu ze čtyř roků (Obr. 47) a jejich metrických ukazatelů byly zpracovány analýzy vývoje krajiny. V každém roce byla zjištěna rozloha jednotlivých kategorií pokryvu a jejich změna mezi vybranými roky. Pro lepší přehlednost grafů byly kategorie rozkládající se na ploše menší než 1 % sloučeny do kategorie „Ostatní“. Dále byl zjištěn koeficient míry antropogenního ovlivnění (Kupková 2001), změna v mozaikovitosti polí (Prchalová 2006) a změna v rozmístění zástavby.
1.2 Výsledky V diplomové práci byl na základě historických mapových podkladů a leteckých snímků hodnocen vývoj využití krajiny v katastrálním území Růžová (Obr. 48). Rozloha orné půdy dosáhla svého maxima v polovině 20. století. Poté začala mírně klesat a tento trend pokračuje až do současnosti. V polovině 19. století byly v území značně zastoupeny trvalé travní porosty (TTP). Jejich rozloha přesahovala 18% zastoupení využití krajiny v oblasti. V roce 1953 jejich podíl výrazně poklesl až na pouhých 6 %. I přes poměrně značné zemědělské využití této krajiny dosahovaly největší rozlohy vždy lesní pozemky. Velikost rozlohy lesů neměla výrazné výkyvy. Největšího podílu dosáhly lesy na začátku třetího tisíciletí.
Obr. 48 Srovnání zastoupení kategorií krajinného pokryvu v letech 1843 až 2007
63
Analýza dat 1.2.1 Vývoj zástavby V oblasti zástavby zaznamenalo území velkou změnu dvěma směry. Odsun německého obyvatelstva po druhé světové válce znamenal začátek úpadku osady Nová Ves, která postupně zcela zanikla a dnes zde není jediná budova (Obr. 49). Naproti tomu malebnost území, snadná dostupnost z Děčína a Ústí nad Labem přispěla k rekreační oblibě tohoto území a vzniku chatové osady Nový Svět. Současný trend, stěhování se z měst do blízkého okolí, nese určitý nátlak na výstavbu i v oblasti Růžové, kde vzniklo v posledních letech několik novostaveb. Ovšem další rozšiřování mimo hranice obce není žádoucí z důvodu ochrany přírody, krajiny a krajinného rázu. Z provedených analýz vyplynulo, že pouze 21 % původní zástavby se zachovalo do současnosti.
Obr. 49 Osada Nová Ves (vlevo žlutě na mapě Stabilního katastru budovy, vpravo již nejsou)
1.2.2 Hodnocení změn velikosti pozemků Jako ve všech zemědělsky využívaných oblastech i zde se změnila struktura krajiny a tento jev je vidět hlavně na orné půdě, kde došlo ke scelení velkého počtu drobných políček do několika velkých lánů (Obr. 50). Již ze samotné ukázky vyplývá, že velikost jednotlivých pozemků se mnohonásobně zvětšila. Pomocí výpočetních operací bylo zjištěno rozdělení velikosti pozemků do jednotlivých kategorií dle velikosti pozemků (Obr. 51). V roce 1843 byly na území k. ú. Růžová pozemky orné půdy menších rozměrů, celkem 785 polí mělo velikost do 1 ha a 82 polí v rozmezí 1–5 ha. Tento způsob hospodaření, malá políčka s remízky a střídání plodin, měl na krajinu pozitivní vliv a zvyšoval její ekologickou stabilitu. V pozdějších letech, následkem vývoje lidské společnosti, jejích potřeb a technického pokroku, se postupně začaly meze mezi plochami orné Obr. 50 Ukázka mozaikovitosti polí v roce 1843 půdy rozorávat a pozemky scelovat. v porovnání s jedním polem z roku 2007
64
Analýza dat V roce 2007 byl v území pouze jeden pozemek s rozlohou do 1 ha a 8 polí do velikosti 5 ha. Ostatní pozemky mají rozlohu větší než 5 ha a nejsou výjimkou ani lány o velikosti téměř 100 ha. Scelování pozemků, jejich úpravy, způsob hospodaření v krajině od začátku druhé poloviny 20. století měly zásadní, negativní vliv na půdní vlastnosti a procesy v krajině.
Obr. 51 Frekvence rozložení velikosti polí katastru Růžová
1.2.3 Koeficient míry antropogenního ovlivnění krajiny Výpočet koeficientu míry antropogenního ovlivnění krajiny k.ú. Růžová (Obr. 52) potvrdil předpoklad nejmenšího ovlivnění venkovské krajiny člověkem v 19. století. Naopak největší ovlivnění člověkem bylo v druhé polovině století dvacátého, což bylo způsobeno kolektivizací. Poté, pravděpodobně zařazením území do CHKO Labské pískovce, nastalo postupné klesání negativní lidské činnosti v krajině.
Obr. 52 Koeficient míry antropogenního ovlivnění krajiny
Více informací o provedených analýzách v rámci katastru Růžová lze nalézt v diplomové práci Černohouze (2011).
65
Analýza dat
2 Retrospektivní analýza vývoje krajiny v modelové oblasti u obce Tisá s využitím geoinformačních technologií 2.1 Metody hodnocení Modelové území se nachází v Ústeckém kraji v Krušných horách a rozprostírá se mezi třemi obcemi: Petrovice, Tisá a Libouchec. Na území se nachází vojenský prostor - Chemického cvičiště Tisá, jehož vznik je datován k roku 1953. Pro hodnocení byly použity letecké snímky z let 1953, 1968, 1989 a 2007. Data byla vektorizována a interpretována dle stanovené metodiky pro zpracování dat v oblasti Českého Švýcarska viz Obr. 53.
Obr. 53 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let modelové oblasti Tisá
Hodnocení krajinného pokryvu probíhalo na základě zvolených kategorií: křoviny a roztroušená zeleň, les, orná půda, TTP (louky a pastviny), zástavba, vodní plochy, silniční síť a přilehlé prostory, sportoviště. Hlavní trendy změn krajinné struktury v řešeném území byly stanoveny na základě výsledků procentuálního zastoupení krajinného pokryvu. S přihlédnutím k historickému vývoji území byly tyto trendy doplněny o informace pravděpodobných proběhlých vlivů na současný stav krajiny v modelovém území. Zjišťovány byly rozdíly ve vývoji krajinného pokryvu ve vojenském prostoru a v sousední krajině, a to s ohledem na potřeby tetřívka obecného, který se v dané lokalitě vyskytuje. Analyzován byl též koeficient antropogenního ovlivnění krajiny (Kupková 2001).
2.2 Výsledky Výsledné trendy zjištěné z retrospektivních analýz celkového vývoje krajinného pokryvu jsou následující: po roce 1989, kdy nastal největší úpadek orné půdy, se zmenšil podíl ploch z 25 % na konečných 0 % v roce 2007. Největší plocha orné půdy byla v roce 1953, kdy činila 38 %. Převážná část těchto ploch byla převedena na TTP (louky a pastviny), menší podíl byl zastavěn. 2.2.1 Porovnání rozdílu vývoje krajinného pokryvu: vojenský prostor versus sousední krajina Tato analýza byla prováděna na základě rozdílnosti stavu přírody a krajiny, jak v uzavřeném prostoru (vojenský prostor), tak v jeho sousedních partiích modelové oblasti. Smyslem bylo poukázat na odlišný vývoj krajinného pokryvu neustále ovlivňovaného člověkem, ať už přímo či nepřímo. Zároveň analýza ukázala (Obr. 54), k jakým vývojovým trendům dochází, když je část krajiny uzavřena po dobu 54 let. Krajinu obklopující vojenský prostor provází odlišné vývojové trendy. Jedná se již o území, člověkem více využívaného ve smyslu většího zemědělského obhospodařování, což dokazují dosažené výstupy.
66
Analýza dat území vojenského prostoru Tisá
území obklopující vojenský prostor Tisá
Obr. 54 Hodnocení vývoje krajinných prvků Vojenského prostoru Tisá versus sousedící lokality
2.2.2 Vývoj lesních ploch a roztroušené zeleně v závislosti na výskytu tetřívka obecného Střídání mozaiky otevřených ploch s nízkou vegetací či s mozaikou rašelinných biotopů jsou vhodné podmínky pro vývoj velice ohrožené populace tetřívka obecného. Proto byly analýzy zaměřeny ke sledování samotných kategorií lesních ploch a roztroušené zeleně viz Obr. 55. les
křoviny a roztroušená zeleň
Obr. 55 Prostorové změny lesa, a dále křovin a roztroušené zeleně během roků 1953 – 2007 v oblasti vojenského prostoru Tisá
Z výsledků vyplynulo, že krajina v modelové oblasti postupně zarůstá přirozenou sukcesí, což do budoucnosti ohrožuje potenciální výskyt tetřívka obecného. Horší situace byla zjištěna ve vymezeném vojenském prostoru (Obr. 54). Oproti sousedícím lokalitám zde dochází 67
Analýza dat k většímu zarůstání ploch, zejména vlivem sukcese. Z hodnocení, které bylo provedeno, vyplývá, že pravděpodobně dojde v rámci vojenského prostoru v budoucnosti k vymizení otevřené plochy, potřebné pro život tetřívka obecného. Vzhledem k nepřijetí lokality vojenského prostoru do Natury 2000 by měla ochrana tetřívka obecného v modelové oblasti probíhat na jiných dostupnějších lokalitách tak, aby byl vždycky zachován minimální počet kusů pro zachování další generace. 2.2.3 Koeficient míry antropogenního ovlivnění krajiny Z výsledků KAO vyplývá (Obr. 56), že v modelovém území nedochází k vysokému antropickému zatížení, což je hlavně způsobeno zánikem hospodaření na orné půdě. Tento stav by mohl ovlivnit podíl zastavěného území, který ale z výše uvedených výsledků rapidně nenarůstá. Ve sledované krajině dochází spíše k postupnému zarůstání ploch lesním společenstvem, což je do jisté míry způsobeno vlivem přítomností Chemického cvičiště Tisá.
Obr. 56 Koeficient míry antropogenního ovlivnění krajiny
Více informací o provedených analýzách v rámci modelové oblasti Tisá lze nalézt v diplomové práci Ehertové (2011).
68
Analýza dat
3 Časoprostorové změny rybníka Stará Oleška v oblasti přírodní rezervace Stará Oleška 3.1 Metody hodnocení Pro hodnocení časoprostorových změn rybníka Stará Oleška v oblasti PR Stará Oleška byly podrobně z leteckých snímků vyhodnoceny roky 1953, 1968, 1989, 2000, 2005 a 2008. Pro hodnocení vývoje rybníka byly použity i staré mapy. Data byla vektorizována a interpretována dle metodiky pro zpracování dat v oblasti Českého Švýcarska.
Obr. 57 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let k.ú. Stará Oleška
Vzhledem k tomu, že samotná oblast je značně ovlivňována svým okolím, byla práce rozšířena na celé katastrální území Stará Oleška (Obr. 57). Vývoj oblasti byl hodnocen na základě historických mapových podkladů a leteckých snímků, které jsou důležitým podkladem a zdrojem informací o vzhledu a využití krajiny v historii. Na základě vektorizovaných vrstev krajinného pokryvu a jejich metrických ukazatelů byly zpracovány analýzy vývoje krajiny celého katastrálního území. Vývoj krajinného pokryvu byl proveden i samostatně na území přírodní rezervace. Hlavní analýzou bylo hodnocení změny rozlohy rybníka Stará Oleška v čase.
3.2 Výsledky Z provedené analýzy vývoje krajinného pokryvu vyplynulo, že v rámci období 1953 2008 dochází k postupnému zarůstání oblasti a úbytku luk a pastvin, rozloha polí se pohybuje cca. 30 % z celého katastru. Výrazné změny byly zjištěny z analýzy vývoje zástavby. Počet stálé zástavby se od roku 1953 výrazně nezměnil. Obec není svou dostupností pro novou výstavbu příliš atraktivní, naopak pro rekreační účely je výhodná, proto zde od 70 let minulého století výrazně narostl počet soukromých chat a chalup, ale i veřejných rekreačních budov i kempů. Vývoj rekreační zástavby se z 1 % v roce 1953 zvýšil do roku 2008 o 47 %.
2.vojenské mapování
Stabilní katastr (1843)
3.2.1 Vývoj rybníku Stará Oleška Z dochovaných starých map (Obr. 58) a leteckých snímků (Obr. 61) je možné pozorovat, že rozloha rybníku Stará Oleška se 3.vojenské mapování v čase měnila. Podle historických záznamů byl v roce 1886 rybník vypuštěn a na jeho Obr. 58 Zobrazení rybníka na starých mapách místě vznikly louky a pastviny.
69
Analýza dat V roce 1905 byl z poloviny znovu naplněn, v roce 1970 částečně odbahněn, neboť se jeho břehu v jihovýchodní části začalo intenzivně využívat k rekreaci. To mělo za následek právě zvýšení počtu rekreační zástavby.
Rozloha rybníka (ha) rok 1843 15,0 rok 1953 rok 2008
11,7 12,8
Obr. 59 Hodnocení vývoje rozlohy rybníka Stará Oleška
Při hodnocení zazemňování rybníka Stará Oleška bylo zjištěno (Obr. 59), že dochází k trvalému úbytku vodních ploch, ze 100 % v 19. století na 85 % v současnosti. K nejvyššímu úbytku zavodněné plochy došlo v severozápadní části rybníka, která byla zcela vysušena. Také na okolních loukách došlo melioračními úpravami k snížení vodní zásoby. Na samotném území rezervace došlo k poklesu z celkové vodní plochy o 26 % (v roce 1989 dosahovala 55 % rozlohy území, nyní 29 %).
Rok 2000
Rok 2005 Obr. 60 Podíl vodních a zamokřených ploch
Stejný trend ukazuje poměr vodní plochy vůči zamokřeným územím (Obr. 60), kde se projevuje úbytek vodních ploch ze 77 % na 41 %, zatímco plochy zamokřených území se zvyšují z 36 % na 59 %. Je tedy Rok 2008 na posouzení odborníků, jak tento jev Obr. 61 Porovnání hladiny v letech 2000, 2005 a 2008 ovlivňuje cíle stanovené plánem péče o přírodní rezervaci. Více informací o provedených analýzách v rámci katastru Stará Oleška lze nalézt v bakalářské práci Haluškové (2011).
70
Analýza dat
4 Retrospektivní monitoring krajiny v oblasti Mohelnice v Krušných horách 4.1 Metody hodnocení V oblasti zaniklé obce Mohelnice probíhal od roku 2008 výzkum na hodnocení agrárních valů. V rámci této práce byly zpracovány letecké snímky z roku 1946 a vyhodnocen vývoj agrárních valů během let 1946 2002 (Obr. 62). Hodnoceny byly též změny krajinného pokryvu dané oblasti (Elznicová, 2011). 1946
2002
Obr. 62 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let modelové oblasti Mohelnice
V rámci bakalářské práce byly sledovány změny osídlení, neboť po 2. světové válce zanikla zcela obec Mohelnice a částečně navazující obec Habartice. Pro hodnocení zástavby byly využity nejen letecké snímky (rok 1946 a 2002), ale též mapa Stabilního katastru z roku 1843. Hodnocení bylo provedeno vizuálně a byly identifikovány počty staveb na modelové oblasti a jejich vývoj.
4.2 Výsledky 4.2.1 Vývoj zástavby Porovnáním samotných starých map a historických snímků (Obr. 63) lze identifikovat změny v zástavbě. Díky analýze bylo dále zjištěno, že v roce 1843 se na řešeném území nacházelo 108 stavení. V roce 1946 se počet snížil na 76 stavení v území a v roce 2002 již nebyla zjištěna žádná zástavba. V dnešní době lze najít při terénním průzkumu na území bývalé obce Mohelnice už jen pár přírodou zarostlých pozůstatků stavebních základů. 1843
1946
Obr. 63 Ukázka zástavby bývalé obce Mohelnice na části řešeného území
71
2002
Analýza dat Co se týká vývoje zástavby na modelovém území, tak bylo jednoznačně prokázáno, že obec Mohelnice u Krupky se vlivem 2. světové války vylidnila. Z tamějších domů se staly ruiny a postupem času zanikla úplně. Na místech, kde bývala dříve obytná stavení, se dnes nachází les a louky. Lesní porost se po roce 1946 rozrostl o celých 6 % z celkové plochy území. 4.2.2 Změny krajinného pokryvu Opuštěním této lokality došlo k zániku zástavby a vedlo k přeměně původních orných ploch na trvale travní porosty. Jejich nárůst tvořil 47 % (Obr. 65). Celkově bylo změněno 61 % území (Obr. 64). Původní krajinný pokryv si zachoval les v horní část a v západní části podmáčené louky.
Obr. 64 Prostorové změny krajiny v oblasti Mohelnice
Obr. 65 Procentuální zastoupení jednotlivých krajinných prvků
Více informací o provedených analýzách v rámci modelové oblasti Mohelnice v Krušných horách lze nalézt v bakalářské práci Jarošové (2011). Specializované mapy podrobně analyzují vývoj této krajiny se zaměřením na agrární valy (Elznicová, Machová 2010; Elznicová 2011).
72
Analýza dat
5 Hodnocení vývoje krajiny pomocí geoinformačních technologií v katastru Kamenická Stráň 5.1 Metody hodnocení Pro hodnocení byly použity letecké snímky z let 1953, 1989 a 2007. Data byla vektorizována a interpretována dle metodiky pro zpracování dat v oblasti Českého Švýcarska (Obr. 66). Dále byl vytvořen DTM z vrstevnice z databáze ZABAGED.
Obr. 66 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let k.ú. Kamenická Stráň
5.2 Výsledky Na základě vektorizovaných vrstev krajinného pokryvu byl hodnocen vývoj krajinné struktury.
Kategorie
(rozloha v ha)
r. 1953 r. 1989 r. 2007
Orná půda 74,2 Louky, pastviny 1,4 Doprovodná zeleň 1,5 Lesy 173,3 Ostatní 7,7
50,6 3,3 8,4 188,8 7,1
40,6 14,9 2,3 193,8 6,5
Obr. 67 Srovnání zastoupení kategorií krajinného pokryvu v letech 1953–2007 v katastru Kamenická Stráň
Výsledky těchto analýz ukázaly, že během sledovaného časového období byly vždy lesy dominantním prvkem krajiny. Jejich rozloha se postupně zvyšovala. Příznivě lze hodnotit i zvýšení rozlohy luk a pastvin na úkor orné půdy (Obr. 67). 5.2.1 Hodnocení prostorových změn krajinného pokryvu Pomocí topologického překrytí byly zjišťovány prostorové změny krajiny. Analýzou bylo zjištěno, že během daného časového úseku zůstala převážná část území nezměněna. Obr. 68 zobrazuje vývoj lesa a jeho prostorové změny.
73
Analýza dat
Obr. 68 Prostorové změny lesa v k.ú. Kamenická Stráň mezi lety 1953–2007
Výsledky těchto analýz popisují změny jednotlivých kategorií krajinného pokryvu během sledovaného časového období. Zároveň ukazují, kde konkrétně ke změnám došlo. Lesy zůstaly během let 1953–2007 z velké části (89 %) beze změn. K přírůstku došlo na 11 % plochy především na úkor orné půdy. Úbytek u této kategorie nedosahoval ani 1 %. 5.2.2 Trojrozměrné vizualizace Pro realistickou vizualizaci krajiny v minulosti i současnosti byl vytvořen trojrozměrný model terénu. Překrytím leteckých snímků vznikl realistický pohled na krajinu (Obr. 69).
Obr. 69 3D pohled na údolí řeky Kamenice, v pozadí obec Kamenická Stráň
Více informací o provedených analýzách v rámci katastru Kamenická Stráň lze nalézt v diplomové práci Jiskrové (2012).
74
Analýza dat
6 Hodnocení vývoje krajiny v katastru Bynovec s využitím archivních leteckých snímků 6.1 Metody hodnocení Při sledování změny krajinné struktury byly použity letecké snímky z roku 1953 a 2010 a dále byl vytvořen DTM z vrstevnic databáze ZABAGED pomocí metody Topo to Raster (Obr. 70). Data byla vektorizována a interpretována dle stanovené metodiky pro zpracování dat v oblasti Českého Švýcarska. Klasifikace krajinného pokryvu ve sledovaném území byla rozdělena do šesti kategorií (les, roztroušená zeleň, louky a pastviny, pole, zástavba a silnice.
Obr. 70 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let k.ú. Bynovec
6.2 Výsledky Na základě vektorizovaných vrstev krajinného pokryvu byl hodnocen vývoj krajinné struktury. Největší podíl v katastru po celou dobu sledování zaujímají lesní plochy. Z 58 % pokrytí vzrostl na 64 % plochy katastru. Druhá nejvíce rozšířená je kategorie pole, avšak v rámci vývoje došlo k 7% poklesu a v současnosti zaujímá 28 % katastru. Rozloha zástavby se během 57 let nezměnila. 6.2.1 Hodnocení vývoje orné půdy V rámci hodnocení bylo provedeno samostatné hodnocení orné půdy mezi lety 1953 2010, viz Obr. 71. Z hodnocení vyplývá, že z celkové plochy orné půdy bylo 73 % zachováno, 24 % ubylo a přibylo pouze 3 % orné půdy. K záboru orné půdy došlo především kvůli vzniku místního letiště.
Obr. 71 Prostorové změny orné půdy v k.ú. Bynovec mezi lety 1953–2010
75
Analýza dat 6.2.2 Analýzy povrchu terénu Na základě DTM byla hodnocena sklonitost terénu v katastru a orientace ke světovým stranám. Z analýzy sklonitosti Obr. 72 vyplynulo, že nejvyšší sklonitost je v jižní části katastru, kde Bynovecký potok protéká Vřesovou dolinou. Většina obdělávaných ploch se však nachází na rovině či mírném sklonu.
Obr. 72 Analýza sklonitosti terénu katastru Bynovec
Výsledků analýzy orientace svahů ke světovým stranám lze využít především pro rozvržení plodin náročných na denní svit. Většina pozemků orné půdy je orientována na severovýchod, sever a severozápad. Jen pozemky na jihozápadní straně a severovýchodní straně katastru mají svahy orientovány na jih či jihovýchod.
Obr. 73 Analýza orientace svahů ke světovým stranám katastru Bynovec
76
Analýza dat
7 Změny krajiny povodí Olšového potoka od 18. století do současnosti a návrh jeho revitalizace 7.1 Metody hodnocení
Hodnoceno bylo území o rozloze 15 km2 v horizontu posledních 240 let s využitím starých map z 1. VM, 2. VM, 3. VM a Stabilního katastru z roku 1843 a ortofot z let 1953, 1968, 1989 a 2007 (Obr. 74). Jedním z cílů bylo hodnocení krajiny v povodí Olšového potoka. Hodnoceny byly nejen prostorové změny krajiny, ale též vývoj krajinných prvků a koeficient ekologické stability.
Obr. 74 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let povodí Olšového potoka
Samostatně byl hodnocen vývoj Olšového potoka a změna délky toku na vybraných úsecích během sledovaného období. Pomocí hydrologických analýz byl zjišťován přirozený tok Olšového potoka. Na základně tohoto sledování byly nalezeny antropogenně nejpostiženější úseky toku a po detailnějším terénním průzkumu byl vytipován úsek, pro který byla navrhnuta revitalizace z hlediska krajinné ekologie. Druhým cílem této práce byl vlastní návrh revitalizace Olšového potoka, který řeší ekologicky nevhodný současný stav vybraného úseku toku a jeho nivy.
7.2 Výsledky 7.2.1 Hodnocení vývoje krajinného pokryvu Ze starých map bylo provedeno základní hodnocení vývoje krajinného pokryvu (Obr. 75). Během 1. a 2. VM se zastoupení jednotlivých kategorií nezměnilo, 43 % území zabíraly lesy, okolo 56 % plochy zaujímala zemědělská půda a 1 % připadlo zástavbě. Zatímco zástavba se i ve 3. VM pohybovala okolo 1 %, plocha lesa se zmenšila o 4 % ve prospěch zemědělské půdy, která se rozkládala na 60 % zájmového území.
Obr. 75 Celkový vývoj krajinného pokryvu povodí Olšového potoka u vojenských mapování
77
Analýza dat U leteckých snímků byl hodnocen nejen vývoj krajinných prvků, ale též prostorové změny v povodí (Obr. 76). K nejmenší změně území došlo mezi lety 1953–1968, kdy bylo změněno 33 % území. Tyto změny souvisely především se scelováním pozemků a přechodem od orné půdy k TTP ve vojenském prostoru. Mezi lety 1968–1989 došlo ke změně na 41 % území. Svou roli opět sehrál vojenský prostor, ve kterém přešla kategorie TTP do kategorie přechodová stádia lesa a křovin, další výrazné změny nastaly především v kategorii lesa. Rozsáhlejší změnu lze sledovat mezi lety 1989– 2007, kdy došlo ke změně 48 % území. Hlavní Obr. 76 Celková změna krajinného pokryvu z leteckých snímků změnou bylo převedení veškeré orné půdy do kategorie TTP. Ve vojenském prostoru pak došlo k převedení kategorie přechodová stádia lesa a křovin do kategorie lesa. 7.2.2 Hodnocení vývoje Olšového potoka Na základě hydrologických analýz byly identifikovány úseky s antropogenně změněnou trasou toku (Obr. 78). V rámci analýzy byly identifikovány 3 oblasti, kde došlo ke změně toku v úseku delším jak 100m. Tyto úseky byly podrobně zmapovány. Na Obr. 77 je zobrazeno území, kde došlo v 70. letech k narovnání toku. Získaná data sloužila jako podklad pro návrh revitalizace tohoto úseku.
Obr. 77 Horní tok Olšového potoka před regulací (rok 1968 - nahoře) a po provedené regulaci (rok 2000 - dole)
Obr. 78 Identifikace úseků s antropogenně pozměněnou trasou toku
Trasa toku je napřímená a zafixovaná v opevnění bez možnosti samovolného vývoje. Hodnoceny byly i změny délky toku vybraných narušených úseků Olšového potoka.
78
Analýza dat 7.2.3 Návrh revitalizace Olšového potoka Před vlastním návrhem bylo potřeba provést terénní průzkum dané lokality a hydrologická měření. V práci byly zváženy tři varianty revitalizace vybraného úseku toku. První z nich byla nulová varianta s názvem „Ať si příroda poradí sama“. Druhá „Ekonomická varianta“ byla řešena s ohledem na zachování stávajícího využití okolních pozemků. Třetí varianta vznikla na základě sledování toku v minulosti, a proto byla nazvána „Varianta respektující paměť krajiny“. Tato varianta byla v práci podrobně zpracována včetně nákresu situačního plánu (Obr. 79).
Obr. 79 Detail návrhu trasy a tůněk podle varianty respektující paměť krajiny
Více informací o provedených analýzách a návrhu revitalizace Olšového potoka lze nalézt v diplomové práci Najmanové (2012).
79
Analýza dat
8 Hodnocení vývoje krajiny v katastru Vysoká Lípa s využitím archivních leteckých snímků 8.1 Metody hodnocení Sledovány byly změny krajinné struktury v okolí obce Vysoká Lípa pomocí archivních leteckých snímků v letech 1938, 1953, 1989 a 2008. Data byla vektorizována a interpretována dle stanovené metodiky pro zpracování dat v oblasti Českého Švýcarska (Obr. 80). Klasifikace krajinného pokryvu ve sledovaném území byla rozdělena do šesti kategorií (les, roztroušená zeleň, louky a pastviny, pole, zástavba a silnice).
Obr. 80 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let k.ú. Vysoká Lípa
Na základě výsledků procentuálního zastoupení krajinného pokryvu byl stanoven jeho vývoj. Zjišťovány byly i prostorové změny krajiny. Analyzován byl též koeficient antropogenního ovlivnění krajiny (Kupková 2001).
8.2 Výsledky Změny ve vývoji krajiny lze identifikovat již pouhým srovnání získaných mapových podkladů, jak zobrazuje Obr. 19. Ze zjištěných výsledků lze pozorovat, že antropogenní vlivy na krajinu se od roku 1938 stále snižovaly, což kromě koeficientu antropogenního ovlivnění krajiny člověkem dokazují i změny v jednotlivých kategoriích krajinného pokryvu.
Obr. 81 Srovnání zastoupení kategorií krajinného pokryvu v letech 1938–2008 v katastru Vysoká Lípa
80
Analýza dat Lesy zde v současné době zabírají největší část rozlohy modelového území. Nejmenší rozlohu měly v roce 1938, kdy se rozprostíraly na 58,3 % plochy sledovaného území. Největší rozlohu mají dnes a to 66,7 % plochy modelového území. Celkové změny krajinného pokryvu lesní a nelesní plochy nebyly výrazné, ovlivňovala je rozloha roztroušené zeleně. Pokud rozloha lesa rostla, klesla rozloha roztroušené zeleně a naopak. To potvrzují také výsledky překryvné analýzy krajinného pokryvu v k.ú. Vysoká Lípa za období 1938 2008, kdy změna proběhla jen u 3 % krajinného pokryvu obou kategorií. Největší změnou ve využívání krajiny bylo opuštění od intenzivního hospodaření na orné půdě. Vzhledem tomu, že část území, leží v CHKO Labské pískovce a část v NP České Švýcarsko a 90 % obce Vysoká Lípa je vyhlášeno památkovou zónou, dochází k využití krajiny obce především pro rekreační a turistické účely, což ukazuje hodnocení srovnání zastoupení kategorií krajinného pokryvu v letech 1938, 1953, 1989 a 2008. Z grafu (Obr. 81) a schématu krajinného pokryvu (Obr. 80) je vidět, že dochází téměř k vymizení kategorie pole a naproti tomu k výraznému nárůstu ploch kategorie luk a pastvin (Obr. 81). Kategorie zástavba a silnice byly téměř nezměněny.
Obr. 82 Výsledná analýza změny luk a pastvin od roku 1938 do roku 2008
Plochy luk přibyly hlavně na území obce a v jejím okolí, a to přeměnou obdělávaných polí. Naopak k úbytku nejvíce došlo na západní části sledované modelové oblasti, kde plochy luk zarostly lesem. Více informací o provedených analýzách v rámci katastru Vysoká Lípa lze nalézt v bakalářské práci Novotného (2012).
81
Analýza dat
9 Sledování změn krajinné struktury v katastru Labská Stráň pomocí archivních leteckých snímků 9.1 Metody hodnocení Pro posouzení historického vývoje krajiny v katastru obce Labská Stráň byla kromě leteckých snímků z let 1953, 1989 a 2007 využita i kolorovaná mapa Stabilního katastru z roku 1843. Data byla vektorizována a interpretována dle stanovené metodiky pro zpracování dat v oblasti Českého Švýcarska (Obr. 83). Klasifikace krajinného pokryvu ve sledovaném území byla rozdělena do osmi kategorií (les, louky a pastviny, pole, lemová stanoviště, roztroušená zeleň, vodní plochy, zástavba, komunikace).
Obr. 83 Schéma vektorizovaných vrstev jednotlivých let k.ú. Labská Stráň
Kromě souhrnných analýz, doplněných grafy a textovým komentářem, jsou k dispozici výsledky dílčích analýz s využitím vybraných indexů z oblasti krajinné ekologie.
9.2 Výsledky 9.2.1 Změny ve využití ploch mezi 19. stoletím a současností Srovnáním využití jednotlivých ploch v daném roce bylo zjištěno, že v žádném případě nedošlo ke změně ve využití plochy na více než 75 % výměry katastru (Obr. 84).
Obr. 84 Procentuální vyjádření rozlohy ploch se změněným a nezměněným využitím v daných obdobích v katastru obce Labská stráň
Je patrné, že katastr obce představuje relativně stabilní celek z pohledu využití krajiny. Vyšší procento pozměněných ploch, kolem 23 %, u prvního a třetího srovnání dokazují relativně významnější proměnu krajiny v daném období. Představovala přesun od zrnité zemědělské krajiny s pozemky drobných hospodářů ve 2. polovině 19. století k velkovýrobě v polovině následujícího století (rozšiřování polí se dělo na úkor především luk a pastvin). Dominantními kategoriemi v dané lokalitě jsou „lesy“ a „pole“. Společně pokrývaly průměrně 80 % plochy katastru. Kolísání lesního pokryvu ve sledovaném období představovalo pouhých 6 %, jednalo se tedy o zanedbatelné změny. U kategorie „pole“ byly změny markantnější. V souladu se zemědělskou politikou v druhé polovině 20. století byly pozemky, do té doby s jiným využitím zorány a využity k rostlinné zemědělské produkci. V letech 1953
82
Analýza dat a 1989 zabírala pole přes 40 % výměry katastru. Do roku 2007 výměra polí z celkové plochy katastru poklesla na úroveň 27 %, což je hodnota ještě nižší, než v roce 1843 (34 %). Plochy polí v období 2. poloviny 19. století představovaly mozaiku malých pozemků oddělených velice často pásy zeleně, pravděpodobně remízy, meze (Obr. 85). Jejich počet (Obr. 86) byl v porovnání s ostatními roky několikanásobný (v porovnání se současností více než 10ti násobný). Toto postupné scelování ploch a rozorávání pásů zeleně mezi nimi má sice svůj ekonomický a logistický přínos při obdělávání pole zemědělskou technikou, z hlediska ekosystémového má však negativní důsledky. Mezi ně patří zvýšená půdní eroze v důsledku zrychleného odtoku srážkové vody (následně snížení retenční schopnosti), pokles biodiverzity v důsledku ztráty přírodních úkrytů v zeleni, a podstatné ztížení migrace způsobené absencí koridorů (např. mezí). kategorie/rok pole
1843 196
1953 51
1989 20
Obr. 86 Počet ploch v kategorii pole v jednotlivých letech v katastru obce Labská Stráň
2007 14
Obr. 85 Srovnání velikostí polí na stejném místě v roce 1843 a 2007
Na katastru obce bylo provedeno i hodnocení ploch dle počtu zjištěných kategorií krajinného pokryvu v jednotlivých letech dle metodiky Skokanové (2009). Jak zobrazuje Obr. 87, je možné identifikovat stabilní až po velice proměnlivé plochy.
Obr. 87 Hodnocení ploch v katastru obce Labská Stráň dle počtu zjištěných kategorií krajinného pokryvu v letech 1843–1953–1989–2007
V rámci katastru se nejvíce změn událo na západní straně. Průběh změn je u většiny ploch shodný: na daném místě v roce 1843 rostly lesy, následně až do roku 1989 byly plochy využívané jako orná půda a do roku 2007 prodělaly změnu na louky či pastviny. Naopak málo změn se událo podél severního a západního okraje katastru a dále v jeho celé jižní části. Zatímco u okrajů se jednalo o stabilní plochy lesů, uvnitř katastru to byly plochy polí, které nebyly během let příliš pozměněny a zachovaly se do současnosti. V menší míře pak byla pole zachována i severní části katastru.
83
Analýza dat 9.2.2 Změny ve struktuře krajiny K hodnocení krajinné struktury lze využít několika ukazatelů. Vývoj průměrné velikosti plošky kategorie pole v daných letech v katastru Labská Stráň zobrazuje (Obr. 88). Mozaika malých políček z 19. století se do současnosti nedochovala. Z Obr. 88 je patrný značný nárůst velikosti plošky v období mezi roky 1843–1989. Jen mezi roky 1953–1989 došlo téměř ke ztrojnásobení velikosti. To opět ilustruje skutečnosti týkající se zemědělské politiky, které byly popsány výše. Do roku 2007 pak velikost plošky nepatrně klesla.
Obr. 88 Vývoj průměrné velikosti plošky kategorie pole v daných letech v katastru Labská Stráň
Pro účely základního posouzení ekologické stability krajiny byla použita metoda KES (Lipský, 1989). Její výsledky lze nalézt v následující tabulce (Tab. 10). rok
KES
1843
1,6
1953
0,9
1989
0,9
2007
1,7
Tab. 10
charakteristika Vcelku vyvážená krajina; umělé prvky v rovnováze s přírodními strukturami Území intenzivně využívané; oslabená autoregulační funkce krajiny; nutnost vysokých energetických vstupů Území intenzivně využívané; oslabená autoregulační funkce krajiny; nutnost vysokých energetických vstupů Vcelku vyvážená krajina; umělé prvky v rovnováze s přírodními strukturami
Stabilita krajiny dle koeficientu KES v jednotlivých obdobích v katastru Labská Stráň
Jak je patrné z Tab. 10, ekologická stabilita zájmového území v roce 1843 byla na přibližně stejné úrovni jako v roce 2007. Dle metodiky se jednalo o celkem vyváženou krajinu s rovnováhou mezi umělými a přírodními prvky. Oproti tomu pro 2. polovinu 20. století (roky 1953 a 1989) byla zjištěna hodnota KES 0,9. Ta je charakterizována jako intenzivně využívané území s oslabenými autoregulačními mechanizmy. Tento propad ve stabilitě území byl způsoben nárůstem výměry labilních typů ploch, zejména polí, a s tím spojeným úbytkem luk a pastviny považovanými za stabilní plochy. Dále bylo provedeno hodnocení diverzity. Z výsledků (Obr. 89) vyplývá, že od 1. poloviny 19. století až do roku 1989 byla krajinná diverzita zájmového území prakticky beze změny. Zajímavý je však nárůst do roku 2007. rok 1843 1953 hodnota SHDI 1,17 1,15 Obr. 89 Vývoj hodnoty SHDI ve sledovaném období
1989 1,18
2007 1,34
Výsledky této práce dokazují obecné trendy ve vývoji české kulturní krajiny – stagnace vývoje malých obcí v odlehlých lokalitách, scelování zemědělských ploch probíhající v 2. polovině 20. století a zatravňování zemědělské půdy probíhající v současnosti. Více informací o provedených analýzách v rámci katastru Labská Stráň lze nalézt v bakalářské práci Péreze (2012). 84
Analýza dat
VII. ANALÝZA DAT LASEROVÉHO SKENOVÁNÍ V rámci projektu byla zpracovávána a analyzována data z různých lokalit a pořízených různými metodami. Jednalo se hlavně pozemní laserové skenování, které bylo využito při zjišťování charakteristik lesních porostů na lokalitách Havraní vrch a Kachní potok. Se stejným záměrem byla analyzována i data leteckého laserového skenování na lokalitách Olšový potok a Stará Oleška.
1 Zjišťování parametrů stromů Metoda zjišťování parametrů stromů vychází ze skutečnosti, kdy každý strom je naskenován s vysokou hustotou a do mračna se promítá celým svým tvarem. Obě lokality jsou sice značně rozdílné, co se týče hustoty porostu, lze je ale zpracovávat obdobnými postupy lišícími se pouze v několika Obr. 90 Toolbox pro zpracování dat pomalých úpravách. Postup zpracování je zaznamenán zemního laserového skenování do toolboxu programu ArcGIS verze 9 viz Obr. 90.
1.1 Import dat První dva nástroje toolboxu se věnují importu dat. Protože jsou dodavatelem předána již odfiltrovaná data terénu, jsou zvlášť importovány originální (raw) data a data reprezentující terén. Raw data jsou uložena v samostatných textových souborech pro každý sken (viz Obr. 91), které je ale nutné drobně upravit. Úpravy spočívají v nastavení správného oddělovače údajů (v souborech jsou souřadnice a intenzita bodů uložena ve tvaru X, Y, Z, I). V našem případě byla zvolena jako oddělovač mezera a byl ze souboru odstraněn první řádek se záhlavím. Pro import do ArcGISu připraven soubor s importním schématem (Schema.ini), který koresponduje se strukturou importovaných souborů. Vlastní proces importu se skládá z načtení jednotlivých zdrojových souborů, importu do geodatabáze a z bodů terénu vytvoření vrstvy rastrového digitálního modelu terénu (DTM) pro následné přiřazení výšky terénu všem bodům. ScanPos01-Scan001.txt ScanPos02-Panorama001.txt ScanPos03-Scan001.txt ScanPos04-Scan001.txt ScanPos05-Scan001.txt ScanPos06-Scan001.txt ScanPos07-Panorama002.txt ScanPos08-Panorama001.txt ScanPos10-Scan001.txt ScanPos11-Scan001.txt ScanPos12-Scan001.txt ScanPos12-Scan002.txt ScanPos13-Panorama001.txt ScanPos14-Overview001.txt
Schema.ini Obr. 91 Model importu raw dat (01 – Lidar Import). Vpravo pak soupis importovaných souborů pro lokalitu Kachního potoka včetně ukázky části souboru Schema.ini
85
[ScanPos01 - Scan001.txt] ColNameHeader=False CharacterSet=1250 Format=Delimited( ) Col1=X Float Col2=Y Float Col3=Z Float Col4=Intesity Float NumberDigits=3
Analýza dat Import odfiltrovaných dat, která representují terén, probíhá současně s tím, že výsledek je uložen zároveň v rastrovém DTM se zvolenou velikostí pixelu (zde 0,2 m). Tato rasterizace může být nahrazena i tvorbou TINu, nicméně s rastrem se následně pracuje rychleji a pro definici průběhu terénu je rastr díky svému mírnému vyhlazení i výhodnější. Poznámka: Data terénu Kachního potoka obsahují několik málo chybných bodů, proto je nutné před interpolací provést kontrolu a editaci.
1.2 Úpravy vstupních dat Jedná se o jednoduchou úpravu datové sady raw bodů, do jejichž atributů jsou přidány tři nové sloupce. Do prvního s názvem Ground jsou přebírány výšky terénu z rastrového DTM. Do druhého sloupce (UpToGround) jsou vypočítány výšky bodu nad terénem a třetí sloupec (UpIndex) odvozuje od předchozího atributu index pro metrové vrstvy v celé výšce stromu. Dle tohoto indexu bude probíhat zpracování dalších parametrů. Výškové vrstvy jsou v modelu počítány jako zaokrouhlená výška bodu nad terénem a tudíž vrstva 1 odpovídá intervalu 0,5 m až 1,5 m. Každý bod tak v atributech má informaci o své nadmořské výšce, o nadmořské výšce terénu pod ním a z nich vyplývající výšce nad terénem a výšce vrstvy. Na Obr. 92 je zaznamenán postup zpracování programu ArcGIS verze 9.
Obr. 92 Model pro výpočet výšky bodu nad terénem
1.3 Určení polohy stromu Určení polohy stromu lze realizovat několika automatizovanými způsoby, nicméně v případě naskenovaných dat byla provedena ruční identifikace polohy a to zejména s ohledem na přesnost a rychlost. Pro rychlost hovoří relativně malé území a nízký počet stromů, pro přesnost zase stanovení středu kružnice. Jak je vidět na Obr. 93, tvar kmene v půdorysu tvoří shluk bodů ve tvaru neúplného kruhového oblouku. Tento oblouk je ale často pouze střípkem a jakákoli automatická detekce na základě hledání shluku bodů pak představuje riziko, že bude poloha určena nepřesně – při hledání těžiště shluku by chyba byla až ve velikosti poloměru kmene. Další riziko je při vlastním hledání shluků – některé vzdálenější stromy nebo stromy ve stínu jiného kmene vytvářejí velmi řídké shluky. Vizuální editace tak přináší lepší výsledky.
86
Analýza dat
Obr. 93 Poloha kmene na základě řezu mračnem bodů (vlevo detailní výřez)
Pokud se pro ruční editaci použije některý CAD systém, lze díky úchopům a konstrukci kružnice třemi body určit i průměr kmene (provedeno na lokalitě Požářiště). Aby bylo ale možné provést ruční editaci, je nutné vyseparovat z mračna body ve vhodné výšce. Zvolena byla výška 1,3 1,7 m nad terénem pro lokalitu Kachního potoka a 4,3 4,7 m nad terénem pro lokalitu Požářiště, kde byl podrost velmi vysoký a nebyly v nižších řezech kmeny dostatečně patrné. Separaci pomáhá realizovat model 03 – Tree Trunk Arcs v Toolboxu. V rámci projektu bylo identifikováno 1402 stromů na lokalitě Kachní potok (Obr. 94) a 646 stromů na lokalitě Požářiště.
Obr. 94 Identifikované stromy na lokalitě Kachní potok
1.4 Výpočet parametrů pro jednotlivé stromy V tento okamžik jsou již připraveny všechny datové vrstvy pro výpočet parametrů každého stromu dle modelu zobrazeného na Obr. 95. U každého stromu jsou určovány následující parametry: - poloha - výška - průměr kmene - vzdálenost k nejbližšímu stromu Nepřímo jsou dále určovány parametry týkající se koruny stromu: - průměr koruny - výška zavětvení 87
Analýza dat Poloha stromu je v datech přítomna již od importu a je pouze zapsána do atributové tabulky (použitý souřadnicový systém je S-JTSK). Výška stromu je definována výškou nejvyššího bodu v blízkosti kmene, a tudíž je potřeba v atributech UpToGround pro každý strom najít maximální hodnotu. Předpokládejme, že vrchol stromu neleží polohově ve větší vzdálenosti od jeho paty, než 1 m. Proto je v modelu 04 – Tree Atributes hledán nejvyšší bod v okolí o poloměru 1 m kolem každého stromu funkcí Prostorového spojení (Spatial Join). Alternativou je použít pro určení výšky stromu všechny body, které leží v blízkosti stromu (např. rozdělením podle Thiessonových polygonů, zde ale okrajové části lokality by byly výrazně zkresleny, protože by byly převzaty body i ze vzdálených neidentifikovaných stromů). Výsledná datová sada s názvem Tree_with_H (později nahrazena datovou sadou Tree_with_HD) obsahuje v atributech polohu a nadm. výšku paty stromu (X, Y, Gound), výšku stromu (Tree_Height), vzdálenost (NEAR_TREE_DIST) k nejbližšímu sousednímu stromu a jeho ID (NEAR_TREE_ID). Poznámka: Prostorové spojení (Spatial Join) je sice v modelu připraveno, ale ArcGIS jej často není schopen spočítat (končí s chybovou hláškou o nedostatku paměti) a je potřeba jej spočítat v ArcMapu, kde proběhne bez problémů, odděleně.
U bodů ležících na kmenu je vzdálenost od stromu (NEAR_TREE_DIST) vlastně poloměrem kmenu. Dalším Prostorovým spojením je tedy do atributů přidána vzdálenost nejbližšího bodu od stromu. Přepočtem je následně převedena na průměr kmene. Hledání poloměru je prováděno pouze ve vybrané výškové vrstvě (v modelu je přednastavena vrstva 2 m). Tato vrstva by měla odpovídat výšce řezu, na kterém byly určovány polohy stromů. Výsledek je uložen do atributu Tree_Diameter v datové sadě Tree_with_HD.
Obr. 95 Model pro určení parametrů stromů 41 39 37
Tím jsou spočteny základní parametry stromů. Z dat lze získat i další údaje (Obr. 96), které ale nelze efektivně uložit do atributové tabulky datové sady stromů. Jsou proto vyexportovány do zvláštní tabulky (Tree_Statistics). Tato tabulka sumarizuje body pro každý strom na základě výškové vrstvy. Tabulka tak může sloužit k analýze rozvětvení stromů nebo výšky a hustoty podrostu a ke grafickému znázornění výškových poměrů v koruně.
35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Obr. 96 Ukázka vertikálního průběhu středních vzdáleností bodů od kmene pro strom ID 17. (osa X = vzdálenost od kmene; osa Y = výšková vrstva) Poznámka: Pro model 04 – Tree Atributes je díky funkcím Near potřeba licence ArcInfo
88
Analýza dat
2 Zpracování lesnických parametrů z dat leteckého laserového skenování 2.1 Předpoklady a východiska Účelem studie je vytvořit takový automatizovaný systém, který z dat leteckého laserového skenování (lidaru) určí základní charakteristiky lesního porostu: poloha jednotlivých stromů, výška stromů, vzdálenost k nejbližšímu stromu, typ dřeviny (jehličnan/listnáč), eventuálně šířka koruny. Aby bylo možné hledané informace o lesním porostu v datech odhalit, je nutné získat data s určitými charakteristikami. Zejména se jedná o dostatečnou hustotu dat, která by neměla klesnout pod 1 bod/m2 (testováno při postupném ředění dat), a dále je zapotřebí mít k dispozici informace z prvního a posledního odrazu svazku laserových paprsků. Pro zpracování projektu byla využita data pořízená v rámci projektu GeNeSiS, která tato kritéria splňují a lze je velmi vhodně použít. Konkrétní parametry výsledků laserového skenování jsou zmíněny v (Trommler, 2008) (pozn. data jsou zpracována v systému ETRS 89). Pro zpracování dat byl zvolen software ArcGIS ve verzi 9.3.1 a licenci ArcInfo od firmy ESRI. Tento nástroj sice není specializován na zpracování lidarových dat, nicméně dovoluje velmi efektivně vytvářet komplexní zpracovatelské postupy pomocí nástroje ModelBuilder (viz schéma na Obr. 97).
2.2 Přípravná fáze V rámci příprav před samotným zpracováním dat je nutné provést několik úkonů, které připraví data pro vlastní analýzu. Jedná se o tyto kroky: - Export dat z archivních binárních souborů formátu 3d3 a 3d3i - Import dat do souborové geodatabáze - Doplnění dat o informaci o nadmořské výšce 2.2.1 Import dat do souborové geodatabáze Pro import do ArcGISu bylo nutné upravit inicializační soubor Schema.ini dle následující ukázky. [OlsovyPotok_i.txt] ColNameHeader=False CharacterSet=1250 Format=Delimited( ) Col1=X Float Col2=Y Float Col3=Z Float Col4=I integer Col5=Time Float NumberDigits=3
Tento import byl proveden s ohledem na předpokládané velikosti dat do nové souborové geodatabáze spuštěním modelu 01 - Lidar_Import. Tento model zajišťuje vytvoření nové geodatabáze a uložení bodů do samostatné nové třídy prvků (Obr. 97). Parametry modelu jsou: - složka pro ukládání geodatabáze (Database Folder) - vstupní textový soubor se souřadnicemi bodů (Input Text File with Lidar Points) - název nové výstupní souborové geodatabáze (New Output File GDB Name)
Obr. 97 Schéma a dialogové okno pro import dat v textovém tvaru
89
Analýza dat Výsledkem je souborová geodatabáze obsahující bodovou datovou třídu s názvem Raw a atributy X, Y, Z a Time. Tento název datové třídy se následně používá v dalších analýzách a je nutné jej zachovat. 2.2.2 Doplnění dat o informaci o nadmořské výšce V rámci projektu GeNeSiS vznikl rovněž digitální model terénu a v rámci analýz stromů tento model je využit pro určení výšky stromů (viz Obr. 99). Je nutné podotknout, že tento model obsahuje lokální nepřesnosti, ale v globálním měřítku je velmi přesný a pro stanovené analýzy postačuje. Protože správa NP nedisponovala digitálním modelem v systému ETRS 89, bylo nutné v první fázi sjednotit souřadnicové systémy dostupných dat. DTM byl dostupný v souřadnicovém systému S-JTSK a výškovém systému Bpv, bylo nutné jej převést do souřadnicového systému ETRS 89. K tomu rovněž byl použit nový popis kvazigeoidu dostupný na stránkách ČUZK5, ze kterého byl vygenerován rastrový model kvazigeoidu s velikostí pixelu 1 km (rozestup původního sou- Obr. 98 Model kvazigeoidu ČR dle dat ČUZK definovaného pro novou realizaci boru je přibližně 2 km) – viz Obr. 98. ETRS 89 v ČR
Datovou třídu Raw rozšiřuje model 02 – Over Terain o hodnotu výšky terénu tak, že vytvoří v datové třídě nový atribut s názvem Ground a do něj vloží pro každý bod hodnotu lokální výšky terénu. Jako zdroj výšek terénu je použit model terénu L6_2_DTM v systému ETRS 89 UTM 33N (po transformaci ze systému S-JTSK). Tento model byl vytvořen ve dvou variantách – s nebo bez výřezu DTM.
Obr. 99 Schéma a dialogové okno modelu pro doplnění výšky terénu
2.3 Analýza stromů Jsou-li data připravena v prostorové geodatabázi, lze přistoupit k jejich analýze. Jedná se o nejobsáhlejší část projektu a slouží k tomu dva modely, které postupně řeší celou analýzu. K jejich spuštění je zapotřebí licence pro Spatial Analyst firmy ESRI a jsou sestaveny pro běh ve verzi ArcGIS 9.3.1. V odlišných verzích (např. včetně verze ArcGIS 10) se objevují chyby při parametrizaci analýz z důvodu použití jiných interních programovacích nástrojů ModelBuilderu. 5
ČUZK - Nová realizace systému ETRS89 v ČR http://www.cuzk.cz/Dokument.aspx?PRARESKOD=998&MENUID=0&AKCE=DOC:10-NR_ETRS89
90
Analýza dat Při vlastní analýze dat byly zjišťovány polohy a výšky jednotlivých stromů, vzdálenosti k nejbližšímu stromu a typ dřevin (jehličnany/listnáče). 2.3.1 Poloha stromů Základní analýzou je nalezení polohy stromu, resp. nejlépe kmene stromu. Protože ale v leteckých lidarových datech nelze vlastní kmen identifikovat, přistupuje se k zástupnému řešení – hledání vrcholu koruny, u něhož se předpokládá, že výraznou měrou koresponduje s polohou kmene. Tato problematika se dá řešit několika způsoby, přičemž v rámci projektu byla zvolena metoda využívající tzv. hydrologické analýzy (vyhledávání vhloubenin) aplikované na převrácený model povrchu, získaného z dat prvního odrazu, v nichž jsou zaregistrovány body na povrchu korun stromů. Model povrchu je ale velmi detailní a je nutné jej generalizovat a vyhladit tak, aby nebyly detekovány falešné vrcholy (viz červené body na Obr. 100 nahoře). Pro vyhlazení modelu povrchu lze přistoupit následujícími metodami: - interpolace mračna bodů do rastrového formátu (IDW, Spline, Natural Neighbor, TopoToRaster atd.) - přímým převodem mračna na rastr s využitím statistické funkce (max, min, median, atd.) - aplikací nízkofrekvenčního filtru na lineárně interpolovaný model povrchu - filtrací mračna bodů s využitím vektorově orientovaného sw pro zpracování lidarových dat (např. TerraScan)
Obr. 100 Ukázka odlišností analýzy detekce polohy stromu, bez vyhlazení modelu (nahoře) a s vyhlazením modelu (dole)
V rámci zpracování byla většina možností prozkoumána a ověřena jejich použitelnost pro zpracování definovaného úkolu. Z důvodu požadavku na vytvoření automatického nástroje na zpracování dat v jednom SW byla poslední zmiňovaná možnost vyhlazení modelu pomocí software TerraScan vyloučena. Existují samozřejmě i nadstavby pro ArcGIS dovolující zpracování mračna bodů, nicméně tyto nástroje nebyly řešiteli dostupné a vyžadovaly by dodatečné náklady pro každého budoucího zpracovatele dat. Prvotní idea převést data pomocí statistických funkcí, konkrétně maxima do rastru, se ukázala jako velmi problematická, poněvadž nerovnoměrná hustota bodů vnášela při volbě vhodně
91
Analýza dat malého pixelu (např. 0,5–1 m) do výsledného rastru šum. U větších pixelů se však začala ztrácet podrobnost dat potřebná pro odlišení jednotlivých stromů (žluté body na Obr. 100). Zvolen nakonec byl postup využívající interpolaci pomocí funkce TopoToRaster, která mimo interpolaci bodů kontroluje i hydrologické vlastnosti modelu a dovoluje vyznačit vhloubeniny (= při převráceném modelu se jedná o vrcholy stromů) do samostatné bodové vrstvy (modré body na Obr. 100). Zelené body na výše uvedeném obrázku odpovídají interpolaci IDW (zelený bod se silnějším obrysem je totožný s modrým bodem). Pro výpočet pravděpodobné polohy stromů byl sestaven model 03 – Tree Detection, který do existující geodatabáze vytvoří novou bodovou datovou třídu s názvem Tree. Podle dříve domluvené definice jsou v databázi ponechány pouze stromy vyšší než 5 m. Tento model využívá funkci TopoToRaster, která ale ukládá pomocné soubory do dočasné složky ve formátu shapefile. Pokud by nastalo, že tento soubor přesáhne velikostí 4GB, pak výpočet je ukončen chybovým hlášením a je potřeba velikost analyzovaného území zmenšit. V projektu byly pro tento model vytvořeny sekce o velikosti 1 km2 a ty pro další analýzy opět sloučeny. Schéma modelu je zobrazeno na Obr. 101.
Obr. 101 Schéma a dialogové okno modelu pro nalezení pravděpodobné polohy stromů
Při všech metodách jsou velice dobře identifikovány koruny jehličnatých stromů. U listnatých stromů je detekce obtížnější a zejména je velice obtížná kontrola, neboť nejsou zřetelně identifikovatelné na leteckých snímcích. Obtížnější situace v detekci polohy stromů nastává též u mladších porostů, které nemají doposud vytvořeny robustní koruny a naopak sousední stromy se korunami dotýkají a jsou ve stejné výšce. Výsledek detekce stromů je zobrazen na Obr. 102.
Obr. 102 Výsledek detekce stromů na lokalitě Stará Oleška
92
Analýza dat 2.3.2 Výška stromů Výška stromů je určována z maximální výšky bodů prvního odrazu nad terénem (Obr. 103). Pro výpočet této výšky byl využit již existující model terénu L6_2_RES (výstup z projektu GeNeSiS) převedený do souřadnicového systému mračna bodů (ETRS 89 UTM 33N).
Obr. 103 Schéma modelu pro výpočet výšky stromů a vzdálenosti k nejbližšímu sousednímu stromu
2.3.3 Vzdálenost k nejbližšímu stromu Po detekci stromů bylo nutné spočítat vzdálenost k nejbližšímu stromu a to pomocí jednoduché funkce Near, obsažené v distribuci ArcGISu. V tabulce stromů se kromě vzdálenosti k nejbližšímu stromu zobrazí i jeho identifikátor a azimut (viz Obr. 104, pole NEAR_DIST a NEAR_ANGLE).
Obr. 104 Výřez z atributové tabulky pro bodovou vrstvu stromů
2.3.4 Typ dřeviny (jehličnan/listnáč) Typ dřeviny se v datech projevuje různou hustotou bodů v horních patrech koruny. Skenování probíhalo při bezlistém stavu listnáčů (skenováno v dubnu), a proto lze tuto analýzu vhodně použít. V první fázi je identifikováno území s porostem, kdy výška nad terénem musí být větší než 5 m a zároveň rozdíl hodnot výškového maxima a minima v testovaném pixelu musí být rovněž větší než 5 m. V druhé fázi jsou nalezeny porosty s neopadavými dřevinami na základě výpočtu výškových poměrů v prvním a posledním odrazu. Předpokládá se, že u posledního odrazu je v případě listnatého porostu většina odrazů realizována od terénu, kdežto v případě jehličnatých dřevin je poměr zásadně opačný. Tímto navrženým postupem lze klasifikovat druhy dřevin pouze na základě lidarových dat. Protože z projektu GeNeSiS jsou dostupné i snímky z multispektrální kamery, lze využít i standardní klasifikace na základě tzv. řízené nebo neřízené klasifikace rastrového obrazu. Tato metoda ale využita nebyla.
2.4 Shrnutí Celkem bylo touto metodou identifikováno v lokalitě Stará Oleška 241 tis. stromů, v lokalitě Olšový potok přes 600 tis. Výpočet modelu trvá na sestavě s 2,4GHz procesorem a 8GB RAM cca 10 hodin. Z toho důvodu je nutné provést optimalizaci kódu vytvořením samostatného skriptu.
93
Analýza dat
3 Analýza dat a tvorba modelu terénu a povrchu Tato práce analyzuje data z pozemního skenování ze dvou oblastí NP České Švýcarsko: Kachního potoka a Havraní skály. Analýza pokrytí a hustoty oblaku lidarových bodů umožnila vytvoření rastrů modelujících terén, povrch a digitální 3D modely terénu. Data pro každou oblast byla obdržena ve dvou textových dokumentech obsahujících souřadnice XYZ zvlášť pro první odraz od povrchu (např. koruny stromu) a již vyfiltrovaný poslední odraz od země. Souřadnice jsou v systému S-JTSK a výškovém systému Baltském po vyrovnání. Použitím nástroje „Point File Information“ byly zjištěny základní statistiky těchto textových souborů - pokrytí a hustota mračen bodů. Průměrná vzdálenost bodu v souboru Kachního potoka je přibližně 30 cm, manuální inspekce však prokázala, že ta se místy výrazně liší v rozsahu od 10 cm až do 2,5 m. Průměrná vzdálenost bodu v souboru Havraní skály je přibližně 80 cm. Rozmístění, respektive hustota mračna bodů v obou oblastech je znázorněna na Obr. 105.
Obr. 105 Hustota rozmístění bodů obou oblastí
3.1 Metodika zpracování Cílem práce bylo vytvořit: - rastry znázorňující digitální modely terénu (DTM), - trojrozměrný digitální model terénu (3D DTM), - rastry znázorňující digitální modely povrchu (DSM). 3.1.1 Tvorba rastru DTM ESRI (2010) doporučuje produkci rastru o velikosti pixelu čtyřnásobku průměrné vzdálenosti mezi body. DTM byl tedy vytvořen v oblasti Havraní skály s rozlišením 3 m a pro oblast Kachního potoka, kde vzdálenost mezi body značně kolísá, byly zhotoveny rastry o velikosti pixelu 50 cm a 1,5 m. Nepravidelné rozmístění mračna bodů patrné z Obr. 106 má za následek mezery v síti pixelu. To je částečně možné zredukovat použitím nástroje „Map Algebra“ se zadaným výrazem: Con(IsNull("Jmeno_Rastru"),FocalStatistics("Jmeno_Rastru",NbrRectangle(3,3),"MEAN")," Jmeno_Rastru").
Tento výraz vyhodnocuje každý pixel, který nemá hodnotu a vypočítá ji jako průměr přilehlých pixelů, maximálně osmi hodnot ve čtverci 3x3 pixely bez hodnoty uprostřed
94
Analýza dat (metoda „nejbližšího souseda“). ESRI (2010) doporučuje použití tohoto procesu maximálně dvakrát za sebou. V Obr. 106 jsou uvedeny výsledné rastry znázorňující DTM s hodnotami nadmořské výšky a plastické vykreslení terénu pomocí stínu. a)
b)
c)
Obr. 106 Digitální model terénu a jeho stínovaný model: a) Havraní skála; b) a c) Kachní potok,
3.1.2 Tvorba 3D DTM Okraj terénu byl vytvořen pomocí nástrojů „Con“, „Expand“, „Shrink“, „Raster to Polygon“ a aplikací VBA skriptu „Remove Interior Rings“ (Crawford 2009), který je volně dostupný ke stažení na stránkách ESRI. Funkcí „Con“ byly převedeny všechny hodnoty rastru na konstantní číslo a funkcí „Expand“ o jeden pixel se všechny části rastru rozšíří do všech 95
Analýza dat směrů o sousedící pixely. Tímto rozšířením se lze sice zbavit pixelů, které nenesou žádné hodnoty, ale hranice výsledného polygonu by zkreslovaly okrajové oblasti terénu. Vhodné je naopak pracovat s polygonem menším, který zajistí vyšší přesnost okrajových částí. Proto bylo aplikováno zmenšení o dva pixely použitím nástroje „Shrink“. Nakonec se výsledný rastr převede na polygon se zjednodušeným okrajem. Ten se pak použije k definování terénu. Z následujícího Obr. 107 je dobře patrná plasticita reliéfu obou oblastí. Toto je již 3D model pozorovaný svrchu a z boční strany; zvláště v druhé části obrázku jsou názorně vidět část vrcholu skály (Obr. 107a) a rokle, kterou Kachní potok protéká (Obr. 107b). V porovnání s předcházejícími vystínovanými rastry je to model mnohem detailnější. Bere v potaz většinu přízemních lidarových bodů a nezjednodušuje je v rovině přisuzující jednu průměrnou hodnotu na pixel. a)
b)
Obr. 107 Trojrozměrné DTM obou oblastí svrchu a z boku: a) Havraní skála a b) Kachní potok
3.1.3 Tvorba rastru DSM Základem modelu povrchu jsou lidarové body z prvního odrazu, neboli těch impulzů světla, které se odrazí od nejsvrchnějšího povrchu objektu na zemi. Těmi mohou obecně být svrchní koruny stromů, střechy budov, kabely elektrického proudu atd. vykresluje modely povrchu obou oblastí, na nichž jsou zřetelně vidět stromy. Pro snadnější orientaci jsou v obrázcích (Obr. 108) vyznačena ta samá ohraničení oblastí, která byla použita pro tvorbu 3D modelu terénu. Soubory s daty z prvních odrazů jsou mnohonásobně robustnější, protože téměř všechny světelné impulzy byly odraženy a zachyceny receptorem. Jen část impulzů však pronikne místy hustým porostem až k zemi.
96
Analýza dat a)
b)
Obr. 108 Digitální modely povrchu (rastry) obou oblasti: a) Havraní skály, b) Kachního potoka.
Analýzy vyfiltrovaných dat kopírujících reliéf země mají mnohé použití. Projekt GB08/17 vedený Rossem Hillem z Bournemouthské University (2008) využil lidaru k mapování rozšíření invazního rododendronu. Tato plazivá dřevina vytváří porosty tak husté, že jen velice málo světelných impulzů pronikne až k zemi. Data z odrazů od holé země se také používají v archeologii, kde pomáhají odhalit pozůstatky kulturních aktivit a objektů (Crutchley, Crow 2010). Data z posledního odrazu mají také mnoho využití, z výše uvedeného Obr. 108 jsou zřetelně vidět jednotlivé stromy, dá se kalkulovat jejich počet a procento zapojení koruny. Z celého oblaku lidarových dat se dále odvozuje například výška stromů, objem jejich dřeva a korun (Nilsson 1996). Tato technologie se stále vyvíjí a její využití se uplatňuje ve stále nových oborech.
97
Závěr
ZÁVĚR Na současném stavu krajiny se nejvíce podílí historie daného území, která s sebou nese určité vývojové trendy ve využívání krajiny, způsobené přímo či nepřímo lidskou činností. Historické mapové podklady a letecké snímky mohou být velmi cennou pomůckou při zjišťování informací o vzhledu a využití krajiny v minulosti. Řešené projekty spolu s dalšími studiemi, které používaly staré mapy a historické letecké snímky, jednoznačně ukázaly význam těchto historických podkladů pro současné studium krajiny a nejen jí. Předkládaná publikace je výstupem z projektu TransEcoNet a shrnuje výsledky výzkumu nejen tohoto projektu, ale i ostatních projektů, řešených v přeshraniční oblasti Česko-Saské Švýcarsko za posledních 10 let. V práci jsou popsány metodiky zpracování starých map a historických leteckých snímků, princip vektorizace a interpretace dat tak, aby bylo možné tato data využívat pro potřeby studia krajiny. Uveden je také popis pořízení, zpracování a analýzy aktuálních dat, jako jsou laserová data z leteckého a pozemního snímkování. Prezentovány jsou jednak výsledky samotného projektu, tak i výsledky bakalářských a diplomových prací, které byly v rámci projektu řešeny. Data získaná ze starých map a leteckých snímků mají význam nejen z vědeckého hlediska, ale oslovují odbornou i širokou laickou veřejnost. Ukazuje se, že informace z těchto dat mohou pomáhat nejen při studiu naší historie, ale především při tvorbě krajinných a územních plánů, při analýze povodňových rizik, kdy znalost historického koryta potoků a řek může napomoci při revitalizačních návrzích jejich obnovy, neboť na některých starých mapách jsou zvýrazněny plochy rozlivu. Jedinečným zdrojem informací o krajině se staly staré mapy a historické letecké snímky v oblastech postižených antropogenní činností, především při rekonstrukci krajiny po těžbě či po vybudování vodních děl. S rozvojem nástrojů GIS lze velice snadno zkoumat a vyhodnocovat vývojové trendy zájmového území. Pro hodnocení změn v krajině lze použít rovněž vizuální interpretaci dat, s možností rekonstrukce krajiny v minulosti, a simulované trojrozměrné průlety nad touto krajinou. Prostřednictvím vektorových dat vzešlých z rastrových podkladů, bylo provedeno nejen hodnocení vývoje krajiny, ale též analýzy prostorových změn ve využití krajiny. Pomocí indexů využívaných v krajinné ekologii byla zjišťována míra přetvoření krajiny následkem rozvoje naší civilizace. Hodnocení bylo provedeno pomocí programu ArcGIS za použití topologického překrytí a statistického vyhodnocení. Pro hodnocení krajiny je vhodné využívat nejen staré mapy a historické letecké snímky, ale i nové technologie, jako jsou data z leteckého či pozemního laserového skenování. Tato nová technologie umožňuje získávat přesná trojrozměrná data o území. Jejich nespornou výhodou je, že i přes vegetační pokryv je možné získat detailní informace o reliéfu terénu, které mohou pomoci odhalit některé reliktní struktury v krajině, např. pohřbená řečiště v údolní nivě, opuštěné polní cesty apod. Při studiu krajiny je velice důležitá znalost dané oblasti. Proto se při zpracování, interpretaci a analýze dat úzce spolupracovalo se Správou CHKO Labské pískovce i se Správnou NP České Švýcarsko. Jedině propojení teoretických vědeckých poznatků s praktickou ochranou přírody může napomoci tak cenné území jako je oblast Česko-Saské Švýcarsko zachovat i pro budoucnost.
98
Literatura
LITERATURA BIELECKA, E. (2010): Mapping landscape diversity on the basis of land cover data. [cit. 2012-03-02]. Dostupné z: http://w.icaci.org/files/documents/ICC_proceedings/ ICC2007/documents/doc/THEME%205/oral%203/5.3.4%20MAPPING%20LANDSC APE%20DIVERSITY%20ON%20THE%20BASIS20OF%20LAND%20COVER.doc BOGUSZAK, F., CÍSAŘ, J. (1961): Vývoj mapového zobrazení území Československé republiky III. Mapování a měření českých zemí od poloviny 18. století do počátku 20. století, Ústřední správa geodézie a kartografie, Praha, s. 71. BRŮNA, V. (2000): Rekonstrukční mapy severozápadních Čech. Archeologické výzkumy v severozápadních Čechách v letech 1993-1997. Ústav archeologické památkové péče severozápadních Čech, Most 1999, 217 : 183-189. BRŮNA, V., BUCHTA, I., UHLÍŘOVÁ, L. (2002a) : Identifikace historické sítě prvků ekologické stability krajiny na mapách vojenských mapování. Acta Universitatis Purkynianae, Studia Geoinformatica II., Univerzita J. E. Purkyně, Ústí nad Labem 2002, 46 s. CD ROM, ISBN 80-7044-428-2. BRŮNA, V., BUCHTA, I., UHLÍŘOVÁ, L. (2002b): Interpretace prvků mapy prvního a druhého vojenského mapování. Historická geografie 32, Historický ústav AV ČR, Praha, s. 93 – 114. CAJTHAML, J., KREJČÍ, J., (2008): Využití starých map pro výzkum krajiny, In Sborník z konference GIS Ostrava 2008, VŠB – TU OSTRAVA, 27. – 30. 1. 2008 CRAWFORD, C. (2009): Remove Interior Rings. ESRI Support. [cit. 2012-27-02]. Dostupné z:
CRUTCHLEY, S., CROW, P. (2010): The Light Fantastic: Using airborne laser scanning in archeological survey. Swindon, English Heritage. [cit. 2012-01-09]. Dostupné z: ČERNOHOUZ, O. (2011): Analýza změny využití krajiny v katastru obce Růžová. [Diplomová práce], FŽP UJEP, Ústí n.L., 74 s. a m. příl. ČERNÝ, M. (2004): Metodika tvorby lesního hospodářského plánu na podkladě provozní inventarizace. Praha: IFER. DOLANSKÝ, T., GASIOR, M. (2006): Laserové skenování na území Českého Švýcarska. In: GEOS 2006. Praha: VÚGTK, 2006, s. 54. ISBN 80-85881-25-X EHERTOVÁ, J. (2011): Retrospektivní analýza vývoje krajiny v modelové oblasti u obce Tisá s využitím geoinformačních technologií. [Diplomová práce], FŽP UJEP, Ústí n.L., 74 s. a m. příl. ELZNICOVÁ, J. (2011): Analýza vývoje krajiny modelové lokality se zaměřením na agrární valy mezi obcemi Adolfov a Fojtovice v Krušných horách v letech 1946 až 2002. FŽP UJEP. Specializovaná mapa s odborným obsahem, vytištěno, formát A4, Ústí nad Labem, 21 s. ELZNICOVÁ, J.; MACHOVÁ, I. (2010): Vývoj agrárních valů a teras mezi obcemi Adolfov a Fojtovice v Krušných horách v letech 1946 až 2002. FŽP UJEP. Specializovaná mapa s odborným obsahem, formát A2, Ústí nad Labem.
99
Literatura ESRI. (2010): Lidar analysis in ArcGIS 10 for Forestry Application. White Paper. Redlands, Kalifornia [cit. 2012-02-27]. Dostupné z: FIEDLEROVÁ, K. (2003): Turistické a cykloturistické stezky na území CHKO Labské pískovce. [Diplomová práce], FŽP UJEP, Ústí n.L., 58 s. a m. příl. GÁL, P. (1965): Fotogrammetria, Bratislava, Slovenské vydavateľstvo technickej literatúry, 600 s. GASIOR, M. (2006): Laserovné skenování pro tvorbu 3D modelu vybrané části NP České Švýcarsko [rukopis]. [Diplomová práce], FŽP UJEP, Ústí n. L., 76 s. HALUŠKOVÁ, M. (2011): Časoprostorové změny rybníka Stará Oleška v oblasti PR Stará Oleška [Bakalářská práce], FŽP UJEP, Ústí n.L. 47 s. a m. příl. JAROŠOVÁ, K. (2011): Retrospektivní monitoring krajiny v oblasti Mohelnice v Krušných horách. [Bakalářská práce], FŽP UJEP, Ústí n.L., 37 s. a m. příl. JENNY, B., WEBER, A. (2010): Map Analyst [online].[cit 2012-15-1] Dostupné z URL: http://mapanalyst.cartography.ch/ JISKROVÁ, P. (2012): Hodnocení vývoje krajiny pomocí geoinformačních technologií v katastru Kamenická Stráň. [Diplomová práce], FŽP UJEP, Ústí n.L., 73 s. a m. příl. KIRÁLY, G., ATTWENGER, M., TROMMLER, M. (2008): Cross-Border Airborne Laser Scanning in Spatial Information Systems for Transnational Environmental Management of Protected Areas and Regions in the Central European Space. In: Selected Results and Outputs of the EU-Project SISTEMaPARC, Fernerkundung und angewandte Geoinformatik - Bd. 4, Rhombos-Verlag, 2008 KUDRNOVSKÁ, O. (1985): Josefské mapování českých zemí a jeho topografický popis (s rozborem popisu pražské sekce). Historická geografie, Ústav českoslov. a světových dějin ČSAV, s. 55–103. KUCHAŘ, K. (1958): Naše mapy odedávna do dneška. Nakladatelství ČSAV, Praha, 129 s. KUCHAŘ, K. (1967): Mapové prameny ke geografii Československa. Acta Universitatis Carolinae Geographica, 2, č. 1, s. 57–97. KUPKOVÁ, L. (2001): Analýza vývoje české kulturní krajiny v období 1845 – 2000. [Disertační práce], UK, PřF, Katedra aplikované geoinformatiky a kartografie, Praha. 238 s. LIPSKÝ, Z. (1998): Krajinná ekologie pro studenty geografických oborů. Karolinum Praha 129 s. LIPSKÝ, Z. (1999): Present land use changes in the Czech cultural landscape. In: Ekológia. Vol. 18, No. 1, s. 31-38 LIPSKÝ, Z. (2000): Sledování změn v kulturní krajině. ČZU Praha, 71 s. MARKOVÁ, I., ADÁMEK, M., ANTONÍN, V., BENDA, P., JUREK, V., TROCHTA, J., ŠVEJNOHOVÁ, A., ŠTEFLOVÁ, D. (2011): Havraní skála u Jetřichovic v národním parku České Švýcarsko. Vývoj flóry a fauny na ploše zasažené požárem. Ochrana Prirody 1, s. 18-21. Dostupné z: NAJMANOVÁ, D. (2012): Změny krajiny povodí Olšového potoka od 18. st. do současnosti a návrh jeho revitalizace. [Diplomová práce], FŽP UJEP, Ústí n. L., 179 s. a m. příl. 100
Literatura NILSSON, M. (1996). Estimation of tree heights and stand volume using an airborne lidar system. Remote Sensing of Environment. 56/1, 1-7p [cit. 2012-01-09]. Dostupné z: NOVOTNÝ, P. (2011): Hodnocení vývoje krajiny v katastru obce Vysoká Lípa s využitím archivních leteckých snímků [Bakalářská práce], FŽP UJEP, Ústí n. L., 60 s. a m. příl. PATOČKA, J. (2003): Návrh metodiky určení hranic velkoplošných a maloplošných chráněných území. [Diplomová práce], FŽP UJEP, Ústí n. L., 80 s. a m. příl. PÉREZ, R. (2012): Sledování změn krajinné struktury v katastru Labská Stráň pomocí archivních leteckých snímků. [Bakalářská práce], FŽP UJEP, Ústí n. L., 75s. a m. příl. PRCHALOVÁ, J. (2006): Použití metod GIS pro analýzu vývoje krajiny – využití archivních leteckých snímků. [Disertační práce] VŠB-TU Ostrava, HGF, Institut geoinformatiky, 108 s. a m. příl. SEEMANN, P. (2009): Kartometrická analýza polohového souladu mapové kresby a kilometrové sítě na speciálních mapách SM75, [Diplomová práce] Fakulta stavební, ČVUT v Praze SKOKANOVÁ, H. (2009) Application of methodological principles for assessment of land use changes trajectories and processes in South-eastern Moravia for the period 18362006. Acta Pruhoniciana, s.15-21. STRUHA, P. (1998): Důkazy leží v archivu armády ČR. Geoinfo, Computer Press, Vol. 4, No. 5, s. 14-15, Brno ŠRÉDL, V. (2006): Využití digitálních metod GIS pro hodnocení krajiny v zájmové oblasti České Švýcarsko [Diplomová práce], FŽP UJEP, Ústí n. L., 76 s. a m. příl. TROMMLER, M. (2008): Geodata for the Saxon – Bohemia Switzerland. [citováno 20. 11 2011], Dostupné z URL TROMMLER, M., CSAPLOVICS, E. (2006): Geoinformationsnetzwerke für die grenzüberschreitende Nationalparkregion Böhmisch- Sächsische Schweiz. In: Strobl, Blaschke, Griesebner (Hg.): Angewandte Geoinformatik 2006. Beiträge zum 18. AGIT-Symposium, Salzburg, VAŘILOVÁ, Z. B. (2010). Pravčická brána: velká kniha o velké bráně. Praha: Academia. VEVERKA, B. (2001): Topografická a tematická kartografie 10, ČVUT, ISBN: 80-01-02381-8 VICHROVÁ, M. (online): Katalog objektů stabilního katastru. [citováno 12. 1. 2012] Dostupné z URL< http://home.zcu.cz/~vichrova/clanky/Katalog_objektu_SK.pdf ZIKMUNDOVÁ, A. (2006): Sledování změn krajinné struktury v okolí Srbské Kamenice pomocí archivních leteckých snímků [Bakalárská práce], FŽP UJEP, Ústí n. L., 51 s. a m. příl.
101
Literatura
Internetové zdroje: Esri, ArcGIS API for Flex [online]. [cit. 2012-03-09]. Dostupné z: http://help.arcgis.com/en/webapi/flex Esri, ArcGIS API for SilverLight [online]. [cit. 2012-03-09]. Dostupné z: http://help.arcgis.com/en/webapi/silverlight/ Esri, ArcGIS Viewer for Flex [online]. [cit. 2012-03-09]. Dostupné z: http://help.arcgis.com/en/webapps/flexviewer Esri, ArcGIS Viewer for Silverlight [online]. [cit. 2012-03-09]. Dostupné z: http://help.arcgis.com/en/webapps/silverlightviewer/ Esri, ArcGIS Server REST API 1. [online].[cit 2012-15-1]. Dostupné z URL: http://resources.esri.com/help/9.3/arcgisserver/apis/rest/ Esri, Web-based Help [online]. [cit. 2012-03-09]. Dostupné z: http://resources.arcgis.com/content/web-based-help Geolab - Laboratoř geoinformatiky FŽP, UJEP[online]. [citováno 4. 1. 2011] Dostupné z URL:
102
SOUHRN Předkládaná publikace je výstupem z projektu TransEcoNet a shrnuje výsledky výzkumu v přeshraniční oblasti Česko-Saské Švýcarsko, kterých bylo dosaženo za posledních 10 let na Fakultě životního prostředí Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem. Publikace uceleně informuje o zdrojích dat pro oblast Česko-Saské Švýcarsko a jejich zpracování, použitých analýzách a výsledcích z nich. Při zpracování, interpretaci a analýze dat se úzce spolupracovalo se Správou CHKO Labské pískovce i se Správnou NP České Švýcarsko. Hlavním tématem bylo hodnocení vývoje krajiny na modelových lokalitách pomocí starých map a archivních leteckých snímků, které se řešily na modelové oblasti: Tisá, Mohelnice v Krušných horách, dále na katastrální území: Růžová, Vysoká Lípa, Labská Stráň a Kamenická stráň. Dvě práce byly zaměřeny na hydrologické analýzy, kde se jednalo o zmapování vývoje rybníka Stará Oleška a povodí Olšového potoka, pro který byl vypracován i návrh revitalizace části tohoto potoka. Pro hodnocení vývoje krajiny byly použity především prostorové analýzy a dále statistická hodnocení. Pomocí indexů využívaných v krajinné ekologii byla zjišťována míra přetvoření krajiny následkem rozvoje naší civilizace. Pro výzkumné účely byly pořízeny, zpracovány a analyzovány také aktuální data z pozemního laserového snímkování. Využity byly především pro trojrozměrnou vizualizaci krajiny, např. Pravčické brány, kaňonu Kachního potoka a požářiště Havraní skály. Pro analýzu zjišťování lesnických parametrů byla využita nejen data z pozemního skenování, ale též data z leteckého skenování.
SUMMARY This publication is an output of the project TransEcoNet and it summarizes the research results, which have been made in the last 10 years on Faculty of Environment of J. E. Purkyně University in Ústí nad Labem within a cross-border area of Bohemian-Saxon Switzerland. The publication informs about data sources for the area and their processing, applied analysis and results of them. Close cooperation with PLA Elbe Sandstones and NP Bohemian Switzerland authorities was important during the data processing, interpretation and analysis. The landscape development assessment by use of old maps and historical aerial photographs was the main topic in model areas such as: Tisá, Mohelnice in the Ore Mountains and in cadasters: Růžová, Vysoká Lípa, Labská Stráň and Kamenická Stráň. Two works were focused on hydrological analysis concerning assessment of “Stará Oleška” pond development and within a catchment of “Olšový” stream a draft of its part revitalisation was elaborated. Primarily spatial analysis and statistical evaluation methods were used for the landscape development assessments. An extent of landscape change caused in consequence of civilization expansion was found out by an application of landscape ecology indexes. Also actual data from ground laser scanning were acquired, processed and analyzed for research purposes. They were used primarily for three-dimensional landscape visualization, e.g. “Pravčická brána”, “Kachní” stream ravine and fire site “Havraní skála”. Not only data from ground laser scanning but also these from airborne laser scanning were used within analysis of forest cover characteristics.
103
Přední strana obálky zobrazuje historickou krajinu v oblasti kaňonu Labe, v dáli pohled na obec Labská Stráň. Na zadní straně obálky je vyobrazen vývoj obce Rájec pomocí zpracovávaných map: -
2. vojenské mapování (1836 1852), Stabilní katastr (1843), 3. vojenské mapování (reambul.) 1920-1934 letecký snímek z let: 1953, 1968 a 1989 letecké laserové skenování (digitální model povrch, digitální model terénu a letecký snímek z roku 2005)
Na obálku byly použity staré mapy 2. a 3. vojenského mapování zpracované v Laboratoři geoinformatiky UJEP a stabilní katastr, který poskytl ČUZK Praha, © ČUZK. Archivní letecké snímky poskytl VGHMÚř Dobruška, © MO ČR. Snímky z leteckého laserového skenování byly pořízeny v rámci projektu GeNeSiS, řešeného v letech 2004 2006 na TU Dresden.
Název: Využití geoinformačních technologií pro hodnocení krajiny přeshraniční oblasti Česko-Saské Švýcarsko Autorský kolektiv: Ing. Vladimír Brůna; Ing. Ondřej Černohouz; Ing. Tomáš Dolanský, Ph.D.; Ing. Jana Ehertová; Ing. Jitka Elznicová, Ph.D.; Bc. Marie Halušková; Mgr. Oldřich Holešinský; Bc. Klára Jarošová; Ing. Petra Jiskrová; Bc. Jana Kosinská; Ing. Dagmar Najmanová; Mgr. et Ing. Petr Novák; Bc. Pavel Novotný; Ing. Jan Pacina, Ph.D.; Bc. Raúl Pérez; Ing. Kateřina Wojtaszeková Vědecký redaktor: Ing. Milan Talich, Ph.D. Technický redaktor: Mgr. et Ing. Petr Novák Vydavatel: Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta životního prostředí Vydání: první Náklad: 200 ks Rozsah stran: 104 Tisk: MINO, Ústí nad Labem
