Fazy rozwoju GIS w Karkonoskim Parku Narodowym
„Phare Preparation for Natura 2000”
Projekt ten, realizowany w latach 1999-2000 ze środków programu PHARE przy współpracy z Centrum Informacji o Środowisku GRID-Warszawa był pierwszym projektem ukierunkowanym na wdrożenie GIS w Karkonoskim Parku Narodowym. Zakupiony sprzęt i oprogramowanie GIS firmy ESRI (ArcInfo 7.x, ArcView 3.x) miały posłużyć do identyfikacji siedlisk Natura 2000. Park Narodowy wzbogacił się o pierwsze warstwy informacyjne GIS: użytkowanie ziemi „CORINE Landcover” otrzymane w ramach projektu oraz pierwsze warstwy wykonane samodzielnie przez pracowników parku: linie cieków i mapa glebowa. W tym czasie również rozpoczęto tworzenie Numerycznego Modelu Terenu poprzez digitalizację warstwic z mapy topograficznej 1:10 000. W tym samym czasie zakupiono 4 odbiorniki GPS Trimble GeoexplorerII, które pomimo słabej, jak na dzisiejsze standardy dokładności, stanowiły źródło pozyskania wielu danych przyrodniczych. Istotną inwestycją projektu był też zakup plotera A0 HP1050C, który służy z powodzeniem po dzień dzisiejszy.
„Plan Ochrony KPN”
Projekt ten realizowany był w latach 2000-2002 ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oraz Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Głównym wykonawcą zadania było Biuro Urządzania Lasu i Gospodarki Leśnej w Brzegu a podwykonawcą w zakresie GIS ponownie GRID-Warszawa. Celem projektu było pozyskanie danych z inwentaryzacji ekosystemów leśnych i nieleśnych (zadanie realizowane przez BULiGL) oraz stworzenie Systemu Informacji Geograficznej dla analiz i wspomagania tworzenia Planu Ochrony (zadanie realizowane przez GRID-Warszawa). Wszystkie dane inwentaryzacyjne przekazane były w formie cyfrowej (format ESRI-Shapefile) co niezwykle wzbogaciło zasoby bazodanowe parku.
Najistotniejszym elementem było wykonanie ortofotomapy metodą analogową, w technice barwnej RGB i rozdzielczości terenowej 36 cm. Była to pierwsza ortofotomapa Karkonoszy (sfinansowana w całości ze środków WFOŚiGW), jako że zdjęcia lotnicze wykonywane w latach poprzednich nigdy nie zostały przetworzone do ortfotomapy. Oprócz tego, że tanowiła ona doskonałe źródło informacji o terenie była również wykorzystana przy inwentaryzacji przyrodniczej. Wykorzystano ją min. przy analizie stałych powierzchni kołowych w systemie monitoringu drzewostanów KPN oraz do sporządzenia szczeblowej mapy fitosocjologicznej ekosystemów nieleśnych KPN.
Opracowany przez GRID-Warszawa system opierał się na aplikacji użytkowej „PiR” (Plan i Realizacja) stworzonej z użyciem Visual Basic, MapObject i MS Access. Aplikacja stanowiła przeglądarkę warstw GIS w formacie Shape i umożliwiała wybór obiektów do planowania za pomocą specjalnego kalkulatora SQL. Następnie na wybranych obiektach można było szczegółowo planować zadania ochronne w Module Accessowym, z wyliczeniem wszystkich kosztów tych zadań. Aplikacja ta do dziś jest wykorzystywana przez niektórych pracowników parku. Oprócz tego powstały dwie mniejsze aplikacje użytkowe: Aplikacja Szkółki do śledzenia drogi nasion od pobrania z drzewa doborowego poprzez wyhodowanie sadzonki i wysadzenie w określonym miejscu oraz Aplikacja badań naukowych do monitorowania badań prowadzonych na terenie Parku. Najistotniejszym dla rozwoju GIS był jednak zakup nowych licencji ArcView w wersji 8.x z rozszerzeniami oraz aktualizacja ArcInfo 7.x do ArcGIS-ArcInfo 8.x.
W czasie trwania projektu ukończono również tworzenie Numerycznego Modelu Terenu. Dysponując danymi z inwentaryzacji przyrodniczych, ortofotomapą i NMT Karkonoski Park Narodowy mógł się poszczycić jednym z najbogatszych zasobów bazy danych. Wraz z nowym oprogramowaniem oraz nowym odbiornikiem GPS Leica GS50 (zakupionym z dotacji Fundacji EKOFUNDUSZ) był to już profesjonalny GIS.
„Model danych dla polskich parków Narodowych”
W roku 2000 część parków narodowych miała już zalążki systemu GIS w postaci map cyfrowych oraz różnego oprogramowania GIS. Problemem pozostawał jednak brak wspólnego standardu mapy numerycznej dla parków narodowych oraz niekompatybilność tworzonych zasobów informacji. Fakt ten dostrzeżony został przez ówczesny Krajowy Zarząd Parków Narodowych, który wraz z Wigierskim PN i Karkonoskim PN podjął prace nad stworzeniem jednolitego modelu danych dla wszystkich parków narodowych. Efektem przedsięwzięcia jest dokument pt. „Model danych dla polskich Parków Narodowych” zawierający uporządkowaną listę klas i podklas obiektów. Dla każdego obiektu podano jego definicję, typ, miejsce w strukturze hierarchicznej, listę zdefiniowanych pól oraz tzw. meta-dane. Listę klas i podklas wyróżnionych w modelu danych przedstawia Tab. 1.
| Nr klasy |
Nazwa klasy | Zawartość (podklasy) |
| 1 | Podziały administracyjne | Jednostki podziału terytorialnego kraju, podziały geodezyjne, administracyjny podział parku, inne podziały administracyjne, podziały kartograficzne |
| 2 | Przyroda nieożywiona | Obiekty przyrody nieożywionej: gleby, geologia, geomorfologia, hydrogeologia, hydrografia, klimat |
| 3 | Krajobrazy | Jednostki krajobrazowe – regiony fizyczne i geograficzne, krajobrazy naturalne i kulturowe |
| 4 | Przyroda ożywiona | Obiekty przyrody ożywionej: ekosystemy leśne, roślinność, siedliska, flora, fauna, ekosystemy wodne |
| 5 | Zasoby kulturowe | Obiekty kulturowe: ruralistyka, budownictwo, architektura zabytki ruchome, zabytkowy przemysł, tereny miejskie, archeologia |
| 6 | Zagospodarowanie przestrzenne | Wydzielone obszary planistyczne, strefy i linie planistyczne, obiekty zagospodarowania turystycznego i edukacyjnego, ochrony przeciwpożarowej i przeciwpowodziowej |
Tab. 1. Klasy i podklasy obiektów wyróżnione w modelu danych dla polskich parków narodowych.
Pracownicy Karkonoskiego Parku Narodowego brali czynny udział w opracowywaniu modelu, a w szczególności w opracowaniu struktury bazy dla ekosystemów leśnych, gleb, geologii, geomorfologii i hydrografii.
Omówiony powyżej model danych powstał dopiero w roku 2002. Brak wspólnej platformy wymiany danych i współpracy pomiędzy poszczególnymi parkami spowodował, że GIS do polskich parków narodowych wdrażany był w oparciu o różne koncepcje i oprogramowane. Do dnia dzisiejszego bardzo różny jest stopień zaawansowania w tworzeniu systemów w poszczególnych parkach oraz ich zakres. Jest jednak grupa ekspertów, pracowników różnych parków w tym Karkonoskiego Parku Narodowego, która pracuje nad udoskonaleniem i wdrożeniem modelu bazy danych dla polskich parków. Specjaliści GIS ze wszystkich parków spotykają się na wspólnych szkoleniach a raz na 2 lata organizowane są warsztaty w Tatrzańskim Parku Narodowym z udziałem wielu zaproszonych gości, firm i Specjalistów z branży geomatyki (tak w ostatnich latach nazywa się naukę zajmująca się nie tylko GIS, lecz również innymi technologiami pozyskiwania i analizowania danych przestrzennych).
Współpraca z czeskim Krkonošským národním parkem
Od 1999 r. trwa współpraca pomiędzy parkiem polski i czeskim w zakresie tworzenia Systemów Informacji Geograficznej. Razem z kolegami z czeskiego parku zrealizowaliśmy wiele wspólnych zadań i projektów starając się mieć na uwadze fakt, że obydwa parki stanowią jeden obszar chroniony i granica państwowa dzieli je w sposób sztuczny, co nie powinno mieć znaczenia dla wspólnego celu, jakim jest ochrona przyrody całego masywu Karkonoszy. Połączenie naszych zasobów informacyjnych wydaje się być naturalnym celem naszej współpracy. Mamy świadomość, że mapy numeryczne dla całych Karkonoszy, niepodzielone granicą państwową, są ważnym elementem systemu zarządzania środowiskiem przyrodniczym w obu parkach. Wspólnie określiliśmy główne cele naszych działań, którymi są:
1. Eliminacja bariery w postaci granicy państwa z warstw informacyjnych (warstwy dla całych Karkonoszy),
2. Umożliwienie swobodnej wymiany danych geograficznych w celach lepszego zarządzania obydwoma parkami.
Ryc. 10. Strefy ochronne Rezerwatu Biosfery Karkonosze/Krkonose na tle cieniowanej rzeźby terenu - jedna z pierwszych wspólnych map całych Karkonoszy powstała w wyniku współpracy karkonoskich parków narodowych.
Cele te realizowane mają być poprzez:
• Tworzenie wspólnych warstw informacyjnych,
• Tworzenie wspólnej metabazy i wspólne zarządzanie danymi,
• Wykorzystanie GIS do zarządzania obydwoma parkami,
• Współpraca w zakresie pozyskiwania danych, analiz i wymiana doświadczeń.
Warunkiem tworzenie wspólnego GIS dla Karkonoszy jest ścisła współpraca pomiędzy parkiem polskim i czeskim, ciągła wymiana danych i wspólne rozwiązywanie problemów merytorycznych związanych z tworzeniem sharmonizowanych warstw. Dlatego też kilkakrotnie razem podejmowaliśmy starania o pozyskanie na powyższe cele środków zewnętrznych, czego efektem były wspólnie realizowane projekty.
„Phare Preparation for Natura 2000” – omówiony już powyżej,
“GIS for Krkonoše/Karkonosze” – (project PHARE),
Projekt został zrealizowany w 2005 r w ramach przedakcesyjnego programu Unii Europejskiej Phare CBC. Głównym jego celem było zainicjowanie działań związanych z dopasowaniem i integracją danych geograficznych obu parków w środowisku Systemów Informacji Geograficznej a także udostępnienie tak opracowanych map poprzez Internetowy Serwer Mapowy. Wynikiem projektu było stworzenie tzw. WebGIS, czyli systemu udostępniającego mapy poprzez Internet oraz internetowego katalogu metadanych, czyli informacji opisujących zgromadzone dane. Dodatkowym zadaniem było stworzenie czesko- polsko- angielskiego słownika terminów ekologicznych – również dostępnego poprzez Internet.
Serwis mapowy Karkonoszy stworzony został w środowisku Open Source na bazie MapServer (University of Minnesota ), i zainstalowany na serwerze dyrekcji czeskiego parku KRNAP. Jego funkcjonalność obejmuje min. (oprócz standardowych funkcji takich jak powiększanie, pomniejszanie, przesuwanie mapy, ustawianie wybranej skali mapy, włączanie lub wyłączanie poszczególnych warstw tematycznych) także możliwość dokonywania pomiarów na mapie, wyświetlanie informacji na temat danego obiektu lub warstwy i możliwość edycji niektórych warstw przez użytkowników końcowych (tylko dla autoryzowanych użytkowników). Interfejs użytkownika oraz większość danych jest udostępniona w trzech wersjach językowych- czeskiej, polskiej i angielskiej.
Jako katalog metadanych wykorzystano gotową aplikację MIcKA, która obsługuje wymagane w metabazie standardy (ISO 19115, ISO 19139) oraz daje możliwość integracji z aplikacją mapową, dzięki czemu możliwe jest wyszukiwanie informacji o danych dla konkretnego obszaru.
“SISTEMaPARC” – (project INTERREG IIIB),
Projekt był realizowany w latach 2004-2006 i finansowany w ramach Interreg III B Cadses. Był to ponadregionalny projekt prowadzony przez Uniwersytet w Dreźnie, którego beneficjentami były 4 regiony transgraniczne obszarów chronionych:
• Saxon-Bohemian Switzerland (Niemcy / Czechy)
• Karkonosze (Polska/ Czechy)
• Lake Neusiedler / Fertö-Hanság (Austria / Węgry)
• Triglav National Park / Parco naturale delle Prealpi Giulie (Słowenia / Włochy)
Projekt ukierunkowany był na integrację jednolitych obszarów chronionych w europie środkowej rozdzielonych granicą państwową. Karkonosze podzielone granicą ze swoimi dwoma parkami narodowymi idealnie wpisywały się problematykę projektu. Efektem współpracy było min. opracowanie metod transformacji pomiędzy różnymi układami odwzorowań (polskim i czeskim, niemieckim i czeskim itd.). Pracownicy obydwu parków zdobyli cenne doświadczenia związane z wdrażaniem GIS w różnych krajach na licznych międzynarodowych spotkaniach, warsztatach i konferencjach.
“Monografia Karkonoszy”
W roku 2005 Krkonoski Narodni Park przy współpracy z polskim parkiem postanowił opracować wspólną monografię przyrodniczą Karkonoszy. Jej celem było przedstawienie charakterystyki całego masywu górskiego, bez rozdziału na polską i czeską stronę. Dzięki monografii nasza współpraca w zakresie GIS mogła zostać praktycznie wykorzystana, jako, że oprócz tekstów o charakterze popularno- naukowym, zdjęć i komputerowych ilustracji, monografia zawiera niepodzielne granicą mapy całego masywu górskiego. Większość map opracowywana była przez naszych kolegów z czeskiego parku, lecz nie byłoby to możliwe bez współpracy z Pracownią GIS KPN. Mapy przygotowane do monografii w większości oparte są n systematykach i klasyfikacjach czeskich, jednakże ich przygotowanie (w technologii GIS) wymagało ścisłej współpracy i wymiany danych pomiędzy parkami.
Program restytucji Jodły pospolitej (Abies alba) w Karkonoskim Parku Narodowym – etap III 2007- 2009
Z uwagi na fakt, że technologia GIS skutecznie wspomaga zarządzanie środowiskiem przyrodniczym w roku 2007 po raz kolejny udało się pozyskać środki z WFOŚiGW w ramach projektu „Restytucja jodły pospolitej w Karkonoskim Parku Narodowym”, na wykonanie drugiej już ortofotomapy – tym razem wraz ze skaningiem laserowym. Głównym argumentem za pozyskaniem tych danych była kontynuacja monitoringu ekosystemów leśnych. Porównanie ortofotomapy z lat 2000 i 2007 stanowi doskonałe źródło informacji na temat zmian zachodzących w drzewostanach.
Tym razem ortofotmapa wykonana została w technologii fotografii cyfrowej z głębią 12 bit i z rozdzielczością terenową 15 cm. Zdjęcia wykonane zostały zarówno w zakresie RGB jak i w bliskiej podczerwieni (tzw. CIR) co pozwala dokonywać analizy zdrowotnej drzewostanów (Ryc. 13 c i d). Rozdzielczość nowej otrtofotomapy pozwala na identyfikację szczegółów w postaci pojedynczych pni drzew czy większych kamieni, co stanowi doskonałe źródło informacji o terenie. Dla Karkonoskiego Parku Narodowego istotne znaczenie ma też głębia zdjąć, która sprawia, że otrzymujemy wyraźny obraz nawet w miejscach zacienionych. Dzięki temu dysponujemy obrazem ze ścian kotłów polodowcowych, które na poprzedniej ortofotomapie były zupełnie nieczytelne.
Skaning laserowy wykonano z gęstością 4 punktów na m2 i dokładnością wysokosciową 15 cm. Dokładność ta pozwoliła wygenerować Numeryczny Model Rzeźby Terenu w formie GRID o rozdzielczości terenowej 0,6 m. W połączeniu z ortofotomapą dane te stanowią niezwykle bogate źródło informacji nie tylko o rzeźbie terenu ale też o całym środowisku przyrodniczym. Chmura punktów ze skaningu laserowego oprócz niezwykle szczegółowego obrazu rzeźby terenu jest tak dokładna, że daje możliwość dokonywania analizy np. drzewostanu. Tzw. Numeryczny Model Pokrycia Terenu (chmura punktów z nieodfiltrowaną warstwą roślinności) doskonale odwzorowuje powierzchnię koron drzew, pozwala na wykonywanie przekrojów drzewostanu i ocenę miąższości pokrywy roślinnej. Dokładność odwzorowania rzeźby jest tak duża, że na modelu 3D można zidentyfikować stare, nieużywane już szlaki turystyczne.
