Ing. Pavel Trojáček, Jan Ausficír
Ekotoxa Opava s.r.o.
Horní nám. 2
746 01 Opava
E - mail: pavel.trojacek@ekotoxa.cz, jan.ausficir@ekotoxa.cz
The paper describes the methodology for creating of map presentations showing statistical outputs from the Czech Land Parcel Identification System (LPIS). This geographical database consists of identified areas of agricultural land on the whole territory of the Czech Republic. It was created on the basis of aerial orthophoto maps and information given by farmers. In the next step of database creating, the categorization of agricultural land according to natural and limiting factors was processed.
One of the possibilities how to effectively access such amount of data, is to create map presentations of statistical outputs on those levels: 1 x 1 km grid, cadastral or other administrative units (communes, districts, regions). GIS technology was fully utilized for this purpose. Map outputs described illustrate observed characteristics, provide quick searching of information and its context. They were also used when validating LPIS data.
Příspěvek popisuje metodiku tvorby mapových prezentací řady statistických výstupů z Registru produkčních bloků zemědělské půdy. Tato geografická databáze obsahuje identifikované plochy zemědělské půdy pro celé území ČR. Byla vytvořena na základě leteckých ortofotomap a informací uživatelů zemědělské půdy. V další fázi tvorby byla provedena kategorizace zemědělské půdy podle přírodních a omezujících faktorů.
Jednou z možností, jak k velkému objemu dat z této databáze efektivně přistupovat, je tvorba mapových prezentací statistických výstupů na úrovni čtvercové sítě 1 x 1 km, na úrovni katastrálních území a dalších územních jednotek (obcí, okresů, krajů). K tomuto účelu bylo plně využito technologie GIS. Popsané mapové výstupy názorně zobrazují sledovanou charakteristiku, umožňují rychle nalézt hledanou informaci i zjišťovat vzájemné souvislosti. Napomohly také během kontroly správnosti dat Registru produkčních bloků.
Registr produkčních bloků (RPB) je homogenní geografická databáze identifikovaných ploch zemědělské půdy pokrývající celé území ČR. Byl vytvořen společností Ekotoxa Opava pro Ministerstvo zemědělství v letech 2000 - 2002. Hlavní využití RPB spočívá v administraci a kontrole dotací na plochy zemědělské půdy z fondů EU.
Registr produkčních bloků je vytvořen na podkladu digitálních ortofotomap zhotovených z černobílých leteckých snímků území ČR pořízených v letech 1998 - 2001. Do procesu vytváření samotného RPB bylo přímo zapojeno 20 000 uživatelů zemědělské půdy.
V RPB se nacházejí dva typy objektů:
1. Produkční blok (PB) - souvislá plocha zemědělské půdy, na níž probíhá pěstování plodin nebo jiné hospodaření. Tato plocha musí být vymezena pevnými terénními hranicemi, kterými mohou být: hranice lesa, cesta, břehový porost podél vodního toku nebo vodní plochy, mez, zástavba, atd.
2. Díl bloku (DB) - jemnější rozdělení PB tam, kde uvnitř bloku dochází ke změně kultury a/nebo uživatele.
Každý díl bloku má určité atributy. Mezi nejdůležitější patří kód PB, číslo dílu, souřadnice středového bodu v JTSK, kód katastrálního území, ID uživatele, kultura, druh závlahy, ekologické zemědělství, vybrané agro - environmentální charakteristiky.
V další fázi zpracování RPB byla provedena kategorizace produkčních bloků podle specifikovaných kritérií. Jedná se o přírodní faktory (střední nadmořská výška bloku, střední svažitost, půdní typologie) a o faktory omezující hospodaření (např. zvláště chráněná území, nitrátově zranitelné oblasti, ochranná pásma vodních zdrojů).
RPB se dělí na dvě vzájemně propojené části - grafickou a atributovou. Grafická data jsou uložena ve formátu DWG, každý objekt obsahuje propojení na atributovou část spravovanou systémem Oracle. Cílovým stavem řešení je uložení všech dat ve formátu Oracle Spatial.
Registr PB je charakterizován následujícími statistickými údaji:
Obr. 1 Počet subjektů podle právní formy podnikání
Obr. 2 Výměra půdy obhospodařovaná různými subjekty
Obr. 3 Podíl jednotlivých kultur v Registru PB
Každý produkční blok obsahuje jednoznačný popis své polohy. Jedná se o souřadnice centroidu bloku v souřadnicovém systému JTSK, které jsou udány v metrech. Takto lze snadno provést analýzy s kilometrovou či desetikilometrovou mřížkou a následně vytvořit vhodné mapové výstupy pro prezentaci dat RPB.
Kromě toho je každému produkčnímu bloku na základě prostorové analýzy přiřazen kód katastrálního území, v němž se daný blok nachází. Pokud produkční blok zasahuje do více katastrálních území, je mu přiřazen kód toho území, kde se nachází jeho největší část. K analýze byla použita hranice katastrálních území odpovídající přesnosti základní mapy 1:10 000. Tato analýza byla provedena na úrovni produkčních bloků, protože se jedná o relativně stabilní objekty. Dílům bloků jsou pak přiřazeny stejné geografické informace, jako příslušným produkčním blokům.
V tabulce je uveden příklad geografické identifikace objektů v databázi. Hodnoty ve sloupcích ID_PB a ID_DB představují interní databázové identifikátory.
ID_PB | ID_DB | CENTR_X | CENTR_Y | KATASTR |
50001 | 32000 | -547264 | -1174481 | 750085 |
50002 | 34001 | -507000 | -1185000 | 750077 |
50002 | 34002 | -507000 | -1185000 | 750077 |
50002 | 34003 | -507000 | -1185000 | 750077 |
Jak již bylo uvedeno, Registr produkčních bloků se skládá ze dvou částí - grafické, obsahující převážně polygony představující produkční bloky, a atributové, která o nich nese popisné informace.
Při tvorbě statistických mapových výstupů lze postupovat několika způsoby.
Chceme-li například vytvořit tématickou mapu znázorňující střední svažitost bloků, můžeme použít grafickou část RPB a každému bloku přiřadit barvu odpovídající příslušnému intervalu svažitosti (obr. 4).
Obr. 4 Svažitost bloků s použitím grafické části RPB (prohlédnout v plném rozlišení)
Takový mapový výstup je velice efektní, ale jen do určitého měřítka, řekněme do měřítka 1:100 000. Pak už jsou některé bloky tak malé, že se podrobnosti ztrácejí a zobrazenou informaci vnímáme spíše jako celek. Navíc, pokud bychom chtěli takto zobrazit mapu pokrývající celé území ČR, museli bychom použít všech 306 000 produkčních bloků, které RPB obsahuje, a příprava takové mapy by byla zdlouhavá.
Proto je vhodnější si RPB poněkud zjednodušit. Pro mapové výstupy pokrývající celé území ČR používáme čtvercovou síť 1 x 1 km, katastrální území a vyšší administrativní celky z katastrálních území odvozené (obec, okres, kraj).
Stejně jako RPB, je i čtvercová síť umístěna v souřadnicovém systému JTSK. Počet čtverců pokrývajících celé území ČR je 80 150, přičemž alespoň jeden produkční blok obsahuje 64 606 čtverců, což je přibližně pětkrát méně, než je celkový počet produkčních bloků. Navíc používání pevně stanovené čtvercové sítě přináší i tu výhodu, že se jedná o univerzální podklad i pro jiné geografické vrstvy (např. množství srážek), které lze následně analyzovat.
Na obrázku 5 je zobrazeno stejné území, jako na obrázku 4, po převedení dat do čtvercové sítě 1 x 1 km.
Obr. 5 Svažitost bloků ve čtvercové síti 1 x 1 km (prohlédnout v plném rozlišení)
Při tomto procesu však existují také jistá úskalí. Jedná se o to, že nikdy nelze jednoznačně vyjádřit polohu plochy bloku v jedné souřadnici. Přibližně uprostřed každého bloku je automatizovaně vygenerován bod, tzv. centroid, který udává polohu bloku a tím pak i jeho příslušnost k určitému čtverci. Problém nastane ve chvíli, kdy sice na ploše čtverce leží podstatná část bloku, nikoli však jeho centroid.
Na obrázku 6 jsou produkční bloky (označené zeleně) se svými centroidy (červené body), zobrazené ve čtvercové síti 1 x 1 km. Pokud ve čtverci leží nějaký produkční blok, je čtverec vybarven žlutě. Na obrázku uprostřed však vidíme příklad čtverce, který sice obsahuje produkční bloky, ale ani jeden z centroidů těchto bloků neleží uvnitř tohoto čtverce.
Obr. 6 Umístění centroidů bloků ve čtvercové síti (prohlédnout v plném rozlišení)
Tento nedostatek je sice z hlediska posouzení detailu nepříjemný, nicméně uvedený případ nenastává příliš často a z hlediska prezentace mapových výstupů v rámci celé ČR je zanedbatelný. Prezentace dat z RPB na úrovni čtverců je výhodná především pro svou jednoduchost a přehlednost.
Každý produkční blok v RPB obsahuje kód katastrálního území. Ten byl vygenerován na základě prostorové analýzy s daty katastrálních území. Počet katastrálních území v ČR je 13 165, takže pokud informace o blocích se stejným kódem katastru agregujeme, získáme tím databázi prvků asi 23 krát menší, než je původní databáze. Tu pak lze propojit s grafickou vrstvou katastrálních území a následně vytvořit tématickou mapu pro vybraný atribut a výsledek zobrazit. Na obrázku 7 opět vidíme stejnou oblast jako v předchozích příkladech.
Obr. 7 Svažitost bloků v katastrálních území (prohlédnout v plném rozlišení)
Agregace dat z RPB na úroveň katastrálních území s sebou přináší další výhodu. Katastrální území lze totiž dále slučovat do vyšších celků - obcí, jejichž počet je přibližně 6350. Z úrovně obcí se dále dostaneme na úroveň okresů, která je pro prezentaci výstupů RPB zvláště vhodná, protože poskytuje velmi cenné informace a dovoluje srovnání nejrůznějších charakteristik mezi jednotlivými okresy. Z obrázku 8 znázorňujícího celkovou výměru chmelnic v okresech je na první pohled patrné, které okresy jsou chmelařské, a ve kterých okresech se naopak chmel nepěstuje vůbec.
Obr. 8 Pěstování chmele v okresech (prohlédnout v plném rozlišení)
Mapová prezentace dat RPB byla vytvářena v programu ArcMap 8.2 firmy ESRI, stejně tak by bylo možno použít i programy řady ArcView 3.x.
Při tvorbě mapových výstupů z RPB byla použita následující vstupní data:
Jak již bylo dříve uvedeno, výstup z RPB je realizován ne na úrovni jednotlivých bloků, ale na úrovni čtverců alespoň 1 x 1 km, či administrativních celků. Z tohoto důvodu není grafika bloků pro prezentaci potřebná. Postačuje jen atributová část databáze. Komunikaci s ní zajišťuje systém Oracle 9i, z něhož lze pomocí SQL dotazů vybrat požadovaná data.
Pokud tedy například chceme připravit mapu, kterou vidíme na obrázku 13, použijeme dotaz:
"select sum(VYM_VINI), KOD_KU from iacsrzpar where KULTURA=vinice group by KOD_KU; "
Získáme databázi, jejímž klíčovým sloupcem je jedinečné číslo kódu katastrálního území. Vytvoří se také sloupec obsahující součty výměr vinic. Tato data propojíme přes klíčový sloupec kódu katastru s shape filem "ku_cr".
Obr. 9 Propojení části databáze RPB s shape filem grafiky na základě kódu katastru
Nyní je třeba nastavit intervaly a zvolit vhodné barvy vybrané charakteristiky (v našem případě výměry vinic v ha).
Posledním krokem je vložení vhodného podkladu (mapy s názvy měst a hranicemi územních celků), vložení legendy a nastavení správného měřítka mapy.
Podíl orné půdy na celkové výměře identifikované zemědělské půdy (zornění půdy) je důležitý faktor vypovídající o charakteru zemědělského hospodaření na daném území. Na mapách jsou patrné oblasti s intenzivním způsobem zemědělského hospodaření (vysoký podíl orné půdy), i oblasti podhorské a horské s vyšším podílem trvalých travních porostů (luk a pastvin).
Obr. 10 Zornění zemědělské půdy ve čtvercové síti 1 x 1 km (prohlédnout v plném rozlišení)
Obr. 11 Zornění zemědělské půdy v katastrálních územích (prohlédnout v plném rozlišení)
Obr. 12 Zornění zemědělské půdy v okresech (prohlédnout v plném rozlišení)
Trvalé kultury, které v ČR podléhají speciální evidenci, jsou vinice, chmelnice a intenzivní ovocné sady. Na následujících mapách je znázorněno prostorové rozložení vinic a chmelnic v katastrálních územích. Naprostá většina vinic je lokalizována v moravských vinařských oblastech, jsou však i v okolí Mělníka a v severních Čechách. Jiné lokality představují výjimku.
Chmelnice jsou především v severozápadních Čechách a na střední Moravě. Také v tomto případě jsou patrné ojedinělé výjimky.
Katastrální území jsou pro prezentaci prostorového rozložení trvalých kultur velmi vhodné, protože konkrétně vinice a chmelnice jsou lokalizovány na relativně malých územích.
Obr. 13 Plocha vinic v katastrálních územích (prohlédnout v plném rozlišení)
Obr. 14 Plocha chmelnic v katastrálních územích (prohlédnout v plném rozlišení)
Střední nadmořská výška a svažitost produkčních bloků jsou atributy, které byly do databáze RPB doplněny na základě digitálního modelu terénu z výškopisných dat ZABAGED/1. Nadmořská výška a svažitost produkčních bloků reprezentovaná v detailu čtvercové sítě 1 x 1 km přináší důležité informace o podmínkách hospodaření. Zajímavé je porovnání dvou oblastí s podobnou nadmořskou výškou (Vysočina a Valašsko), avšak se zcela rozdílnou svažitostí zemědělských pozemků.
Obr. 15 Nadmořská výška produkčních bloků ve čtvercové síti 1 x 1 km (prohlédnout v plném rozlišení)
Obr. 16 Svažitost produkčních bloků ve čtvercové síti 1 x 1 km (prohlédnout v plném rozlišení)
Použití GIS technologií pro tvorbu mapových prezentací dat Registru produkčních bloků je z našeho pohledu velmi vhodné a přináší hned několik výhod:
Názornost výstupu
Z tématických map lze již na první pohled poznat, ve kterých oblastech se pěstuje víno, či chmel, kde se půda využívá převážně pro pěstování plodin na orné půdě nebo naopak, ve kterých oblastech se nacházejí převážně trvalé travní porosty. Díky tomu, že je mapa proložena hranicemi územních celků a názvy větších měst, lze rychle zjistit, kde se daná oblast nachází.
Celistvost
Máme možnost porovnávat vybranou oblast s okolními katastry či okresy a provést relativní srovnání.
Zjišťování souvislostí
Srovnávat lze také jednotlivé mapové výstupy mezi sebou. Porovnáním mapy představující střední nadmořskou výšku bloků s mapou zornění zemědělské půdy, lze zjistit, do jaké nadmořské výšky se půda využívá zejména pro pěstování plodin a od jaké výšky se půda zatravňuje a využívá jako louky nebo pastviny.
Rychlost nalezení informace
I přesto, že tématická mapa obsahuje velké množství dat a pokrývá rozsáhlé území, zůstává stále velmi přehlednou. Bez zdlouhavého hledání v databázi nám mapa poskytuje rychlý přístup k požadovaným informacím.
Kontrola správnosti dat
Mapový výstup představuje silný nástroj pro kontrolu správnosti dat v databázi RPB. Chybný údaj v databázi se obvykle projevil i na mapovém výstupu, díky čemuž jej bylo možné v databázi snadno lokalizovat.
