Návrh GIS prototypu pro oblast řeky Pasvik

Petr Solnický
Institut geoinformatiky
VŠB -Technická univerzita Ostrava
tř. 17. Listopadu
708 00 Ostrava - Poruba
E - mail: sol060@vsb.cz

Abstract

This bachelor work is proposal to made prototype Geographic Information System for pilot area of Pasvik river. In the first part of work is described the TRANSCAT and problems about this project. Others chapters described my work- transformation data, create to DEM, modify socioeconomic data and import data. In the supplement there is digital elevation model and map composition of the map server TRANSCAT.

Abstrakt

V bakalářské práci je postup tvorby prototypu geografického informačního systému pro pilotní oblast povodí řeky Pasvik. V první části je vysvětlen pojem TRANSCAT a sblížení s problematikou, kterou tento projekt řeší. Ostatní kapitoly popisují postup mé práce- transformace dat, tvorba DMT, práce se socioekonomickými daty a import připravených dat. V příloze je zobrazen digitální model terénu s mapová kompozice webové služby TRANSCAT.

1 Úkoly

· Inventarizace dat

· Transformace dat pro GIS prototyp

· Realizace GIS prototypu pro oblast řeky Pasvik

· Návrh využití funkcí prototypu

2 Datové zdroje

· Družicové snímky LANDSAT

· Družicové snímky Aster

· Družicové snímky Radarsat

· Barents Geographic Data Base

· Statistické údaje

3 Programové prostředky

Ve své bakalářské práci jsem pracoval především s  programy firmy ESRI - ArcView GIS 3.2, ArcGIS 9 a některými OpenSource programy.

3.1 ArcView GIS 3.2

Předností ArcView GIS 3.2, je malá náročnost na hardware, při relativně rychlém výkonu, například v porovnáním se softwarem ArcGIS. Tomu však odpovídá jeho funkčnost. ArcView umožňuje práci s prostorovými daty. Poskytuje možnost správy, zobrazeni, scriptování, tvorby dotazů, analýzy prostorových informací a tvorbu nových geografických dat… Umožňuje práci s vektorovými i rastrovými daty.

3.2 ArcGIS 9

Tvůrcem software ArcGIS, jak již bylo řečeno, je firma ESRI. Jedná se o nástroj s mnohem větším počtem funkcí, než poskytuje kterýkoliv jiný program pro úpravu geografických dat. ArcGIS se skládá z několika modulů:

· ARC/INFO

· ArcMap

· ArcCatalog

· ArcToolbox

· Aj.

3.3 FWTools 0.9.6

Jedná se o nekomerční produkt. Tento program je volně dosažitelný na internetové adrese http://fwtools.maptools.org/.

Program FWTools 0.9.6 je také ovládán z příkazové řádky. Použil jsem ho z důvodu, že v průběhu transformace dat do požadovaného souřadnicového systému a zóny, jsem se shledal s problémem, který produkt ArcGIS nebyl schopen vyřešit. Tento produkt prováděl transformaci bez problémů. Používá celou řadu utilit pro nejrůznější funkce - mozaikování, ořezávání vrstvy, již zmíněnou transformaci, změnu pásem rastrových dat.

4 Projekt TRANSCAT

Celý název projektu TRANSCAT je Integrated Water Management of Transboundary Catchment a jehož úkolem je řešit problémy vodohospodářského managamentu v hraničních oblastech v rámci celé Evropy. Využívá DSS (Decision Support System), jehož úkolem je zajistit podporu rozhodování. Samotný vývoj TRANSCATU DSS umožní uplatnit integrovaný systém managementu vodního hospodářství v rámci přeshraničního povodí, při zohlednění komplikovaných hydrogeologických poměrů i nejistoty v rozhodovacím procesu. Jeho funkce bude z počátku přístupná ve formě prototypu, který umožní nasimulování nejrůznější možných stavů.

Systém využívá data z různých tématických oblastí: Klimatologie, Hydrologie, Geologie, Ekologie, Sociologie, Ekonomie, aj. A dovoluje tak při rozhodování využívat řadu informací potřebných pro komplexní hodnocení situace včetně zavádění dopadů navrhovaných řešení a možnosti simulace určitých především hydrologických a socioekonomických jevů.

Záměrem však je, tento komplexně využitelný systém „nedržet“ jen v rámci Evropy, nýbrž jej aplikovat po celém světe. Problémy související s vodním hospodářstvím se nevyskytují jen v příhraničních oblastech Evropy, ale jsou citlivým problémem i jiných světadílů, kde nabývají strategického významu z hlediska socio-ekonomických přístupů hraničních států ve smyslu humánního využití vodních zdrojů.

Stejně tak není striktně řečeno, že prototyp je vytvořen pro sledování problémů v mezinárodních hraničních oblastech. Jeho aplikace v hraničních oblastech menších správních jednotek, než jsou státy, jako je okres, kraj , region apod. je také záměrem autorů projektu. TRANSCAT DSS bude především zaměřen na oblasti řešící problémy s tématikou vodního hospodářství. Může se jednat o problémy znečištění toku, rizika ochrany fauny či flóry v dané oblasti, nebo správného hospodaření s vodou.

Druhým hlavním cílem je tvorba evropské základny pro rozvoj mezinárodní spolupráce a vytváření sítí v oblasti ochrany vod a obecně životního prostředí v příhraničních oblastech.

Dalšími cíly jsou identifikace konfliktů, jak již stávajících, tak potenciálních, analýza současných právních a administrativní rámec problematiky povodí v příhraničních oblastech.

V neposlední řadě je silnou stránkou TRANSCATU dostupnost ve více jazycích, což je závislé na geografickém umístění lokality. Prototyp pro oblast Pasvik je vytvářen v jazyce anglickém a norském. V budoucnosti by měl fungovat i v jazyce ruském.

5 Pilotní oblast řeky Pasvik

Jedná se o řeku protékající třemi evropskými státy Norsko, Finsko a Rusko. Lokalizace souřadnicemi je 69° severní šířky a 28.5° východní délky na výtoku z jezera Inari. Při ústí do Barentsova moře jsou souřadnice 69.7° severní šířky a 30°východní délky. Pramení, jak již bylo zmíněno, na severu Finska v jezeře Inari. Toto jezero je jedno z 60 000 jezer, která zabírají 10% celkové plochy země a svou plochou se řadí mezi jedno z největších ve Finsku. Finskem protéká jen malá část řeky, zhruba 50 km z její celkové délky, která činí přes 250 km. Tato oblast je spíše nížinatá, v porovnání s celou plochou Norska, přes jejíž velkou část se rozkládá Skandinávské pohoří. Norsko je známe výskytem fjordů a nejinak je tomu i u ústí řeky Pasvik do Barentsova moře.

Pro tento projekt TRANSCATU je nejdůležitější část řeky na hranici Norska s Ruskem. Na následujícím obrázku je naznačena červeně.

Oblast řeky Pasvik

6 Postup práce

6.1 Inventarizace dat

Pro tvorbu mapového serveru, bylo nutno z dodaných dat vybrat jen potřebná data, které jsou pro prototyp využitelné. Jedná se o data tvořící podklad pro mapou, jako topografický podklad, hydrologie, geologické podmínky, apod. Tyto tématické celky jsou zastoupeny vektorovými daty. Letecké snímky, nebo využití území je zastoupeno rastrovým formátem.

Formáty dat byly různé. Od komerčních produktů nejznámějších firem v oboru geografických informačních systémů, jako např. firmy ESRI či ERDAS - Shape file, img, aj.

6.1.1 Rastrová data

Nejhojnější zastoupení, co do velikosti, měly samozřejmě rastrová data. V podobě rastrových dat byly dodány družicové snímky, především z družic: LANDSAT, ASTER

6.1.2 Vektorová data

Vektorová data byla z velké části zastoupena formátem shapefile. Dále se vyskytla i lokální data, jednalo se o formát *.sos.

Mým úkolem bylo především vyhledat nejvhodnější data pro následující tématické celky, které tvoří kostru mapového systému:

• Topografický podklad – komunikační sít, železniční sít, letiště, lesy, aj.

• Administrativní hranice – stání hranice, hranice menších administrativní jednotek (konkrétně krajů), aj.

• Geologie, pedologie (geology, pedology) – v tomto tématu byly dodány dvě vrstvy s geologickým podložím.

• Hydrologie – jezera, moře (Barentsovo moře), řeky, aj.

• Data o reliéfu - vrstevnice (pro Rusko-Finskou část měly krok 20m, zatímco pro Norskou 50m), DMT

Veškeré vrstvy byly rozděleny podlé státní příslušnosti, resp. finská a ruská data byla spojena v jedné vrstvě a pro Norsko byla data samostatně.

6.2 Zpracování dat

6.2.1 Tvorba hranic povodí

Po vybrání vhodných dat, jsem vytvořil hranice povodí, přesněji polygon, jenž vymezenou oblast reprezentoval. Zájmovou oblastí je, jak již bylo zmíněno, oblast od výtoku z jezera Inari až po oblast Pecenga, což je až k ústí řeky Pasvik do Barentsova moře. Pro spádovou oblast jezera Inari nebyla k dispozici všechna potřebná data, proto jezero ve vybrané oblasti není zastoupeno celou svou plochou. Pro tento účel jsem vytvořil polygon, který zahrnuje vybranou oblast s přesahem asi 50 km.

6.2.2 Transformace dat

Dat nebyla jednotná v souvislosti s prostorovým zobrazením - různé projekce, jejich zóny, popř. projekce vůbec nedefinované. Tyto informace bylo nutno všem vybraným datům přiřadit, a to pouze v případě, že byl souřadnicový systém či projekce té dané vrstvy známá.

Požadovaný souřadnicový systém, do něhož jsem všechny rastrové i vektorové data transformoval, byl World Geodetic System (elipsoid WGS 84) s projekci Universal Transfer Mercator (UTM). Požadovaná zóna UTM projekce, byla ta která leží na norské straně a jedná se o zónu 35. Vše na severní polokouli.

6.3 Import

Všechna upravená data podle výše popsaného postupu, bylo nutno importovat do systému TRANSCAT. Import se skládá z několika základních kroků, to je však závislé na typu importovaných dat. V případě rastrového formátu jde o funkci jednokrokovou.

Import vektorových data je komplikovanější. Skládá se z pěti dílčích kroků.

7 Návrh funkčního zaměření prototypu

Norsko Rusko Finská oblast je specifická přírodními podmínkami a problémy, které se v této lokalitě vyskytují.

Jedna ze současných funkcí prototypu je hydrometeorologická předpověď v podobě informačních oken. Její pomocí je možno zjistit aktuální předpověď -teplotu ovzduší, vlhkost vzduchu, směr a rychlost větru, a jiné meteorologické ukazatele v daných lokalitách, nebo zjistit teploty na následujících 7 dní. Tyto údaje jsou vztaženy k třem nejbližším letištím hydrometeorologickým stanicím v celé pilotní oblasti.

· Murmansk

· Kirkenes

· Ivalo

obrázek 7‑I Hydrometeorologická předpověď

Jinou funkcí je možnost reklasifikace dat podle dle určitého atributu v atributové tabulce. Se současnými daty jako příklad mohu uvést reklasifikaci vrstvy přehrad podle produkce elektrické energie, z čehož můžou potenciální investoři zjistit místa kde bude dodávka energie složitější a nákladnější.

Další uplatnění projektu, jak už bylo v bakalářské práci zmíněno, je tvorba modelu šíření znečištění z ruské továrny na výrobu niklu. V téhle oblasti by se prototyp mohl osvědčit, při kontrolování dodržování stanovených limitů při výrobě těžkých kovů, nebo jiných anorganických či organických materiálů. Dále by bylo možno s potřebnými daty v této lokalitě sledovat například odtávání sněhu a následné chovaní toku řeky Pasvik a její erozní vlivy na přirozené prostředí, nebo zda je i tato lokalita nějakým způsobem spjata s celosvětovým problémem globálního oteplováním a následným rychlejším koloběhem vody , což má za následek růst eroze. V neposlední řadě je zde sledování rybí populace – důvody jejího úbytku, možnost souvislosti se zmíněnou ruskou továrnou a jinými ovlivňujícími faktory.

8 Závěr

Výsledkem této bakalářské práce je snaha o tvorbu prototypu Geografického informačního systému pro oblast řeky Pasvik. Jak již v práci bylo zmíněno, není to práce pouze v době trvání rovné délce mého studia, proto není projekt v konečné verzi, ale stále se na něm pracuje.

Vytvořený projekt v podobě mapového serveru je prototyp ve fázi rozvoje. Z důvodu krátkého časového intervalu od doby vzniku, je škála naimportovaných dat malá, avšak základní prvky pro hodnotný nastroj analýz již obsahuje.

Vektorové vrstvy reprezentují celou řadu tématických celků, digitální model terénu charakterizuje povrch oblasti a využití krajiny je zobrazeno v podobě vrstvy landuse.