plik

ABC mapy numerycznej

1. Kilka pojęć podstawowych

Przedstawione w tym podrozdziale definicje będą, być może, lepiej zrozumiałe dopiero po
zapoznaniu się z podrozdziałami 2 i 3.
Warto więc, po lekturze całego rozdziału, powrócić do tego punktu dla lepszego zrozumienia
przytoczonych definicji i określeń.

a) System Informacji Przestrzennej – SIP

System  Informacji  Przestrzennej  (SIP), to  forma  manipulowania  danymi  zorientowanymi  w
trójwymiarowej  przestrzeni  (współrzędne  x,y,z)  z  uwzględnieniem  czwartego  elementu,
jakim jest czas.

Innymi  słowy,  jest  to  operacja  na  obiektach  mających  lokalizację  w  przestrzeni  i
usytuowanych w czasie.

Rozwinięcie tego pojęcia, zostało doprecyzowane już w 1992 roku przez prof. H. Olenderka i
dr D. Korpettę z SGGW:

”System  informacji  przestrzennej  umożliwia  natychmiastowy  dostęp  do  bazy  danych,
ułatwiając  podejmowanie  decyzji  gospodarczych,  pozwala  prowadzić  symulację  stanów
przyszłych,  a  tym  samym  wybierać  optymalne,  w  zmieniających  się  warunkach
gospodarowania,  warianty  rozwiązań  problemów  racjonalnego  zarządzania  gospodarką
leśną.”

Systemy  informacji  przestrzennej  stanowią  bardzo  wygodne  i  sprawne  narzędzie  w  rękach
osób  podejmujących  wszelkiego  rodzaju  decyzje  odwołujące  się  do  odwzorowań
kartograficznych  i powiązanych z danymi opisowymi. Szczególne zastosowanie SIP-u może
mieć miejsce na szczeblu decyzyjnym nadleśnictwa.

W  Lasach  Państwowych  SIP  przydatny  będzie  do  pełnego  rozpoznania  stanu  środowiska
leśnego,  do  bieżącego  śledzenia  i  przewidywania  zmian  w  nim  zachodzących,  do
optymalizacji  wykonywania  bieżących  zadań  gospodarczych  i  symulacji  stanów  przyszłych.
Dotyczy  to  zarówno  sfery  gospodarki  leśnej,  jak  i  pozaprodukcyjnych  funkcji  lasu.
Po odpowiedniej agregacji danych, informacja z poziomu SIP nadleśnictwa powinna docierać
na  szczebel  wyższy  (regionalny  -  RDLP,  Wojewódzcy  Konserwatorzy  Przyrody,  Inspekcja
Ochrony  Środowiska,  Wydziały  Ochrony  Środowiska  urzędów  wojewódzkich,  itd.  oraz
wyżej,  na  poziom  ogólnokrajowy  -  DGLP,  ośrodki  naukowe  i  badawcze,  GUS,  a  nawet
centralne  organy  państwowe).  Na  tych  poziomach  struktur  decyzyjnych  i  analitycznych,
systemy  informacji  przestrzennej  pozwolą  na  ocenę  stanu  lasu  w  odpowiedniej  skali,  na
dokładniejszą  analizę  danych,  na  ich  badanie  naukowe  oraz  szybsze  i  trafniejsze
prognozowanie.  Jest  to  dopiero  wizja,  ale  realna  do  zastosowania  w  perspektywie
najbliższych kilkunastu lat.

W kontekście systemu informacji przestrzennej (SIP), można się spotkać (za prof.
Gaździckim) z takimi określeniami jak:

 GIS (geographic information system) - czyli system informacji geograficznej, który

funkcjonuje w środowisku geografów i odnosi się w zasadzie do skal małych, oraz

 LIS (land information system) - czyli system informacji terenowej (SIT),

funkcjonujący wśród geodetów i odnoszący się do skal dużych.

Pod pojęciem GIS spotykamy również określenia dotyczące pakietu oprogramowania
profesjonalnego do budowy systemu informacji przestrzennej oraz do późniejszej jego
eksploatacji.

b) Mapa numeryczna

W  publikacji  D.  Korpetty  z  1996  r.  znajdujemy  taką  oto  definicję  mapy  numerycznej:
Mapa  numeryczna  jest  zbiorem  danych,  który  -  po  zastosowaniu  ściśle  określonych
algorytmów i odpowiednich środków technicznych - umożliwi wykonanie różnorodnych (pod
względem skali  i treści) opracowań graficznych,  a także będzie  mógł  być poddawany  wielu
operacjom  wyszukiwania,  sortowania  i  dobierania  informacji  oraz  obliczania  określonych
wielkości.

Rozumieć to należy,  iż każdy  punkt  lub załamanie  linii (czyli tzw. "węzeł"),  ma przypisane
współrzędne "x" i "y", a dla terenów górskich także (opcjonalnie) współrzędną wysokościową
"z", w określonym układzie współrzędnych geograficznych. Jest to tzw. baza geometryczna.
Jeżeli  założoną  bazę  geometryczną  zorientujemy  topologicznie,  czyli  zdefiniujemy  związek
utworzonego  obiektu  (punktu,  linii  lub  wieloboku)  z  innymi  obiektami  posiadającymi
współrzędne  i  nazwiemy  utworzone  obiekty  -  zgodnie  z  adekwatnymi  nazwami  w  opisowej
bazie danych, będziemy mieli mapę numeryczną.

c) Modele danych przestrzennych

Dane przestrzenne mogą być przedstawiane w dwóch podstawowych postaciach:

 rastrowej (zwany także bitmapą), gdzie:

obraz mapy przedstawiany jest w postaci regularnej siatki pikseli, czyli pól podstawowych
w formie regularnych figur geometrycznych (najczęściej kwadratów lub trójkątów
równobocznych), które tworzą elementy obiektów mapy;

 wektorowej, gdzie...

każdy punkt mapy określają współrzędne oraz sposoby  ich połączeń w obiekty  liniowe  i
powierzchniowe  -  jest  to  prosty  model  wektorowy,  a  gdy  mamy  jeszcze  zdefiniowany
związek  międzyobiektowy  -  mówimy  o  wektorowym  modelu  topologicznym;
Istnieją  jeszcze  modele  mieszane,  wektorowo-rastrowe,  zwane  także  hybrydowymi.
Rzadko,  ale  występują  one  i  w  leśnym  SIP  (np.  usytuowanie  lasów  w  zasięgu
terytorialnym nadleśnictwa).

Powyższe  definicje  rastra  i  wektora  są  bardzo  ważne  i  bardzo  często  znajdziesz
Czytelniku  niniejszej  publikacji  odwołania  do  nich.  Warto  więc  je  dobrze  zrozumieć,  a
nawet  powracać  do  nich,  czytając  dalsze  informacje  odwołujące  się  do  tych  pojęć.
Często  mapy  numeryczne  konstruowane  są  w  wariancie  topologicznym  modelu
wektorowego  na  bazie  obrazu  rastrowego.  Praktycznie  wygląda  to  w  ten  sposób,  że
zeskanowaną  mapę  lub  zdjęcie  lotnicze  poddaje  się  wektoryzacji  na  ekranie  komputera,
po  wcześniejszym  przeprowadzeniu  procesu  kalibracji  (czyli  znalezieniu  odpowiedniej
ilości  punktów  wspólnych  i  wczytania  ich  do  jednego  układu  współrzędnych).
System  rastrowy  jest  o  tyle  wygodny,  że  posiada  duży  stopień  automatyzacji
pozyskiwania danych  i  charakteryzuje się prostotą operacyjną. Ze względu  jednak  na to,
że  każdy  piksel  zapisywany  jest  oddzielnie  w  bazie  danych,  jest  on  pamięciochłonny.
Zniekształca też obraz rzeczywisty.

Wykorzystywany  jest do pozyskiwania  i analizy  zdjęć  lotniczych  i  satelitarnych, a także
obrazów skanowanych. Skanowane i zapisywane w postaci rastra bywają też leśne mapy
analogowe. W tej formie mogą jedynie służyć jako tło do różnych prac projektowych (np.
jako substytut mapy papierowej). Pomimo posiadania zbioru danych cyfrowych, raster nie
może być wykorzystany do automatycznego rejestrowania obiektów, czyli nie może być,
bezpośrednio na jego bazie zbudowana mapa numeryczna. Musi on zostać przekształcony
do postaci wektorowej.

Do  budowy  mapy  numerycznej  wykorzystywany  jest  więc  system  wektorowy.
Prosty model wektorowy jest zbiorem punktów, linii lub wieloboków, które nie są ze sobą
powiązane. Np. rysując sąsiadujące ze sobą wydzielenia drzewostanowe, wspólną granicę
dwóch  pododdziałów  musimy  rysować  dwa  razy  (osobno  dla  wydzielenia  pierwszego  i
drugi  raz  dla  wydzielenia  drugiego).  Jest  to  niewygodne,  pracochłonne  i  nie  daje
gwarancji  uzyskania  wspólnej  linii  granicznej  (gdyż  nie  zawsze  uda  się  wspólne  dla
dwóch  obiektów  punkty  umieścić  w  identycznych  współrzędnych).  Skomplikowane  jest
także  ustalenie  wzajemnych  zależności  pomiędzy  obiektami.  Z  tego  powodu  ten  typ
modelu wektorowego do tworzenia map numerycznych powinien być stosowany rzadko.
Topologiczny  model  danych  wektorowych  powinien  być  najczęściej  stosowany  do
budowania  systemów  informacji  przestrzennych.  Potrafi  on  zachować  związki  i  znaleźć
współzależności między obiektami, gdyż oprócz opisu położenia współrzędnych punktów
węzłowych, potrafi zdefiniować przebieg linii między węzłami i jej kierunek oraz opisać
obiekty  sąsiadujące.  Współrzędne  każdego  wspólnego  dla  dwóch  lub  więcej  obiektów
punktu zapisane są tylko raz, nie ma więc niejednoznaczności w ich interpretacji.

d) Numeryczny model powierzchni terenowej - NMT

(zwany także numerycznym modelem terenu)

Numeryczny  model  powierzchni  terenowej  (NMT)  jest  zbiorem  odpowiednio  wybranych
punktów  powierzchni  o  znanych  współrzędnych  x,y,z  oraz  algorytmów  interpolacyjnych
umożliwiających odtworzenie jej kształtu dla określonego obszaru.

Podstawowe  zadanie  NMT  polega  na  określeniu  trzeciej  współrzędnej  (Z)  punktu,  którego
współrzędne płaskie (X,Y) są znane.

Innymi  słowy,  jest  to  mapa  numeryczna  zawierająca  dodatkowo  informacje  o  pionowym
ukształtowaniu terenu.

Rzeźba  terenu,  ma  znaczny  wpływ  na  kształtowanie  zbiorowisk  leśnych,  dlatego  musi  być
brana  pod  uwagę  w  różnorodnych  pracach  prowadzonych  w  gospodarce  leśnej,  a  w
szczególności: w hodowli lasu i w użytkowaniu drzewostanów, w inżynierii leśnej, w pracach
urządzeniowych (łącznie z glebo- i siedliskoznawstwem oraz fitosocjologią), w ochronie lasu
i  ochronie  przeciwpożarowej,  w  zagospodarowaniu  turystycznym  lasów,  w  ekonomice  prac
leśnych, itd.

Numeryczne  modele  terenu  umożliwiają  automatyczną  interpolację  warstwic,  obliczenie
spadków terenu (nachylenie), określenie ekspozycji terenu (wystawa), obliczenie przekrojów
przez  teren  (dla  obliczeń  inżynieryjnych,  związanych  np.  z  projektowaniem  dróg  leśnych  i
określaniem zakresu prac ziemnych), określenie obszaru widoczności z zadanego punktu we
wskazanym kierunku.

Mapa  trójwymiarowa  jest  także  bardzo  efektownym  narzędziem  wizualizacji  i  prezentacji
danych

kartograficznych

dla

nadleśnictw

urozmaiconej

rzeźbie

terenu.

Dane  pozyskiwane  dla  potrzeb  NMT  (chodzi  o  trzeci  wymiar)  mogą  być  pobierane  z  map
topograficznych  (najlepiej  w  skali  1  :  10  000),  jako  wyniki  bezpośrednich  pomiarów
geodezyjnych  lub  ze  zdjęć  lotniczych.  Pobrane  którymś  z  powyższych  sposobów  dane
zapisywane  są  w  postaci  nieregularnej  siatki  trójkątów,  tworzących  płaszczyzny  najlepiej
przystające  do  terenu  lub  jako  regularna  sieć  kwadratów  modelowana  do  terenu  systemem
interpolacji.

Mapy  oparte  na  numerycznym  modelu  terenu  powinny  być  w  przyszłości  podstawowymi
mapami leśnymi dla terenów górskich i podgórskich.

e) System Informatyczny Lasów Państwowych (SILP)

System Informatyczny Lasów Państwowych (SILP) jest opisową bazą danych, obejmujących
całą  działalność  nadleśnictwa,  w  tym  działalność  gospodarczą  w  pododdziałach  i
wydzieleniach  (podstawowych  jednostkach  adresowych)  -  posiadających  pełny  opis
elementów taksacyjnych oraz planowanych i wykonanych zadań gospodarczych.

Ponieważ  w  SILP-ie  gromadzone  są  różnego  rodzaju  dane  związane  z  prowadzeniem
gospodarki  leśnej  oraz  różnorodne  dane  związane  z  pozaprodukcyjną  funkcją  lasów  i
posiadające zarazem odniesienie do usytuowania w terenie, informacje te, po zintegrowaniu z
danymi  geometrycznymi  mapy  numerycznej,  mogą  być  wykorzystane  do  zbudowania
systemu  informacji  przestrzennej  na  poziomie  nadleśnictwa,  a  z  czasem  (wraz  z  rozwojem
SILP-u  i  umożliwieniem  generowania  danych  w  nim  zawartych)  na  wyższych  poziomach
decyzyjnych.

Wprowadzenie do Lasów Państwowych SILP-u, oparcie go na efektach prac urządzeniowych,
przypisanie modułu adresu leśnego do każdego rekordu oraz obowiązek aktualizacji danych,
powodują  wielką  jego  przydatność,  a  nawet  wymuszają  logiczną  konieczność  zastosowania
SILP-u  jako  podstawowego  składnika  relacyjnej  bazy  danych  opisowych  w  Systemie
Informacji Przestrzennej na poziomie nadleśnictwa.

Powtórzmy  raz  jeszcze  za  prof.  Olenderkiem  słowa  przytoczone  we  Wstępie,  iż  ...
”fakt wprowadzenia Systemu Informatycznego Lasów Państwowych (SILP) jest podstawową
okolicznością sprzyjającą i zarazem wymuszającą budowę systemów informacji przestrzennej

dla nadleśnictw. Będą one stanowić rozwinięcie części tabelarycznej SILP o zobrazowania
przestrzenne zapisanych danych.”

2. Leśna mapa numeryczna

a) Wady mapy analogowej

Mapą analogową nazywane jest opracowanie kartograficzne w postaci kreskowej, wykonane
na planszy aluminiowej (pierworys), folii przeźroczystej (matryca) lub na papierze (kopia).
Powszechnie stosowana dotąd leśna mapa analogowa ma kilka poważnych niedogodności:

 Sporządzona jest na jedną datę (1 stycznia pierwszego roku obowiązywania planu

urządzania lasu dla nadleśnictwa).

Ponieważ  ruch  gruntami  w  nadleśnictwie  odbywa  się  bez  przerwy,  a  jednocześnie
zmieniają się kontury pododdziałów (z przyczyn wynikających z prowadzenia gospodarki
leśnej,  występowania  pożarów,  gradacji  oraz  innych  czynników  biotycznych  i
abiotycznych),  mapa  bardzo  szybko  się  dezaktualizuje.  Ręczna  aktualizacja  mapy
papierowej  w  pełnym  zakresie  raczej  nie  może  być  brana  pod  uwagę,  ze  względu
chociażby  na  małą  (po  tej  operacji)  czytelność  takiej  mapy  oraz  dużą  pracochłonność  i
ograniczoną ilość posztucznego aktualizowania kopii.

 Przedstawienie na mapie papierowej pełnego zakresu posiadanych informacji o

poszczególnych obiektach jest praktycznie niemożliwe ze względu na brak mechanizmów
wymuszających  spójność  i  kompletność  danych,  brak  miejsca  oraz  zmniejszenie
czytelności mapy.

Istnieje  możliwość  przedstawienia  na  wielu  egzemplarzach  mapy  pewnych  części
pożądanych  informacji.  Znajduje  to  wyraz  w  wykonywanych  przez  urządzanie  tzw.
przeglądowych mapach tematycznych. Są to jednak wybrane wcześniej, narzucone przez
instrukcję  urządzania  lasu,  opracowania  kierunkowe.  Zakres  merytoryczny  może
oczywiście być poszerzony na życzenie zleceniodawcy prac urządzeniowych, ale i tak nie
ujmie  on  wszystkich  potencjalnie  potrzebnych  tematycznych  opracowań  takiej  mapy.
Opis  taksacyjny  lasu  i  inne  źródła,  w  tym  wynikające  z  prowadzonych  czynności
gospodarczych,  dostarczają  wielu  innych  danych,  które  nie  znajdują  niestety
odzwierciedlenia  na  mapach  przeglądowych.  Nadleśnictwo  dysponuje  wprawdzie
czystymi kopiami  map przeglądowych  na które można wprowadzić (i wprowadza się) te
dodatkowe informacje, wiąże się to jednak z dużym nakładem pracy i czasu.

 Utrudnione jest przeprowadzanie analiz przestrzennych, a zwłaszcza analiz przestrzenno -

czasowych oraz przestrzenno - tematycznych.

Przedstawienie takich analiz na kopiach map papierowych jest możliwe (w ograniczonym
zakresie), ale jest też niezwykle pracochłonne i nie może być pełne.

 Skala mapy analogowej jest stała i z góry narzucona.

Istnieje co prawda potencjalna możliwość zamówienia u wykonawcy operatów ul map
różnych obszarów nadleśnictwa w skalach pośrednich pomiędzy najczęściej używanymi (i
na KTG podejmuje się niejednokrotnie takie decyzje), ale nie zawsze można przewidzieć
co będzie potrzebne za kilka lat. Zamawianie takich map w trakcie obowiązywania rewizji
ul wiąże się z różnymi utrudnieniami, trwa dość długo, a wykreślona mapa i tak jest już
nieaktualna.

 Mapy analogowe obejmują terytorium całego nadleśnictwa lub określone jego obszary.

Niejednokrotnie  potrzebny  jest  jedynie  wycinek  mapy  (określony  rejon  nadleśnictwa),  a
nie  mając  możliwości  jego  wygenerowania,  musimy  użytkować  kopię  większej  całości.
Powoduje  to  niewygodę  w  posługiwaniu  się  mapą  (za  duża  płachta)  i  niepotrzebne
marnotrawstwo papieru.

 Starzenie się informacji - dezaktualizacja.

Bieżąca aktualizacja mapy papierowej może być procesem obejmującym jeden lub
najwyżej kilka egzemplarzy mapy papierowej. Wiąże się to z pracą na notorycznie
dezaktualizujących się mapach, o czym była już wcześniej mowa.

 Trwałość mapy papierowej jest dość krótka.

Dla zwiększenia trwałości map papierowych stosuje się ich foliowanie. Uniemożliwia ono
jednak pracowanie na mapie (robienie notatek, nanoszenie poprawek, wrysowywanie
swoich symboli i uwag) oraz przeprowadzanie aktualizacji mapy.

 Skurcz mapy papierowej powoduje, że długości odcinków zmieniają się z upływem czasu,

gdy papier podlega deformacjom.

Jest to mankament, który zmusił geodetów do wykonywania map zasadniczych na
blachach aluminiowych, ograniczających deformacje.

 Brak jest integracji z istniejącymi (w innych, niż urządzeniowe i pochodne, dziedzinach)

danymi cyfrowymi.

b) Zalety mapy numerycznej

Wszystkie te niedogodności rozwiązuje mapa numeryczna. Znajduje się ona w komputerze i
jest „żywa”. Znaczy to, że istnieje możliwość prawie dowolnego jej formowania,
ograniczonego jedynie możliwościami programu komputerowego i pomysłowością operatora.
Mapa numeryczna, zbudowana najpierw na ekranie komputera, może zostać wydrukowana i
wtedy niczym w zasadzie nie różni się od zwykłej mapy analogowej.

Posiada ona kilka niewątpliwych zalet:

 ma możliwość wiernego przechowywania danych, z zachowaniem dokładności

uzyskanych w wyniku pomiarów,

 pozwala na zmniejszenie kosztów opracowań kartograficznych urządzanego

nadleśnictwa (sic !),

 poprawia jakość merytoryczną map,

 można na niej wykonywać różnorodne opracowania tematyczne,
 pozwala na automatyczne wyliczenie długości odcinków i powierzchni wieloboków

oraz odległości pomiędzy dowolnymi punktami,

 można na niej przedstawić różnorodne dane zaczerpnięte z relacyjnej, opisowej bazy

danych,

 można przy jej pomocy wykonywać różnego rodzaju analizy,
 może być wyświetlana i drukowana w dowolnej liczbie egzemplarzy, w dowolnej

skali i przedstawiać dowolny obszar z terytorium zapisanego w pamięci komputera,

 może być na bieżąco aktualizowana (obowiązkowo równolegle z aktualizacją bazy

opisowej),

 może być w każdej chwili edytowana - poprawiana i uzupełniana (nie jest uzależniona

od pierwszego jej wydania, jak mapa analogowa od swojego pierworysu),

 nie niszczy się i jest trwała, gdyż zapisana jest w pamięci komputera,
 wielkości (długości odcinków) nie zmieniają się z upływem czasu, gdyż nośnik nie

podlega deformacjom (jak np. skurcz papieru mapy analogowej),

 istnieje możliwość sprawdzenia zgodności zawartości baz SILP z mapą leśną.

c) Budowanie mapy numerycznej

Aby zbudować mapę numeryczną, należy najpierw skonstruować geometryczną bazę danych,
czyli  przypisać  współrzędne  x,y  wszystkim  węzłom, tj. charakterystycznym punktom  mapy.
Węzłem będzie zarówno punkt załamania linii lub boków poligonu (wieloboku), jak również
miejsce przecięcia się dwóch odcinków, czy też pojedynczy punkt.

Najważniejsze  dla  zachowania  wiarygodności  mapy  (czytaj:  zgodności  z  ewidencją
powszechną)  jest  właściwe  zorientowanie  obwodnicy  stanowiącej  granice  działek  LP  w
stosunku  do  punktów  osnowy  geodezyjnej  i  do  graniczników.  Najczęściej  będzie  to
przepisanie  odpowiedniej  ilości  współrzędnych  geodezyjnych  uzyskanych  z  ośrodków
dokumentacji  geodezyjno  -  kartograficznej,  albo  pozyskanie  ich  z  bezpośrednich  pomiarów
(różnymi  dostępnymi  i  akceptowalnymi  metodami).  Pozyskane  współrzędne  geodezyjne,
wpisane do tabeli atrybutów bazy geometrycznej, będą szkieletem na bazie którego powstaną
pozostałe  punkty  tworzące  granicę  geodezyjną  działek  leśnych.  Do  stworzenia  numerycznej
mapy  leśnej  wystarczy  teraz  „przerysować”  z  map  analogowych  sytuację  wewnętrzną.
Jednak  jeszcze  przed  przypisaniem  współrzędnych  x,y  należy  zdecydować  się  na  przyjęcie
jednolitego dla całej mapy numerycznej układu współrzędnych.

Leśną mapę numeryczną możemy budować różnymi metodami, ale najpopularniejsze są dwa
sposoby: digitalizacja przy pomocy digitizera i wektoryzacja na ekranie komputera.

d) Digitalizacja

Digitizer (zwany także digimetrem) jest narzędziem w postaci specjalnego stołu z aktywnym
elektronicznym blatem, na którym umieszczona jest mapa analogowa. Urządzenie odczytuje z
mapy  analogowej  i  zapisuje  w  pamięci  komputera  współrzędne  punktów  wskazywanych
przez  operatora  specjalną  myszką  wyposażoną  w  celownik  (służący  do  precyzyjnego
namierzania  kolejnych  punktów,  stanowiących  elementy  obiektów  mapy).  Wcześniej  należy
oczywiście zorientować mapę w odpowiednim układzie współrzędnych.

Metoda ta bywa u nas rzadko stosowana, gdyż jest znacznie wolniejsza od omówionej poniżej
oraz mniej dokładna i także - pod pewnymi względami - mniej wygodna. Tylko jedno
nadleśnictwo (Kliniska) posiada mapę wykonaną przy pomocy digimetru.

e) Skanowanie i wektoryzacja

Popularniejszym  sposobem  jest  digitalizacja  myszką  na  ekranie  komputera,  zwana  też
wektoryzacją ekranową.

Najpierw  należy  zeskanować  mapę  analogową  na  bazie  której  ma  powstać  baza
geometryczna. Skanowanie polega na "przekopiowaniu" jakby obrazu mapy do postaci rastra,
czyli  zamianie  linii  mapy  na  uporządkowany  zbiór  pikseli.  Piksele  są  to  malutkie,
niepodzielne  pola  podstawowe,  najczęściej  kwadraciki.  Można  je  zobaczyć  przy  bardzo
dużym  powiększeniu.  Raster  nie  może  jednak  być  wykorzystany  do  automatycznego
rejestrowania  obiektów,  czyli  nie  może  bezpośrednio  na  jego  bazie  być  zbudowana  mapa
numeryczna.  Musi  on  zostać  przekształcony  do  postaci  wektorowej,  czyli  musi  mieć
przypisane  współrzędne  punktów  i  sposób  ich  połączeń.  Najpierw  należy  jednak
przeprowadzić  kalibrację  rastra.  Kalibracja  (albo  rejestracja  rastra)  jest  to  transformacja
zeskanowanego  obrazu  do  przyjętego  w  digitalizacji  układu  współrzędnych.  Dobierając
odpowiednią  skalę  wyświetlania  rastra  i  przy  zastosowaniu  odpowiedniego  programu
graficznego (specjalistycznego oprogramowania  GIS), klikamy  myszką w charakterystyczne
punkty  załamania  elementów  mapy  i  łączymy  je  ze  sobą.  Powstają  w  ten  sposób  obiekty
będące  dokładnym  odzwierciedleniem  zeskanowanej  mapy.  Zdigitalizowane  obiekty  należy
jeszcze nazwać, czyli przypisać im unikalne (niepowtarzające się) cechy adresowe. Adresy te
powinny  być  tożsame  z  odpowiadającymi  im  adresami  znajdującymi  się  w  opisowej  bazie
danych.  Obie  bazy  (geometryczna  i  opisowa)  powinny  posiadać  jedną  tożsamą  kolumnę,
która łącząc oba zbiory, stworzy tzw. relacyjną bazę danych.

Stosując obie metody (digitalizację i wektoryzację ekranową), dostaniemy w efekcie ten sam
obraz wektorowy i bazę danych współrzędnych geometrycznych.

f) Warstwy mapy

Idea mapy numerycznej polega m.in. na tym (w większości elementów struktury przyjętego w
Lasach  Państwowych  standardu  mapy  numerycznej),  że  każdy  rodzaj  informacji
geometrycznej  na  mapie  umieszczony  jest  w  osobnej  warstwie.  Najczęściej  przypisanie
obiektów do odpowiednich warstw dzieje się już na etapie digitalizacji.

Przykładowo,  osobne  warstwy  mogą  stanowić  kontury  pododdziałów,  kontury  oddziałów,
linie  podziału  powierzchniowego,  drogi  leśne,  cieki,  punkty  czerpania  wody  itd.  Warstwy
mogą stanowić niejako oddzielne  mapy (można  je np. osobno drukować). Nakładając się  na
siebie,  tworzą  jednak  całkiem  inną  informację.  Np.  wydruk  warstwy  z  samymi  punktami
czerpania  wody  pokazuje  niewiele,  natomiast  ta  sama  warstwa  połączona  z  warstwą
obrazującą  podział  powierzchniowy,  pozwala  na  usytuowanie  tych  punktów  w  sytuacji
nadleśnictwa;  gdy  dołączone  zostaną  warstwy  dróg  i  cieków,  pozwoli  to  na  dokładniejszą
orientację,  przeprowadzenie  analizy  (nawet  sieciowej)  i  wyciąganie  wniosków.
Tworzenie warstw jest bardzo istotnym elementem  budowy  mapy  numerycznej. Od tego, co

będzie się składało na poszczególne warstwy, uzależnione będzie tworzenie map
tematycznych - jednej z podstawowych funkcji mapy numerycznej.

g) Systemy obiektowe

Są  też  programy,  które  nie  wymagają  tworzenia  warstw.  Są  to  tzw.  programy  obiektowe.
Wszystkie  informacje  znajdują  się  w  jednej  warstwie.  Istnieje  tu  wszakże  możliwość
manipulowania wyświetlaniem poszczególnego rodzaju obiektów.

Programy te umożliwiają prezentację na ekranie wszystkich obiektów, bez ich warstwowania,
z  jednoczesną  możliwością  manipulowania  każdym  obiektem  z  osobna  lub  grupą  dowolnie
wybranych  obiektów  (nazywanych  obiektami  złożonymi).  Przykładowo:  wydzielenie,  które
poprzecinane  jest  drogami  i  rowami  może  być  zdefiniowane  jako  jedna  konstrukcja  dająca
sumę  wszystkich  elementów,  albo  też  ujęte  zostaną  jako  osobne  obiekty  poszczególne  jego
składowe.

h) Programy narzędziowe

Do  zbudowania  i  późniejszej  eksploatacji  mapy  numerycznej  konieczne  są  specjalistyczne
programy  obsługujące  komputerową  grafikę  mapową,  a  zarazem  relacyjne  bazy  danych,
zwane  pakietami  programów  GIS.  Inne  programy  mogą  być  używane  do  budowy  mapy
numerycznej, a inne do jej eksploatacji.

Oprogramowanie do tworzenia mapy powinno mieć możliwość:

  wykonywania obliczeń geodezyjnych i geometrycznych,
  wykonywania kalibracji rastra
  przetwarzania i obróbki danych skanowanych,
  przeprowadzania wektoryzacji (najlepiej topologicznej),
  konwersji do i z wielu popularnych formatów danych przestrzennych i opisowych,
  zarządzania relacyjną bazą danych,
  tworzenia własnych aplikacji,
  wykonywania analiz przestrzennych,
  budowania numerycznego modelu terenu.

Do  eksploatacji  leśnej  mapy  numerycznej  należy  używać  oprogramowania  o  nieco  innych
cechach.  Niejednokrotnie  do  celów  przeglądania  i  prezentacji  działających  systemów
informacji  przestrzennej  wystarczą  tzw.  pakiety  "desktop  GIS",  które  wykorzystują  zwykle
prosty  model  wektorowy.  Jednakże  oprogramowanie  wykorzystywane  w  nadleśnictwie
powinno mieć możliwość m.in.:

  wektoryzacji (najlepiej topologicznej) materiału skanowanego,
  edycji bazy graficznej i opisowej,
  zarządzania relacyjną bazą danych,
  wykonywania analiz przestrzennych,
  konwersji danych z innymi formatami,

a ponadto powinno się charakteryzować:

 łatwością obsługi i interfejsem przyjaznym użytkownikowi,

  pracą w środowisku Windows,
  polską wersją językową,
  formatem zapisu zgodnym ze standardem światowym,
  system powinien być uznany i stosowany na świecie, co zagwarantuje użytkownikowi

ciągłość pracy na nim i możliwość jego modernizacji.

Należy  pamiętać,  że  jedną  z  najważniejszych  cech  takiego  oprogramowania  powinna  być
przyjazność  dla  użytkownika,  którym  będzie  również  kierownik  jednostki  (nadleśniczy,
dyrektor).  Nie  musi  on  posiadać  wielkiego  zasobu  wiedzy  na  temat  GIS,  a  nawet
komputerów, powinien jednak mieć możność szybkiego i łatwego opanowania podstawowych
funkcji  programu,  aby  nie  tylko  wiedzieć  jakie  daje  możliwości  w  zarządzaniu  firmą,  ale
również, aby móc się nim osobiście posługiwać.

3. Opisowe i geometryczne bazy danych

Z  systemem  informacji  przestrzennej  spotykamy  się  zaglądając  chociażby  do  operatu
urządzeniowego.  Bo  nie  jest  to  nic  innego,  jak  usytuowanie  różnych  danych  o  konkretnych
obiektach  w  przestrzeni.  Jest  to  więc  np.  przeglądowa  mapa  drzewostanów,  którą  wszyscy
doskonale  znają,  a  która  zawiera  elementy  danych  opisowych  (skrócony  opis  wydzielenia)
usytuowane w przestrzeni (na mapie).

Ale  oczywiście  nie  o  taki  SIP  nam  chodzi,  chociaż  jest  to  dobry  przykład  na  zrozumienie
istoty  zagadnienia.  Spróbujmy  więc  skomputeryzować  nasze  dane  i  utworzyć  systemem
informacji przestrzennej o jakim ciągle ostatnio się słyszy.

a) Relacje baz danych

Weźmiemy  więc  dane  urządzeniowe  zapisane  w  postaci  tzw.  bazy  danych  komputerowych,
tzn.  ułożone  w  tabelkę,  w  której  wiersze,  nazywane  rekordami,  zawierają  całą  informację
zebraną  o  danym  wydzieleniu  taksacyjnym,  a  kolumny,  zwane  polami  (właściwie  polem
nazywa  się  komórkę  przydzieloną  do  konkretnego  rekordu  i  leżącą  w  konkretnej,  nazwanej
kolumnie),  określają  każdy  opisywany  element  rekordu.  W  ten  sposób  mamy  już  opisową
bazę danych.

Sięgnijmy teraz po leśną mapę numeryczną tego samego terenu, dla którego założyliśmy bazę
opisową. W tabelce integralnie dołączonej do naszej mapy, czyli w jej bazie geometrycznej,
oprócz  współrzędnych  sytuujących  mapę  w  przestrzeni,  znajdziemy  także  kolumnę,  która
nazywa  unikalnie  wszystkie  rekordy.  Znaczy  to,  że  adresy  poszczególnych  wydzieleń
taksacyjnych nie powielają się i znajdują się w jednej kolumnie.

Zauważamy  od  razu,  że  nazwa  kolumny  adresowej  i  jej  zawartość,  zarówno  w  bazie
geometrycznej  (mapy  numerycznej),  jak  i  w  bazie  opisowej  (opisu  taksacyjnego)  są
identyczne.  Oznacza  to,  że  obie  bazy  są  względem  siebie  relacyjne.  Nazywamy  je  więc
relacyjnymi bazami danych. (Nazwy kolumn niekoniecznie muszą być takie same, ważne jest
jednak, aby miały taką samą strukturę.)

Relacyjne  bazy  danych  pozwalają  na  korzystanie  z  informacji  zawartych  w  poszczególnych

polach  tych  samych  rekordów  jednej  bazy  przez  drugą  bazę.  Oznacza  to,  że  informacje
dotyczące  jakiegokolwiek  elementu  taksacyjnego  z  opisowej  bazy  danych  urządzeniowych
mogą  być  przeniesione  do  tabeli  zarządzającej  numeryczną  bazą  danych,  czyli  po  prostu
wyświetlone na mapie.

b) Mapy tematyczne i analityczne

Z  przykładem  mapy  tematycznej  mogliśmy  się  dotychczas  zetknąć  korzystając  z  map
wykonanych  w  wyniku  prac  urządzeniowych.  Mapa  drzewostanowa,  siedliskowa,  cięć
rębnych, czy zagospodarowania turystycznego - to właśnie typowe mapy tematyczne.
Niestety,  urządzanie  wykonywało  dotychczas  wyłącznie  mapy  przewidziane  instrukcją
urządzania  lasu.  Teraz,  posiadając  mapę  numeryczną,  będziemy  mogli  w  krótkim  czasie
wygenerować  mapę  dowolnego  obszaru  zapisanego  w  pamięci  komputera,  złożoną  z
dowolnych elementów opisowych znajdujących się w bazach SILP (lub w innych bazach, np.
stworzonych przez nas samych w Excelu) oraz wydrukować ją w dowolnej skali. Może to być
np.  mapa  kilku  oddziałów,  w  których  prowadzone  są  prace  związane  z  przebudową,  z
wyeksponowanymi  wydzieleniami  na  siedlisku  BMśw  i  o  zadrzewieniu  poniżej  0,6  oraz
mającą rozmiar mieszczący się w okładkach formatu A3.

W  ten  sposób  możemy  wyświetlać  i  drukować  numeryczne  mapy  tematyczne.  Mogą to  być
mapy  zbudowane  z  dowolnie  wybranych  elementów  występujących  w  zintegrowanych
tabelach  relacyjnych  baz  danych.  Możemy  wyświetlić  dowolny  element  taksacyjny,  zbiór
tych elementów lub wyrażenie będące wynikiem działania na tych elementach. Mogą to być
także  elementy  nie  związane  z  opisem  taksacyjnym,  a  nawet  z  SILP-em,  ale  mające
jakiekolwiek  powiązanie  z  adresem  w  geometrycznej  bazie  danych.  Mając  np.  dane  o
mieszkańcach  miejscowości  obszaru  w  terytorialnym  zasięgu  nadleśnictwa  i  mając  te
miejscowości  w  geometrycznej  bazie  danych,  możemy  wygenerować  mapę  tematyczną  w
postaci kartodiagramu dotyczącą mieszkańców tych miejscowości.

Na  bazie  map  numerycznych  można  też  wykonywać  bardziej  skomplikowane  operacje.
Można  prowadzić  np.  analizy  różnych  zjawisk  zachodzących  w  organizmie  leśnym,
symulować różnowariantowe rozwiązania jakiegoś problemu, optymalizować procesy zależne
od  podejmowanych  decyzji.  Mapy  obrazujące  wyniki  takich  operacji  powiązanych  z
usytuowaniem w przestrzeni nazywamy mapami analitycznymi.

4. Element czasu

Dane urządzeniowe nie są jeszcze pełną reprezentacją systemu informacji przestrzennej, gdyż
nie posiadają dodatkowego elementu definicji,  jakim  jest czas.  Wykorzystanie  funkcji czasu
nastąpić może, gdy dane z operatu urządzeniowego przeniesiemy do SILP, zaktualizujemy je
po upływie określonego czasu, połączymy z  bazą geometryczną zaktualizowaną  na ten sam,
co baza opisowa moment i wówczas możemy porównać je z poprzednimi (starymi) danymi,
łącząc np. poprzednie dane z już zaktualizowanymi.

Tworząc relacyjne bazy danych tego samego terenu i tych samych danych opisowych lecz z
różnych  momentów  czasowych,  możemy  zbudować  system  informacji  przestrzennej  o  tym
samym obiekcie lecz pokazujący całkiem inne informacje.

Element czasu  jest niezwykle  istotny w procesie  aktualizacji  Systemu.  Aktualizować  należy
równocześnie,  na  tę  samą  datę, obie  bazy  -  opisową  i  geometryczną.  Zaktualizowanie  tylko
jednej  z  nich  będzie  skutkowało  błędnym,  lub  niepełnym  generowaniem  danych,  co  z  kolei
odbić  się  może  na  niepoprawnym  wnioskowaniu  z  pozyskanych  informacji,  mylnych
analizach i podejmowaniu niesłusznych decyzji.

Element  czasu  związany  jest  także  z  archiwizacją  danych  opisowych  i  geometrycznych.
Archiwizacja przydatna może być nie tylko do przechowywania danych o stanie lasu, ale też
przy analizach  związanych z upływem  czasu. Dlatego istotnym  jest cykliczne  i  jednoczesne
zapisywanie  na  trwałych  nośnikach  najbardziej  istotnych  i  często  się  zmieniających
informacji graficznych i alfanumerycznych.

5. Aktualizacja leśnej mapy numerycznej

a) Co to jest aktualizacja leśnej mapy numerycznej?

Pod  pojęciem  aktualizacji  mapy  numerycznej  należy  rozumieć  proces  przystosowywania  jej
bazy  geometrycznej  do  zmian,  jakie  zaistniały  w  czasie  użytkowania  systemu  informacji
przestrzennej  od  czasu  jej  powstania  lub  od  czasu  wprowadzenia  ostatnich  poprawek,  do
chwili  obecnej.  Proces  ten  powinien  być  obowiązkowo  ściśle  powiązany  z  procesem
poprawiania  bazy  opisowej,  do  której  odwołuje  się  baza  geometryczna.  Wówczas  możemy
mówić o procesie aktualizacji systemu informacji przestrzennej.

Każda mapa, w tym także mapa numeryczna nadleśnictwa, powstaje na jedną określoną datę.
Najczęściej  będzie  to,  dla  nadleśnictwa,  data  1  stycznia  pierwszego  roku  obowiązywania
planu  urządzenia  lasu.  W  miarę  upływu  czasu  mapa  dezaktualizuje  się:  powstają  nowe
wydzielenia będące wynikiem prowadzenia działalności gospodarczej lub wynikiem działania
czynników niezależnych od człowieka (pożary, gradacje, inne wylesienia), przybywają grunty
przejęte przez LP, ubywa zaś powierzchnia przekazana. W niektórych nadleśnictwach zmiany
te bywają nieraz bardzo znaczne. Mapa w postaci analogowej nie poddaje się możliwościom
wprowadzania  zaistniałych  zmian,  a  jeżeli  już,  wprowadzanie  ich  jest  bardzo  ograniczone  -
aktualizacja  jest  prowadzona  tylko  dla  wykonania  określonych  czynności,  na  ograniczonej
liczbie  egzemplarzy  i  tylko  w  koniecznych  przypadkach.  Natomiast  do  mapy  numerycznej
zmiany  wprowadzane  mogą  być  na  bieżąco,  bezpośrednio  po  ich  zaistnieniu.  Jest  to  bardzo
ważna  cecha  map  numerycznych,  jedna  z  najważniejszych  odróżniających  je  od  map
analogowych.

Druga  część  definicji  jest  też  niezmiernie  istotna.  Poprawienie  bazy  geometrycznej,  czyli
naniesienie  nowopowstałych  wydzieleń  na  mapę  bez  jednoczesnej  korekty  bazy  opisowej,
spowoduje  wyświetlenie  na  mapie  tematycznej  informacji  niepełnych  lub  fałszywych.
Nawarstwienie  się  ich  może  być  przyczyną  błędnych  analiz  i  związanego  z  nimi
podejmowania  nieprawidłowych  decyzji.  Aby  się  tego  ustrzec,  należy  aktualizację  bazy
geometrycznej prowadzić równolegle z aktualizacją bazy opisowej, w tym przede wszystkim,
z aktualizacją Systemu Informatycznego Lasów Państwowych.

Ponieważ  pominięcie  w  aktualizacji  SILP-u  elementu  miąższości  na  poziomie  wydzielenia
nie  ma  żadnego  znaczenia  w  odniesieniu  do  aktualizacji  mapy  numerycznej,  można  śmiało
prowadzić  aktualizację  elementów,  w  których  zmienił  się  tylko  adres  leśny  na  bieżąco  -

bezpośrednio po zaistnieniu zdarzenia, gdyż to właśnie adres leśny jest główną przyczyną
powstawania zmian na mapie.

b) Po co i kiedy aktualizować?

Celem aktualizowania bazy geometrycznej nadleśnictwa jest:

  utrzymanie zgodności z bazą opisową SILP,
  poprawne prowadzenie rejestru gruntów i kategorii użytkowania,
  dokonywanie analiz,
  wizualizacja stanu lasu i zadań gospodarczych oraz wykonania tych zadań,
  posiadanie  aktualnych  map  dla  celów  bieżącego  zarządzania  i  potrzeb  planów

urządzeniowych.

Aktualizacja bazy geometrycznej nadleśnictwa powinna być prowadzona w przypadku:

  przejęcia gruntu,
  sprzedaży lub przekazania gruntu,
  prowadzonych czynności prawnych,
  zmian granic podziału administracyjnego kraju,
  zmian granic podziału administracyjnego LP,
  zmiany adresu leśnego,
  wyjaśniania rozbieżności i korekty błędów.

Wykazane powyżej potrzeby wskazują, że należy jednak prowadzić aktualizację i to zarówno
bazy  geometrycznej,  jak  i  SILP-u.  Najlepiej  prowadzić  ją  „na  bieżąco”.  Po  wystąpieniu
zdarzenia zmieniającego zapis w adresie leśnym (utworzenie nowego wydzielenia w SILP lub
zlikwidowanie istniejącego) i po wprowadzeniu tej zmiany do SILP, należy dokonać pomiaru
zmienionego  poligonu  i  wprowadzić  tę  zmianę  do  bazy  geometrycznej.  W  przypadku
podziału istniejącego pododdziału, w SILP-ie powstaną dwa nowe wydzielenia (zachowujące
literkę  starego  pododdziału  z  indeksami  99  i  01).  Na  mapie  numerycznej  powstaną  również
dwa  poligony,  którym  należy  w  tabeli  atrybutów  przypisać  nowe  nazwy  w  adresie  leśnym,
odwołujące  się  do  adekwatnych  nazw  w  SILP.  Po  połączeniu  obu  baz,  dane  zawarte  w
tablicach  SILP  dla  nowych  wydzieleń,  można  będzie  wykorzystać  na  numerycznej  mapie
tematycznej.  Wykonywanie  takiej  aktualizacji  „na  bieżąco”  pozwoli  dysponować  zawsze
aktualnym systemem  informacji przestrzennej  i daje pewność, że oglądana  mapa  jest „mapą
na dzisiaj”.

c) Jak aktualizować mapy numeryczne?

Aktualizacja bazy geometrycznej wykonywana będzie na podstawie:

  dokumentacji geodezyjnej,
  pomiarów uzupełniających,
  wykorzystania metod fotogrametrycznych i teledetekcji,
  bazy opisów taksacyjnych w SILP.

Jest kilka metod, przy pomocy których można aktualizować mapy:

1. Pozyskanie z ośrodków dokumentacji geodezyjno kartograficznej współrzędnych

punktów przejętego gruntu w postaci pliku danych lub w postaci analogowej.

2. Pomiary bezpośrednie różnymi instrumentami geodezyjnymi, najlepiej mającymi

możliwość zapisu elektronicznego, dzięki któremu pomierzone dane można dołączyć
automatycznie do bazy geometrycznej.

3. Pomiary bezpośrednie odpowiednio dokładnymi odbiornikami GPS, wraz z

automatycznym wczytaniem współrzędnych do bazy geometrycznej.

4. Wrysowywanie granicy wydzieleń ze zdjęć lotniczych lub satelitarnych (jest to

najlepsza metoda przy skomplikowanych, ale wyraźnych granicach).

5. Domiary prostokątne wykonane w terenie i przeniesione na ekran komputera

(najtańsza metoda pomiaru w terenie).

6. Rysowanie myszką bezpośrednio na ekranie (przy bardzo prostych domiarach lub po

granicach naturalnych, już wcześniej zwektoryzowanych).

Dla  ułatwienia  przeprowadzania  czynności  aktualizacji  mapy  numerycznej  w  nadleśnictwie
przez  bezpośrednich  użytkowników,  projektuje  się  zbudowanie  specjalnych  aplikacji
pomocnych  w  tym  procesie.  Pierwowzory  ich  działają  już  w  niektórych  nadleśnictwach
eksperymentalnych.