O GIS i Teledetekcji

Wraz z postępującymi zmianami cywilizacyjnymi zmieniają się również metody poznawania i opisywania świata. Początkowe opisy słowne, przekazywane z ust do ust zostały zastąpione bardziej uniwersalnym językiem, czyli mapą. Mapą nazywany jest graficzny obraz powierzchni Ziemi lub jej części (Urbański, 2012). Pierwsze mapy miały za zadanie umożliwić orientację w terenie, z czasem stały się cennym źródłem informacji o zmieniającym się świecie. Pozwalały określać kierunki zmian oraz odtwarzać stan środowiska – np. układ rzek, w różnych okresach historycznych. Współcześnie znaczenie map nie zmniejszyło się, ale zostało wzbogacone o nowoczesne technologie, narzędzia oraz metody teledetekcyjne i geoinformacyjne.

Czym jest teledetekcja?

Nowoczesne technologie usprawniają działanie i rozwój wielu dziedzin naukowych. Spośród nich wyróżnia się teledetekcja, będąca dziedziną nauki zajmującą się pozyskiwaniem danych o obiektach i zjawiskach zachodzących na badanym obszarze. Dane pozyskuje się za pomocą instrumentów i czujników znajdujących się w pewnej odległości od badanego zjawiska bądź terenu. Obiekt badający i badany nie utrzymują kontaktu fizycznego między sobą, jest to możliwe dzięki istnieniu promieniowania elektromagnetycznego. Odbite światło słoneczne jest najpowszechniejszym źródłem promieniowania mierzonego przez czujniki pasywne. Przedmiotem badań teledetekcji środowiska jest wykorzystanie zdjęć lotniczych i satelitarnych oraz innych danych teledetekcyjnych i fotogrametrycznych
w badaniach szeroko rozumianego środowiska naturalnego
i antropogenicznego oraz w jego ochronie (Olędzki, 2001).

Można wyróżnić dwa rodzaje metod teledetekcyjnych: aktywne oraz pasywne (Rysunek 1). W metodach aktywnych instrument emituje sygnał, który po dotarciu do obiektu ulega odbiciu, następnie odbity sygnał jest odbierany przez instrument i analizowany. Przykładem instrumentów aktywnych są radar emitujących mikrofale, skaner laserowy emitujący światło, sonar bądź sonda emitujące fale dźwiękowe. Natomiast metody pasywne oparte są na odbieraniu sygnału odbitego przez badany obiekt, obejmują one głównie fotospektrometrię – technika rejestracji obrazu w wielu kanałach spektralnych (m.in. ultrafiolet, światło widzialne, podczerwień
i mikrofale) oraz fotogrametrię – technikę pomiarową opartą o obrazy fotograficzne (Bernasik, 2006).

Fotografie wykonywane są różnymi aparatami w różnych kanałach spektralnych. Oko ludzkie reaguje na światło, które jest wiązką złożoną z wielu kanałów spektralnych z zakresu 380 – 780 nm (Rysunek 2).

Jest to dość wąski zakres w porównaniu do instrumentów teledetekcyjnych optycznych, które obejmują zakres nie tylko widzialny (Rysunek 3), ale również ultrafiolet, podczerwień oraz mikrofale (10^-4-10⁷ nm) (Weiser et al., 2007). Zastosowanie bliskiej podczerwieni pozwala na tworzenie obrazów zawierających informacje dotyczące zawartości wody
w środowisku oraz dotyczących  roślinności (Aronoff, 2005).

Geoinformacja czyli GIS

Teledetekcja pozwala na pozyskanie danych, tym samym przyczyniając się do tworzenia baz wiedzy o środowisku. Jednak, to techniki geoinformacyjne pozwalają w pełni wykorzystać potencjał zebranych przez instrumenty teledetekcyjne danych. Techniki te bazują na danych przestrzennych, definiowanych jako wszelkie dane odnoszące się bezpośrednio lub pośrednio odniesione do określonego położenia lub obszaru geograficznego (Directive 2007/2/EC, 2007). Zatem geoinformację, należy rozumieć jako zestaw narzędzi pozwalający wzbogacić współrzędne geograficzne, o atrybuty przestrzenne,
czyli dowolne dane tekstowe, liczbowe i jakościowe. Zawiera się ona komputerowym języku opisu przestrzeni geograficznej zwanym System Informacji Geograficznej (SIG, z ang. Geographical Information System – GIS). W zależności od kontekstu w jakim wykorzystuje się GIS, można go rozumieć na wiele sposobów. Najczęściej pod tym pojęciem, zgodnie z definicją Maguire. określa się system informacji geograficznej jako zintegrowany sieciowo zestaw sprzętu komputerowego, oprogramowania, danych, metod badawczych i specjalistów, które to elementy działają w kontekście instytucjonalnym (Longlet et al. 2015). Czynnik ludzki w postaci administratorów i użytkowników systemu (Rysunek 4) jest istotny,
gdyż to właśnie oni są odpowiedzialni za rozwijanie możliwości technologicznych jednocześnie pośrednio rozwijając GIS. Dzięki coraz dokładniejszym zestawom dostępnych danych możliwe staje się użycie GIS nie tylko na etapie opracowywania wyników, ale już na etapie planowania badań i procesów badawczych, generujących dane
o charakterze przestrzennym i czasowym.

Ze względu na uniwersalność obiektów i zjawisk, które można poddać analizom z wykorzystaniem technik geoinformacyjnych, nie tylko geografowie znaleźli zastosowanie dla GIS. Z równą skutecznością techniki te sprawdzają się w naukach biologicznych począwszy od kartowania terenowego oraz inwentaryzacji, gdzie stosowane są systemy nawigacji satelitarnej GPS (ang. Ground Positioning Systems) po analizy przestrzenne obejmujące waloryzację i modelowanie zjawisk
i obiektów przyrodniczych np. dzięki danym historycznym i aktualnym możliwe jest tworzenie modeli prognozujących zasięgi rozmieszczenia gatunków roślin, zwierząt i grzybów w przyszłości (Rysunek 5). Tworzenie baz danych przestrzennych w środowisku GIS oraz ciągła ich aktualizacja są istotne z punktu widzenia aplikacyjności technik geoinformacyjnych. Dane te pozwalają na wykonywanie kompleksowych analiz przestrzennych o charakterze nie tylko naukowym, ale i praktycznym, np.  syntezy krajobrazowe czy oceny oddziaływania inwestycji na środowisko.

opracowanie tekstu: Katarzyna Słupecka

Literatura

Aronoff, S., 2005. Remote Sensing for GIS Managers. ESRI Press.

Bernasik, 2006. Fotogrametria. Kraków.

Bogawski, P., Damen, T., Nowak, M.M., Pędziwiatr, K., Wilkin, P., Mwachala, G., Pierzchalska, J., Wiland‐Szymańska, J., 2019. Current and future potential distributions of three Dracaena Vand. ex L. species under two contrasting climate change scenarios in Africa. Ecol. Evol. 9, 6833–6848. https://doi.org/10.1002/ece3.5251

Directive 2007/2/EC of the European Parliament and of the Council of 14 March 2007 establishing an Infrastructure for Spatial Information in the European Community (INSPIRE).

Longley, P. A., Goodchild, M. F., Maguire, D. J., & Rhind, D. W. (2015). Geographic information science and systems. John Wiley & Sons.

Olędzki, J.R., 2001. TELEDETEKCJA A ZMIANY ŚRODOWISKA . Pr. Inst. Geod. I Kartogr. XLVIII, 131–141.

Urbański, J., 2012. GIS w badaniach przyrodniczych.

Ustawa prawo geodezyjne i kartograficzne z dnia 17 maja 1989 r. (tekst jednolity z dnia 8 października 2010 r.)

Waiser, T.H., Morgan, C.L.S., Brown, D.J., Hallmark, C.T., 2007. In Situ Characterization of Soil Clay Content with Visible Near-Infrared Diffuse Reflectance Spectroscopy. Soil Sci. Soc. Am. J. 71, 389–396. https://doi.org/10.2136/sssaj2006.0211