Mapování výskytu neofytů a příprava GIS pro NPP Landek

Mgr. Renata Sedláriková
Institut ekonomiky a systémů řízení
VŠB - Technická univerzita Ostrava
tř. 17. Listopadu
708 33 Ostrava - Poruba
E - mail: rencase@email.cz

Abstract

The bachelor thesis documents the creation of GIS NPP Landek for AOPK in Ostrava and the mapping presence of the neophyte Reynoutria japonica. The mapping was effected by the help of the system GPS (differential method). Without this invasive plant in all district, there were also measured other objects: paths, orientation features (boards), lay-bys and in one part of NPP presence of Sambucus nigra. For the preparation of GIS aplication, that includes layers needed for AOPK with added descriptive dates, the program ArcView was used.

Abstrakt

Bakalářská práce dokumentuje tvorbu GIS NPP Landek pro AOPK v Ostravě a mapování výskytu křídlatky japonské (Reynoutria japonica). Mapování bylo provedeno pomocí systému GPS (diferenční metodou). Kromě této invazní rostliny byly v celé oblasti měřeny i další objekty: cesty, orientační prvky (tabule), odpočívadla a v jedné části NPP výskyt bezu černého (Sambucus nigra). Pro přípravu GIS aplikace, která obsahuje vrstvy potřebné pro AOPK s připojenými popisnými daty, byl použit program ArcView.

1. Úvod

Geografické informační systémy jsou asi nejznámější geoinformační technologií, která se zabývá geodaty a geoinformacemi. Oblast využití GIS je velice široká. V bakalářské práci jsem se zaměřila na jeho využití v oblasti ochrany životního prostředí (před nežádoucí invazí nepůvodních rostlin) a v oblasti správy chráněných přírodních území.

Hlavním úkolem mé bakalářské práce bylo vytvoření GIS národní přírodní památky (NPP) Landek pro Agenturu ochrany přírody a krajiny (AOPK) v Ostravě. Pro přípravu GIS aplikace tohoto území jsem podle požadavků AOPK využila program ArcView.

V poslední době se také rozvíjí technologie navigačních a družicových polohových systémů. Pomocí nich se dá rychle určit přesná poloha sledovaných objektů za jakéhokoliv počasí, kdykoliv a kdekoliv na zemském povrchu. Nejznámějším a nejrozšířenějším je systém GPS. Této moderní metody jsem využila k získání některých dat pro tvorbu GIS NPP Landek. Pomocí systému GPS jsem mapovala výskyt křídlatky japonské a bezu černého, dále byly měřeny cesty, orientační prvky (tabule) a odpočívadla.

2. Cíl práce

• mapování výskytu neofytů (křídlatky japonské a bezu černého) s využitím systému GPS
• mapování průběhu cest v NPP Landek s využitím GPS
• mapování umístění orientačních prvků a míst určených k odpočinku opět s využitím GPS
• posouzení využití GPS
• příprava GIS aplikace pro AOPK v Ostravě s využitím ArcView

3. Agentura ochrany přírody a krajiny

Agentura ochrany přírody a krajiny (AOPK) České republiky je odbornou institucí státní ochrany přírody, která zajišťuje metodickou, dokumentační, informační, výchovně-vzdělávací, vědeckovýzkumnou a poradenskou činnost v oblasti péče o přírodu a krajinu.

MŽP spravuje prostřednictvím střediska AOPK v Ostravě 8 chráněných území národní kategorie (2 národní přírodní rezervace a 5 národních přírodních památek).

3. 1. Národní přírodní památka Landek

Národní přírodní památka (NPP) Landek je situována v severozápadní části Ostravy na vyvýšeném ostrohu nad soutokem Odry a Ostravice. Leží v katastrálním území Koblov a Petřkovice u Ostravy, její výměra je 85,53 ha a nadmořská výška 208 - 280 m. Území Landeku je členité, rozbrázděné jak přirozenými roklemi, tak i různě velikými poklesy (pinky), jimiž se projevuje hornická činnost na povrchu.

V celé oblasti NPP Landek je rozmanitá fauna i flóra. Přirozené druhy jsou však vytlačovány nepůvodními rostlinami (křídlatka japonská). Územím prochází přírodovědná a hornická naučná stezka, a také turistická a cyklistická trasa.

4. Invazní rostliny

Invazní rostliny jsou na našem území nepůvodními rostlinnými druhy. Vzhledem k tomu, že jsou většinou dobře adaptabilní, snadno se rozmnožují, rychle se šíří, obsazují všechna příhodná stanoviště a vytlačují původní rostlinné druhy. Vytvářejí se tak rozsáhlé monotónní porosty a dochází k degradaci přirozených společenstev.

V jedné části NPP Landek bylo vyzkoušeno mapování bezu černého (Sambucus nigra), na celém území NPP byla zmapována křídlatka japonská (Reynoutria japonica).

Křídlatka japonská se k nám dostala v polovině 19. století z Dálného východu, domovskou oblastí jejího výskytu je Japonsko, Korea a Čína. Ve střední a severní Evropě pěstovala jako okrasná parková a medonosná rostlina. Vzhledem k častému zplaňování a schopnosti nekontrolovatelně se šířit patří v současné době mezi několik nejobtížnějších invazních druhů v Evropě. Zmíněná schopnost je pravděpodobně dána velmi snadnou regenerací z úlomků lodyh a kořenů v kombinaci se silným prokořeněním půdy. S ohledem na agresivní chování této rostliny je třeba učinit opatření k omezení jejího šíření a k likvidaci stávajících porostů.

5. Systém GPS

Družicové navigační a polohové systémy umožňují určovat polohu a provádět navigace za jakéhokoliv počasí, kdykoliv a kdekoliv na zemském povrchu. Jsou založené na vysílání a příjmu rádiových signálů. V současnosti je nejznámějším, nejlépe vybudovaným a co do počtu uživatelů nejrozšířenějším systémem GPS (Global Positioning System). Jedná se o globální družicový radionavigační a polohový systém provozovaný armádou USA, spravovaný ministerstvem obrany USA a celosvětově dostupný i civilním uživatelům.

5. 1. Určování polohy pomocí GPS

Družicové polohové systémy jsou tvořeny sítí vysílačů, tzv. radiomajáků (družice) a uživatelskými zařízeními (přijímače GPS), která na základě zpracování a vyhodnocení přijímaných signálů určují aktuální polohu. Pro určování polohy přijímače GPS je nezbytné znát přesnou polohu vysílající družice. Ta se počítá na základě parametrů její dráhy, které sama družice vysílá ve formě navigační zprávy. Pro určování polohy pomocí GPS se nejčastěji používá dálkoměrná metoda, při které se určuje vzdálenost mezi měřeným bodem a radiomajáky. Pro zpřesnění určování polohy se používá diferenční GPS, která vychází z relativního určování polohy vzhledem k pevně zvolenému bodu, u kterého je známá jeho poloha.

6. Použitý software

Pro vizualizaci a úpravu dat naměřených pomocí systému GPS jsem používala program Pathfinder Office 2.11.

Jednotlivé vrstvy GIS aplikace NPP Landek jsem vytvořila a upravila pomocí programů: ArcInfo (verze 8.1.) a ArcView GIS 3.2.

7. Metodika tvorby GIS NPP Landek

7. 1. Vstupní data

Pro vytváření GIS NPP Landek jsem využila následující vstupní data:

• naskenovaná, zaregistrovaná a zvektorizovaná katastrální mapa celého území NPP Landek a jejího okolí (získaná z MMO prostřednictvím AOPK)
• hodnoty získané pomocí GPS (tato data jsem neměla na začátku práce, bylo nutné je naměřit přímo v terénu)
• Pro orientaci v terénu, kontrolu a srovnání jsem dále měla k dispozici tyto zdroje:

• analogová katastrální mapa celé oblasti, kterou jsem využívala při orientaci a mapování přímo v terénu (kopie mapy, kterou vlastní AOPK, z původního měřítka 1 : 1000 zmenšená na 1 : 2000)
• mapa stáří vegetace na celém území NPP v měřítku 1 : 10 000 (získaná od AOPK)
• digitalizovaný letecký snímek NPP Landek a přilehlého okolí z května roku 2000 (získaný z MMO prostřednictvím AOPK)

7. 2. Návrh struktury GIS

Tabulka č. 1: Vrstvy odvozené z katastrální mapy

Tabulka č. 2: Vrstvy vytvořené z dat získaných pomocí GPS

7. 3. Přípravné práce a mapování pomocí GPS

Všechny mapované prvky byly měřeny diferenční metodou. Proto bylo nejprve potřeba vybrat vhodný bod pro umístění referenční stanice. Základní podmínkou správného výběru je znalost přesných geodetických souřadnic. V systému GPS je nejčastěji používán Světový geodetický systém WGS-84. Proto bylo nutné souřadnice zvoleného bodu transformovat ze souřadného systému S-JTSK, který se u nás používá, do WGS-84.

Pro měření pomocí GPS je potřeba vytvořit datový slovník (Data Dictionary).

Obrázek č. 1: Datový slovník vytvořený v programu Pathfinder Office 2.11

V listopadu proběhlo měření jednotlivých prvků v NPP Landek:

• křídlatka japonská - osamocené trsy (až do plochy 6 m²) byly měřeny jako body, větší oblasti jako polygony (rozlišené kategorie: souvislý porost, nesouvislý porost), jako linie byly změřeny části hranic oblastí ležících mimo NPP (porosty, které mohou svou blízkostí a rozlohou ovlivnit šíření křídlatky v NPP Landek
• bez černý - mapován polygony (rozlišené kategorie: souvislý porost, nesouvislý porost, rozptýlený výskyt)
• cesty - všechny cesty v NPP Landek byly zaměřeny jako linie
• orientační prvky - naučné přírodovědné tabule, naučné hornické tabule, informační tabule, označníky (hraniční tabule NPP) byly měřeny jako body
• odpočívadla - mapována body: přístřešky, vyhlídka

7. 4. Problémy při mapování

Mapování pomocí GPS je rychlá a přesná metoda, ale v lese se příliš neosvědčila. Průběh linií a hranic polygonů není plynulý, jako tomu bylo ve skutečnosti. Při měření jsem se potýkala se dvěma hlavními problémy: nedostatečné množství družic pro měření (jsou potřebné minimálně čtyři) a příliš vysoká hodnota PDOP, při které již mapování nebylo možné. Maximální PDOP, při kterém přístroj ještě měřil, jsem měla nastavený na hodnotu 7 (tato hodnota je podle [8] ještě akceptovatelná). Polohová přesnost použité GPS při měření v diferenciálním režimu by měla mít střední chybu 1 m. Aktuální chyba však může být s rostoucí hodnotou PDOP vyšší. Z náhodně vybraného vzorku třiceti bodů rozděleného do tří skupin jsem odvodila možnou odchylku umístění naměřeného bodu od jeho skutečné (předpokládané) polohy. Pokud byl PDOP v intervalu <2, 3> pohybovala se odchylka v rozmezí od 0,1 m do 2,4 m, pro interval (3, 5> od 0,4 m do 6,4 m, pro vysoké hodnoty PDOP - interval (5, 7> byla odchylka od reálné polohy v rozsahu od 0,5 m do 11,5 m. Je však důležité si uvědomit, že body byly zvoleny zcela náhodně, a proto je možné, že se v naměřeném souboru vyskytují i vyšší nebo naopak nižší odchylky ve zvolených intervalech hodnot PDOP.

Výše jmenované problémy se většinou nevyskytovaly u měřených prvků, které leží mimo zalesněné oblasti. Proto si myslím, že lesní porost působí negativně na přesnost a plynulost měření pomocí systému GPS. Stěžejním úkolem bylo zmapování křídlatky japonské na celém území NPP. Pro tyto účely byla mapovací polohová přesnost (i přesto, že měření probíhalo v lese) dostačující. Při sledování výskytu křídlatky není důležité znát přesné souřadnice bodů na hranicích polygonů, ale stačí informace o množství, přibližné poloze a rozloze zmapovaných ploch s rozlišením do dvou kategorií.

7. 5. Zpracování výsledků měření

Pomocí programů Pathfinder, ArcInfo a ArcView jsem vytvořila a upravila jednotlivé vrstvy GIS aplikace. Vrstvy vytvořené z dat získaných pomocí GPS: kridlatka, kridlatka_l, bez, cesty, odpocivadla, tabule. Vrstvy vytvořené z katastrální mapy: zmapovany_bez, katmapa_npp, uzemi_npp, ochr_pasmo.

Obrázek č. 2: Detail části NPP Landek, ve které je hojný výskyt křídlatky japonské

8. Závěr

Hlavním úkolem mé bakalářské práce bylo vytvoření GIS, který bude sloužit pro potřeby AOPK v Ostravě, a zmapování výskytu křídlatky japonské na celém území NPP Landek.

Výsledky mé bakalářské práce budou využívány na AOPK. Jednotlivé vrstvy mohou sloužit k vizualizaci reálného stavu a rozmístění sledovaných prvků v terénu. Zaměření křídlatky japonské pomocí systému GPS umožňuje sledovat výskyt této invazní rostliny v době měření na celém území NPP Landek a případně odhadovat její další rozšiřování. Zmapování křídlatky je dále vhodné pro její plánovanou likvidaci. Ve vytvořené vrstvě jsou jasně vymezeny oblasti, kde se křídlatka vyskytuje, a na druhé straně jsou zde části území, ve kterých ji není třeba hledat. Orientačně se dá rovněž spočítat celková plocha zarostlá touto rostlinou a zjistit tak přibližné množství chemické látky, která se používá k vymícení křídlatky.

Literatura

1. Dostál, J. : Nová květena ČSSR. Academia, 1. díl, 2. díl, Praha 1989
2. Chmelař, J., Úradníček, L.: Dendrologie lesnická, 3. část - Listnáče II (Angiospermae). MZLU, Brno, 1996, 91 stran
3. Jehlík, V. (ed.): Cizí expanzivní plevele České republiky a Slovenské republiky. Academia, Praha, 1998, 506 stran
4. kolektiv: Chráněná území České republiky, Ostravsko. Agentura ochrany přírody a krajiny České republiky, rukopis publikace
5. Mikula, A., Vanke, P.: Plody planých a parkových rostlin. SPN, Praha, 1989, 288 stran
6. Pyšek, P., Prach, K.: Invazní rostliny v české flóře. Zprávy České botanické společnosti, ročník 32, Česká botanická společnost, Praha, 1997, 138 stran
7. Randuška, D., Šomšák, L., Háberová, I.: Barevný atlas rostlin. Nakladatelství Profil, Ostrava, 1986, 640 stran
8. Rapant, P.: Globální družicové navigační a polohové systémy. rukopis knihy, 2001
9. Rapant, P.: Úvod do geografických informačních systémů. Geoinfo, ročník II, č. 1/99, Ostrava
10. společnost ESRI: Introducing ArcView. The Geographic Information System for Everyone. ESRI, USA, 1994, 98 stran
11. Válek, T.: Mapování výskytu křídlatky v povodí Morávky. Diplomová práce HGF VŠB-TUO, Ostrava, 2000, 50 stran

Dokumentace k NPP Landek (archiv AOPK): vystřižené články z novin a časopisů:

1. Balhar, R. : Rekonstrukce naučné stezky. Ostravský večerník, 27. 1. 1989
2. Vokřínek, P. : Národní přírodní památka Landek. časopis EKO (neuvedeno číslo ani datum)
3. Balhar, R. : Pozoruhodný les. Ostravský večerník, 11. 4. 1985

Internet:

1. http://www.esri.com
2. http://www.nature.cz
3. http://www.oku-lbc.cz/zivotni_prostredi
4. http://www.trimble.com

GISáček