BookPDF Available

FORUM GIS UW vol II/III

Authors:

Abstract and Figures

Mamy ogromną przyjemność oddać do rąk czytelnika długo oczekiwaną publikację prezentującą opracowania użytkowników licencji SITE oprogramowania ArcGIS na Uniwersytecie Warszawskim. Wspólną i spójną tematyką niniejszego wydania jest wykorzystanie technik Systemów Informacji Przestrzennej (GIS) w różnych dziedzinach: zaczynając od nauk przyrodniczych i kończąc na cyfrowej humanistyce. Niniejsza publikacja, choć nieco w innej odsłonie, stanowi kontynuację pomysłu stworzenia forum wymiany informacji na UW prowadzącego do rozwoju i upowszechniania warsztatu badawczego wykorzystującego narzędzia GIS w różnych dziedzinach nauki. W zamyśle ma zachęcać do propagowania interdyscyplinarności projektów realizowanych na Uczelni. Pierwszy tom serii, pod redakcją Jerzego Lechnio, powstał w 2015 i nosił tytuł „GIS w UW. Pierwsze forum użytkowników licencji edukacyjnej SITE oprogramowania ArcGIS na Uniwersytecie Warszawskim. Materiały pokonferencyjne„. Stanowił bardzo ciekawą relację z postępów prac studentów i doktorantów, którzy wzięli udział w pierwszej ogólnouniwersyteckiej konferencji Forum Użytkowników Licencji SITE oprogramowania ArcGIS na Uniwersytecie Warszawskim. Konferencja ta, w założeniu jako impreza cykliczna, ostała zainicjowana przez Wydział Geografii i Studiów Regionalnych UW i odbyła się po raz pierwszy 6 lutego 2014 roku. Konwencję „Forum” zaproponował wówczas mgr Jerzy Lechnio i dr Maciej Lenartowicz Niniejsze wydanie zawiera owoce prac dwóch kolejnych edycji konferencji: drugiej zorganizowanej na Wydziale Geologii UW (w dniu 18 lutego 2015 roku), oraz trzeciej, która odbyła się w Instytucie Archeologii UW (10-12 grudnia 2015 roku). Sprawozdania z wspomnianych konferencji zostały włączone do niniejszego woluminu. Niniejsza publikacja zawiera przede wszystkim artykuły prezentujące wybrane i najciekawsze wystąpienia z dwóch kolejnych konferencji, a stąd zachowuje porządek chronologiczny, czyli podział na tom II i III. Wspomniane tomy obejmują ogółem dwanaście artykułów. Ich tematyka koncentruje się na takich zagadnieniach, jak: GIS w badaniach środowiskowych, zróżnicowanie tematyczne i rola danych przestrzennych w nauce i praktyce oraz komunikacji społecznej, analiza zdjęć satelitarnych i jej zastosowania, GIS w archeologii i humanistyce. Szerokie spektrum poruszanych tematów i różnorodność zastosowań technik GIS świadczą o dużych kompetencjach i potencjale absolwentów UW na rynku pracy. Artykuły poświęcone zastosowaniu metod i technik GIS w ocenie stanu środowiska poruszają problemy istotne z perspektywy Polski, jak i skali globu. Ich zanieczyszczenia wód podziemnych, ewapotranspiracji (parowanie z powierzchni gruntu), analiz przepuszczalność gruntu w miastach, problematyki globalnego ocieplenia, podatność lasów na uszkodzenia silnym wiatrem, czy też procesów urbanizacji. Przykłady wykorzystania analiz zdjęć satelitarnych obejmują zarówno analizy bazujące na zastosowaniach wysokiej rozdzielczości zobrazowań panchromatycznych CORONA, jak i multispektralnych z misji Landsat i Worldview-2. Ważnym zagadnieniem poruszanym przez autorów jest kwestia dostępności danych z zasobów publicznych, w tym Centralnej Bazy Danych Geologicznych, bazy otworów geologicznych PITAKA, Corine Land Cover i Urban Atlas. W wspomnianym nurcie mieści się prezentacja projektu udostępniania danych geograficznych w postaci Regionalizacji geomorfologicznej Karpat. W publikacji znajdziemy, również przykłady zastosowań technologii GIS w dokumentacji archeologicznej, które rozwijane są z powodzeniem w Uniwersytecie Warszawskim. Prezentowane opracowania obejmują przede wszystkim wyniki prac magisterskich i licencjackich studentów i absolwentów oraz badań bardziej doświadczonych badaczy z UW. Dowodzą dobitnie, że na naszych oczach dokonuje się rewolucja za sprawą szerokiego i multidyscyplinarnego wykorzystania metod i technik GIS oraz danych przestrzennych, która wpływa na pomnażanie wiedzy o otaczającym świecie, a także rozwój nowych pól badawczych w dziedzinie humanistyki, czy dystrybucję informacji w dobie społeczeństwa informacyjnego. Rangę publikacji podnosi fakt, że wszystkie z prezentowanych artykułów podlegały recenzji naukowej i opracowaniu redakcyjnemu.
Content may be subject to copyright.
FORUM GIS UW
vol II/III
FORUM GIS UW
GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
Forum użytkowników licencji edukacyjnej SITE
oprogramowania ArcGIS na Uniwersytecie
Warszawskim
Materiały pokonferencyjne
vol II/III
Uniwersytet Warszawski,
Instytut Archeologii Wydziału Historycznego
Wydział Geologii
Warszawa 2016
Buławka, N., J. M. Chyla, J. Lechnio, K.Misiewicz, i M. Stępień, red. 2016. Forum GIS UW.
GIS Na Uniwersytecie Warszawskim. Forum Użytkowników Licencji Edukacyjnej SITE
Oprogramowania ArcGIS Na Uniwersytecie Warszawskim. Materiały Pokonferencyjne.
Tom II/III. Warszawa: Zakład Graczny Uniwersytetu Warszawskiego – 163 s.
ISBN: 978-83-61376-78-1 (wersja drukowana: 978-83-61376-74-3)
Instytut Archeologii Uniwersytetu Warszawskiego (IAUW)
ul. Krakowskie Przedmieście 26/28, 00-927 Warszawa
Telefon: (+48 22) 55 22 800-801, Fax: (+48 22) 55 22 801
iauw@uw.edu.pl; forumgisuw@gmail.com
Redakcja: Nazarij Buławka, Julia M. Chyla, Jerzy Lechnio, Krzysztof Misiewicz,
Marcin Stępień
Recenzja naukowa: dr A. Jarocińska, mgr J. Lechnio, dr. M. Lenartowicz,
prof. dr hab. A. Magnuszewski, prof. dr hab. K. Misiewicz,
dr M. Przeździecki, dr M. Stępień.
Wydawcy: Instytut Archeologii UW, Wydział Geologii UW, Ośrodek Badań
Nad Antykiem Europy Południowo-Wschodniej UW, Koło Naukowe
Wod.O.Lot
: logo Forum GIS UW: Marta Soin-Sochaczewska;
projekt okładki: J.M.Chyla, N.Buławka
: N.Buławka i J.M.Chyla
© Odpowiedzialność za przestrzeganie praw autorskich ponoszą autorzy tekstów
Druk snansowany przez:
Rada Konsultacyjna Studenckiego Ruchu Naukowego UW
Wydział Geologii UW
Druk: Zakład Graczny Uniwersytetu Warszawskiego
Nr zlecenia: 1420/16
Nakład: 180 egz.
ISBN: 978-83-61376-78-1
SpiS treści
Od redakcji ........................................................................................................5
Forum II
Marcin Stępień
ii FOrum użytkOwników Licencji Site arcGiS
na uniwerSytecie warSzawSkim .........................................................................8
Marcin Stępień
wczOraj, dziś i jutrO technik GiS na wydziaLe GeOLOGii uw ..............................13
Magdalena grzegorczyk
przeStrzenna Ocena pOdatnOści na zaGrOżenia wód pOdziemnych
zanieczySzczeniami z pOwierzchni terenu. pOrównanie metOd draStic
i mrt ..................................................................................................................19
kaMil Michalik, krzySztof karwacki
mOdeLOwy prOjekt GiS na przykładzie reGiOnaLizacji GeOmOrFOLOGicznej
pOLSkiej części karpat .......................................................................................27
Karolina Orłowska, Marlena Kycko, Anna Kozłowska,
Adrian Ochtyra, Bogdan Zagajewski
kLaSyFikacja rOśLinnOści tatrzańSkieGO parku narOdOweGO na zdjęciach
wySOkOrOzdzieLczych wOrLdView-2 ...............................................................37
daniel zaSzewSki
identyFikacja StreF drenażu wód pOdziemnych na pOdStawie anaLizy Obrazów
SateLitarnych ...................................................................................................53
Forum III
nazarij Buławka, julia M. chyla
FOrum GiS uw w inStytucie archeOLOGii. iii FOrum GiS użytkOwników
Licencji Site arcGiS na uniwerSytecie warSzawSkim ..................................70
julia M. chyla, nazarij Buławka
GiS w inStytucie archeOLOGii uw ...................................................................75
adaM cieślińSki
SyStem inFOrmacji GeOGraFicznej w badaniach nad cmentarzySkami
kurhanOwymi z pierwSzych wieków pO chryStuSie w pOLSce półnOcnej
i wSchOdniej ........................................................................................................81
Martyna golenia, radoSław gurdak, anna jarocińSka, Monika Mierczyk,
adrian ochtyra, Bogdan zagajewSki
zaStOSOwanie zObrazOwań SateLitarnych LandSat dO detekcji zmian
ObSzarów urbanizOwanych ...............................................................................91
renata kępińSka
zaSOby danych GeOLOGicznych w dOmenie pubLicznej a pOkrycie inFOrmacją
GeOLOGiczną ObSzaru pOLSki ............................................................................103
jagoda koBuSzewSka, anna gul
reambuLacja GeOLOGicznej pOwierzchni StrukturaLnej anaLiza danych
za pOmOcą narzędzi GiS ...................................................................................111
julian podgórSki
cOaStaL erOSiOn and SOiL carbOn FLux On bOLShOy LyakhOVSky iSLand,
ne Siberia .......................................................................................................119
katarzyna SzczęSna
udział pOwierzchni nieprzepuSzczaLnych i ObSzarów zieLeni
w miaStach wOjewódzkich pOLSki na pOdStawie danych cOrine Land cOVer
i urban atLaS .................................................................................................131
izaBela wySzpolSka
anaLiza pOdatnOści drzewOStanu puSzczy białOwieSkiej na uSzkOdzenia przez
SiLny wiatr .......................................................................................................143
daniel zaSzewSki
iLOściOwa charakteryStyka ewapOtranSpiracji na pOdStawie anaLizy Obrazów
SateLitarnych...................................................................................................153
OD REDAKCJI
Mamy ogromną przyjemność oddać do rąk czytelnika długo oczekiwaną publi-
kację prezentującą opracowania użytkowników licencji SITE oprogramowania
ArcGIS na Uniwersytecie Warszawskim. Wspólną i spójną tematyką niniej-
szego wydania jest wykorzystanie technik Systemów Informacji Przestrzennej
(GIS) w różnych dziedzinach: zaczynając od nauk przyrodniczych i kończąc
na cyfrowej humanistyce.
Niniejsza publikacja, choć nieco w innej odsłonie, stanowi kontynuację po-
mysłu stworzenia forum wymiany informacji na UW prowadzącego do rozwoju
i upowszechniania warsztatu badawczego wykorzystującego narzędzia GIS w
różnych dziedzinach nauki. W zamyśle ma zachęcać do propagowania interdy-
scyplinarności projektów realizowanych na Uczelni.
Pierwszy tom serii, pod redakcją Jerzego Lechnio, powstał w 2015 i nosił
tytuł „GIS w UW. Pierwsze forum użytkowników licencji edukacyjnej SITE
oprogramowania ArcGIS na Uniwersytecie Warszawskim. Materiały pokonfe-
rencyjne„. Stanowił bardzo ciekawą relację z postępów prac studentów i dok-
torantów, którzy wzięli udział w pierwszej ogólnouniwersyteckiej konferencji
Forum Użytkowników Licencji SITE oprogramowania ArcGIS na Uniwersytecie
Warszawskim. Konferencja ta, w założeniu jako impreza cykliczna, została za-
inicjowana przez Wydział Geograi i Studiów Regionalnych UW i odbyła się po
raz pierwszy 6 lutego 2014 roku. Konwencję „Forum” zaproponował wówczas
mgr Jerzy Lechnio i dr Maciej Lenartowicz
Niniejsze wydanie zawiera owoce prac dwóch kolejnych edycji konferen-
cji: drugiej zorganizowanej na Wydziale Geologii UW (w dniu 18 lutego 2015
roku), oraz trzeciej, która odbyła się w Instytucie Archeologii UW (10-12 grud-
nia 2015 roku). Sprawozdania z wspomnianych konferencji zostały włączone
do niniejszego woluminu.
Niniejsza publikacja zawiera przede wszystkim artykuły prezentujące wybra-
ne i najciekawsze wystąpienia z dwóch kolejnych konferencji, a stąd zachowuje
porządek chronologiczny, czyli podział na tom II i III.
Wspomniane tomy obejmują ogółem dwanaście artykułów. Ich tematyka kon-
centruje się na takich zagadnieniach, jak: GIS w badaniach środowiskowych,
zróżnicowanie tematyczne i rola danych przestrzennych w nauce i praktyce oraz
komunikacji społecznej, analiza zdjęć satelitarnych i jej zastosowania, GIS w
archeologii i humanistyce. Szerokie spektrum poruszanych tematów i różnorod-
ność zastosowań technik GIS świadczą o dużych kompetencjach i potencjale ab-
solwentów UW na rynku pracy.
Artykuły poświęcone zastosowaniu metod i technik GIS w ocenie stanu śro-
dowiska poruszają problemy istotne z perspektywy Polski, jak i skali globu. Ich
6Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
autorzy prezentują zagadnienia obejmujące problematykę obiegu i zanieczysz-
czenia wód podziemnych, ewapotranspiracji (parowanie z powierzchni gruntu),
analiz przepuszczalność gruntu w miastach, problematyki globalnego ocieplenia,
podatność lasów na uszkodzenia silnym wiatrem, czy też procesów urbanizacji.
Przykłady wykorzystania analiz zdjęć satelitarnych obejmują zarówno analizy
bazujące na zastosowaniach wysokiej rozdzielczości zobrazowań panchroma-
tycznych CORONA, jak i multispektralnych z misji Landsat i Worldview-2.
Ważnym zagadnieniem poruszanym przez autorów jest kwestia dostępności
danych z zasobów publicznych, w tym Centralnej Bazy Danych Geologicznych,
bazy otworów geologicznych PITAKA, Corine Land Cover i Urban Atlas. W
wspomnianym nurcie mieści się prezentacja projektu udostępniania danych geo-
gracznych w postaci Regionalizacji geomorfologicznej Karpat.
W publikacji znajdziemy, również przykłady zastosowań technologii
GIS w dokumentacji archeologicznej, które rozwijane z powodzeniem
w Uniwersytecie Warszawskim.
Prezentowane opracowania obejmują przede wszystkim wyniki prac magi-
sterskich i licencjackich studentów i absolwentów oraz badań bardziej doświad-
czonych badaczy z UW. Dowodzą dobitnie, że na naszych oczach dokonuje się
rewolucja za sprawą szerokiego i multidyscyplinarnego wykorzystania metod i
technik GIS oraz danych przestrzennych, która wpływa na pomnażanie wiedzy
o otaczającym świecie, a także rozwój nowych pól badawczych w dziedzinie
humanistyki, czy dystrybucję informacji w dobie społeczeństwa informacyjnego.
Rangę publikacji podnosi fakt, że wszystkie z prezentowanych artykułów pod-
legały recenzji naukowej i opracowaniu redakcyjnemu.
Redaktorzy tomu
Forum II


Marcin Stępień
Drugie w kolejności forum użytkowników ArcGIS na UW miało miejsce na
Wydziale Geologii w dniu 18 lutego 2015 roku. Zespół organizacyjny tego wy-
darzenia stanowili przedstawiciele Samorządu Studentów Wydziału Geologii,
wolontariusze i dr Marcin Stępień. Forum otworzył Prodziekan ds. naukowych
i współpracy zagranicznej dr hab. Andrzej Konon, prof. UW.
Wydarzenie spotkało się z dużym zainteresowaniem ze strony studentów, dok-
torantów i pracowników, mimo tego, że miało miejsce w godzinach pracy w środ-
ku tygodnia i znaczna część osób miała wtedy swoje zajęcia. Spotkanie trwało
ponad pięć godzin. Na liście obecności, oprócz prelegentów, odnotowano 50 osób,
w tym z wydziałów Historycznego, Biologii, Geograi i SR, MISMaP i MSOŚ oraz
z PIG-PIB. Najliczniejszą grupą uczestników byli studenci Wydziału Geologii.
Jako pierwsi głos zabrali pracownicy rmy ESRI Polska Edyta Wyka i Tomasz
Brzeziński, którzy podczas wystąpienia zaprezentowali coraz bardziej rozpo-
wszechniającą się platformę ArcGIS Online oraz omówili szerokie możliwości
wykorzystywania technologii GIS w naukach przyrodniczych. Podkreślano jak
dużą wagę w rmie ESRI przykłada się do współpracy z uczelniami, zwłaszcza
z Uniwersytetem Warszawskim. Licencja typu SITE umożliwia nieograniczony
dostęp do oprogramowania coraz to nowym grupom studentów i pracowników
poszczególnych wydziałów i powoli staje się standardem w nauczaniu GIS.
Kolejne wystąpienia przypadły wydziałowym koordynatorom oprogra-
mowania ArcGIS. Głos zabierali Jerzy Lechnio, który jest jednocześnie ko-
ordynatorem na Wydziale Geograi i Studiów Regionalnych oraz na całym
Uniwersytecie Warszawskim, Piotr Tykarski (Wydział Biologii) i Marcin Stępień
(Wydział Geologii). Prelegenci wskazywali między innymi na stale rosnące
zainteresowanie wykorzystaniem oprogramowania ArcGIS, na powstawanie
9Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
i rozszerzanie oferty dydaktycznej coraz częściej opieranej na tym
oprogramowaniu. Sytuacja ta jest możliwa tylko w sytuacji, w której każdy
student, doktorant i pracownik oprócz tego, że korzysta z programu na swoim
wydziale, ma do niego swobodny dostęp również na komputerze prywatnym.
Dodatkowo w ramach licencji SITE rma ESRI oferuje również zarejestro-
wanym użytkownikom nieograniczony dostęp do zasobów platformy eduka-
cyjnej VirtualCampus. Podkreślano również, że oprócz studentów wydziałów
zaangażowanych w zakup licencji SITE ArcGIS, do oprogramowania swobod-
ny dostęp mają także studenci MSOŚ i MISMaP uczęszczający na zajęcia na
tych wydziałach.
Po przerwie zaprezentowano dziesięć wystąpień przygotowanych przez stu-
dentów, doktorantów i pracowników Wydziału Geograi i Studiów Regionalnych
(5 wystąpień), Wydziału Geologii (3 wystąpienia) oraz Wydziału Historycznego
(Instytut Archeologii) i Wydziału Biologii (po jednym wystąpieniu). Znaczna
część wystąpień po ich przeredagowaniu została opracowana w formie recenzo-
wanych publikacji w niniejszym opracowaniu. Mnogość poruszanych tematów,
w których techniki GIS służą jako podstawowe lub uzupełniające narzędzie pracy
do zbierania, twórczego przetwarzania, opracowywania i prezentowania danych
geoprzestrzennych, zarówno w postaci wektorowej jak i rastrowej, świadczy
o coraz bardziej nowoczesnym i otwartym podejściu do przestrzeni, w której
prowadzimy swoje badania. W przypadku niektórych wydziałów (WGiSR) wła-
ściwie jest to już standardowy i powszechny proces opracowywania danych,
z racji bogatego doświadczenia prowadzących zajęcia i szerokiej oferty eduka-
cyjnej tego wydziału dostępny dla każdego studenta. Coraz bardziej upowszech-
nia się wykorzystanie technik GIS na pozostałych wydziałach, co na przykładzie
gospodarza II Forum Wydziału Geologii zostanie omówione poniżej. Po wy-
stąpieniach studenci, którzy poprzez swój udział w Forum chcieli zaliczyć wy-
kład do wyboru i dostać 1 punkt ECTS mieli czas by wypełniając formularze
odpowiedzieć na sześć pytań postawionych w czasie wystąpień przez prelegen-
tów i dotyczących ich wystąpień. Warunkiem zaliczenia była prawidłowa odpo-
wiedź na co najmniej cztery pytania. Z możliwość skorzystali przede wszystkim
studenci Wydziału Geologii (11 osób) oraz WGiSR (2 osoby) i Wydziału
Biologii (1 osoba).
Po zakończeniu części z wystąpieniami był czas na swobodną dyskusję,
porównanie doświadczeń i wymianę spostrzeżeń pomiędzy prelegentami
i słuchaczami. Głos zabierali zarówno studenci, doktoranci jak i pracownicy
zainteresowanych wydziałów i przedstawiciele rmy ESRI. Wszyscy zgodnie
podkreślali jak wiele pozytywów miała decyzja o zakupie oprogramowania i
jak bardzo przekłada się to na ogólny wzrost zainteresowania wykorzystaniem
10 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
technik GIS w codziennej pracy i przy bardziej skomplikowanych opracowa-
niach. Podkreślano również ogromną dynamikę przemian w podejściu do wyko-
rzystania technik GIS. Swoje wrażenia z tym związane opisała między innymi
Dziekan Wydziału Geologii dr hab. prof. UW Ewa Krogulec, która zauważy-
ła, że ciągły postęp dokonuje się na naszych oczach. Wśród dyskusji przebijały
się głosy studentów Wydziału Geologii, które zarówno wyrażały zadowolenie
z zaistnienia i rozwijania się oferty edukacyjnej w zakresie GIS na wydziale, jak
i jednocześnie podkreślały duże ich zainteresowanie tematem, ową ofertę prze-
kraczające i wskazujące na potrzebę upowszechnienia tej oferty niezależnie od
specjalizacji i poziomu studiów. Dyskusja trwała około godziny. Wnioski z niej wy-
pływające są generalnie zbieżne z tymi, które zostały sformułowane po I Forum:
1. Dla UW powinno być ważne wspieranie i upowszechnianie zastosowań GIS
w dydaktyce i badaniach, gdyż narzędzia GIS stały się „standardowym” ele-
mentem wielu programów nauczania szkół wyższych. Absolwenci wydzia-
łów, gdzie obecne są techniki GIS w ofercie edukacyjnej z odpowiednio wy-
ćwiczoną wiedzą i umiejętnościami mają większą szansę stać się cenionymi
specjalistami w wielu branżach gospodarki.
2. Na UW istnieje stała potrzeba wzmacniania i uatrakcyjniania programów
nauczania o najnowocześniejsze rozwiązania, w tym geoinformatyczne.
Proces ten powinien być długofalowy i traktowany jako priorytetowy.
3. Nauka GIS powinna być prowadzona na możliwie jak najwcześniejszym
etapie studiów, najlepiej bazując na konkretnym, pełnym oprogramowaniu.
Stosowanie wielu programów lub ich pobieżna prezentacja nie przynosi
oczekiwanych efektów poznawczych i nie prowadzi do opanowania kon-
kretnych umiejętności - w miejscu, gdzie chodzi o GIS powinna być ważna
przede wszystkim strona praktyczna a nie pobieżna teoria.
4. Zajęcia z zakresu GIS na etapie studiów inżynierskich/licencjackich są nie-
wystarczające lub nie oferowane w ogóle na kierunkach studiów przy-
rodniczych, które z założenia wymagają umiejętności korzystania z mapy
i posługiwania się danymi o charakterze przestrzennym lub czasowym
(w wielu przypadkach wynika to z braku wystarczającej liczby specjalistów
na poszczególnych kierunkach). Ich oferta na dalszym etapie studiowania
(studia magisterskie), o ile proponowane, nie niweluje braków z I etapu
nauczania.
5. Zajęcia z GIS oferowane na etapie studiów licencjackich powinny się kon-
centrować nie tylko na przekazywaniu ogólnych podstaw teoretycznych, ale
przede wszystkim na praktycznej nauce metod i oprogramowania (GIS nie
może być „ekstra” przedmiotem to narzędzie), które musi mieć zastoso-
wanie powszechne w każdym przypadku - GIS powinien być traktowany
11 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
w praktyce akademickiej, jako narządzie badawcze, a nie przedmiot
wykładowy/ćwiczeniowy.
6. Zajęcia powinny bazować na usystematyzowanej i zakładającej potrzebę
wzrostu umiejętności i kompetencji nauce metod i technik GIS. Na wydzia-
łach i specjalizacjach, gdzie one traktowane jako kursy dodatkowe lub
mają charakter zajęć jednorazowych, są oderwane od aspektów merytorycz-
nych a nauka GIS sprowadza się jedynie i wyłącznie do opanowania tylko
wybranych technik.
7. Zajęcia z GIS powinny być prowadzone przez osoby posiadające gruntow-
ną wiedzę teoretyczną i praktyczną z tego zakresu. Nieudolnie prowadzone
zajęcia nie pozwalają na zdobycie oczekiwanych umiejętności i zniechęcają
do stosowania tych metod w codziennym studiowaniu. Duże zróżnicowanie
poziomu opanowania GIS przez wykładowców jest barierą w powszechnym
stosowaniu takich metod w trakcie całego toku studiów.
8. Powinna istnieć możliwość szerszego dostępu do zajęć oferowanych przez
wydziały, które prowadzą zajęcia z GIS o charakterze podstawowym i in-
terdyscyplinarnym, jak np. oferowane przez WGiSR, które oferowane
w systemie zajęć ogólnouniwersyteckich. Dostępność takich zajęć jest
szczególnie ważna dla studentów tych kierunków, które nie oferują porów-
nywalnej do WGiSR oferty zajęć z zakresu GIS.
9. W dydaktyce powinno się stosować pakiety oprogramowania, które są stan-
dardem w zastosowaniach profesjonalnych. Stosowanie innych rozwiązań
nie wpływa znacząco na konkurencyjność na rynku pracy.
10. Nauka technik i metod GIS wymaga możliwości powszechnego dostępu do
oprogramowania, dlatego podstawowe znaczenie ma dla studiowania za-
pewnienie licencji akademickich z prawem korzystania z oprogramowania
w domu na komputerach osobistych.
11. Oferowane zajęcia powinny być uzupełniane o kursy e-learningowe (udo-
stępnienie prezentacji i materiałów), pozwalających na samokształcenie.
12. Ważne dla upowszechniania zastosowań GIS na UW jest stworzenie forum
wymiany informacji – forum GIS, np. takiego jak FORUM ArcGIS, aby stu-
denci (i nie tylko) mogli zobaczyć zastosowanie różnych metod w różnych
badaniach, tak, aby możliwe było wzajemne inspirowanie się ich wynikami.
Dziś ciężko to sobie wyobrazić, ale
na Wydziale Geologii UW przed zaku-
pem oprogramowania licencji ArcGIS
typu SITE, program ten był obecny
jedynie na kilku uczelnianych kom-
puterach pracowniczych, a doktoranci
często zmuszeni byli na własną rękę
szukać możliwości nauki oprogramo-
wania na innych wydziałach (WGiSR)
czy wręcz uczelniach (np. na SGGW).
Studenci jako społeczność nawet nie
marzyli o wykorzystaniu oprogramo-
wania GIS bo rzadko kiedy mieli szan-
sę dowiedzieć się, że „to się przydaje”.
Co za tym idzie, nie istniała żadna oferta
dydaktyczna oparta na oprogramowa-
niu ArcGIS. W użyciu były aplikacje
i programy dedykowane do konkret-
nych rozwiązań, obecne na poszcze-
gólnych specjalizacjach, oparte raczej
na rozwiązaniach opensourceowych
(np. GIS GRASS). Spośród osób, które
wtedy używały technik GIS i prowa-
dziły pierwsze prace dyplomowe ze
słowem „GIS” w tytule lub jako sło-
wem kluczowym (według USOS) byli
dr hab. Janusz Michalak, dr hab. Paweł
Karnkowski, dr Wojciech Ozimkowski,
dr Jerzy Trzciński. Pierwszą pracę dok-
torską ze słowem GIS w tytule obro-
niła Urszula Stępień w roku 2006
(„Analiza strukturalna północno-za-
chodniej części Gór Świętokrzyskich
w świetle wybranych metod systemów
informacji przestrzennej (GIS)”).
Pierwszą pracę magisterską ze słowem
GIS jako słowem kluczowym obronił
Piotr Wojda w 2005 r. („Wykorzystanie
cyfrowych map hydrogeologicznych
w modelowaniu przepływu wód pod-
ziemnych na przykładzie wybrane-
go fragmentu doliny Wisły”). Słowo
„ArcGIS” jako słowo kluczowe po raz
pierwszy pojawia się w pracy Anny
Stryzer również w 2005 r („Geologiczno-
inżynierska ocena gruntów
w rejonie planowanej autostrady na
północ od Grodziska Mazowieckiego
z uwzględnieniem polepszania ich wła-
ściwości”). Pierwszy raz w pracy licen-
cjackiej GIS w tytule pojawia się w roku
2011 u Grzegorza Pilińskiego („GIS
w geologii - oprogramowanie kompute-
rowe”) a w przypadku pracy inżynier-
skiej w 2016 roku u Zbigniewa Migasa
(„Wykorzystanie analizy GIS do osza-
cowania czasu inltracji przez strefę
aeracji w rejonie Ostrowa Lubelskiego
(Zaklęsłość Sosnowicka)”). W latach
2005-2015 co roku broniono od 1 do
3 prac dyplomowych (magisteriów lub
licencjatów) ze słowem GIS jako ty-
tułowym lub kluczowym. Do czasów
zakupu licencji SITE było to w su-
mie 11 prac magisterskich. Rok 2016,
w którym bronili się pierwsi inżynie-
rowie na Wydziale Geologii przyniósł
już 10 takich prac dyplomowych. Do
chwili obecnej obroniono na Wydziale
Geologii 34 prace dyplomowe,


Marcin Stępień
14 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
Fig. 1 – Stan wykorzystania licencji SITE na Wydziale Geologii UW (stan na XI-2016)
w których użyto GIS jako słowa klu-
czowego lub w tytule pracy, choć
należy się spodziewać, że prac
w których wykorzystywano techniki
GIS jest więcej.
Warunki dostępu do oprogramowa-
nia zmieniły się znacznie wraz z rokiem
2011, w którym Wydział Geologii wraz
z innymi przystąpił do konsorcjum
i zapewnił swoim pracownikom i stu-
dentom 3-letni nieograniczony dostęp
do oprogramowania w ramach licencji
SITE. W roku 2014 decyzja ta została
powtórzona, a trzyletni okres obowią-
zywania licencji SITE właśnie dobiega
końca. Podczas sześcioletniego trwa-
nia licencji SITE wiele się zmieni-
ło w podejściu do nauczania GIS na
Wydziale Geologii. Po pierwsze już
w 2011 roku pojawiły się pierwsze zaję-
cia oparte w całości na oprogramowaniu
ArcGIS i realizowane początkowo poza
planem dydaktycznym a od następne-
go roku włączone do obowiązkowego
programu zajęć na specjalizacji „hy-
drogeologia”. Od tamtego czasu oferta
dydaktyczna jest stale rozwijana, także
na innych specjalizacjach, co wycho-
dzi naprzeciw oczekiwaniu studentów.
Kolejną okazją do poszerzenia progra-
mu zajęć było wprowadzenie studiów
inżynierskich i w roku akademickim
2015-2016 pojawiło się kilka przed-
miotów obowiązkowych dla wszyst-
kich studentów studiów inżynierskich
(na trzecim roku studiów). W tym sa-
mym roku doszło także do kolejnej
znaczącej zmiany w programie zajęć,
kiedy to uświadomiono sobie, że ze
wszystkich uczelni w Polsce kształ-
cących geologów, na UW jest wciąż
najmniej atrakcyjna godzinowo oferta
15 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
dydaktyczna w zakresie kształcenia
GIS, przy czym dla studiów licencjac-
kich pierwszego stopnia takich zajęć
po prostu nie przewidziano. Reakcją na
to było wprowadzenie obowiązkowego
dla wszystkich studentów pierwszego
roku na drugim semestrze przedmiotu
„Technologie informatyczne w geolo-
gii i podstawy GIS” w wymiarze 45 h,
z czego na oprogramowanie ArcGIS
przewidziano 30 h. Zajęcia te ruszają w
semestrze letnim 2016 roku i w związ-
ku z tym ostatnie słupki na poniższych
wykresach zapewne przewyższą te do-
tychczas najwyższe.
Można uznać, że obecny stan ofer-
ty dydaktycznej dla pierwszego stop-
nia studiów na Wydziale Geologii
w zakresie GIS osiągnął kształt do-
celowy. Studenci z rekrutacji w 2016
roku mają możliwość w toku całych
swoich studiów (w zależności od wy-
boru specjalizacji na drugim stopniu)
przekroczenia z nawiązką nawet 120
h dydaktyki w zakresie GIS, z których
znaczna część oparta jest na oprogra-
mowaniu ArcGIS. Na drugim stopniu
studiów na niektórych specjalizacjach
dają się odczuć jeszcze rezerwy możli-
wości, które zapewne w ciągu najbliż-
szych lat będą zagospodarowywane
przez spontanicznie rozwijające się
inicjatywy dydaktyczne w postaci
wykładów czy kursów do wyboru lub
nawet regularnych, obowiązkowych
przedmiotów.
Jak pokazuje ta krótka i niekomplet-
na historia GIS na Wydziale Geologii
momentem decydującym o wielkim
skoku technologicznym był rok 2011,
kiedy to po raz pierwszy zakupiono li-
cencję SITE. Powszechna świadomość
konieczności kształcenia w zakresie
GIS a jednocześnie i poziom wykształ-
cenia studentów i pracowników na-
szego wydziału wzrósł przez ten czas
tak bardzo, że nie ma już możliwości
powrotu do czasów sprzed licencji
SITE. Jest to stosunkowo najtańszy
i najlepszy sposób na zapewnienie
kontynuacji rozpoczętego proce-
su, który symbolicznie zakończy się
w roku 2021, kiedy to mury Wydziału
Geologii przekroczy pierwszy ab-
solwent gruntownie wykształcony
w zakresie technik GIS. A może to
nie proces się zakończy tylko pewien
kolejny, zapewne jeszcze nie ostatni
jego etap…
The article presents the results of spatial vulnerability assessment of the aqu-
ifer’s pollution from the surface area, which came into being through using two
methods DRASTIC and MRT. This piece of paper describes mechanism of these
methods, component and nal maps, and especially comparison results of above
methods. DRASTIC system allows for a valuation of the potential risk of gro-
undwater. Hydrogeologic settings incorporate the major hydrogeologic factors
which affect and control ground-water movement including depth to water table,
net recharge, aquifer media, soil media, topography, impact of the vadose zone
and hydraulic conductivity of the aquifer. These factors, which form the acronym
DRASTIC, are used to infer the potential for contaminants to enter ground wa-
ter. The second method is MRT which practically means travel time of dissolved
in water conservative contaminants from the land surface to the aquifer, in other
words to groundwater bodies. Shallow groundwater vulnerability classes are as-
sessed on the basis of exchange time of volumetric water content of soil and
rock vadose zone’s due to recharge by inltration. Research ground constituted
the western part of Bolimów Landscape Park (central Poland).
: Bolimowski Park Krajobrazowy, DRASTIC, MRT, ArcGIS,
podatność na zanieczyszczenia, ocena zagrożenia
Keywords: Bolimów Landscape Park, DRASTIC, MRT, ArcGIS, vulnerability
assessment of the pollution, danger assessment




SPATIAL VULNERABILITY ASSESSMENT OF THE AQUIFER’S
POLLUTION FROM THE SURFACE AREA. COMPARISON
METHODS DRASTIC AND MRT
Magdalena Grzegorczyk
grzegorczykmag@gmail.com
Wydział Geologii, Uniwersytet Warszawski
18 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.

Niniejszy artykuł dotyczy wyko-
rzystania dwóch metod oceny po-
datności na zagrożenia pierwszego
poziomu wodonośnego. Do okre-
ślenia podatności posłużyły metody
DRASTIC i MRT, których wyniki zo-
stały zestawione ze sobą i porównane.
Poligon badawczy dla zasto-
sowania metod do oceny podat-
ności na zagrożenia stanowiła
zachodnia część Bolimowskiego Parku
Krajobrazowego znajdującego się
w centralnej części Polski, na gra-
nicy województw mazowieckiego
i łódzkiego (Fig. 1). Powierzchnia ba-
danego terenu, głównie porośniętego
lasami, wynosi ok. 68 km2. Główną
rzeką BPK jest Rawka, która uchodzi
do Bzury oraz częściowo odpowiada
za rzeźbę powierzchni tego terenu.
Artykuł przede wszystkim doty-
czy oceny możliwości kontamina-
cji wód podziemnych pierwszego od
powierzchni poziomu wodonośnego
zanieczyszczeniami pochodzącymi
z powierzchni terenu. Wrażliwość na
zanieczyszczenia odgrywa istotną rolę
w ocenie możliwości zmiany stanu che-
micznego wód podziemnych wskutek
działalności antropogenicznej. Wyniki
oceny wrażliwości bardzo często bra-
ne są pod uwagę podczas sporządzania
miejscowych planów zagospodarowa-
nia przestrzennego, opracowywania
programów działań ochronnych oraz
ustanawiania stref ochrony pośredniej
i bezpośredniej ujęć.
Do określenia podatności na za-
grożenia posłużyły dwie metody.
Pierwszą z nich była metoda rangowa
DRASTIC (Aller L. 1985) uwzględ-
niająca 7 czynników. Na podstawie
zebranych informacji powstały mapy
składowe o różnych wartościach ran-
gowych, które złożyły się nalnie
na mapę wynikową ukazującą ocenę
podatności na zanieczyszczenia.
Drugą metodą była metoda MRT
(Herbich P. 2008) określająca czas
wymiany polowej pojemności wodnej
         

19 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
gleb i skał strefy aeracji przez inl-
trujące wody opadowe. Na podstawie
stworzonych warstw informacyj-
nych powstała mapa określająca kla-
sy wrażliwości wód podziemnych
na zanieczyszczenia.
Do stworzenia map wejściowych oraz
wynikowych niezbędne były różnego
rodzaju dane źródłowe, które zostały
w odpowiedni sposób przetworzone na
potrzeby metod z wykorzystaniem pa-
kietu oprogramowania ArcGIS. Praca
w programie ArcGIS polegała głów-
nie w tym przypadku na generowaniu
obrazów rastrowych z danych wekto-
rowych i ich analizie. Poszczególne
składowe mapy zostały zbudowane
z komórek o wymiarach 50x50 me-
trów, uznano jest to optymalna
wielkość dla danego obszaru badań.
W obrębie badanego obszaru znalazło się
27209 takich bloków obliczeniowych.

Pierwsza z zastosowanych metod
DRASTIC, jest bardzo popularną me-
todą oceny podatności naturalnej wód
podziemnych na zanieczyszczenia,
zalecaną przez amerykańską organiza-
cję EPA i stosowaną w wielu krajach.
Podatność naturalna wód podziemnych
na zanieczyszczenia jest rozumiana jako
naturalna właściwość systemu wodo-
nośnego, określająca ryzyko migracji
substancji szkodliwych z powierzch-
ni terenu do poziomu wodonośnego
(Macioszczyk A. 2006). DRASTIC
zakłada, że zanieczyszcze-
nia docierają do warstwy wo-
donośnej z powierzchni terenu
i przemieszczają się w warstwie wraz
z wodą podziemną (Krogulec E. 2004).
W metodzie DRASTIC wykorzy-
stuje się prosty algorytm obliczeniowy
stanowiący kombinację rang i wag.
W samej nazwie zawarte są symbo-
le siedmiu kryteriów (parametrów)
uwzględnianych w ocenie (Tabela 1).
W zależności od roli wybranego pa-
rametru w procesie potencjalnego za-
nieczyszczenia, zostaje mu przypisany
różny stopień ważności, czyli waga od
1 do 5. W ramach każdego kryterium
wyróżnia się odpowiednie klasy war-
tości i przypisuje im się rangi, czyli
określone oceny punktowe w skali od
1 do 10 (Krogulec E. 2004). Ostatecznej
D – Depth to water głębokość do zwierciadła wody
R – Recharge inltracja efektywna
AAquifer media litologia warstwy wodonośnej
S – Soil rodzaj gleb
T – Topography topograa
I – Impact of vadose zone wpływ strefy aeracji
C – Conductivity współczynnik ltracji warstwy wo-
donośnej

20 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.

SA
I
C
RD
21 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
uzależniony jest od wielu czynników,
z których najważniejszymi są: litolo-
gia osadów, ich porowatość i stopień
nasycenia wodą oraz miąższość strefy
aeracji i intensywność zasilania, czyli
inltracja (Macioszczyk A. 2006).
Polowa pojemność wodna jest to
maksymalna ilość wody, jaka może
się utrzymać w stree aeracji wbrew
sile ciężkości. Jest uzależniona od
pojemności retencyjnej gleb i osa-
dów strefy aeracji. Zanieczyszczenia
konserwatywne nie zmieniają swo-
jego stężenia w czasie przemiesz-
czania w wodach podziemnych,
ponadto nie ulegają procesom sorpcji
i wymiany jonowej z otaczającym
środowiskiem gruntowo-skalnym, jak
również biodegradacji i rozpadowi.
Algorytm oceny podatności natural-
nej wód pierwszego poziomu wodo-
nośnego na podstawie czasu wymiany
polowej pojemności wodnej gleb i ska-
ły strefy aeracji przez inltrujące wody
opadowe (MRT) wygląda następująco:
oceny podatności wód podziemnych na
zanieczyszczenia metodą DRASTIC
dokonuje się na podstawie tzw. in-
deksu podatności IPZ, będącego sumą
iloczynów wag i rang poszczególnych
kryteriów (Kajewski I. 2000).
Indeks podatności jest wartością
względną i pozwala w obrębie bada-
nego obszaru, po uprzednim przyjęciu
określonych przedziałów wielkości in-
deksu DRASTIC, wydzielić obszary
o mniejszej lub większej podatności
na zanieczyszczenia.
Każda ze składowych map potrzeb-
nych do wykonania mapy wynikowej
powstała według podobnego schematu.
Pozyskane dane źródłowe zostały prze-
tworzone według wytycznych do meto-
dy – zgeneralizowane o ile zachodziła
taka potrzeba oraz zreklasykowane
na punktację DRASTIC. W wyniku
wielu działań powstało 7 składowych
map (Fig. 2) oraz mapa końcowa.
Drugą metodą, która posłużyła do
określenia podatności na zagrożenia
wód podziemnych zanieczyszczenia-
mi z powierzchni terenu była metoda
czasu przesączania, tzw. MRT (z ang.
Mean Residence Time)(Duda R. 2011).
MRT określa czas wymiany polo-
wej pojemności wodnej gleb i skał
strefy aeracji przez inltrujące wody
opadowe (Herbich P. 2008). W ocenie
naturalnej podatności na zanieczysz-
czenia parametr ten określany jest
dla ustalenia średniego czasu dotar-
cia zanieczyszczeń konserwatywnych
rozpuszczonych w wodzie, migrują-
cych z powierzchni terenu do war-
stwy wodonośnej. Czas przesączania
gdzie MRTS czas wymiany polowej
pojemności wodnej prolu glebowego
[lata]:
MRT1 – czas wymiany polowej pojem-
ności wodnej utworów przepuszczal-
nych strefy aeracji [lata]:
22 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
MRT2 czas wymiany polowej po-
jemności wodnej utworów słabo
i półprzepuszczalnych w prolu strefy
aeracji [lata]:
Pozostałymi skrótami oznaczono:
ma – miąższość strefy aeracji [m],
wog współczynnik polowej po-
jemności wodnej prolu glebowe-
go [-],
wop współczynnik polowej po-
jemności wodnej utworów prze-
puszczalnych w stree aeracji [-],
woi – współczynnik polowej po-
jemności wodnej utworów izolu-
jących w stree aeracji [-],
Sp procentowy udział warstw
izolujących w prolu strefy aera-
cji [-],
R inltracja efektywna
[mm/rok].
Na podstawie danych wejściowych
opisanych powyżej, powstały war-
stwy informacyjne (Fig. 3) oraz mapa
wynikowa metody MRT. Dane źró-
dłowe były odpowiednio generali-
zowane oraz klasykowane według
wytycznych do metody MRT. Ocena
podatności na zanieczyszczenia wód
podziemnych metodą MRT, tak jak
w przypadku systemu DRASTIC, od-
bywała się w programie ArcGIS. W
opracowaniu przyjęto identyczny jak
w metodzie DRASTIC rozmiar komór-
ki rastra 50x50 m. Dzięki przyjęciu
tej samej wielkości komórki po-
równanie wyników miało większą
dokładność.

Do oceny podatności na zagrożenia
pierwszego poziomu wodonośnego
w zachodniej część Bolimowskiego
Parku Krajobrazowego wykorzysta-
no dwie różne metody: DRASTIC
i MRT. Obydwie metody bazowały na
tych samych warstwach informacyj-
nych, które przyjmowały różne war-
tości czy klasy przyjęte dla danego
sposobu obliczeń. Istotna różnica po-
legała też na tym, wynik osiągnięty
metodą DRASTIC wyrażony był war-
tością indeksu DRASTIC, natomiast
wynik metody MRT czasem wy-
miany wody w prolu strefy aeracji.
Porównanie otrzymanych map wyni-
kowych było możliwe dzięki temu,
wartości IPZ oraz czas wymiany wody
przekładają się na klasy podatności.
Dla badanego terenu metoda
DRASTIC dała wartości indeksu
w granicach 85 177, klasyku-
jąc przy tym obszar w obrębie 3 klas
podatności na zagrożenia (Fig. 4).
Najmniejszy odsetek powierzchni te-
renu, to jest ok. 0,3 %, znalazł się
w obrębie niskiego zagrożenia.
Wartości IPZ pomiędzy 101 a 140
charakteryzujące średnie zagrożenie
objęły swym zasięgiem 9% obszaru.
W kategorii dużego zagrożenia znalazła
się znaczna część terenu i objęła ponad
90 % powierzchni terenu badań. W ob-
rębie zachodniej części Bolimowskiego
23 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.

mawog
wop
woi
Sp
SpR
Parku Krajobrazowego nie wykaza-
no metodą DRASTIC bardzo dużego
stopnia zagrożenia wód podziemnych.
Na wyniki uzyskane metodą
DRASTIC miały wpływ litologia
strefy aeracji, którą głównie sta-
nowiły piaski i żwiry, głębokość
do zwierciadła wód podziemnych
oraz wielkość inltracji efektywnej
opadów. Ukształtowanie powierzchni
24 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
terenu, który jest generalnie płaski –
co ułatwia inltrację wód opadowych
w głąb ziemi, nalnie miało niewielki
wpływ na końcowy wynik ze względu
na wartość parametru T równą 1.
Drugą zastosowaną metodą była
metoda MRT czasu wymiany wody
w prolu strefy aeracji, wyrażona
w latach. Mapa wynikowa (Fig. 5),
która powstała w wyniku działań alge-
braicznych na stworzonych warstwach
informacyjnych według wskazanych
wzorów, określiła czas MRT na krót-
szy niż 5 lat na połowie powierzchni
badanej części Bolimowskiego Parku
Krajobrazowego określając przy tym
stopień podatności na zagrożenia jako
bardzo wysoki. Obszary, w których zi-
dentykowano dłuższy czas MRT, do
25 lat, występują głównie w centralnej
części badanego terenu. Czas wymiany
wody w prolu strefy aeracji pomiędzy
25 a 50 lat uzyskano dla tych miejsc,
w których zwierciadło wód podziem-
nych znajduje się stosunkowo głęboko
i jest izolowane od powierzchni tere-
nu utworami słabo przepuszczalnymi.
Niski i bardzo niski stopień podatności
na zanieczyszczenia uzyskano na nie-
spełna 0,3 % powierzchni terenu.
Na uzyskane wyniki czasu MRT
miały wpływ głębokość do pierwszego
poziomu wodonośnego od powierzch-
ni terenu, współczynniki polowych
pojemności wodnych utworów budują-
cych strefę aeracji oraz prol glebowy,
procentowy udział warstw izolujących
a także inltracja efektywna.
Obydwie metody wykazały, iż za-
chodnia część Bolimowskiego Parku
Krajobrazowego jest podatna na za-
grożenia w stopniu bardzo wysokim
i wysokim. Niewielkie odsetki po-
wierzchni terenu badań podatne na
zagrożenia w stopniu średnim i niskim.
Ponadto, klasy te nie zawsze pokrywa-
ją się ze sobą na mapach wynikowych
DRASTIC i MRT. Spowodowane
to jest tym, że poszczególne czynni-
ki miały różny wpływ na uzyskane
nalnie wartości.

25 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.

Podatność na zagrożenia wód pod-
ziemnych z powierzchni terenu została
określona dwoma metodami na bardzo
wysoką i wysoką na większości terenu
badań. Niewielki odsetek powierzchni
terenu znalazł się w granicach stopnia
podatności średniego i niskiego.
Na uzyskane wyniki istotny wpływ
miała dokładność oraz ilość danych
wejściowych. Niektóre warstwy in-
formacyjne zostały wykonane precy-
zyjniej dzięki dużej ilości surowych
danych, inne z mniejszą dokładnością.
Reasumując, metody DRASTIC
i MRT dobrymi miernikami oceny
podatności na zagrożenia wód pod-
ziemnych, ponieważ uwzględniają
wiele czynników mających istotny
wpływ na możliwość migracji poten-
cjalnych zanieczyszczeń do warstwy
wodonośnej. W zależności od tego,
jakimi danymi dysponuje autor pra-
cy, może przyjąć odpowiednią metodę
do obliczeń.
Zarówno metoda DRASTIC, jak
i MRT, są wygodne w użyciu, o ile
dysponuje się niezbędnymi do ich
opracowania danymi. Autorce udało
się pokazać, iż metody dają podobne
wyniki, a co za tym idzie wiary-
godne. O ile dysponuje się danymi nie-
zbędnymi do opracowania składowych
warstw informacyjnych, metody te
dzięki oprogramowaniu GIS (w tym
przypadku ArcGIS) w użyciu proste
i szybkie. Porównanie uzyskanych
wyników obiema metodami ułatwiło
zastosowanie tych samych rozmiarów
bloków obliczeniowych.


 1985. DRASTIC: A Standar-
dized System for Evaluating Ground
Water Pollution Potential Using Hy-
drogeologic Settings. United States
Environmental Protection Agency.
 2000. „Metoda oceny za-
grożenia jakości wód podziemnych
przy pomocy systemu DRASTIC.”
Zeszyty Naukowe Akademii Rolni-
czej we Wrocławiu. Inżynieria Śro-
dowiska XI(385): 217–223.
 2004. Ocena podatności
wód podziemnych na zanieczyszcze-
nia w dolinie rzecznej na podstawie
przesłanek hydrodynamicznych.
Warszawa: Wydawnictwo Uniwer-
sytetu Warszawskiego.
 2006. Podstawy hy-
drogeologii stosowanej. Warszawa:
Wydawnictwo Naukowe PWN.
    . 2008.
Wskazania metodyczne do opra-
cowania warstw informacyjnych
bazy danych GIS Mapy hydrogeolo-
gicznej Polski 1:50 000 „Pierwszy
poziom wodonośny - wrażliwość
na zanieczyszczenie i jakość wód”.
Warszawa: Państwowy Instytut
Geologiczny.
       
2011. Mapa wrażliwości wód pod-
ziemnych Polski na zanieczyszczenie
1:500 000. Kraków: AGH.
Paper describe idea of Roger Tomlinson model of GIS in example of the project
Geomorphological regionalization of Polish Carpathians. That’s model is ba-
sed on planning of the project, cooperation between management and employees
of the project and analysis of real benets as well business. Authors have un-
dertook since 2013 difcult task to detailing boundaries of geomorphological
units which professor Starkel developed in 1972 and nowadays transpose from
cartographic material to digital form in database format and its product – servi-
ces mapping WMS/WFS and shapele format. To optimized the project have
created 10-stage model presented in the book “Thinking about GIS” Roger Tom-
linson. Each of these steps is a reference to the real results of the study „Geomor-
phological regionalization of Polish Carpathians”.
Praca ma na celu przedstawienie idei modelu Tomlinsona na przykładzie projek-
tu „Regionalizacja geomorfologiczna Karpat”. Model ten opiera się na dokład-
nym planowaniu przedsięwzięcia, współpracy między kadrą kierowniczą i pra-
cownikami projektu oraz na analizie rzeczywistych korzyści, także biznesowych.
Zespół autorski projektu podjął się w 2013 roku trudnego zadania uszczegóło-
wienia granic jednostek geomorfologicznych, które profesor Leszek Starkel opra-
cował w 1972 roku oraz przetransponowania materiałów kartogracznych na
formę cyfrową w postaci bazy danych i jej produktów – serwisy mapowe WMS/
WFS, oraz pliki shp. Aby zoptymalizować pracę projekt powstaje w 10-etapach
modelu przedstawionego w książce „Rozważania o GIS” Rogera Tomlinsona.
Każdy z tych etapów znajduje odniesienie do rzeczywistych efektów opracowania
„Regionalizacja geomorfologiczna Karpat”.
: Jednostki geomorfologiczne, Karpaty, model GIS
Keywords: Geomorphological units, Carpathian Mountains, GIS model



CASE STUDIES OF MODEL PROJECT GIS –
GEOMORPHOLOGICAL REGIONALIZATION OF POLISH
CARPATHIANS
Kamil Michalik1,2, Krzysztof Karwacki2
kamil.michalik@pgi.gov.pl. krzysztof.karwacki@pgi.gov.pl
1Wydział Geologii, Uniwersytet Warszawski
2 Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
28 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.

Technologia GIS jest już w zasadzie
dziedziną naszego życia. Wkrada się
do naszych domów, naszych miejsc
pracy w postaci inteligentnych roz-
wiązań, które optymalizują czas
i tym samym koszty pracy. Początkowo
była ona wykorzystana przez wojsko-
wość. Z czasem wkroczyła w świat
typowo naukowy. Zbieranie informa-
cji, przetwarzanie jej i wizualizowanie
na sposób kartograczny jest jednym
z głównych zadań GIS. Najważniejsze
jednak w tej dziedzinie jest planowanie.
Jako jeden z pierwszych dostrzegł to
Roger Tomlinson, który jest określany
jako „ojciec GIS-u”. Planowanie wg.
niego jest gwarancją sukcesu, zaś jego
brak jest przyczyną porażki. Model
Tomlinsona opiera się na 10 etapach
i jest swoistym dekalogiem, który może
służyć zarówno małemu projektowi,
jak i wielkiemu – opartemu na rozwią-
zaniach Enterprise. Wielkość projektu
ma wpływ na to, czy wszystkie ele-
menty tej metodyki powinny być brane
pod uwagę (Tomlinson 2008).
Takim niewielkim projektem jest
Regionalizacja geomorfologiczna
opracowana przez profesora Starkla
w 1972, którą od 2013 roku ze-
spół w składzie prof. Leszek Starkel
z Instytutu Geograi i Przestrzennego
Zagospodarowania (IGiPZ PAN),
mgr Krzysztof Karwacki oraz mgr Kamil
Michalik z Programu Geozagrożenia
Państwowego Instytutu Geologicznego
– Państwowego Instytutu Badawczego
(PIG-PIB), postanowił uszczegółowić
podział Karpat z wykorzystaniem sys-
temu GIS. Niniejszy artykuł przedsta-
wia jaki był model pracy GIS i w jakim
stopniu proces planowania był istotny.

Metodyka planowania Systemów
Informacji Geogracznej pozwala na
szybkie wdrożenie projektu i zminima-
lizowanie bądź uniknięcie błędów na
wcześniejszych etapach.
Wg Rogera Tomlinsona planowanie
GIS składa się z 10 etapów:
1. Cel strategiczny
2. Koncepcja procesu planowania
3. Seminarium technologiczne
4. Produkty informacyjne
5. Zakres systemu
6. Zakres danych
7. Logiczny model danych
8. Wymagania systemowe
9. Analiza korzyści-kosztów, migra-
cji oraz ryzyka
10. Plan wdrożenia.
Pierwszy etap określa w jakim stop-
niu dany projekt wpasowuje się w krót-
ko- i długookresową wizję organizacji.
Następna część to upewnienie się, czy
wizja tego przedsięwzięcia stanie się
wizją kierownictwa. To bardzo ważny
etap, bo brak zrozumienia kadry za-
rządzającej może uniemożliwić albo
znacząco ograniczyć projekt. Trzeba
też rozróżnić proces planowania, który
29 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
wymaga wykonania określnych czyn-
ności i zasobów od procesu wdrażania.
Pojęcia te należy omówić z kierownic-
twem (Tomlinson 2008).
Seminarium technologiczne ma na
celu identykację potrzeb organizacji
w zakresie GIS. Ważne jest, aby
w spotkaniu brali udział użytkownicy
Systemów Informacji Przestrzennej
i aby takich spotkań było kilka (o ile
będzie taka potrzeba). W tej części
deniuje się także wstępnie produkty
informacyjne (Ibidem).
Produkt informacyjny pomaga
w konsekwencji usprawnić pracę.
Takie produkty to m.in. mapy, wykre-
sy, raporty. Etap ten polega na zde-
niowaniu produktów wyjściowych po
uwzględnieniu opinii użytkowników.
Należy wytłumaczyć im jaki będzie za-
kres ich prac oraz jakie informacje
niezbędne do jego realizacji (Ibidem).
Następny etap to określenie jakie
dane, sprzęt komputerowy i oprogra-
mowanie niezbędne do realizacji
projektu, oraz jaka ma być ich ilość.
W tej części powinien być oszacowany
czas realizacji produktów informacyj-
nych (Ibidem).
Zakres danych deniuje skala, roz-
dzielczość, odwzorowanie, tolerancje
błędów oraz ich wpływ na jakość pro-
duktów końcowych (Ibidem).
Jednym z najbardziej istotnych ele-
mentów procesu projektowego jest
stworzenie logicznego modelu danych
bazy danych. Najważniejszą jej ce-
chą musi być logiczna spójność – łatwe
wyszukiwanie i możliwość skutecz-
nych analiz (Ibidem).
W etapie wymagań systemowych
analizowane wszystkie aspekty po-
cząwszy od funkcji GIS, interfejsu
użytkownika, aż po wykreowanie kon-
cepcji jako całości (Ibidem).
Na etapie późniejszym następuje
pokazanie najlepszej drogi od procesu
planowania do wdrażania. W tej części
przeprowadza się analizy biznesowe
nowotworzonego systemu (Ibidem).
Ostatnim krokiem jest plan wdroże-
nia, czyli urzeczywistnienia systemu.
Wyraża się to poprzez odniesienie się
do takich zagadnień jak stworzenie
i przeszkolenie zespołu, współpracę
między instytucjami, przepisy prawa,
bezpieczeństwo, sprzęt i oprogramo-
wanie jakim się dysponuje oraz za-
rządzanie zmianami. Te wszystkie
elementy będą stanowiły raport końco-
wy, który nie tylko podsumowuje do-
tychczasową pracę, ale pozwala dzięki
współpracy kierownictwa z zespołem
projektowym szerzej spojrzeć na opty-
malizację, która ma być wynikiem
wdrożenia projektu GIS (Ibidem).


Koncepcja odnowienia regionali-
zacji geomorfologicznej opracowanej
w 1972 roku przez profesora Leszka
Starkla powstała w wyniku próby za-
pobieżenia trudnościom, na które geo-
lodzy natraali podczas lokalizacji
osuwisk na tle jednostek geomorfolo-
gicznych w ramach projektu System
Osłony Przeciwosuwiskowej (SOPO).
Projekt SOPO składa się z wielu
30 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
komponentów i zadań, z których naj-
istotniejszy odpowiada za inwentary-
zację osuwisk wykonywaną na mapach
w skali 1:10000 prowadzona w podzia-
le gminnym na obszarze Karpat, oraz
w podziale powiatowym na pozosta-
łym obszarze. Osuwiska w Polsce kar-
packiej lokalizowane są w odniesieniu
do jednostki geogracznej wg opraco-
wania prof. Starkla „Charakterystyka
rzeźby polskich Karpat (i jej znaczenie
dla gospodarki ludzkiej)” wynika to
z Rozporządzenia Ministra Środowiska
z dnia 20 czerwca w sprawie informa-
cji dotyczących ruchów masowych zie-
mi (Ministerstwo Środowiska 2007).
Podział Karpat na jednostki regionalne
powstał w małej skali odpowiadającej
1:300000 (Starkel 1972), zaś metodyka
sporządzania Map osuwisk i terenów
zagrożonych mówi o skali 1:10000.
Zespół autorski postanowił, że opra-
cowanie nowego podziału geomorfo-
logicznego Karpat będzie sporządzone
w skali 1:50000, która jest kompromi-
sem między dostępnymi nowoczesny-
mi materiałami oraz materiałami, na
podstawie których został opracowany
podział w 1972 roku. Autorzy doszli
do wniosku, że najlepszym sposobem
przedstawienia i gromadzenia wyni-
ków projektu będzie geobaza, która
w nowoczesny sposób pozwoli zwi-
zualizować jednostki geomorfologicz-
ne i automatycznie przyporządkować
je osuwiskom. W ten sposób został
osiągnięty cel długookresowy czyli
optymalizacja pracy w ramach projek-
tu SOPO. W projekcie nie był wyzna-
czany cel krótkookresowy.


Kadrą zarządzającą w przypadku
tego projektu był kierownik jednostki
organizacyjnej. Widział on potrzebę
optymalizacji pracy w ramach projek-
tu. Geobaza, która powstanie ma ta-
kiej optymalizacji służyć. Dotychczas
przyporządkowanie jednostki geomor-
fologicznej osuwiskom odbywało się
poprzez porównywanie map przedsta-
wiających podział geomorfologiczny
z mapami osuwisk. Wykorzystując
regionalizację Karpat sporządzoną
w systemie GIS oraz warstwę wekto-
rową osuwisk pozyskaną w projekcie
SOPO przyporządkowanie tych dwóch
informacji zostanie przeprowadzone
w sposób automatyczny. Kolejnym
i bardzo ważnym etapem było spo-
tkanie z zespołem, który przyznawał
fundusze na projekt. Najważniejszymi
argumentami, które przyczyniły się
do uzyskania nansowania były: pod-
stawa prawna rozporządzenie - jed-
noznacznie nakazująca wykorzystanie
podziału w rejestrach terenów zagro-
żonych ruchami masowymi ziemi oraz
autorytet naukowy autora – wybitne-
go geomorfologa prof. L. Starkla. Ze
względu na złożony problem regiona-
lizacji Karpat okres jaki przewidziano
do realizacji to 3 lata.


Do realizacji zadania niezbędny był
dostęp do zaplecza technologicznego.
31 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
Zasoby hardware i software w PIG-
PIB są wystarczające do wykonywania
tego rodzaju projektów. Do sporzą-
dzenia podziału Karpat skorzystano
z niewielkiej jego części, a mianowi-
cie z oprogramowania rmy ESRI
ArcGIS for Desktop 10.2 wraz
z rozszerzeniami oraz Blue Marble
Geographics - GlobalMapper + Lidar.
Prace nad uszczegółowieniem od-
bywały się w siedzibie Polskiej
Akademii Nauk w Krakowie. Z tego
względu należało zaopatrzyć zespół
realizujący projekt w laptop, który
posłużył do opracowywania danych
na miejscu, a także dzięki zdalne-
mu dostępowi do serwerów PIG-PIB
przesyłania danych na dyski sieciowe.
Mini-seminarium technologicznym był
cykl roboczych spotkań z Zakładem
Rozwoju Systemów Informatycznych
PIG-PIB. Spotkania te miały na celu
zdeniowanie produktów, które mają
być rezultatem projektu. Za najbar-
dziej efektywny sposób realizacji tego
typu projektu, wskazano operacje
i czynności wykonywane w geobazie
plikowej, której klasy obiektów zosta-
ną zaimplementowane do Centralnej
Bazy Danych Geologicznych PIG-PIB
(CBDG PIG-PIB).


Jak już zostało wspomniane, re-
zultatem projektu ma być geobaza

32 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
plikowa zaimplementowana do bazy
wielodostępnej, która z kolei zostanie
wdrożona do CBDG i służyć będzie
optymalizacji pracy w ramach projek-
tu SOPO. Geobaza będzie zbudowana
na zasadzie hierarchicznego modelu
danych, w której rekordy będą przy-
pominać strukturę drzewa (przykład:
jednostka regiony (nadrzędna) będzie
miała określone jednostki niższego rzę-
du - mikroregiony). Produktami infor-
macyjnymi mają być usługi mapowe
WMS i WFS oraz pliki shp (Fig. 1, 2).

Zakres systemu był zdeniowany
już na początku. Ze względu na po-
zyskiwane fundusze i harmonogram
nansowy trzeba było przestrzegać
konkretnych terminów. Pierwszym
etapem tej części było określenie ilości
dostępnego sprzętu i oprogramowania.
W czasie prac korzystano z dwóch
oprogramowań. Do wizualizacji nume-
rycznych modeli terenu (NMT) służył
Global Mapper. Dzięki intuicyjnemu
interfejsowi można było w stosunko-
wy prosty sposób eksportować opra-
cowywane dane do postaci rastra, czy
skompresowanego pliku projektowe-
go. Etap drukowania map niezbędnych
w wyznaczeniu stref granicznych po-
szczególnych jednostek odbywał się
w oprogramowaniu ArcGIS for
Desktop Standard i Advanced 10.2.
Część robocza była tworzona w śro-
dowisku ESRI, co pozwoliło na korzy-
stanie z plików wektorowych - shape,
bądź z bazy plikowej. Istotnym etapem
była wektoryzacja materiałów autor-
skich wraz z wcześniej skongurowaną
kontrolą topologiczną. W końcowym
stadium przygotowana zostanie doku-
mentacja geobazy umożliwiająca im-
plementację do CBDG PIG-PIB.

Ten obszerny etap ma na celu wery-
kacje dokładności projektu. W projek-
cie „Regionalizacja geomorfologiczna
Karpat” celem było takie połączenie
danych, aby skala, która została zało-
żona na początkowym etapie została
zachowana. W regionalizacji z 1972
wykorzystywano wyłącznie materiały
kartograczne w formie papierowej.
Były to mapy geologiczne w skali
1:200000, oraz mapy topograczne
w skali 1:25000 i 1:100000. Produktami
pośrednimi z tych opracowań były
mapy przedstawiającetypy grzbietów
oraz mapa typów rzeźby, na podstawie
której wyznaczano jednostki geomor-
fologiczne w Polskich Karpatach.
Do uszczegółowienia regio-
nalizacji Karpat użyto zdigita-
lizowanych i skalibrowanych
w oprogramowaniu ArcGIS rastrów
SMGP w skali 1:50000, map topogra-
cznych 1:50000 i 1:10000, rastrowego
modelu terenu - SRTM o rozdzielczości
90 m. Z danych wektorowych na po-
trzeby opracowania zostały zaim-
plementowane dane z BDOT 10k
w szczególności Państwowy Rejestr
Granic – PRG, oraz MPHP – cieki
oraz zlewnie (Chrobak et al. 2014).
Stosunkowo nowymi i zarazem
33 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
coraz chętniej wykorzystywanymi
przez geologów produktami wy-
sokorozdzielcze numeryczne modele
terenu – HRDEM.
Dokładność opracowania końco-
wego odpowiada skali 1:50000, co
jest podyktowane najmniejszą skalą
materiałów kartogracznych wyko-
rzystywanych w aktualizacji podziału
geomorfologicznego Karpat.

Koncepcja bazodanowa towarzy-
szyła od początku trwania projek-
tu. W skład bazy wchodzi słownik
hierarchiczny, w którym klasy obiek-
tów są powiązane ze sobą polami kodu
i nazwą jednostki wyższego rzędu.
Słownik będzie zawierał nazwy ta-
kie same jak w pierwowzorze, z wy-
jątkiem jednostek usuniętych i nowo
powstałych.
Do sprawdzenia integralności obiek-
tów skongurowane zostały reguły
topologiczne. Mają one zastosowanie
w relacji między obiektami występują-
cymi w obrębię jednej klasy obiektów,
bądź w sprawdzaniu spójności prze-
strzennej pomiędzy różnymi klasami
obiektów. Tego typu walidacja jest
warunkiem niezbędnym do wdrożenia
geobazy w struktury CBDG.
          

34 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.

Kolejny krok planowania GIS
w „Regionalizacji geomorfologicz-
nej...” polegał na selekcji oprogramo-
wania w oparciu o istniejące zasoby
jakimi dysponuje PIG-PIB. Najlepiej
skoordynowanym systemem w tej
instytucji jest środowisko ArcGIS.
Geobaza plikowa dostępna w tym
oprogramowaniu, zawierająca geome-
trię jednostek geomorfologicznych,
jest bazą skończoną, tzn. że nie będzie
wymagała poprawek oraz aktualizacji.
Wszystkie procesy technologiczne
będą opierały się na już istniejących roz-
wiązaniach, które dostarcza Centralna
Baza Danych Geologicznych PIG.



Chociaż nowa regionalizacja geo-
morfologiczna powstaje głównie na
potrzeby SOPO to może mieć także
szereg innych zastosowań. Ze względu
na skalę opracowania może służyć jako
odniesienie przestrzenne dla innych
zjawisk przyrodniczych na terenie
Karpat, czy też określenie położenia
poligonów badawczych prac nauko-
wych. Różnorodna forma produktów
pozwoli w prosty sposób podłączyć
bazę do dowolnego oprogramowania
GIS w celu przeprowadzenia analizy.

Aktualizacja podziału geomorfolo-
gicznego Karpat niesie za sobą szereg
korzyści. Dzięki wdrożeniu rozwiązań
zawartych w projekcie zespół realizują-
cy przedsięwzięcie SOPO uzyska skró-
cenie czasu wykonania Map Osuwisk
i Terenów Zagrożonych oraz poprawi
jakość lokalizacyjną osuwisk na tle re-
gionów Karpat. Współpraca podczas
planowania GIS między wewnętrzny-
mi jednostkami PIG-PIB przyczynia
się do poszerzenia świadomości i kom-
petencji osób realizujących zadanie.
W celu wykorzystania podziału geo-
morfologicznego przez szerokie grono
użytkowników planowane publika-
cje przybliżające tematykę regionali-
zacji Karpat opartej na różnorodności
typów rzeźby.

Model proponowany przez
Tomlinsona bardzo dobrze nadaje się
do projektów typu „Regionalizacja geo-
morfologiczna Karpat”. Zastosowanie
planowania GIS pozwoliło na upo-
rządkowanie prac prowadzonych we
wszystkich etapach realizacji projek-
tu minimalizując niepożądany cha-
os i przypadek. Mimo, że projekt jest
niewielki i pracuje przy nim zaled-
wie kilka osób warto posługiwać się
schematem, który przedstawił „oj-
ciec GIS-u” w książce „Rozważania
o GIS”. Wieloletnie doświadczenie
autora modelu w różnych projektach
pokazuje, że planowanie działań jest
35 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
kluczowym elementem powodzenia.
Zaproponowane przez Tomlinsona
rozwiązania pozwoliły zminimalizo-
wać ryzyko wystąpienia błędów czy
przestojów w pracy. Oszczędność cza-
su i pieniędzy, wypracowane poprzez
stosowanie modelu planowania GIS,
są w przypadku mikroprojektów bar-
dzo istotne, gdyż pokazują kierownic-
twu, że warto inwestować w działania,
które poprawiają jakość pracy.

  
2014. Baza danych obiektów topo-
gracznych. Podręcznik dla uczest-
ników szkolenia z możliwości, form
i metod zastosowania bazy danych
obiektów topogracznych. Wydanie
drugie. Warszawa: Główny Urząd
Geodezji i Kartograi.
-

     2008. In-
strukcja opracowania mapy osuwisk
i terenów zagrożonych ruchami ma-
sowymi w skali 1:10000. Warszawa:
Państwowy Instytut Geologiczny.
 , red. 1972. Geo-
morfologia Polski. Praca zbiorowa.
Tom I. Polska Południowa - góry i
wyżyny. Warszawa: Państwowe Wy-
dawnictwo Naukowe.
. 2007. Roz-
porządzenie Ministra Środowiska z
dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie
informacji dotyczących ruchów ma-
sowych ziemi (Dz.U. z 2007 Nr 121,
poz. 840). Warszawa.
  1972. „Charakterystyka
rzeźby polskich Karpat (i jej zna-
czenie dla gospodarki ludzkiej).”
Problemy zagospodarowania ziem
górskich 10: 75–150.
  2008. Rozważania o
GIS. Planowanie Systemów Infor-
macji Geogracznej dla menedże-
rów. Wydanie trzecie. Pierwsza
polska edycja. Translated by M. Bo-
gobowicz, and J. Domański. War-
szawa: ESRI Press, cop.
Mountain areas are unique ecosystems susceptible to different kinds of environ-
mental threats. Its high biodiversity often is protected by various administrative
units such as National Parks. Tatra National Park in Poland (part of Carpathian
range) is the only protected high-mountain area in the country. Currently there
is a strong shortage of comprehensive maps of Tatra’s actual vegetation partially
due to the fact that preparation of such materials require difcult eldwork. Re-
mote sensing materials and techniques may facilitate this process by providing
high-detailed and up-to-date information on vegetation. WorldView-2 satellite
imagery, aerial photo, Digital Elevation Model and analogue materials were
used to assess whether is it possible to prepare high-mountains vegetation map
using only 8-band high resolution satellite image. An unsupervised and super-
vised classications were conducted. Seven types of land cover were identied,
six of which were different types of vegetation. The study showed that supervised
classication is not efcient in preparation of maps of this type and much com-
plex algorithm should be applied.
: teledetekcja, zobrazowania satelitarne, zdjęcia lotnicze, orto-
fotomapa, klasykacja roślinności, WorldView-2, Tatrzański Park Narodowy
Keywords: remote sensing, satellite imagery, aerial imagery, orthophotomap,
classication of vegetation, WorldView-2, Tatra National Park




ON WORLDVIEW-2 IMAGERY
Karolina Orłowska1,2, Marlena Kycko1, Anna Kozłowska3, Adrian Ochtyra1,2,
Bogdan Zagajewski1
karolina.orlowska@uw.edu.pl, marlenakycko@uw.edu.pl, a.kozl@twarda.pan.pl,
adrian.ochtyra@uw.edu.pl, bogdan@uw.edu.pl
1 Zakład Geoinformatyki, Kartograi i Teledetekcji, Wydział Geograi i Stu-
diów Regionalnych, Uniwersytet Warszawski
2 Kolegium Międzywydziałowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-
-Przyrodniczych, Uniwersytet Warszawski
3 Zakład Geoekologii i Klimatologii, Instytut Geograi i Przestrzennego Zago-
spodarowania PAN
38 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.

Obszary górskie stanowią jedyny
w swoim rodzaju ekosystem, które-
go złożoność wynika z uwarunkowań
klimatycznych, geologicznych i geo-
morfologicznych. Dodatkowo aspekty
działalności ludzkiej jak gospodarka
czy szeroko rozwinięta turystyka wpły-
wają na stan ekosystemu. Występująca
na obszarach górskich piętrowość
klimatyczno-roślinna charakteryzu-
je się dużą bioróżnorodnością oraz
wrażliwością na zmiany zachodzące
w środowisku naturalnym, a jednym
z indykatorów zachodzących w nim
zmian jest roślinność. Unikatowość
środowiska, a zarazem wysoka inten-
sywność użytkowania powoduje, że
obszary te są nierzadko obejmowane
różnymi formami ochrony.
W Polsce przykładem krajobra-
zu wysokogórskiego są Tatry, a jed-
nym z obowiązków ustawowych
Tatrzańskiego PN jest ochrona roślin-
ności wysokogórskiej na tym obsza-
rze. Każda forma ochrony wymaga
dogłębnego poznania natury obiektu
chronionego - tak więc w przypadku
roślinności nieodzowne mapy roślin-
ności rzeczywistej. Badania nad tym
aspektem Tatr prowadzone były już w
latach 20-tych XX wieku (Szafer 1923,
1927, Pawłowski 1972). Owocem tych
prac były liczne monograe, opra-
cowania typologiczne i atlasy roślin,
a także mapy roślinności w różnych
skalach (Trafas 1985, Bielecka 1986,
Kozłowska i Plit 2002). Niemniej
jednak badania te, głównie prowadzo-
ne w terenie, wymagały znaczącego na-
kładu pracy, były czasochłonne i trudne
do przeprowadzenia ze względu na
typowe dla obszarów górskich zmien-
ne warunki pogodowe oraz związaną
z ukształtowaniem terenu niedo-
stępność (Bakos 2009, Kozłowska
1999, 2006).
Teledetekcja to metoda badań, pod-
czas których niewymagany jest bez-
pośredni kontakt z obiektem, który
poddawany jest analizie. W teledetek-
cji informacje o obiekcie pozyskiwa-
ne za pomocą fal różnego rodzaju,
najczęściej elektromagnetycznych
(Zagajewski i in. 2009) . Przykładem
teledetekcyjnego pozyskiwania danych
jest wykonywanie zdjęć lotniczych lub
satelitarnych. Odbite promieniowa-
nie elektromagnetyczne rejestrowane
jest przez sensor znajdujący się w sa-
molocie lub na satelicie pod postacią
zobrazowań. Promieniowanie elek-
tromagnetyczne w kontakcie z różny-
mi obiektami lub typami powierzchni
będzie zachowywało się inaczej, to
znaczy, w różnym stopniu zostanie
pochłonięte, rozproszone lub odbite
przez obiekt. To zachowanie może zo-
stać zarejestrowane pod postacią tak
zwanej „krzywej odbicia spektralne-
go”, czyli wykresu natężenia odbicia
od długości fali.
Krzywa odbicia spektralnego dla
roślinności jest charakterystyczna
i zawsze przybiera podobny kształt.
Jednak w zależności od parametrów
biozycznych rośliny zmienia się
ona na tyle by można było rozróżniać
39 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
poszczególne gatunki jedynie za po-
mocą ich cech spektralnych.
Zdjęcia satelitarne pozyskiwane są
z różną rozdzielczością czasową wa-
hającą się od kilku do kilkunastu dni
(czas między kolejnymi przelotami
satelity nad tym samym obszarem)
oraz z różną rozdzielczością prze-
strzenną (rozmiar najmniejszego in-
dywidualnego obiektu jaki można
zidentykować na zdjęciu). Rejestrują
one również różne długości fal
w tak zwanych kanałach spektralnych.
Na terenie Tatrzańskiego Parku
(TPN) sukcesywnie rozwijane
metody teledetekcyjne używane do
wydzielenia zbiorowisk roślinnych
i kartowania roślinności wysokogór-
skiej (Jakomulska 1999, Sobczak 2010,
Zagajewski 2010), zmian szaty roślin-
nej (Guzik, 2001, Wężyk i Guzik 2001),
uszkodzeń szaty roślinnej (Guzik i in.
2002) czy też oceny stanu kondycji ro-
ślinności (Kycko 2012, Kycko 2014).
Opracowano dotychczas mapę sateli-
tarną Tatr z wykorzystaniem danych
z Landsat TM oraz w roku 1994 wy-
dano pierwszą mapę satelitarną Tatr
w barwach nierzeczywistych w ska-
li 1 : 75 000, która bazowała na zo-
brazowaniach z satelity SPOT 2.
W 2002 roku opracowano mapę pre-
zentująca obszar Tatr w skali 1 : 20 000
w barwach zbliżonych do naturalnych
(IGiK2002). Powstała także mapa
w skali 1 : 10 000 obrazująca roślin-
ność Tatr, przy użyciu zobrazowań
z roku 2001 z satelity Ikonos
(Jakomulska i Kozłowska 2002).
We wrześniu 2003 roku wykonano
pierwsze wielospektralne, wyso-
korozdzielcze zdjęcie Tatr (sateli-
ta SPOT 5). Kartowano roślinność
Tatr Wysokich przy użyciu lot-
niczych zdjęć spektrostrefowych
(Wrzodak 2004). Stworzono także
system GIS dla euroregionu „Tatry”
(www.gis.tpn.pl), a także opracowano
i wydano w 2006 cyfrowy Atlas Tatr
i Podtatrza w skali 1: 15 000, który został
wznowiony i wydany w roku 2015 jako
„Atlas Tatr – Przyroda nieożywiona”.
Dotychczas nie opracowano jednak
kompleksowej, szczegółowej mapy
roślinności rzeczywistej dla całego te-
renu Tatrzańskiego Parku Narodowego
(Szafer 1927, Pawłowski 1972,
Kozłowska 1999), a także metody,
która pozwoliłaby na szybkie jej uak-
tualnianie. Współcześnie rozwijające
się techniki i materiały teledetekcyjne
mogą stanowić rozwiązanie tego pro-
blemu (Bakos 2009, Kozłowska 2006,
Madden 2003, Zagajewski 2006).
Odpowiednia kombinacja opisanych
cech danych teledetekcyjnych może
pozwolić na dobór satelity, który znaj-
dzie zastosowanie w kartowaniu szcze-
gółowym roślinności Tatrzańskiego
Parku Narodowego, a dane z niego
pozyskane mogłyby usprawnić proces
tworzenia wielkoskalowych map ro-
ślinności rzeczywistej tego obszaru.

Badanie posłużyło wstępnej ocenie
czy wysokorozdzielcze zobrazowania
satelitarne mogą służyć jako źródło
informacji w procesie szczegółowego
40 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
kartowania roślinności wysokogór-
skiej i mogą być wykorzystane spe-
cjalnie do kartowania roślinności
Tatrzańskiego Parku Narodowego.
W tym celu wykorzystane zostały na-
stępujące materiały (Fig. 1):
fragment wysokorozdzielczego
zobrazowaniaWorldView-2 o roz-
dzielczości przestrzennej 2m. Zo-
brazowania te wykonywane co
około 4 dni. Satelita WorldView-2
rejestruje 8 kanałów spektralnych
w zakresie od450 do 1040 nm.
Wykorzystano fragment zobrazo-
wania z 7 września 2013 obejmu-
jący obszar zachodniej części Tatr;
zdjęcie lotnicze o rozdzielczości
przestrzennej 20cm wykonane
w sierpniu 2012 roku;
Numeryczny Model Terenu: ska-
ning laserowy z sierpnia 2012
roku oraz SRTM;
analogowe archiwalne mapy ro-
ślinności rzeczywistej wybranych
obszarów TPN w różnych skalach
i pochodzące z różnych okresów
(Szafer 1923, 1927).
Metodyka postępowania przedsta-
wiona została na poniższym schema-
cie (Fig. 2). Wszystkie etapy pracy
wykonane zostały w oprogramowaniu
ArcGIS 10 oraz ENVI.
Analiza danych w celu przygoto-
wania mapy roślinności rzeczywistej
przebiegała dwutorowo w zależno-
ści od charakteru danych: cyfrowego
(zdjęcia satelitarne, lotnicze, NMT)
oraz analogowego.

     

41 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
Materiały analogowe zeskanowa-
no a następnie w środowisku GIS,
z wykorzystaniem siatki geogracznej
i charakterystycznych punktów na zdję-
ciu lotniczym, przypisane im zostały
współrzędne geograczne oraz prze-
kształcone zostały na postać cyfrową.
Dane te w późniejszym etapie analizy

posłużyły do werykacji poprawności
przeprowadzonej klasykacji (Fig. 3).
Materiały cyfrowe również zo-
stały przygotowane do dalszej ana-
lizy. Zdjęcia satelitarne, zwłaszcza
obrazujące obszary o dużych deniwe-
lacjach, posiadają wiele zniekształceń
wynikających ze specyki sensora i
        
      

42 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
krzywizny Ziemi. Zniekształcenia te
można zniwelować wykonując korek-
cję geometryczną. W tym celu wyko-
rzystany został Numeryczny Model
Terenu (NMT), czyli ciągły, nume-
ryczny zapis wysokości położenia
punktów powierzchni. Na podstawie
przypisanych do zdjęcia oraz NMT
współrzędnych geogracznych oraz
z wykorzystaniem punktów charakte-
rystycznych wykonywana jest korek-
cja, czyli „dociągnięcie” fragmentów
zdjęcia na odpowiadające rzeczywisto-
ści miejsca (Fig. 4).
Kolejnym etapem była korekcja
atmosferyczna, czyli zmniejszenie
wpływu atmosfery na ogólny obraz
zdjęcia. Rejestrowane przez sensor
znajdujący się na satelicie promienio-
wanie elektromagnetyczne charak-
teryzuje się wieloma zakłóceniami
wynikającymi z wpływu znajdujących
się w atmosferze aerozoli. Wpływ at-
mosfery zmniejszyć można poprzez
modelowanie warunków jakie pano-
wały w atmosferze danego dnia i na
danej szerokości geogracznej.
Opracowane w ten sposób zdjęcie
można było wykorzystać do karto-
wania roślinności. Wstępnym etapem
tego procesu była klasykacja niena-
dzorowana, czyli zautomatyzowane
wydzielenie podstawowych typów
pokrycia terenu na zdjęciu (Fig. 5).
W procesie klasykacji nienadzoro-
wanej poszczególne piksele obrazu
przypisywane są do jednej z grup na
podstawie podobieństwa ich wartości.
Najbardziej optymalne wyniki uzy-
skano przy docelowym parametrze
siedmiu podstawowych grup oraz przy
zastosowaniu algorytmu K-Means
(Tou 1974). Podstawą algorytmu jest
analiza wartości pikseli i przydzielanie
ich do klas na podstawie różnicy war-
tości piksela a średniej grupy.
Przeprowadzenie klasykacji nie-
nadzorowanej miało na celu wstępne
oszacowanie ile typów pokrycia terenu
można wyodrębnić na zdjęciu, a także
zaprezentowanie ich przestrzennego
rozmieszczenia. Rozpatrywana była
roślinność oraz obszary pozbawio-
ne biomasy. Wytypowano następują-
ce klasy: lasy sosnowo-świerkowe,


43 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.


WorldView-2.
44 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
 Pola treningowe
Lasy sosnowo - świerkowe 17
Uszkodzona roślinność drzewiasta 31
Kosodrzewina 49
Murawy nizinne 16
Murawy wysokogórskie 20
Murawy nizinne po wypasie 32
Nagie skały 11

nadzorowanej.


45 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
uszkodzona roślinność drzewiasta,
kosodrzewina, murawy nizinne, mura-
wy nizinne po wypasie, murawy wy-
sokogórskie, nagie skały. Pominięto
chmury i głębokie cienie oraz zbiorniki
wodne. Klasy te zostały zidentyko-
wane na zobrazowaniu satelitarnym
i opracowany został dla nich klucz
fotointerpretacyjny (Fig. 6).
W przypadku klasykacji nadzoro-
wanej wymagane jest utworzenie tak
zwanych „pól treningowych”, czyli
wskazanie na zdjęciu obrazów repre-
zentatywnych dla danej klasy (Fig. 7).
Znajduje tu zastosowanie wcześniej
utworzony klucz fotointerpretacyj-
ny. Bazując na wynikach klasykacji
nienadzorowanej opracowano poligo-
ny testowe dla siedmiu typów pokrycia
terenu. Liczbę utworzonych pól trenin-
gowych przedstawia Tabela 1.
Algorytm klasykacji porównu-
je wartości pikseli na całym zdjęciu
do wartości pikseli pól treningowych,
przypisując je do odpowiednich klas.
Zastosowany algorytm to Maximum
Likelihood (Richards 1999). Metoda ta
zakłada, że statystyki dla każdej anali-
zowanej klasy mają rozkład normalny
i oblicza prawdopodobieństwo z jakim
dany piksel zostanie przydzielony do
danej klasy (Fig. 8).
Po wykonaniu klasykacji na-
leżało ocenić jej poprawność.


46 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
Wykorzystana w tym celu zosta-
ła ortofotomapa (zdjęcie lotnicze),
a także analogowe archiwalne materiały.
Ocena poprawności klasyka-
cji z wykorzystaniem zdjęcia lot-
niczego bazowała na zbudowaniu
klucza fotointerpretacyjnego zarówno
dla zobrazowania satelitarnego jak i dla
zdjęcia lotniczego (Fig. 9). Podobnie jak
w przypadku klasykacji nadzoro-
wanej koniecznie było utworzenie
poligonów wskazujących rozmiesz-
czenie poszczególnych typów po-
krycia terenu. Tym razem poligony
       
analogowych.
            

47 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
te były wyznaczane na zdjęciu lot-
niczym, czyli materiale o większej
szczegółowości. Analiza statystyczna
pozwoliła określić z jak dużą często-
tliwością obserwowana jest zgodność
typu pokrycia terenu na obrazie pokla-
sykacyjnym z typem występującym
na materiale werykacyjnym.
Jako formę uzupełniającą ocenę po-
prawności klasykacji wykorzystano
analogowe materiały kartograczne.
Kontury uprzednio zdigitalizowanych
map zostały nałożone na obraz pokla-
sykacyjny w celu wizualnej oceny
zgodności typów roślinności przedsta-
wionych na materiale kartogracznym
z wynikami analizy zdjęcia satelitarne-
go (Fig. 10).
Po przeprowadzeniu oceny popraw-
ności klasykacji opracowana została
barwna legenda dla utworzonej mapy
roślinności (Fig. 11).

Ocena poprawności klasyka-
cji przeprowadzona została dwueta-
powo. Wpierw wykonana została
analiza statystyczna bazująca na po-
równaniu obrazu poklasykacyjnego
z materiałem teledetekcyjnym o więk-
szej szczegółowości, w tym przypadku
ze zdjęciem lotniczym. Dokładność
oceny klasykacji prezentuje poniższa
tabela (Tab. 2).
Zestawienie statystyczne przed-
stawia udział przestrzenny poszcze-
gólnych klas w km2 oraz dokładność
producenta i użytkownika.
Dominującą przestrzennie grupą jest
klasa „lasy sosnowo - świerkowe” zaj-
mująca powierzchnię ok. 84 2. Drugą
co do wielkości grupą były murawy
wysokogórskie o obszarze 26,44 km2.
Stosunkowo liczną grupę pod kątem
Klasa Obszar [km2] Dokładność pro-
ducenta (%)
Dokładność
użytkownika (%)
Lasy sosnowo -
świerkowe
84.19 85.94 91.33
Uszkodzona
roślinność drze-
wiasta
4.09 69.36 89.38
Kosodrzewina 8.10 89.83 95.99
Murawy nizinne 2.91 58.12 61.53
Murawy wysoko-
górskie
26.44 72.33 59.97
Murawy nizinne
po wypasie
3.20 97.96 96.87
Nagie skały 5.55 73.24 78.39

48 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
zajmowanego obszaru stanowiła tak-
że klasa „kosodrzewina” - ok. 8 km2.
Najmniejszą powierzchnię zajmowa-
ły z kolei klasy: „murawy nizinne” -
2,91 km2, „murawy nizinne po wy-
pasie” - 3,20 km2, „uszkodzona ro-
ślinność drzewiasta” - 4,09 km2 oraz
„nagie skały” - 5,55 km2.
Dokładność producenta jest to pa-
rametr określający ile pikseli w danej
klasie zostało poprawnie sklasyko-
wanych w stosunku do obliczonej na
podstawie wzorca liczby pikseli jaka
we wskazanej klasie powinna się zna-
leźć (Zagajewski i in. 2009, 2010).
Najwyższa dokładność została osią-
gnięta dla klas „murawy nizinne po
wypasie” (97,96%), „kosodrzewina”
(89,83%) oraz „lasy sosnowo-świer-
kowe” (85,94%). Stosunkowo niższe
wartości osiągnęły klasy „uszkodzona
roślinność drzewiasta” (69,36%), „mu-
rawy wysokogórskie” (72,33%) oraz
„nagie skały” (73,24%). Najniższą
dokładność można zaobserwo-
wać w przypadku klasy „murawy
nizinne” (58,12%).
Dokładność użytkownika z kolei
określa liczbę pikseli zaklasykowa-
nych poprawnie do wszystkich znajdu-
jących się w danej klasie (Zagajewski
i in. 2009, 2010). Najwyższą dokład-
ność użytkownika można zaobser-
wować ponownie dla klasy „murawy
nizinne po wypasie” (96,87%) oraz
„kosodrzewina” (95,99%), a także
„lasy sosnowo-świerkowe” (91,33%).
Bardzo wysoką dokładność klasy-
kacji odnotowano również w przy-
padku klasy „uszkodzona roślinność
drzewiasta” (89,38%) i dosyć wyso-
dla klasy „nagie skały” (78,39%).
Bardzo niską dokładność klasykacji
uzyskała po raz kolejny klasa „murawy
nizinne” (61,53%) jak i również „mu-
rawy wysokogórskie” (59,97%).
Całkowita dokładność klasykacji,
czyli stosunek poprawnie zaklasyko-
wanych do danej klasy pikseli wzglę-
dem pikseli wszystkich klas wyniosła
79,34% . Oznacza to, że ok. 79% pikseli
występujących na zdjęciu satelitarnym
zostało poprawnie sklasykowanych.

Przeprowadzona analiza pokaza-
ła, klasykacja nadzorowana może
być stosowana jako metoda kartowa-
nia typów pokrycia terenu na wysoko-
rozdzielczych zdjęciach satelitarnych,
w tym przypadku WorldView-2. Warto
zaznaczyć jednak, analizowane
wydzielenia miały charakter ogólny,
wydzielający obszary z biomasą od ob-
szarów jej pozbawionych, a także iden-
tykujący podstawowe typy pokrywy
roślinnej. Kolejnym etapem badań po-
winna być próba rozróżnienia poszcze-
gólnych zbiorowisk czy też gatunków.
W tym celu powinna zostać zwiększo-
na liczba wydzieleń legendy.
Wyniki uzyskanej klasykacji po-
kazują, najlepiej zaklasykowane
zostały jednostki homogeniczne, takie
jak lasy sosnowo-świerkowe czy koso-
drzewina. Niską dokładność klasyka-
cji zaobserwowano w przypadku klas
silnie zróżnicowanych tj. „murawy wy-
sokogórskie” oraz „murawy nizinne”.
49 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
Zalecane jest rozbicie szerokich klas
„murawy” na mniejsze podklasy
w kolejnych próbach przeprowadzenia
klasykacji. Nie widać bezpośredniej
zależności między powierzchnią klasy
a dokładnością klasykacji.
Porównanie analogowych map ro-
ślinności rzeczywistej z obrazem pokla-
sykacyjnym potwierdza poprawność
przeprowadzonej analizy, jednakże
wskazuje również na to, iż analogo-
we materiały kartograczne są silnie
zgeneralizowane i w pewnym stopniu
zdezaktualizowane. Potwierdza to tezę,
brak obecnie jest szczegółowych
i aktualnych materiałów w tym zakresie.
Przeprowadzona klasykacja bazo-
wała jedynie na cechach spektralnych
zarejestrowanych na zobrazowaniu sa-
telitarnym. Jej dokładność mogłaby być
zwiększona poprzez przeprowadzenie
wywiadu terenowego i uzupełnienie
danych werykacyjnymi punktami
GPS. Zastosowanie innych produktów
teledetekcyjnych np. mapy spadków
terenu pozyskanej z NMT, mapy geo-
logicznej czy też geomorfologicznej
oraz innych, bardziej rozbudowanych
algorytmów klasykacji jak sztuczne
sieci neuronowe (Zagajewski 2010)
również mogłoby znacząco wpłynąć
na jakość klasykacji.

  1986. „Photointerpreta-
tion survey of changes in the range
of the Tatra subalpineforests.” Mi-
scellanea Geographica: 125–131.
 2009. „Potential
of hyperspectral remote sensing for
vegetation mapping of high mounta-
in ecosystems.” W: Proceedings of
6th EARSeL Imaging Spectroscopy
SIG Workshop, Online/Unformatted
CD-ROM. Tel Aviv: EARSeL.
  2001. „Analiza zmian
szaty roślinnej Tatr przy wykorzy-
staniu technik geomatycznych na
przykładzie Doliny Bystrej i Suchej
Stawiańskiej.” praca magisterska,
Akademia Rolnicza, Kraków.

2002. „Oddziaływanie narciarstwa
zjazdowego na szatę roślinną Do-
liny Goryczkowej w Tatrach.” W:
Użytkowanie turystyczne Parków
Narodowych, Ruch turystyczny
Zagospodarowanie Konikty
Zagrożenia, red. J. Partyka, 723–
735. Ojców: Wydawnictwo Ojcow-
ski Park Narodowy.
  1998. „Kartowanie
wysokogórskiej roślinności Tatr
metodami teledetekcji i zjologii
roślin.” Fotointerpretacja w Geo-
grai 26: 13–20.
  1999. „Zróżnicowa-
nie wysokogórskiej roślinności Tatr
w świetle badań teledetekcyjnych.”
praca doktorska., Uniwersytet War-
szawski, Warszawa.
    
2002. „Application of high reso-
lution satellite image (IKONOS)
for construction of large scale
vegetation map of the Tatra Mo-
untains.” W: EnviroMount. Confe-
rence on GIS and RS in Mountain
50 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
Environment Research. 19-23 Sep-
tember 2002, Zakopane, Poland.
Abstracts, 56-57. Cracow: GIS La-
boratory. Institute of Geography and
Spatial Management. Jagiellonian
University.
    .
1999. „Struktura przestrzenna ro-
ślinności kotłów Gąsienicowego i
Goryczkowego Świńskiego.” W:
Badania geoekologiczne w otocze-
niu Kasprowego Wierchu, red. A.
Kotarba i A. Kozłowska, 63–79.
Wrocław: Wydawnictwo Continuo.
 1999. „Problemy kar-
towania roślinności wysokogór-
skiej w skali szczegółowej (na
przykładzie map roślinności Kotła
Gąsienicowego i Goryczkowego
Świńskiego).” W: Badania geoeko-
logiczne w otoczeniu Kasprowego
Wierchu, red. A. Kotarba i A. Ko-
złowska, 37–43. Wrocław: Wydaw-
nictwo Continuo.
2002. „Mapa
roślinności wysokogórskiej Tatr (od
Krzyżnego do Przełęczy Kondrac-
kiej) w skali 1:10 000 i 1:20 000.”
W: Przemiany środowiska przyrod-
niczego Tatr, red. W. Borowiec, A.
Kotarba, A. Kownacki, Z. Krzan i
Z. Mirek, 197–201. Kraków-Zako-
pane: Wydawnictwo Instytutu Bota-
niki PAN.
   „Detailed map-
ping of high vegetation in the Ta-
tra Mts.” Polish Botanical Studies
22: 333–341.
      -
 2014. „Variability in
spectral characteristics of trampled
high-mountain grasslands” Miscel-
lanea Geographica 18: 10–14.
     -
    2012.
„Zróżnicowanie spektralne wy-
branych gatunków muraw wyso-
kogórskich Doliny Gąsienicowej
narażonych na wydeptywanie.„ Te-
ledetekcja Środowiska 47: 75–86.
  1927. ”Podstawy wy-
dzielenia pięter roślinności w Ta-
trach i Beskidach Zachodnich.” W:
Pamiętnik II Zjazdu Słowiańskich
Geografów i Etnografów odbytego
w Polsce w roku 1927, red. L. Sa-
wicki, 1–3. Cracow: Komitet Orga-
nizacyjny II. Z.S.G.E.
  1999. Remote Sen-
sing Digital Image Analysis.
Berlin: Springer.
  2009. ”Hiperspektralna
metoda badania i kartowania roślin-
ności wysokogórskiej.” Teledetek-
cja środowiska 41: 79–103.
      -
i 1923. „Zespoły roślin w
Tatrach. Cz. I. Zespołyroślin w
Dolinie Chochołowskiej.” Bulletin
International de l’Academie Polo-
naise des Sciences et des Lettres,
Classe des Sciences Mathématiqu-
es et Naturelles. Serie B., Suppl.
III: 1–66.
S      -
 1926. „Zespoły roślin w
Tatrach. Cz. I. Zespoły roślin w Do-
linie Kościeliskiej.” Bulletin Inter-
national de l’Academie Polonaise
des Sciences et des Lettres, Classe
51 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
des Sciences Mathématiques et Na-
turelles. Serie B., Suppl. II: 11–79.
 red. 1985. Atlas: Tatrzań-
ski Park Narodowy. Zakopane-
-Kraków: Polskie Towarzystwo
Przyjaciół Nauk o Ziemi.
     1974. Pat-
tern Recognition Principles.
Massachusetts: Addison-Wesley
Publishing Company.
 2004. „Techniki
geoinformatyczne w badaniach cza-
sowo-przestrzennych zmian szaty
roślinnej na przykładzie rejonu Ka-
sprowego Wierchu w Tatrach.” Te-
ledetekcja Środowiska 33: 58–67.
  2004. „Kartowanie
szaty roślinnej Tatr wysokich z
wykorzystaniem barwnych spek-
trostrefowych zdjęć lotniczych.”
Praca magisterska, Akademia
Rolnicza, Kraków.
     -
   -
 2005. „Zintegrowane pomiary
roślinności wysokogórskiej.” Tele-
detekcja Środowiska 36: 61–69.
    
    
. 2006. „Bada-
nia górskich zbiorowisk roślin-
nych z użyciem naziemnych
technik hiperspektralnych.”
W: Tatrzański Park Narodowy na
tle innych górskich terenów chro-
nionych. T.2. Nauki biologiczne.
Red. B. Godzik, 125–135. Zakopa-
ne-Kraków: Wydawnictwo Tatrzań-
skiego Parku Narodowego.
   
    
  2006. „Kar-
towanie górskich zbiorowisk ro-
ślinnych z użyciem zobrazowań
hiperspektralnych DAIS7915.”
W: Tatrzański Park Narodowy na
tle innych górskich terenów chro-
nionych. T.2. Nauki biologiczne.
Red. B. Godzik, 125–135. Zakopa-
ne-Kraków: Wydawnictwo Tatrzań-
skiego Parku Narodowego.
     
 2009. Metody i techniki
badań geoinformatycznych, skrypt
dla studentów, wersja 2. University
of Warsaw.
  2010. „Assessment
of neural networks and Imaging
Spectroscopy for vegetation classi-
cation of the High Tatras.” Telede-
tekcja Środowiska 43: 7–112.


IDENTIFICATION OF GROUNDWATER DISCHARGE ZONES
BASED ONANALYSIS OF SATELLITE IMAGES
Daniel Zaszewski
d.zaszewski@gmail.com
Instytut Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej, Wydział Geologii,
Uniwersytet Warszawski
Designating groundwater discharge zones is an important issue in the analysis
of groundwater circulation system. Identication of these zones in regional terms
or in sparsely accessible and recognized areas, still causes problems. Usage
satellite remote sensing enables greatly simplies performing of such analyzes.
This article provides two methods for determining groundwater discharge areas,
based on satellite thermal images and photographs taken in the optical bands,
coming from LANDSAT mission. As an area of research chosen a fragment
of Lublin Upland and West Roztocze. The study showed high usefulness of satel-
lite data to identify groundwater discharge zones.
 strefa drenażu wód podziemnych, teledetekcja satelitarna,
LANDSAT, transformacja Tasseled Cap
Keywords: groundwater discharge zone, satellite remote sensing, LANDSAT,
Tasseled Cap transformation

Według denicji zawartej w Słowniku
hydrogeologicznym,Strefy drenażu
wód podziemnych obszarami na
powierzchni terenu lub pod ziemią,
do których spływają wody podziemne
z utworów wodonośnych (Dowgiałło
i in. 2002). Teoretyczny opis zależno-
ści pomiędzy strefami zasilania i dre-
nażu wód podziemnych został zawarty
w klasycznym modelu przepływu wód
podziemnych zaproponowanym przez
Józsefa Thót’a w 1963 roku. W modelu
tym strefy drenażu wód podziemnych
zlokalizowane w obniżeniach tere-
nu zasilając tym samym znajdujące się
tam źródła, jeziora, rzeki oraz obszary
podmokłe. Cechami charakterystycz-
nymi dla stref drenażu są: przewaga
drenażu nad zasilaniem sytemu oraz
relatywnie płytko występujące zwier-
ciadło wód podziemnych. Powoduje
to, iż w strefach drenażu oddziaływanie
54 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
wód podziemnych na powierzchnię te-
renu oraz znajdujące się nań ekosys-
temy manifestuje się znacznie silniej
niż na obszarach przyległych. Obszary
takie cechują się swoistymi warunka-
mi termicznymi, wilgotnościowymi
i biotycznymi, przez co (jeżeli funk-
cjonują w odpowiedniej skali) mogą
zostać wyodrębnione na obrazach po-
zyskanych ze zdalnych rejestratorów.
Rozwój technik teledetekcyjnych,
a wśród nich teledetekcji satelitarnej
oraz powszechny dostęp do danych
pozwala na szybszą, prostszą i tań-
szą analizę zjawisk przyrodniczych.
Teledetekcja satelitarna dostarcza rów-
nież cennych informacji o regionach
do których dostęp jest z różnego ro-
dzaju powodów utrudniony, czy wręcz
niemożliwy. Ponadto dane satelitarne
w przeciwieństwie do tradycyjnych,
punktowych obserwacji naziemnych
mają charakter przestrzenny. W niniej-
szym artykule przedstawiono dwie me-
tody wyznaczania stref drenażu wód
podziemnych,które wykorzystują pod-
stawowe grupy danych rejestrowanych
przez skanery satelitarne. Jako materiał
źródłowy wybrano obrazy zarejestro-
wane przez satelity LANDSAT, stano-
wiące część jednego z najsłynniejszych
i najdłużej prowadzonych programów
obserwacji Ziemi.

Pierwsza z omawianych metod ba-
zuje na analizie obrazów wykonanych
w zakresie podczerwieni termalnej,
w przedziale spektrum od ok. 8 do
12µm (Zawiła-Niedźwiedzki 2010).
Sensory rejestrujące promieniowanie
w zakresie termalnym dokonują po-
miarów energii wypromieniowanej
z powierzchni terenu, będącej funkcją
temperatury znajdujących się na niej
obiektów i ich zdolności emisyjnych
(Voogt i Oke 2003). Po przeliczeniu
otrzymanego sygnału do wartości tem-
peratury radiacyjnej uzyskuje się mapy
przestrzennego rozkładu tej wielkości.
Idea powiązania rozkładu temperatury
radiacyjnej powierzchni terenu z wy-
stępowaniem stref drenażu wiąże się
z obserwacjami kontrastów termicz-
nych pomiędzy strefą drenażu a ota-
czającymi terenami (Sass i in. 2014).
W obrębie północnych szerokości geo-
gracznych obszary otaczające strefy
drenażu wykazują latem wyższe od
otoczenia wartości temperatury, nato-
miast w okresach zimowych tendencja
ta ulega odwróceniu. Zaobserwowanie
takich kontrastów termicznych po-
zwala na relatywnie precyzyjne wy-
znaczenie stref drenażu. Ograniczenia
stosowalności przedstawianej meto-
dy wiążą się przede wszystkim z ol-
brzymim wpływem form pokrycia,
zagospodarowania terenu oraz za-
chmurzenia na wartości temperatury
radiacyjnej. Niezbędna jest więc selek-
cja opracowywanych obrazów w taki
sposób aby zminimalizować wpływ
warunków pogodowych i pokrycia
terenu a wzmocnić sygnały, które po-
zwalają na identykację stref drena-
żu wód podziemnych. Dogodnymi
okresami do identykacji stref drena-
żu na podstawie obrazów termalnych
55 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
miesiące późnojesienne, zimowe
i wczesnowiosenne. Minimalizuje się
w ten sposób wpływ radiacji słonecz-
nej oraz szaty roślinnej. Okresy te ce-
chują się jednak dużą częstotliwością
występowania zachmurzenia, oraz
obecnością pokrywy śnieżnej, będą-
cej skutecznym izolatorem dla pro-
mieniowania cieplnego dochodzącego
z powierzchni gruntu, dlatego też za-
sób danych możliwych do opracowa-
nia tą metodą jest ograniczony.
Druga metoda bazuje na analizie
zdjęć satelitarnych wykonanych w pa-
śmie optycznym, a więc obejmujących
zakresy promieniowania widzialnego
- od ok. 400 do 700 nm, oraz bliskiej
i średniej podczerwieni optycznej
- od ok. 700 do 3000 nm (Zawiła-
Niedźwiedzki 2010). Posłużono się
w niej transformacją Tasseled Cap
(TC). TC jest metodą pozwala-
jącym wyeksponowanie infor-
macji jakie niesie ze sobą widmo
światła odbitego od powierzchni
ziemi w postaci szeregu kanałów
tematycznych, obrazujących jako-
ściowo wybrane aspekty środowiska
(Kauth i Thomas 1976, Huang
i in. 2002). Transformacja ta jest
dedykowana w zasadzie sensorom
znajdującym się na pokładach satelitów
misji LANDSAT, jednakże istnieją uda-
ne próby jej implementacji dla innych
skanerów (Zhang i in. 2002, Yarbrough,
Easson i Kuszmaul 2005). Istnieją dwa
typy transformacji TC, pierwszy z nich
bazuje na analizie wartości pikseli po-
mierzonych bezpośrednio przez sen-
sor. Stosuje się go w przypadku, gdy
wykonanie korekcji atmosferycznej
zdjęć jest problematyczne. Drugi typ
do obliczeń przyjmuje współczynnik
odbicia dlatego wykorzystywana jest
do analizy zdjęć dobrej jakości lub
takich, co do których dysponujemy
danymi umożliwiającymi zreduko-
wanie wpływu atmosfery (Jarocińska
i Nasiłowska 2009).
Jednym z obrazów generowanych
podczas TC jest kanał „Wetness”
(TCW), wykazujący dużą wrażli-
wość na zmiany wilgotności gleby
i roślinności oraz strukturę roślinno-
ści (Jarocińska i Nasiłowska 2009).
Wykorzystanie tego kanału do iden-
tykacji stref drenażu opiera się na
założeniu, iż ze względu na płytko wy-
stępującą warstwę wodonośną obszary
takie cechują cię wyższą wilgotnością
niż tereny otaczające. Również roślin-
ność porastająca takie tereny narażona
jest w mniejszym stopniu na stres wy-
nikający z niedoboru wody zachowu-
jąc tym samych dobrą kondycję przez
cały okres wegetacyjny. Ograniczenia
stosowalności tej metody wynikają
z występowanie pokrywy odcinającej
promieniowane odbite od powierzch-
ni terenu w postaci chmur, śniegu oraz
zwartych kompleksów leśnych.


Za teren badań spełniający założe-
nia przedstawianych metod identy-
kacji stref drenażu wybrano fragment
zlokalizowany we wschodniej części
56 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
Polski,obejmujący swym zasięgiem
obszar o powierzchni 2343 km2
(Fig. 1). Z pośród większych miej-
scowości znajdujących się na tere-
nie badań należy wymienić Kraśnik,
Bychawę, Bełżyce oraz znajdujące się
w północnej części terenu przedmie-
ścia Lublina. Rzeźba opracowywanego
obszaru jest urozmaicona. Największe
deniwelacje występują w jego połu-
dniowej części, obejmującej fragment
Roztocza Zachodniego (Kondracki
2000). Wysokości bezwzględne docho-
dzą tu do 335 m n.p.m. Zróżnicowaną
rzeźbę obserwuje się również w pół-
nocnej części badanego terenu na ob-
szarze Wyniosłości Giełczewskiej
oraz na południowym wschodzie
w obrębie Wyniesienia Urzędowskiego.
Obszary obniżone związane są z do-
linami rzecznymi oraz regionalnymi
depresjami takimi jak Padół Zamojski,
Kotlina Chodelska i Równina Bełżycka
(Kondracki 2000). Na badanym ob-
szarze występuje typowo rolnicze
zagospodarowanie terenu, dominują
tu grunty orne oraz łąki i pastwiska.
Zwartych kompleksów leśnych jest
niewiele, ich większe skupiska obec-
ne w południowej części terenu na
obszarze Roztocza. Obecność obsza-
rów wyniesionych w centralnej części
opracowywanego terenu sprawia,
układ rzeczny przyjmuje formę radial-
ną. Głównymi ośrodkami odprowadza-
jącymi wody z terenu badań doliny
rzeczne Wisły i Wieprza. Do głównych
rzek przepływających przez opracowy-
wany teren należy zaliczyć Bystrzycę,
Por oraz Giełczewkę.
Rozpatrywany obszar położony jest
w obrębie niecki lubelskiej, jednostki
geologicznej ukształtowanej z końcem
mezozoiku przez ruchy tektoniczne
fazy laramijskiej (Stupnicka 2007).
Najstarszymi skałami odsłaniającymi
sie na omawianym terenie są utwo-
ry węglanowe kredy górnej (koniak
i mastrycht) (Fig. 2), złożone głów-
nie z wapieni, margli i opok. Skały
te występują na powierzchni głównie
w północnej części terenu. Lokalnie
ono przykryte przez węglanowe
i klastyczne osady paleogenu i neogenu
oraz nieciągłe płaty skał czwartorzędo-
wych. Część południowa zdominowa-
na jest przez rozległe pokrywy lessowe
o miąższościach dochodzących do
30 m, zalegające bezpośrednio na utwo-
rach kredowych lub czwartorzędo-
wych glinach zwałowych (Krajewski
i Woźnicka 2007).
Na omawianym terenie znajduje
się rozległy, szczelinowy i lokalnie
szczelinowo-porowy zbiornik wód
podziemnych związany przede wszyst-
kim z kredowymi i fragmentarycznie
paleogeńskimi skałami węglanowymi
(Krajewski i Woźnicka 2007).
Utwory budujące zbiornik
w znacznej części odkryte lub zalega-
ją pod niewielkiej miąższości pokry-
skał młodszych. Zwierciadło wód
podziemnych w utworach kredowych
ma charakter swobodny, lokalnie jest
ono napinane przez nadległe osady sła-
bo przepuszczalne oraz nieprzepusz-
czalne skały w obrębie samej kredy.
Utwory młodsze niż kredowe zale-
gają przeważnie w morfologicznych
57 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.


Mapy geologicznej Polski
w skali 1:500000 (Marks, et al. 2006).
58 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
obniżeniach jej stropu. Stanowią je
dobrze i średnio przepuszczalne żwi-
ry, piaski i różne odmiany lessów oraz
osady nieprzepuszczalne związane
głównie z facją lądową miocenu jak
również z akumulacją jeziorną oraz lo-
dowcową w czwartorzędzie (Krajewski
i Woźnicka 2007).


Identykacjestref drenażu wód pod-
ziemnych oparto o analizę obrazów
dostarczonych przez satelity wcho-
dzące w skład programu obserwacji
Ziemi LANDSAT. Pierwszy satelita
programu LANDSAT został umiesz-
czony na orbicie w 1972. Przenosił on
na swym pokładzie skaner multispek-
tralny (MSS) wykonywujący zdjęcia
w czterech zakresach spektralnych.
Począwszy od roku 1982 (wystrzele-
nie satelity LANDSAT 4), rozpoczęto
rejestrację promieniowania w zakresie
podczerwieni termalnej. Obecnie na
orbicie znajdują się dwa satelity pro-
gramu: LANDSAT 7 oraz LANDSAT
8. Satelity LANDSAT obiegają Ziemię
po orbitach kołowych, prawie bieguno-
wych; ich ruch jest zsynchronizowany
z pozornym ruchem słońca co zapew-
nia stałe oświetlenie poszczególnych
obrazów zlokalizowanych na tych sa-
mych szerokościach geogracznych.
Takie zaprojektowanie orbity w zna-
czący sposób ułatwia porównywanie
obrazów tych samych terenów w róż-
nych okresach obserwacji.
Obrazy generowane przez satelity
LANDSAT są ogólnie dostępne oraz
bezpłatne. Ocjalnymdystrybutorem
danych jest Służba Geologiczna Stanów
Zjednoczonych (USGS). Archiwalne
oraz aktualne obrazy zamieszczane
i udostępniane na serwisach interneto-
wych takich jak EarthExplorer (http://
earthexplorer.usgs.gov/) oraz GLOVIS
(http://glovis.usgs.gov/), z których
mogą być pobierane po uprzednim
zarejestrowaniu się użytkownika.
Wyznaczanie stref drenażu za pośred-
nictwem analizy rozkładu temperatury
radiacyjnej oparto na czterech obra-
zach, dwóch zarejestrowanych sateli-
LANDSAT 5 w dniach 02.11.2009
r. oraz 08.11.2011 r.i dwóch wyko-
nanych przez LANDSAT 7 w dniach
15.11.2005 r. oraz 18.11.2006 r. Drugą
metodę zastosowano do czterech ze-
stawów zdjęć pozyskanych prze sate-
litę LANDSAT 7 w dniach 10.06.2000
r., 29.08.2000 r., 15.07.2001 r. oraz
16.08.2001 r. Zgromadzone dane sate-
litarne zostały przewożone i opracowa-
ne przy pomocy oprogramowania Esri
ArcGIS w wersji 10.1 oraz ENVI 5.1.





CAP
Sygnałyrejestrowane przez satelitę
niosą ze sobą jedynie jakościowe in-
formacje o temperaturze powierzch-
ni, uzyskanie konkretnych wartości
59 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
liczbowych wymaga dokonania kali-
bracji radiometrycznej zgromadzonych
danych (Walawender 2009).
Pierwszym etapem przekształ-
cania obrazu jest przeliczenie cy-
frowych wartości poszczególnych
pikseli pomierzonych przez sensor satelity
do wartości radiacji energetycznej (Ls),
wyrażającej ilość energii docierają-
cej do czujnika. Wykorzystywane są
tu współczynniki kalibracji liniowej
wyznaczone dla odpowiedniego kana-
łu spektralnego, niezbędna jest również
znajomość daty wykonania termogra-
mu (Walawender 2009). Ma tu zasto-
sowanie równanie przyjmujące formę:
gdzie:
Ls - radiacja energetyczna
[W·m-2·sr-1·µm-1]
Lmax- maksymalna radiacja
energetyczna dla danej sceny
[W·m-2·sr-1·µm-1]
Lmin - minimalna radiacja energetyczna
dla danej sceny
[W·m-2·sr-1·µm-1]
DN - wartość dla danego piksela
zarejestrowana przez sensor.
Wyznaczenie temperatury radiacyj-
nej możliwe jest dzięki wykorzysta-
niu prawa Plancka. Określa ono ilość
energii (e), która może być wypromie-
niowana przez ciało doskonale czar-
ne w zależności od długości fali (λ)
oraz jego temperatury bezwzględnej
(T) (Chander i Markham 2003).
Przyjmuje ono postać:
gdzie:
c1=2πhc2
c2=hc/k
h - stała Plancka
(6,626 06957(29)·10–34J·s)
c - prędkość światła w próżni
k - stała Boltzmanna
(1,38064852(79)·10–23J·K-1).
Przekształcając powyższy wzór
otrzymujemy równanie pozwalają-
ce wyznaczyć temperaturę radiacyj-
ną wyrażoną w Kelwinach (Chander
i Markham 2003):
Współczynniki K1 i K2 są stałe
dla danego sensora rejestrującego
promieniowane i wynoszą:
- dla satelity LANDSAT 5:
K
1 = 607,76 W·m-2·sr-1·µm-1,
K
2 = 1260,56 K,
- dla satelity LANDSAT 7:
K
1 = 666,09 W·m-2·sr-1·µm-1,
K
2 = 1282,71 K.
Podobnie jak w przypadku obrazów
termalnych LANDSAT, również zdję-
cia wykonane w paśmie optycznym
należy poddać kalibracji radiometrycz-
nej. Proces ten rozpoczyna się od prze-
liczenia DN poszczególnych pikseli do
wartości radiacji energetycznej wyko-
rzystując do tego wzór 1. W kolejnym
kroku obliczeniowym wyznaczane są
60 Forum GIS UW. GIS na Uniwersytecie Warszawskim.
wartości odbiciowości (ρλ) na pozio-
mie stropu atmosfery. Służy do tego
formuła (Chander i Markham 2003):
w której: