Inwentaryzacja i monitoring pokrycia terenu w Europie: pierwszy produkt serwisu szybkiej ścieżki GMES

ROCZNIKI GEOMATYKI 2008 m TOM VI m ZESZYT 3

INWENTARYZACJA I MONITORING

POKRYCIA TERENU W EUROPIE:

PIERWSZY PRODUKT SERWISU

SZYBKIEJ ŒCIE¯KI GMES

LAND COVER INVENTORY

AND MONITORING IN EUROPE:

THE FIRST PRODUCT OF GMES FAST TRACK SERVICE

Instytut Geodezji i Kartografii

S³owa kluczowe: CORINE Land Cover, pokrycie terenu, monitoring, GMES Keywords: CORINE Land Cover, land cover, monitoring, GMES

Wprowadzenie

Prowadzenie polityki w zakresie œrodowiska, rozwoju regionalnego i rolnictwa Unii Euro-pejskiej, jak równie¿ wszystkich pañstw cz³onkowskich, wymaga dostêpu do aktualnych informacji o sposobach u¿ytkowania ziemi i formach pokrycia terenu. W dotychczasowych dzia³aniach dotycz¹cych ochrony i kszta³towania szeroko pojêtego œrodowiska Unia Euro-pejska korzysta³a z informacji pozyskanych w ramach kilku programów, wœród których wymieniæ nale¿y CORINE Land Cover nadzorowany przez Europejsk¹ Agencjê Œrodowiska (EEA) i LUCAS, za realizacjê którego odpowiada Europejski Urz¹d Statystyczny (EURO-STAT). W ramach obu programów s¹ gromadzone dane geograficzne z obszaru Europy, charakteryzuj¹ce siê wysok¹ wiarygodnoœci¹, aktualnoœci¹ i odpowiedni¹, do realizacji poli-tyki w wielu obszarach, dok³adnoœci¹. Oba programy zapewniaj¹ tak¿e spójnoœæ metodyczn¹ pozyskiwania i aktualizacji danych, co umo¿liwia wykonywanie porównywalnych analiz w ró¿nych przekrojach czasowych. Uruchamiaj¹c w 2002 r. program GMES Komisja Europej-ska za³o¿y³a, ¿e wszystkie dotychczasowe programy zbierania danych na potrzeby monito-rowania œrodowiska bazuj¹ce na technologiach satelitarnych wykonywane bêd¹ w ramach tej wspólnej inicjatywy. A zatem GMES obj¹³ swoim parasolem równie¿ program CORINE Land Cover.

GMES

GMES (Global Monitoring for Environment and Security), czyli Globalny Monitoring dla Œrodowiska i Bezpieczeñstwa, jest przedsiêwziêciem Komisji Europejskiej i Europejskiej Agencji Kosmicznej realizowanym w ramach europejskiej polityki kosmicznej. Jego strategicznym celem jest stworzenie mo¿liwoœci wykorzystania technik zdalnej obserwacji Ziemi dla po-trzeb ochrony œrodowiska i szeroko rozumianego sektora bezpieczeñstwa. Za³o¿ono, ¿e sieæ satelitów monitoruj¹cych powierzchniê globu bêdzie wykorzystywa³a zarówno tradycyjne technologie, takie jak fotografia, jak i rozwi¹zania nowej generacji, do których nale¿¹ radio-pomiary, radary, mikrofale (COM, 2004).

GMES ma dostarczaæ informacje o powierzchni Ziemi niezbêdne do zachowania zrówno-wa¿onego rozwoju œrodowiska. Uzyskane dane bêd¹ wykorzystane w wielu dziedzinach go-spodarki przyczyniaj¹c siê do ich rozwoju (m.in. w rolnictwie, œrodowisku, gospodarce su-rowcami), jak równie¿ spe³ni¹ rolê w ostrzeganiu przed niebezpieczeñstwami, w tym katastro-fami naturalnymi oraz bêd¹ wykorzystane w celu zagwarantowania bezpieczeñstwa w aspek-cie militarnym. Konsekwencj¹ tak postawionych celów strategicznych programu jest wyod-rêbnienie dwu wyraŸnych nurtów – „œrodowisko” i „bezpieczeñstwo”. W zakresie tematycz-nym „œrodowisko” zadania obejmuj¹: monitorowanie oceanów i strefy przybrze¿nej; monitoro-wanie powierzchni ziemi w tym prognozomonitoro-wanie plonów i monitoromonitoro-wanie rozwoju roœlinnoœci, badania gleb i obiegu azotu; monitorowanie atmosfery oraz udostêpnienie systemu wczesnego ostrzegania; zrównowa¿one wykorzystanie zasobów wodnych oraz monitorowanie geologicz-nych zagro¿eñ œrodowiska. Tematyka „bezpieczeñstwo” obejmuje zarz¹dzanie obszarami i za-pewnienie bezpieczeñstwa cywilnego w razie zagro¿eñ naturalnych.

Operacyjnym celem GMES jest zbudowanie spójnego systemu gwarantuj¹cego dostar-czanie bie¿¹cych jednolitych informacji na ró¿nych poziomach zarz¹dzania i kreowania poli-tyki zrównowa¿onego rozwoju gospodarczego. Program ma zapewniæ ci¹g³oœæ w dostar-czaniu informacji i zaspokoiæ wszystkie potrzeby u¿ytkowników. St¹d jednym z zasadni-czych zadañ programu GMES jest okreœlenie potrzeb u¿ytkowników oraz dostosowanie infrastruktury informacyjnej do zbierania odpowiednich informacji przestrzennych, ich prze-twarzania i dostarczania u¿ytkownikom informacji finalnych dostosowanych do ich potrzeb. Funkcjonalnoœæ GMES, czyli mo¿liwoœæ operacyjnego dostarczania aktualnych informacji odnoœnie œrodowiska i bezpieczeñstwa, zale¿y od czterech komponentów, tworz¹-cych tzw. „diament GMES” (COM, 2004): (1) – us³ug, (2) – obserwacji Ziemi za poœrednictwem technik satelitarnych, (3) – pomiarów in-situ oraz (4) – wydajnoœci metod inte-gracji i zarz¹dzania danymi.

Pierwszym serwisem uruchomionym, zgodnie z planem w 2008 r., jest monitoring pokrycia i u¿ytkowania ziemi – Land Monitoring Core Service, dostarczaj¹cy informacji o stanie i zmianach zagospodarowania terenu. (COM, 2005; EEA, 2006). Koniecznoœæ uruchomienia w³aœnie tego ser-wisu jako pierwszego by³a zwi¹zana z rosn¹cym zaintereso-waniem danymi przestrzennymi o pokryciu terenu w Komi-sji Europejskiej oraz ró¿nych instytucjach wspó³pracuj¹cych z Komisj¹. Badania zmian u¿yt-kowania i pokrycia terenu pozwalaj¹ bowiem uzyskaæ informacje o wp³ywie cz³owieka na œrodowisko, a w szczególnoœci na procesy: urbanizacji i dezurbanizacji, masowej turystyki, industrializacji, ekstensyfikacji rolnictwa, przemiany krajobrazu, wylesiania i zalesiania, zmiany

Rys. „Diament GMES” (Ÿród³o: COM, 2004)

klimatu i wiele innych. Znaj¹c kierunki i trendy zmian, które zachodzi³y w przesz³oœci, mo¿e-my prognozowaæ przysz³e zmiany i m¹drzej zmieniaæ nasze otoczenie zapobiegaj¹c wyst¹-pieniu zdarzeñ niebezpiecznych dla regionów, miast, a nawet ca³ego globu. Poznanie œrodo-wiska, w którym ¿yjemy i zmian jakie w nim nieustannie zachodz¹ pomaga w zachowaniu jego stabilnoœci i pozwala korzystaæ z zasobów naturalnych w duchu zrównowa¿onego rozwoju.

Informacje o pokryciu i u¿ytkowaniu ziemi na terytorium ca³ej Europy s¹ niezbêdne do realizacji polityki UE oraz krajów cz³onkowskich w ramach Ramowej Dyrektywy Wodnej, monitoringu bioró¿norodnoœci, wspólnej polityki rolnej, polityki regionalnej, raportowania wynikaj¹cego z miêdzynarodowych traktatów np. Protoko³u z Kioto. Na poziomie regional-nym i lokalregional-nym dane te s¹ konieczne do planowania rozwoju miast, budownictwa, górnic-twa, monitorowania obszarów, na których zachodz¹ szybkie zmiany.

Spoœród wielu programów, których celem jest zbieranie i gromadzenie informacji o po-kryciu i u¿ytkowaniu terenu (np. LUCAS, CORINE Land Cover, PELCOM, GTOS), najczê-œciej wykorzystywanym i dostarczaj¹cym danych geograficznych o zadowalaj¹cej szczegó-³owoœci i wiarygodnoœci jest CORINE Land Cover. Dlatego te¿ w 2006 r. Zarz¹d EEA, w porozumieniu z Komisj¹ Europejsk¹ oraz we wspó³pracy z Europejsk¹ Agencj¹ Kosmiczn¹, podj¹³ decyzjê, ¿e kolejna aktualizacja bazy danych CORINE Land Cover bêdzie wykonywa-na w ramach serwisu „szybkiej œcie¿ki” GMES- Land Monitoring (COM, 2005; EEA, 2006).

CORINE Land Cover

Program CORINE Land Cover jest realizowany od 1985 r. pod auspicjami Europejskiej Agencji Œrodowiska (EEA). Jego celem jest gromadzenie i aktualizacja wiarygodnych i po-równywalnych danych o pokryciu terenu w Europie. Zatem zarówno szczegó³owoœæ, jak i zakres tematyczny zbieranych danych zosta³ dostosowany przede wszystkim do potrzeb ró¿nych organów Unii Europejskiej, a przyjêta nomenklatura pokrycia terenu obejmuje wszyst-kie formy wystêpuj¹ce na kontynencie europejskim.

Klasy pokrycia terenu wyró¿niane w programie CLC s¹ zorganizowane hierarchicznie w trzech poziomach. Pierwszy poziom obejmuje piêæ g³ównych typów pokrycia globu ziem-skiego, mianowicie: tereny antropogeniczne, obszary rolnicze, tereny leœne i pó³pustynne, mokrad³a oraz wody. Na drugim poziomie zosta³o wyró¿nionych 15 form pokrycia terenu, które mo¿na przedstawiæ na mapach w skalach od 1:500 000 do 1:1 000 000. Wreszcie na poziomie trzecim wyró¿niono 44 klasy. Ten poziom szczegó³owoœci wydzieleñ zosta³ zasto-sowany w opracowaniu baz danych CORINE Land Cover (CLC) we wszystkich krajach Europy. W bazach danych CLC s¹ przechowywane tylko dane powierzchniowe, o minimal-nej powierzchni 25 ha i  szerokoœci co najmniej 100 m (Bossard i in., 2000; Feranec i in., 2006; Heymann i in., 1994). Pokrycie terenu jest kartowane metod¹ wizualnej interpretacji zdjêæ satelitarnych dostarczonych przez satelity Landsat, SPOT i IRS.

Pierwsza inwentaryzacja pokrycia terenu wykonana w ramach programu CORINE Land Cover dotyczy roku 1990, druga – 2000, trzeci¹ przewidziano na rok 2010. Jednak¿e pod koniec 2005 r. EEA oraz kraje cz³onkowskie uzna³y, i¿ informacje zgromadzone w bazach danych CLC dowodz¹, i¿ zmiany pokrycia i u¿ytkowania ziemi w Europie zachodz¹ tak szybko i na tak du¿ych obszarach, i¿ w celu dokumentowania rzeczywistych zmian, ko-nieczne jest skrócenie okresu aktualizacji z dziesiêciu do piêciu lat. Kolejna aktualizacja doty-czy wiêc roku 2006. A zatem projekt CLC2006 jest kontynuacj¹ zrealizowanych przez

Euro-pejsk¹ Agencjê Œrodowiska projektów CLC1990 i CLC2000, a jego podstawowym celem jest dalsze dokumentowanie zmian w pokryciu i u¿ytkowaniu terenu w Europie. Najwa¿niej-sze parametry charakteryzuj¹ce trzy dotychczasowe projekty CORINE Land Cover – CLC 90, CLC2000 i CLC2006 zosta³y zestawione w poni¿szej tabeli.

Poza bazami danych gromadz¹cymi dane o pokryciu terenu w wymienionych latach refe-rencyjnych, dostêpne s¹ tak¿e bazy, w których zosta³y zapisane tylko te obszary, na których nast¹pi³y zmiany w pokryciu terenu w okresach 1990-2000 lub 2000-2006. Niestety w trak-cie ostatniej aktualizacji (dla roku 2006) zdecydowano zastosowaæ ró¿nej wielkoœci minimal-ne jednostki kartowania dla baz CLC i CLC-Change. Wynosz¹ ominimal-ne odpowiednio 25 ha i 5 ha,

Tabela. Parametry techniczne baz danych CORINE Land Cover 0 9 9 1 C L C CLC2000 CLC2006 e w o ³ d ó r Ÿ e n a D Landsa-t4/5TM Landsa-t7ETM SPOT-4,SPOT-5 II I S S I L S R I w ó s e r k o u w d z y z a r b O u n e r e t ai c y r k o p ij c a t e r p r e t n i a d o t e M Wziualnanapapeirowej e c ti b d o Wkomziupaulntearowwspoomagana Wkomziupaulntearowwspoomagana ai g o l o n h c e T Skanowaneiiwektoryza -h c y n j y c a t e r p r e t n i ii l o f a j c Digtialziacjanaekranei Digtialziacjanaekranei a w o s a z c æ œ o n j ó p S 1986-1998 2000+-/1rok 2006+-/1rok w ó z a r b o ij c a k if y t k e r o tr o æ œ o n d a³ k o D h c y n r a ti l e t a s £50m £25m £25m ai n a w o tr a k æ œ o w o ³ ó g e z c z S 25ha 25ha 25ha C L C ñ el ei z d y w ai n e ¿ o ³ o p æ œ o n d a³ k o D 100m powy¿ej100m powy¿ej100m a n z c y t a m e t æ œ o n d a³ k o D Pon¿iej 85% £85% £85% ai n a w o tr a k æ œ o w o ³ ó g e z c z S u n e r e t ai c y r k o p n ai m z — wZmydaizneiaelsiñtn£eij5¹chyac;h ai n el ei z d y w e w o n £25ha a h 5 > a j c a zi l a e R 10 alt 4 alta 3 alta e n a d a t e M Brakmetadanych MetadanezgodnezISO 5 1 1 9 1 1M91e1ta5danezgodnezISO a j c a t n e m u k o D Neijednoltia Zestandaryzowana Zestandaryzowana h c y n a d o d p ê t s o D Brakjasnychzasad ai n ai n p ê t s o d u dDoalsut¿êyptkboewzpnia³któnyw h c y n j y c r e m o k ei n y n t a³ p z e b p ê t s o D t a m r o F e00,GRID e00,GRID,SHP e00,GRID,SHP a n n e z rt s e z r p æ œ o n t el p m o K ) w t s ñ a p a b z ci l( 26 28 38 e c ¹ j ai n ³ e p u z u y ³ ai r e t a M Mapytopografcizne , 0 0 0 0 5 : 1 h c al a k s w -a m e t y p a m , 0 0 0 0 0 1 : 1 e z ci n t o l ai c ê j d z , e n z c y t ) e w o g o l a n a y ³ ai r e t a m ( e n z ci f a r g o p o t y p a M , 0 0 0 0 5 : 1 h c al a k s w -a m e t y p a m , 0 0 0 0 0 1 : 1 e z ci n t o l ai c ê j d z , e n z c y t ) e w o g o l a n a y ³ ai r e t a m ( e n z ci f a r g o p o t y p a M , 0 0 0 0 5 : 1 h c al a k s w -a m e t y p a m , 0 0 0 0 1 : 1 y p a m o t o f o tr o , e n z c y t ) e w o rf y c y ³ ai r e t a m (

wyznaczaj¹ ró¿ne poziomy uogólnienia, ró¿ne rozdzielczoœci, a tym samym ró¿n¹ skalê. Podejœcie do tworzenia bazy zmian, zastosowane w projekcie CLC2006, nie wynika wiêc bezpoœrednio z „przestrzennego na³o¿enia” baz CLC2000 i CLC2006, a zapewnia wy¿sz¹ rozdzielczoœæ bazy danych Changes2000–2006 w sposób bezpoœredni, gdy¿ okreœla wszystkie zmiany rzeczywiste >5 ha. Zakoñczenie budowy bazy CLC2006 i Changes2000–2006 dla Europy zaplanowano na pierwszy kwarta³ 2009 r., dla Polski dane te bêd¹ dostêpne pod koniec roku 2008.

Bazy CLC s¹ udostêpniane bezp³atnie on-line za pomoc¹ serwisu EEA, dla Polski mo¿na je pozyskaæ w G³ównym Inspektoracie Ochrony Œrodowiska. Docelowo zak³ada siê udo-stêpnianie danych o pokryciu w ramach europejskiej infrastruktury informacji przestrzennej, za pomoc¹ geoportalu.

Podsumowanie

Informacja o pokryciu terenu jest niezbêdna do realizacji wielu zadañ przede wszystkim na poziomie europejskim. Zapewnia ona wsparcie we w³aœciwym kszta³towaniu polityki dotycz¹cej ochrony ekosystemów, powstrzymywania strat w bioró¿norodnoœci, œledzeniu oddzia³ywañ zmian klimatu na œrodowisko oraz w ocenach stopnia intensyfikacji rolnictwa, jak równie¿ we wdra¿aniu Ramowej Dyrektywy Wodnej. Wyniki projektu CLC2000 pozwa-laj¹ na okreœlenie obszarów, gdzie nastêpuje np. wzrost fragmentacji krajobrazu bêd¹cy wy-nikiem rozbudowy dróg lub innej infrastruktury komunikacyjnej, a tak¿e, gdzie zwiêksza siê ryzyko braku ³¹cznoœci miêdzy ekosystemami, co z kolei stwarza zagro¿enie dla przetrwania ró¿nych gatunków roœlin i zwierz¹t. W przypadku rolnictwa informacje zawarte w bazie danych mog¹ wskazaæ obszary, w których nasilaj¹ siê zmiany strukturalne zwi¹zane np. z przekszta³caniem pastwisk w pola uprawne, czy ekspansj¹ lub redukcj¹ powierzchni ugo-rów i terenów poprzemys³owych.

Dla wielu krajów, w tym Polski, jest to jedyna baza danych pokrywaj¹ca obszar ca³ego kraju, wykonana wed³ug jednolitych zasad i systematycznie aktualizowana (Cio³kosz, Bielec-ka, 2005). I mimo, ¿e szczegó³owoœæ gromadzonych danych jest zbyt ma³a, a legenda po-krycia terenu nie odpowiada potrzebom krajowym, bazy te s¹ szeroko wykorzystywane, szczególnie w zakresie polityki kszta³towania i monitoringu œrodowiska oraz zagospodaro-wania przestrzennego i rolnictwa.

Coraz doskonalsze metody klasyfikacji treœci obrazów satelitarnych, uwzglêdniaj¹ce nie tylko wartoœci jaskrawoœci pikseli wyra¿aj¹ce odbicie spektralne od obiektów, a tak¿e struk-turê obrazu, pozwalaj¹ na automatyczne rozpoznanie podstawowych form pokrycia terenu, znacznie skracaj¹c czas pozyskiwania danych o pokryciu terenu. Od zakoñczenia drugiej wojny œwiatowej w Polsce opracowano zaledwie piêæ map w skali przegl¹dowej przedsta-wiaj¹cych u¿ytkowanie ziemi/pokrycie terenu na obszarze ca³ego kraju. ród³em danych wykorzystanych do opracowania tych map a¿ w czterech przypadkach by³y obrazy sateli-tarne. Œwiadczy to o wzrastaj¹cej roli, jak¹ odgrywaj¹ techniki satelitarne w dostarczaniu informacji o sposobie zagospodarowania badanego obszaru, a tym samym s³usznoœci za³o-¿eñ programu GMES.

Literatura

Bielecka E., Cio³kosz A., 2008: Land Cover Mapping in Poland. Geodesy and Cartography vol. 57, No 1, pp. 21-38, Warszawa.

Bossard M., Feranec J., Otahel J., 2000: CORINE Land Cover Technical Guide-Addendum 2000. EEA Technical report No 4-, Kopenhaga.

Cio³kosz A., Bielecka E., 2005: Pokrycie terenu w Polsce. Bazy danych CORINE Land Cover. Biblioteka Monitoringu Œrodowiska, Warszawa.

COM, 2004: Global Monitoring for Environment and Security (GMES): Establishing a GMES capacity by 2008 - (Action Plan (2004-2008)), Bruksela.

COM, 2005: Global Monitoring for Environment and Survey (GMES): From Concept to reality, Bruksela. EEA, 2006: GMES Fast Track Service on Land Monitoring. EEA Project Implementation Plan GMES Land

TFS 2006-2008. EEA, Kopenhaga.

Feranec J., Bittner G., Jaffrain G., 2006: CORINE Land Cover Technical Guide-Addendum 2006. EEA, Kopenhaga.

Heymann Y., Steenmans Ch., Croissille G., Bossard M., 1994: CORINE Land Cover Technical Guide. EUR12585, Luksemburg.

Abstract

Environmental policy, as well as regional development and agricultural policy in the European Union and in the Member States require access to current information on land use and land cover. In its operational work on monitoring and protecting environment, the European Union used the informa-tion gained from several programs, among them the CORINE Land Cover supervised by the Europe-an Environment Agency (EEA).

Launching in 2002 the GMES program the European Commission decided that all existing programs of collecting data for environment monitoring based on satellite technologies would be implemented within the framework of this initiative. Thus, the GMES took its under umbrella the CORINE Land Cover program. The first service, launched according to the plan in 2008, is monitoring of land cover and land use - Land Core Monitoring Service, providing information about the status and changes in land use (COM 2005; EEA 2006). Thus, updating the CORINE Land Cover databases for the referen-ce year 2006 is implemented within the framework of this servireferen-ce.

To meet the ever growing requirements of CORINE Land Cover data users it was decided that the inventory of changes in land use and land cover will be carried out in greater detail than in 2000. It was also decided to use minimum mapping units of different sizes for the CLC2006 and CLC-Change databases. The sizes of 25 ha and 5 ha, respectively, designate different levels of aggregation, different spatial resolution, and thus different scale. The approach to creating the change database, applied in the CLC2006 project, does not result directly from "spatial overlaying" of the CLC2000 and CLC2006 bases, and provides higher resolution of the Changes2000–2006 database in a direct manner, since all changes greater than 5 ha are recorded. Completion of construction of the CLC2006 and Chan-ges2000–2006 for Europe is scheduled for the first quarter 2009 and Polish data will be available at the end of 2008.

The CLC databases are available free of charge on-line via the EEA data downloading services, for Poland the data may be obtained at the Chief Inspectorate of Environmental Protection. Ultimately, it is assumed to share this data within the European infrastructure for spatial information, using Euro-pean geo-portal.

The necessity to launch the fast track service on land use monitoring as the first was connected with the growing interest in spatial land cover data by the European Commission and various institutions cooperating with the Commission. Research on changes in land use and land cover allow to obtain information about the impact of human activity on the environment, in particular of such processes as urbanization and deurbanization, mass tourism, industrialisation, extensification of crop agriculture, transformation of the landscape, afforestation and deforestation, climate change and many others.

dr hab. in¿. El¿bieta Bielecka, prof. WAT elzbieta.bielecka@igik.edu.pl