Podstawy geomatyki w leśnictwie

Celem przedmiotu jest wprowadzenie do współczesnego zakresu technologii geoinformacyjnych w leśnictwie poprzez poznanie głównych definicji i pojęć związanych z budową i funkcjonowaniem technologii geoinformacyjnych utożsamianych z Systemami Informacji Geograficznej (GIS/SIP). Istotą kursu jest zapoznanie studenta ze specyfiką pozyskiwania danych przestrzennych (geodanych) oraz ich przetwarzania, zarządzania nimi, analizowania, wizualizacji, modelowania i ich udostępniania . Kurs obejmuje problemy dostępu do zasobów danych przestrzennych oraz integracji geodanych i realizacji projektów środowiskowych, w zakresie GIS. Praktyczny wymiar kursu dotyczy także opanowania podstawowych umiejętności posługiwania się oprogramowaniem ArcMap ArcGIS (Esri) w celu realizacji projektów GIS oraz oprzyrządowania i oprogramowania cyfrowej stacji fotogrametrycznej VSD-AGH w zakresie pozyskiwania tematycznych danych 3D dla leśnictwa i ochrony przyrody. Kurs zawiera elementy GNSS oraz LiDAR.

Wykłady 20 godz.

Tematyka zajęć Wprowadzenie do Geomatyki. Definicje i pojęcia związane z technologiami geoinformacyjnymi. Założenia Dyrektywy INSPIRE oraz Ustawy o Infrastrukturze Informacji Przestrzennej. Historia i typy systemów GIS. Moduły zasilania i przetwarzania geodanych. Źródła i typy materiałów kartograficznych. Przegląd oprogramowania GIS. Trendy rozwojowe oprogramowania GIS od desktop do chmury obliczeniowej (np. ArcGIS-onlne)

Budowa i funkcjonowanie Systemów Informacji Geograficznej. Podstawowe charakterystyki modeli rastrowych i wektorowych; topologia obiektów; znaczenie i funkcje analiz przestrzennych oparte na topologii obiektów; Typy bazy danych w systemach geoiformacyjnych. Modele bazy relacyjnej.

Numeryczny Model Terenu (NMT): pozyskiwanie danych do tworzenia NMT, typy modeli: rastrowe (grid) i wektorowe (TIN); źródła danych dla NMT: lotnicze i naziemne skanowanie laserowe (TLS i ALS), misja SRTM (model ITED-2), mapy hipsometryczn. Wizualizacja modeli wysokościowych

Modelowanie przestrzenne GIS – analizy przestrzenne GIS stosowane w Lasach Państwowych; modele, wizualizacja wyników modelowania; interpolacja danych o charakterze przestrzennym (IDW, SPLINE, Krieging); filtracja danych.

Podstawy funkcjonowania Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej (GNSS) – układy współrzędnych (PL-1992, 2000, UTM, PUWG-1965, 1942, WGS 84); wprowadzenie do systemów NAVSTAR-GPS, GLONASS, GALILEO oraz BEIDOU-2; tryby pomiaru GNSS; dokładności pomiarowe uzyskiwane w drzewostanie. Zastosowania technologii pomiarowych GNSS w gospodarce leśnej i ochronie przyrody. Sieci stacji referencyjnych ASG-EUPOS

Leśna Mapa Numeryczna w Lasach Państwowych – historia, struktura LMN, standard, aktualizacja, powiązanie LMN z bazą SILP/LAS oraz oraz LMN w SIP w LP, aplikacje LMN, SILPWeb, Bank Danych o Lasach; Interoperacyjność serwerów i integracja geodanych

Wprowadzenie do podstaw fotogrametrii lotniczej – materiały, kamery analogowe, kamery cyfrowe, planowanie nalotu fotogrametrycznego, orientacje zdjęć i stereopar (IO; EO), widzenie 3D, opracowania fotogrametryczne; cyfrowe stacje fotogrametryczne (Soft-Copy stations).

Optyczne właściwości obiektów rejestrowanych na zdjęciu lotniczym - zdjęcia spektrostrefowe CIR, wielkopowierzchniowa inwentaryzacja stanu zdrowotnego lasu; fotointerpretacja uszkodzeń, klucze fotointerpretacyjne, wskaźniki roślinnosci jako opis kondycji roślinności

Produkty przetwarzania zobrazowań lotniczych – ortofotomapa cyfrowa w leśnictwie, lotnicze skanowanie laserowe (ALS) jako źródło informacji o strukturze lasu 3D i cechach taksacyjnych; wykorzystanie teledetekcji lotniczej w inwentaryzacji lasu

Wprowadzenie do teledetekcji satelitarnej - definicja teledetekcji, rodzaje systemów; typy danych, charakterystyka (rozdzielczość terenowa, spektralna, radiometryczna i czasowa); klasyfikacja nadzorowana oraz OBIA; aplikacje w gospodarce leśnej obrazów średniorozdzielczych: Landsat oraz MODIS i SENTINEL-2

Ćwiczenia projektowe (ćwiczenie projektowe) 25 godz.

Tematyka zajęć Podstawy obsługi Systemów Informacji Geograficznej(GIS) na przykładzie ArcGIS ERSI, Shape File jako podstawowy format danych wektorowych stosowany w ochronie przyrody, typy legend dla obiektów punktowych liniowych i poligonowych, podstawy tworzenia kompozycji mapowej

Zarządzanie danymi przestrzennymi – tworzenie obiektów punktowych, liniowych i poligonowych, edycja danych geometrycznych, rysowanie precyzyjne.

Wektoryzacja ekranowa pod kątem aktualizacji Leśnej Mapy Numerycznej i weryfikacji cech taksacyjnych dla potrzeb urządzania lasu, inwentaryzacji i aktualizacji baz danych opisowych SILP

Podstawy obsługi baz danych opisowych w systemie ArcGIS na przykładzie tabel bazy danych SILP oraz tabel bazy danych plików SHAPE LMN, podstawy języka zapytań SQL, edycja danych opisowych i kalkulacja wartości atrybutów opisowych, pozyskiwanie danych opisowych związanych z geometrią obiektów

Topologia danych przestrzennych, błędy topologiczne geodanych

Analizy przestrzenne na danych wektorowych. Zastosowanie analiz przestrzennych w gospodarce leśnej z wykorzystaniem LMN oraz SILP

Analizy na danych rastrowych. Podstawy geostatystyki, interpolacji danych. Kalkulacja danych.

Numeryczny Model Terenu - tworzenie modelu. Zastosowanie analiz 3D w gospodarce leśnej, analizy wykorzystujące NMT i NMPT. Analizy spadków oraz ekspozycji bazujące na NMT.

Techniki pomiarów GPS (GNSS). Zastosowanie w gospodarce leśnej. Przegląd odbiorników.

Wprowadzenie do technologii skaningu laserowego (LiDAR). Zastosowanie ALS i TLS w gospodarce leśnej.

Wprowadzenie do fotogrametrii. Zasady wykonywania nalotu fotogrametrycznego. Stereoskopia -metody.

Cyfrowa stacja fotogrametryczna - wprowadzenie do praktycznej obsługi stacji cyfrowej VSD, katalogi obrazów, pliki, orientacja wewnętrzna, wzajemna i bezwzględna; błędy orientacji; menu oprogramowania

Stereodigitalizacja 3D pod kątem kartowania stref uszkodzonych drzewostanów i klas pokrycia terenu

Podstawowa

1. Bujakiewicz A., Preuss R. 2016. Wieloźródłowe dane fotogrametryczne do tworzenia 3D modeli miast. Politechnika Koszalińska

2. Kaczyński R., Ewiak I. 2016. Fotogrametria. WAT

3. Kurczyński Z. 2014. Fotogrametria. PWN

4. Litwin L., Myrda G. 2006. Systemy Informacji Geograficznej. Zarządzanie danymi przestrzennymi w GIS, SIP, SIT, LIS. Helion

5. Longley P. , Goodchild M. , Maguire D. , Rhind D. 2007. GIS. Teoria i praktyka PWN

6. Magnuszewski A. 1999. GIS w geografii fizycznej. PWN. Warszawa

7. Okła K. Ed. 2010. Geomatyka w Lasach Państwowych. Cz. I. Podstawy. Lasy Państwowe – Warszawa

8. Przewłocki S. 2013. Geomatyka. Wydawnictwa Naukowe PWN.

Uzupełniająca

1. Ciołkosz A., Miszalski J., Olędzki R., 1999. Interpretacja zdjęć lotniczych. Wydawnictwa Naukowe PWN.

2. Davis. E.D., 2004. GIS dla każdego. ESRI Polska. Wydanie polskie. Warszawa

3. Kraak M. J., Ormeling F. 1998. Kartografia - wizualizacja danych przestrzennych. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa

4. Kurczyński Z., Preuss R., 2004. Podstawy fotogrametrii. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej (Wydanie 4)

5. Miś R., Strzeliński P., Węgiel A. 2001. Systemy Informacji Przestrzennej w leśnictwie i ochronie środowiska leśnego. Wydawnictwo AR w Poznaniu

6. Systemy Informacji Przestrzennej w Lasach Państwowych. 2000. Lasy Państwowe – Warszawa (pod redakcją K. Okła).

WIEDZA − absolwent zna i rozumie:

GEOMAT_W01 Zna podstawowe założenia architektury oraz funkcjonowania Systemów Informacji Geograficznej (GIS), w tym poszczególne etapy takie jak: pozyskiwania, zarządzania, analizowania, przetwarzania, przechowywania i udostępniania (np. serwery mapowe) geodanych. Zna założenia Ustawy o IIP oraz Dyrektywy INSPIRE. Posiada podstawową wiedzę nt. typów modeli danych oraz prowadzenia analiz przestrzennych 2D i 3D na geodanych w Lasach Pańswtowych. LES1_W02 R

GEOMAT_W02 Jest w stanie scharakteryzować współczesne zasady funkcjonowania systemów GNSS (NAVSTAR-GPSi możliwe tryby pomiaru (pomiar autonomiczny oraz dGPS; RTK) a także wskazać pola aplikacyjne technologii GNSS gospodarce leśnej prowadzonej przez PGL LP. Potrafi opisać wykorzystanie odbiorników GNSS do akwizycji danych oraz weryfikacji istniejących rejestrów i baz danych geometrycznych oraz domen atrybutowych. Zna zasady stosowania poszczególnych układów współrzędnych geodezyjnych płaskich oraz odniesień wysokościowych a także możliwości transformacji geodezyjnych geodanych w oprogramowaniu GIS. Zna pojęcie i strukturę Standardu Leśnej Mapy Numerycznej (LMN) oraz funkcjonalność portalu Bank Danych o Lasach oraz zna aplikację Geoportal. LES1_W02 R

GEOMAT_W03 Zna teoretyczne podstawy cyfrowej fotogrametrii lotniczej, radiometryczne właściwości obiektów rejestrowanych na zdjęciach lotniczych oraz poszczególne produkty przetwarzania zdjęć lotniczych. Jest w stanie opisać zasady rejestracji poszczególnych klas pokrycia terenu na zdjęciach spektrostrefowych CIR oraz zna metodykę tworzenia klucza fotointerpretacyjnego. Zna zasady pozyskiwania i analizowania informacji z satelitów LANDSAT i SENTINEL oraz innych średniorozdzielczych sensorów teledetekcyjnych. LES1_W02 R

UMIEJĘTNOŚCI − absolwent potrafi:

GEOMAT_U01 Samodzielnie przygotowuje i realizuje projekt GIS, generuje warstwy wektorowe w postaci plików SHAPE File Esri. Przeprowadza edycję danych geometrycznych (punkt, linia, poligon) - tworzenie i aktualizacja LMN. Dokonuje kompilacji zintegrowanych warstw tematycznych GIS przygotowując kompozycję mapową w określonej skali i formacie wydruku. Przeprowadza analizy przestrzenne GIS na danych wektorowych. Wskazuje możliwości wykorzystania analiz przestrzennych w pracach z zakresu gospodarki leśnej. LES1_U02 R

GEOMAT_U02 Przygotowuje strukturę oraz generuje modele rastrowe i dokonuje manipulacji (przetworzenia) danych (algebra map). Generuje powierzchnie aproksymujące przebieg przestrzenny wartości danych referencyjnych w oparciu o algorytmy interpolacyjne. Przygotowuje dane i generuje Numeryczny Model Terenu (TIN) dokonując konwersji do postaci GRID. Wykonuje analizy środowiskowe 3D oparte na NMT i NMPT. LES1_U02 R

GEOMAT_U03 Obsługuje różne typy odbiorników GPS (GNSS) w trybie pomiaru i nawigacji. Prezentuje i ocenia różne systemy GNSS pod kątem wykorzystania w gospodarce leśnej. Analizuje chmury punktów z lotniczego skaningu laserowego, dokonując pomiarów wybranych charakterystyk drzewostanu. Opisuje i wizualizuje drzewostan w przestrzeni 3D. LES1_U02 R

GEOMAT_U04 Oblicza charakterystyki zdjęć lotniczych i nalotu fotogrametrycznego. Analizuje możliwości korzystania z produktów fotogrametrycznych w gospodarce leśnej. Dokonuje stereo-digitalizacji 3D z użyciem cyfrowej stacji fotogrametrycznej. Zna możliwości pozyskania materiałów źródłowych z zasobów geodezyjnych i kartograficznych (ortofotomapy cyfrowe, dane GIS). LES1_U02 R

KOMPETENCJE SPOŁECZNE − absolwent jest gotów do:

GEOMAT_K01 Potrafi pracować samodzielnie oraz współdziałać w grupie LES1_K02 R

Sposoby weryfikacji oraz zasady i kryteria oceny

wykład.Test wielokrotnego wyboru (minimum 60% poprawnych odpowiedzi w celu uzyskania oceny 3.0); udział oceny z zaliczenia wykładów w ocenie końcowej wynosi 60%.

ćwiczenia.Sposoby weryfikacji oraz zasady i kryteria oceny Test wielokrotnego wyboru (minimum 60% poprawnych odpowiedzi w celu uzyskania oceny 3.0); przygotowanie indywidulanego projektu

Udział oceny z zaliczenia ćwiczeń projektowych w ocenie końcowej wynosi 40%.