Metody pro rekonstrukci zaniklé krajiny

Jan Pacina, Kamil Novák, Barbora Handrychová

Fakulta ţivotního prostředí UJEP, Králova výšina 7, 400 96 Ústí nad Labem

Abstrakt: Oblast Severozápadních Čech je velmi ovlivněna povrchovou těţbou hnědého uhlí.

Cílem tohoto projektu je zachovat a prezentovat prostorová data pokrývající oblast, která za

posledních 60 let prošla touto dramatickou změnou. Zpracované staré mapy, letecké snímky a

z nich odvozená data (digitální modely reliéfu, říční sítě, vyuţití půdy) budou dostupné

formou interaktivní webové aplikace. Účelem tohoto článku je prezentovat metody pouţité

pro zpracování, vizualizaci a analýzu vybraných dat. V rámci projektu jsou zpracovávaná data

z období před započetím industrializace oblasti aţ po současnost.

Klíčová slova: informační systém, staré mapy, letecké snímky, zpracování, rekonstrukce,

analýza.

Lidská činnost mění okolní krajinu kaţdým okamţikem. Některé změny jsou

pozvolné a v souladu s přirozeným vývojem oblasti, a některé ničí krajinu rychle

a nezvratně. V rámci tohoto článku se zaměříme na změny krajiny v Mostecké

uhelné pánvi, kde povrchové lomy v současné době zabírají více jak 3800

hektarů.

Povrchová těţba uhlí má destruktivní vliv na okolní ţivotní prostředí. Dochází

k narušení přirozené struktury krajiny, modifikaci říční sítě a k destrukci

osídlení. Všechny tyto změny ovlivňují budoucí vývoj celé oblasti, proto je

důleţité uchovat původní stav pro potřeby rekultivací, historické studie,

statistické analýzy, zachování kulturního dědictví a mnoho dalšího.

Pro tyto potřeby jsme začali budovat nový informační systém pro uchování

starých map a leteckých snímků pro oblasti ovlivněné těţbou uhlí1. Tento

informační systém bude obsahovat zpracované staré mapy z různých časových

období, zpracované letecké snímky ve formě ortofoto snímků, digitální modely

povrchu (DMP) a digitální modely reliéfu2 (DMR) prezentující původní tvar

1 Cílem projektu je zpracovat data v různých úrovních rozlišení pro celou oblast Ústeckého kraje. Ve

vytvořeném informačním systému budou pro celý kraj dostupné zpracované mapové sady 1., 2 a 3. vojenského

mapování, Státní mapy odvozené 1:5000 z roku 1953, zpracované letecké snímky z roku 1953 a současné

mapové sady včetně leteckých snímků. Pro oblasti s významnou změnou krajiny (vlivem těţby, průmyslu,

výstavby přehrady, vysídlením, …) budou zpracována data, která nejsou k dispozici pro celý kraj (Státní mapa

odvozená 1:5000 ze 70. a 80. let, letecké snímky z roku 1938, hydrogeologické mapy ze 60. let a další mapové

podklady získané skenováním v archivech), nebo jejichţ zpracování pro území celého kraje je téměř

nerealizovatelné (Císařské povinné otisky stabilního katastru). Pro tyto vybrané oblasti budou také vytvořeny

rekonstrukce reliéfu a vyuţívání krajiny, včetně identifikace zaniklých objektů (více v textu článku). 2 Digitální model reliéfu (DMR) je model povrchu Země bez staveb, stromů a dalších objektů na jeho povrchu v

digitální podobě, která dovoluje jeho zpracování prostředky informačních a komunikačních technologií.

reliéfu, mapy rekonstrukce vyuţívání krajiny a další data odvozená

z provedených analýz. Hlavní účel tohoto článku je představit metody pouţité

pro zpracování dat a jejich analýzu v rámci tohoto projektu.

Obr. 1 Ukázka změny krajiny vlivem těžby hnědého uhlí3, (Stanislav Štýs, The Region of Most – A New Born

Landscape)

Oblasti zájmu

Oblast zájmu, prezentovaná v tomto článku, leţí mezi městy Chomutov a

Teplice v Ústeckém kraji. V této oblasti je soustředěna většina hnědouhelných

povrchových lomů v mostecké pánvi. V rámci této oblasti byly vybrány tři

lokality, na kterých jsou prezentovány různé metody rekonstrukce zaniklé

krajiny.

Digitální model povrchu (DMP) je model povrchu Země, ale se všemi objekty, které na něm leţí. Tento model

primárně vzniká při pouţití automatizovaného sběru bodů pomocí obrazové korelace ve fotogrammetrii, pomocí

laserového skenování nebo radarového měření v dálkovém průzkumu Země.

Definice převzaté z publikace Jiřího Šímy - Geoinformační terminologie pro geodety a kartografy. Výzkumný

ústav geodetický, topografickýa kartografický, Zdiby 2003 a Naser El-Sheimy, Caterina Valeo a Ayman Habib –

acquisition, manipulation and applications. Artech House 2005.

3 Stanislav Štýs ve své knize The Region of Most – A New Born Landscape, Ecoconsult Pons Most, 2000,

představuje fotodvojice identických oblastí z průběhu těţby a z doby po rekultivaci. Do textu byla zařazena

oblast z okolí hradu Hněvín (v pozadí), která souvisí se zpracovávanou oblastí zájmu.

Obr. 2 Oblast zájmu s vymezenými podoblastmi

Oblast 1 – Zámek Jezeří

Oblast 1 je situována do lokality velkolomu ČSA (dříve Československé

armády). Tato oblast byla dříve zemědělskou krajinou s větším počtem vodních

ploch. Symbolem těţby uhlí v této lokalitě je zámek Jezeří, stojící téměř na

samé hraně hnědouhelného lomu. Zámek Jezeří, který byl zaloţen ve 14. století,

patří mezi největší zámky v České republice. Zámek je součástí národního

kulturního dědictví a společně s přilehlým arboretem je velmi ohroţen sesuvy

půdy, způsobenými okolní těţbou uhlí. V rámci této lokality bylo pilotně

testováno zpracování4 Císařských povinných otisků stabilního katastru, s cílem

ověřit si definovanou metodiku5, která bude následně aplikovaná pro okresy

Chomutov, Most, Teplice a Ústí nad Labem, včetně menších oblastí vybraných

v rámci projektu. Výzkum v této lokalitě je tedy zaměřen na vývoj krajiny a

vyuţívání půdy6.

4 Georeferencování mapových listů do bezešvé mapy a jejich následná vektorizace a interpretace.

5 Metodika vychází ze zkušeností autorů, kteří se jiţ dříve věnovali zpracování a interpretaci starých map – např.

Vladimír BRŮNA a Kateřina KŘOVÁKOVÁ. Stable cadaster as a source of information on landscape. In

Historická geografie, 2005, Vol 33, s. 397 - 409. Jan SKALOŠ a kol. Using old military survey maps and

orthophotograph maps to analyse long-term land cover changes – Case study (Czech Republic), Applied

geography, 2011, Vol 31, s. 426 - 438. Martin BOLTIŢAR a kol. Potential of antice maps and aerial photographs

for landscape changes assessment – an example of the High Tatra Mts. Ekológia 27, 2008. No. 1, s. 65 – 81. 6 Podrobným vývojem krajiny v okolí zámku Jezeří a zejména vysušeného Komořanského jezera se zabýval Jiří

CIBULKA. Identifikace základních parametrů prostoru Komořanského jezera a jeho vývoje podle starých map a

dobových podkladů. Sborník Krajina 2002, Ústí nad Labem, s. 12 – 19. Aktuální problematika ohroţeného

zámku včetně přilehlé zámecké zahrady a arboreta bylo věnováno několik diplomových a bakalářských prací –

Obr. 3 Zámek Jezeří na hraně uhelného lomu

Oblast 2 – Jezero Most

Oblast 2 je ukázkou, jak povrchová těţba uhlí dokáţe změnit okolní krajinu.

V rámci této oblasti bývalo královské město Most, zničené v 70. letech 20.

století s ohledem ke hnědému uhlí uloţenému velmi mělce pod povrchem. Kdyţ

byl velkolom vytěţen, tak byla jáma přeměněna v hydrickou rekultivaci

(zatopení) s moţností budoucího volnočasového vyuţití. V rámci této oblasti se

věnujeme zpracování vývoje georeliéfu na základě výškopisu získaného ze

starých map. Další úlohy spočívají v provádění různých analýz týkajících se

vývoje reliéfu.

např. Petr Letalik - Arboretum a park Jezeří, bakalářská práce, ČZU v Praze 2010 a Barbora Handrychová –

Vývoj krajiny v okolí zámku Jezeří, bakalářská práce FŢP UJEP, 2012.

Obr. 4 Změna krajiny v místě královského města Most7

Oblast 3 – Velkolom Bílina a Radovesická výsypka

Velkolom Bílina (Oblast 3a) patří mezi největší aktivní povrchové lomy

v regionu. S postupem těţby bylo zničeno mnoho vesnic a byla narušena

struktura krajiny. Do Radovesické výsypky (Oblast 3b) se ukládal všechen

materiál vytěţený ve Velkolomu Bílina. V místě současné výsypky leţelo

celkem pět vesnic a výsypka zaplnila celou oblast do výšky 50 aţ 120 metrů.

V rámci Oblasti 3 se věnujeme zpracování leteckých snímků a analýze DMP

odvozených ze zpracovaných snímků8.

7 Dobová fotografie starého města Most je převzata ze sbírky dostupné na serveru Foto Mapy

(http://foto.mapy.cz/original?id=14170). Současný snímek pochází se serveru Palivového kombinátu Ústí, který

na svých stránkách (http://www.pku.cz/pku/site.php?location=5&type=napousteni_most) nabízí fotografie

z různých časových období napouštění Jezera most. 8 Velmi důkladná analýza změny reliéfu pro oblasti Velkolomu Bílina byla vypracována v diplomové práci:

Lukáš Weiss, Časoprostorová analýza změn reliéfu Bílinska vlivem důlní činnosti, FŢP UJEP 2011.

Obr. 5 Změna krajiny v okolí města Bílina (rok 1953 a 2008)

Staré mapy a jejich zpracování

Pro analýzy vývoje krajiny a georeliéfu jsou primárně pouţívány dva typy

zdrojových dat – staré mapy a letecké snímky. Staré mapy nám dávají přesné

podrobné informace o struktuře krajiny, jejím vyuţívání a rozloţení osídlení.

V rámci tohoto projektu byly zpracovány mapy počínaje I. vojenským

mapováním aţ do současnosti. Mapy z 30. let 20. století jiţ obsahují výškopisné

informace ve formě vrstevnic a mohou tak být dále vyuţity pro rekonstrukci

georeliéfu. Následující mapy9 byly pouţity a zpracovány pro jednotlivé zájmové

oblasti:

I. vojenské mapování,

II. vojenské mapování,

III. vojenské mapování v měřítku 1:25 000, reambulované ve 30. letech

20. století,

Císařské povinné otisky map stabilního katastru,

Státní mapy 1:5000 a Státní mapy odvozené 1:5000 od roku 1953 do roku

1985,

Současné datové sady – DMÚ 25 a ZABAGED.

Zpracované mapy můţeme z hlediska vyuţitelnosti v projektu rozdělit dle

několika kritérií10

:

9 Podrobný popis pouţitých starých i nových map můţeme nalézt např. na internetovém portálu starých map

http://oldmaps.geolab.cz, http://archivnimapy.cuzk.cz a popis současných datových sad např. na

http://geoportal.cuzk.cz. 10

Pouţité mapy by se daly rozdělit dle mnoha dalších kritérií. Zde jsou uvedeny ty, které dle autorů nejvíce

odpovídají vyuţití v řešeném projektu.

dle měřítkových sad,

polohopisného a výškopisného obsahu,

období vzniku.

Rozdělení map dle měřítkových sad

Ve skupině zpracovávaných map můţeme identifikovat dvě aţ tři skupiny, které

mají určitou měřítkovou sounáleţitost, které se vyuţívá při jejich zpracování a

interpretaci.

První skupinou jsou mapy I., II. a III. vojenského mapování společně s mapami

DMÚ 25. Tyto mapy jsou všechny přibliţně v měřítku11

1:25 000. Podobného

měřítka se následně pouţívá při georeferencování map, přičemţ mapy DMÚ se

vyuţívají k identifikaci identických bodů12

a také při hodnocení vývoje krajiny.

Velmi podrobné mapy Císařských povinných otisků stabilního katastru

v měřítku 1:2880 se vyuţívají především k rekonstrukci vyuţívání krajiny a při

analýze mohou být porovnány např. s katastrální sloţkou obsaţenou ve Státních

mapách odvozených 1:5000, nebo současnými katastrálními mapami.

Zajímavým zdrojem dat jsou Státní mapy 1:5000 a Stání mapy odvozené

1:5000, které byly získány skenováním ve Státním oblastním archivu

v Litoměřicích, Oddělení správy fondů a sbírek, pracoviště Most13

. Pro

zájmovou oblast mezi Kadaní a Teplicemi bylo získáno celkem 450 mapových

listů pro 50., 60., 70. a 80. léta 20. století. Ze získaných map byly vytvořeny 3

kompletní bezešvé mapy14

, pokrývající danou oblast pro 50., 70. a 80. léta.

Rozdělení map dle obsahu

Jedním z hlavních cílu projektu je rekonstrukce původního georeliéfu Mostecké

pánve. Za tímto účelem je nutné zpracovat výškové informace obsaţené ve

starých mapách. Po důkladné rešerši dostupných map jsme jako nejstarší zdroj

pouţitelných výškových15

dat zvolili mapy 3. vojenského mapování v měřítku

1:25 000, reambulované ve 30. letech 20. století. Tyto mapy jiţ obsahují

11

1. vojenské mapování – 1:28 800, II. vojenské mapování – 1:28 800, III. vojenské mapování – 1:25 000,

DMÚ 25 (Digitální model území) – 1:25 000. 12

Při zpracování se ověřili zejména křiţovatky cest. 13

Státní mapy odvozené 1:5000 z roku 1953 byly zakoupeny z ČÚZK (http://archivnimapy.cuzk.cz) pro celý

rozsah Ústeckého kraje. Skenováním v archivu byly získány Státní mapy 1:5000. 14

Mapy získané skenováním bohuţel netvoří ucelené mapové sady a tvorba bezešvé mapy pro takto rozsáhlou

oblast je velmi obtíţná, jelikoţ se musí vybírat mapové listy z různých let tak, aby na sebe navzájem navazovaly. 15

Ve 30. letech jsou jiţ v krajině patrné relikty antropogenní činnosti (povrchová těţba, těţký průmysl), nicméně

dle našich poznatků neexistuje starší zdroj výškových dat, který by takto komplexně pokrýval zájmovou oblast.

výškopis ve formě vrstevnic16

a výškových bodů. Časově na tyto mapy vhodně

navazují Státní mapy 1:5000 a Státní mapy odvozené 1:500017

. Pro modelování

reliéfu v současnosti (a době nedávno minulé) jsou pouţívána data ZABAGED a

DMÚ 25.

O problematice vyhodnocování vývoje krajiny pojednává blíţe kapitola Analýza

a rekonstrukce vyuţití krajiny.

Rozdělení map dle období vzniku

Neméně důleţité je také rozdělení map dle období vzniku. Můţeme zde rozlišit

tři základní období vývoje krajiny Mostecké pánve:

1. Období s přirozeným vývojem krajiny.

2. Industrializace spojená s povrchovou těţbou a devastací krajiny.

3. Útlum těţby a průmyslové výroby a následná rekultivace krajiny.

Do první skupiny můţeme zařadit mapy I. a II. vojenského mapování společně

s mapami Císařských povinných otisků map stabilního katastru. Druhá skupina

obsahuje mapy III. vojenského mapování a Státní mapy 1:5000 a Stání mapy

odvozené 1:5000 do roku 1985. Útlum těţby a těţkého průmyslu pak

zaznamenáváme na mapách od konce 20. století aţ do současnosti.

Zpracování starých map

Důleţitou součástí procesu vytváření informačního systému je zpracování

starých map. Všechny výše uvedené mapy bylo nutné georeferencovat a ručně

vektorizovat vybrané prvky. Georeferencování map bylo prováděno různými

způsoby, protoţe kaţdá mapa vyţaduje specifický přístup. Pro všechny mapy

byl zvolen jednotný souřadnicový systém S-JTSK.

16

Vrstevnice mají interval 2.5 aţ 20 metrů – v závislosti na povaze terénu. 17

Státní mapy 1:5000 obsahují výškopis ve formě vrstevnic o intervalu 1m. Státní mapy odvozené 1:5000 z let

1953 obsahují výškopis o intervalu vrstevnic 5 – 20m. Státní mapy odvozené 1:5000 ze 70. a 80. let jiţ obsahují

výškopis o intervalu 1m.

Obr. 6 Starý most na mapách Císařských otisků a III. vojenského mapování

Nejvíce problematické bylo zpracování map I. vojenského mapování, jelikoţ

tyto mapy byly vytvořeny metodou „a’la vue“. Pro zpracování byl pouţit

algoritmus18

, který zachovává odpovídající polohovou přesnost a návaznost

jednotlivých mapových listů.

Mapy II., III. Vojenského mapování a mapy Císařských povinných otisků

stabilního katastru byly zpracovány v prostředí ArcGIS s pouţitím spline

transformace. Tato transformace vyuţívající metodu plátování je optimalizována

pro lokální přesnost, ale jiţ ne celkovou přesnost. Je zaloţena na spline funkci –

po částech polynomické, která zachovává hladkou návaznost mezi sousedními

18

Algoritmus pro georeferencování mapových listů map I. vojenského mapování byl představen v knize Jiří

Cajthaml. Analýza starých map v digitálním prostředí na příkladu Müllerových map Čech a Moravy, Praha:

Česká technika - nakladatelství ČVUT. 2012. ISBN 978-80-01-05010-1.

polynomy19

. Tato funkce se musí vyuţívat s maximální obezřetností a vhodným

výběrem identických bodů tak, aby nedocházelo ke zkreslení mapy v místech

s niţší hustotou identických bodů. Je tedy nutné vyuţívat rozsáhlou mnoţinu

identických bodů – pro jeden list III. vojenského mapování to je např. 250 aţ

300 bodů. Přesnost výsledné transformace byla následně vizuálně ověřena

nástrojem MapAnalyst20

, kdy se stejná transformace jako na zdrojovou mapu

aplikuje na pravidelnou čtvercovou síť (viz Obr. 7)

Obr. 7 Detail pravidelné čtvercové sítě (a její deformace) aplikované na transformovanou mapu

Jak jiţ bylo zmíněno, skenováním bylo získáno celkem 450 mapových listů

Státních map 1:5000 a Státních map odvozených 1:5000. Všechny mapové

originály byly naskenovány na bubnovém skeneru a následně georeferencovány.

Georeferencování bylo provedeno na známé souřadnice rohů mapových listů a

mapy byly následně uloţeny do ESRI souborové databáze. S vyuţitím moţností

prostorové databáze jsou data vizualizovaná jako bezešvá mapa bez nutnosti

ořezávání mimorámových údajů.

Z map jsou dále vektorizovány prvky zájmu – vyuţití krajiny, říční síť, vodní

plochy, vrstevnice a výškové body, které jsou uloţeny v prostorové databázi pro

další zpracování a analýzy.

Všechny zpracované mapy budou součástí tvořeného informačního systému.

Uţivatel tak bude mít moţnost v prostředí internetového prohlíţeče zobrazovat

zpracované mapy a provádět různé typy překryvných analýz.

19

ESRI: ArcGIS Desktop 10 Help. (http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.htm) 20

Nástroj Map Analyst slouţí k georeferencování libovolných map a analýzám přesnosti provedené

transformace. Zapotřebí je seznam souřadnic (v textovém formátu) identických bodů ve zdrojové a cílové

souřadnicové soustavě. Na základě vloţených souřadnic můţeme provést analýzu deformace čtvercové mříţky,

generovat izočáry chyb transformace a chyby jednotlivých bodů. Více na stránkách Bernhard Jenny: Map

Analyst. (http://mapanalyst.cartography.ch/).

Letecké snímky

Celá oblast zájmu, popisovaná v rámci tohoto článku, je pokryta leteckými

snímky z roku 1938. Jedná se o první komplexní fotogrammetrické snímkování

na území tehdejšího Československa. To bylo zřejmě dáno mírou industrializace

území a polohou v pohraničí. Pro potřeby projektu byly testovány různé časové

řady leteckých snímků (1938, 1946, 1953, 1987, 1995 a 2008). Ve výsledku

byly vybrány pouze časové řady, které budou kompletně zpracovány pro celý

rozsah Mostecké pánve:

1938 – první letecké snímkování v Československu, představuje krajinu

víceméně neovlivněnou těţbou uhlí.

1953 – přesné letecké snímky snímané krátce po 2. světové válce, ukazují

krajinu částečně ovlivněnou těţkým průmyslem a těţbou uhlí. Tyto

snímky se také dají velmi dobře vyuţít pro identifikaci opuštěných budov

v českém pohraničí.

2008 – snímky reprezentující současnou situaci v regionu. Velmi kvalitní

snímky budou vyuţity zejména pro rekonstrukci georeliéfu.

Letecké snímky se zpracovávají standardními fotogrammetrickými postupy

s vyuţití Leica Photogrammetric Suite21

. Ukázka zpracovaného leteckého

snímku z roku 1953 je na Obr. 8.

21

Zpracování starých leteckých snímků není triviální záleţitost. O problematice podrobně pojednává Jitka

Elznicová. Zpracování archivních leteckých snímků pro identifikaci změn rozšíření agrárních valů během 20.

století. Severočeskou přírodou. 2008, č. 39, s. 15 - 22.

Obr. 8 Rok 1953 - letecký snímek a SMO-5 pro okolí starého Mostu

Letecké snímky z let 1938 a 1953 jsou ovlivněné dlouhou dobou skladování a

technickými moţnostmi odpovídající době pořizování. Snímky jsou zrnité,

poškrábané a místy špatně čitelné. Toto ovlivňuje zejména definování

vlícovacích bodů snímků a automatickou tvorbu digitálního modelu povrchu.

Kaţdopádně jsou tato data důleţitou a neocenitelnou součástí projektu.

Rekonstrukce georeliéfu

Rekonstrukce georeliéfu patří mezi hlavní přínosy tohoto projektu. Existuje

několik způsobů jak rekonstruovat georeliéf v rozdílných časových obdobích

s vyuţitím různých datových zdrojů:

staré mapy,

zpracované letecké snímky,

laserové skenování (LIDAR).

Informace o výškách je na starých mapách reprezentována různě. Na velmi

starých mapách je reliéf vyjádřen kreslenými kopečky, později pak šrafováním,

nebo podobným typem vizualizace. Rekonstrukce terénu z těchto reprezentací je

v mnoha případech nemoţná, nebo velmi problematická22

. Nejstarší mapy

zpracované v rámci tohoto projektu (jak je jiţ uvedeno výše), které mají

výškopis reprezentovaný pomocí vrstevnic, jsou mapy III. vojenského.

Pro tvorbu DMR existují různé interpolační metody, implementované

v prostředí GIS. Algoritmy pouţité pro interpolaci DMR v oblasti s povrchovou

těţbou musí být schopné dobře popsat velmi specifický antropogenní terén.

V rámci projektu byly testovány interpolační algoritmy implementované

v prostředí GIS GRASS a ArcGIS23

. Na základě výsledků byl pro pouţití

v rámci tohoto projektu vybrán interpolační algoritmus Topo to Raster,

implementován v ArcGIS. Přesnost výsledných DMR odpovídá poţadavkům

našeho projektu24

.

S vyuţitím této interpolační metody můţeme zpracovat celou oblast, která je

plně pokryta zpracovanými mapami. Jediným limitem je práce operátora, jelikoţ

ruční vektorizace vrstevnic není příliš efektivní. S ohledem k tomuto problému

byly testovány metody automatické vektorizace, ale s ohledem k mnoţství

uměle generovaných chyb ve výsledných datech byl tento přístup zavrhnut.

Ukázka DMR vytvořená z různých typů vstupních dat je ukázána na Obr. 9.

22

Martina Vichrová. Digital terrain model of the Second Military Survey – Two model territories: the

surroundings of the town Rokycany and part of the military training area Brdy, In e-Perimeton, Vol. 7, No. 3.

2012. s. 124 – 135. 23

Testování algoritmů vhodných pro data zpracovávaná v tomto projektu byl věnován článek Jan Pacina – Kamil

Novák. Detailed analysis of georelief developmnet in the Lake Most surroundings. In Sborník konference:

Interdisciplinární mezinárodní vědecká konference doktorandů a odborných asistentů QUAERE 2013. s. 1231 –

1241. 24

Karel Jedlička, Accuracy of surface models acquired from different sources - important information for

geomorphological research. Geomorphologia Slovaca et Bohemica, roč. 9, č. 1, 2009. s. 17-28. 2009.

Obr. 9 DMR rekonstruované z mapy III. vojenského mapování (5m interval vrstevnic) a Státní mapy 1:5 000 (1m

interval vrstevnic)

Nové metody digitální fotogrammetrie umoţňují automatickou extrakci DMP na

základě metody pixelové korelace zpracovávaného steropáru (s překrytem

minimálně 60%). Tato metoda funguje spolehlivě u leteckých snímků

pořízených kvalitními kamerami. DMP odvozený ze starých leteckých snímků

(v našem případě z let 1938 a 1953) je ovlivněno kvalitou vstupních dat a

vyţaduje následné zpracování a odstraňování chyb. I s ohledem k těmto

komplikacím je tato metoda velmi uţitečná a nabízí relativně rychlou

(v porovnání s ruční vektorizace vrstevnic) metodu tvorby DMP dané oblasti.

Rekonstruovaný reliéf na základě leteckých snímků Oblasti 3a je ukázán na Obr.

10.

Obr. 10 Georeliéf rekonstruovaný z leteckých snímků - oblast 3a (rok 1938 a 1995)

Velmi přesná výšková data z laserového skenování jsou dostupná od roku 2012.

Digitální model reliéfu České republiky 4. generace (DMR 4G) představuje

zobrazení přirozeného nebo lidskou činností upraveného zemského povrchu

v digitálním tvaru ve formě výšek diskrétních bodů v pravidelné síti (5x5 m)

bodů o souřadnicích X, Y, H, kde H reprezentuje nadmořskou výšku

ve výškovém referenčním systému Balt po vyrovnání s úplnou střední chybou

výšky 0,3 m v odkrytém terénu a 1 m v zalesněném terénu25

.

Obr. 11 DMR pro Oblast 2 získaná z laserového skenování

Analýzy georeliéfu

Rekonstrukce georeliéfu z rozdílných časových období nám dává moţnost

provést analýzy, které nám mohou pomoci porozumět změnám krajiny

způsobené těţební činností. Georeliéf bude rekonstruován pro celou oblast

Mostecké pánve – prezentované analýzy jsou z oblasti (Oblast 2), pro kterou

byla jiţ zpracovaná veškerá podkladová data26

.

Na Obr. 12 aţ Obr. 16 je ukázána rekonstrukce georeliéfu pro Oblast 2. V rámci

oblasti jsou vymezeny 4 výškové profily, které jsou analyzovány v sekci

Profilová analýza.

25

Data 4G výškopisu včetně dalších popisných informací mohou být získány na stránkách ČÚZK: Digitální

model reliefu České republiky 4. generace (DMR 4G). (http://geoportal.cuzk.cz/) 26

Podrobný popis, včetně výsledků analýz, je uveden např. Jan PACINA, Kamil NOVÁK a Lukáš WEISS. 3D

modelling as a tool for landscape restoration and analysis. In Environmental software systems: frameworks of

Eenvironements. Heidelberg : Springer. 2011. s. 123 – 140.

Obr. 12 Rekonstrukce georeliéfu pro Oblast 2 - rok 1938

Obr. 13 Rekonstrukce georeliéfu pro Oblast 2 - rok 1953

Obr. 14 Rekonstrukce georeliéfu pro Oblast 2 - rok 1971

Obr. 15 Rekonstrukce georeliéfu pro Oblast 2 - rok 1982

Obr. 16 Rekonstrukce georeliéfu pro Oblast 2 - rok 2008

Rozdílová analýza

Rozdílová analýza popisuje změny georeliéfu formou rozdílového rastru. Díky

tomu můţeme přesně identifikovat změny nadmořských výšek mezi dvěma

časovými intervaly. Ukázka analýzy je prezentována na Obr. 17. Záporné

hodnoty (červená barva) ukazují oblasti, ze kterých byl materiál vytěţen a

kladné hodnoty (modrá barva) reprezentují oblasti, kam byl materiál navršen

(např. výsypka).

Obr. 17 Ukázka rozdílové analýzy - rok 1938 a 1953 (Oblast 2)

Objemová analýza

Pomocí objemové analýzy můţeme vypočítat kubatury materiálu, který byl

z vybraných oblastí vytěţen, nebo navršen na výsypku. Mnoţství materiálu je

v tomto případě rovno rozdílu dvou přes sebe poloţených rastrů. Volumetrická

analýza zde pracuje s termíny Positive Volume (Cut) a Negative Volume (Fill).

Princip je uveden na Obr. 18.

Povrch 1Povrch 2

Obr. 18 Princip volumetrické analýzy

Přibliţné výsledky volumetrické analýzy (Oblast 2) jsou ukázány v Tab. 1.

Období Negative Volume (Fill) v m3 Positive Volume (Cut) v m

3

1938-1953 89 953 000 72 411 000

1953-1973 136 461 000 23 948 000

1973-1982 97 998 000 64 189 000 Tab. 1 Přibližné výsledky volumetrické analýzy (Oblast 2)

Profilová analýza

Analýza profilů popisuje změny georeliéfu ve směru definované linie. Profil je

vytvořen definováním vertikálního řezu vytvořeného DMR podél profilové linie.

Analyzované profily (pojmenované Profile1 aţ 4) jsou ukázány na Obr. 12 aţ

Obr. 16. Ukázka analýzy Profilu 1 je na Obr. 19.

Obr. 19 Analýza Profilu 1

Analýza a rekonstrukce využití krajiny

S pomocí starých map můţeme rekonstruovat27

vyuţití krajiny v lokalitách,

které dnes jiţ neexistují. Analýza nám ukáţe přirozený vývoj oblast zájmu a

výsledky mohou být vyuţity např. při rekultivačních pracích. Tato analýza

vyţaduje mapy podobného měřítka, protoţe jen tak získáme relevantní

výsledky. Ukázka interpretace vývoje vyuţití krajiny Oblasti 1 je na Obr. 20.

Obr. 20 Ukázka interpretace vývoje krajiny v rámci Oblasti 1

V rámci tohoto projektu jsou zpracovávány a vzájemně porovnávány dvě

skupiny map v závislosti na jejich měřítku. Mapy velkého měřítka:

Císařské povinné otisky map stabilního katastru (1:2880),

Současná katastrální mapa (1:2000),

SMO-5 (1:5000).

Druhá skupina jsou mapy středních měřítek:

Mapy I., II. a III. vojenského mapování (~ 1:25 000),

současné datový zdroj – DMÚ 25 (1:25 000).

Vybrané prvky krajiny jsou ručně vektorizovány a uloţeny do prostorové

databáze. Uloţení dat do prostorová databáze má velmi mnoho výhod mezi které

patří kontrola topologie dat a prevence chyb při vektorizaci.

27

Vyhodnocení vývoje krajiny ze starých map je prováděno na základě předchozích zkušeností autorů, kteří se

problematikou jiţ dříve zabývali – viz poznámka č.5 a 6 u popisu Oblasti 1.

Prostředí informačního systému

Hlavním účelem tohoto projektu je nabídnout výše popsaná data pro další

vědecké zpracování, vyuţití při rekultivačních pracích a pro širokou veřejnost.

Informační systém je zaloţen na technologii ESRI. Všechna data jsou uloţena

v souborové databázi a publikovány s vyuţitím ArcGIS for Server 10.1. Data

jsou nabídnuta dvěma způsoby – jako interaktivní webová aplikace a jako

ArcGIS Rest Services28

, připojitelné jako vzdálené vrstvy do GIS.

Rest sluţby publikované na našem mapovém serveru http://mapserver.ujep.cz

jsou buď dlaţdicované (angl. tiled), nebo dynamické. Všechny tyto vrstvy si

můţe uţivatel připojit do svého desktopového GIS. Vrstvy mohou být

prohlíţeny, tisknuty a vektorizovány, ale uţivatel je nemůţe přímo uloţit na svůj

pevný disk. Toto umoţňuje uţivateli pracovat se širokou škálou zpracovaných

map a dalších dat.

Interaktivní webová aplikace umoţňuje uţivateli prohlíţet a vizuálně analyzovat

všechna zpracovaná data. V současné době jsou pro jednotlivé oblasti

k dispozici různé typy zpracovaných dat, protoţe v rámci kaţdé oblasti byla

testována jiná metodika zpracování dat. S ohledem k tomu je v tuto chvíli pro

kaţdou oblast připravena samostatná webová aplikace prezentující zpracovaná

data. Vytvoření jednotné aplikace pro všechny oblasti je výsledný cíl našeho

projektu.

Aplikace je vytvořena s vyuţitím prostředí ArcGIS API for Flex a je zaloţena na

ArcGIS Viewer for Flex. Tato technologie je velmi flexibilní a data prezentuje

velmi efektivně v příjemném uţivatelském rozhraní. Ukázka prostředí

informačního systému je na Obr. 21.

28

Pouza data, u kterých to umoţňují licenční podmínky, jsou publikována jako ArcGIS Rest Services.

Obr. 21 Prostředí informačního sytému pro Oblast 2

V rámci internetové aplikace si uţivatel můţe prohlédnout zpracované mapy

jako podkladové vrstvy, přepínat mezi nimi a měnit jejich průhlednost. Toto

uţivateli umoţňuje vizuálně porovnávat zpracované mapy. V aplikaci jsou

implementované i další nástroje pro vizuální porovnání dat – nástroj pro swipe

(shrnování obrazovky) a lupa (viz Obr. 22). Uţivatel si dále můţe exportovat

aktuálně zobrazovanou oblast do různých grafických formátů.

Obr. 22 Nástroj Lupa a Swipe implementované v rámci webové aplikace (Oblast 3)

Zpracované vrstvy, jako jsou např. DMR, DMP, vyuţití krajiny a rekonstrukce

hydrografické sítě, jsou v rámci webové aplikace dostupné jako překryvné

vrstvy. Aplikace se stále vyvíjí a další nástroje pro práci s daty budou do

aplikace postupně přidávány.

Nedílnou součástí tohoto projektu je databáze popisující obce, které zanikly

nejen vlivem těţby hnědého uhlí. Tato část projektu je momentálně v počáteční

fázi, ale myšlenkou je umístit do mapy interaktivní body, které uţivateli

zpřístupní informace o historii obce, staré fotografie a další informace. Náhled je

představen na Obr. 23.

Obr. 23 Ukázka propojení zpracovaných dat s informacemi o zaniklých obcích

Webové aplikace zpracované pro zájmové území prezentované v tomto článku

jsou dostupné na následujících odkazech:

Zámek Jezeří (Oblast 1)

http://mapserver.ujep.cz/Projekty/SZ_Cechy/Jezeri_nove/

Jezero Most (Oblast 2)

http://mapserver.ujep.cz/Projekty/SZ_Cechy/Jezero_Most_nove/

Velkolom Bílina (Oblast 3)

http://mapserver.ujep.cz/Projekty/SZ_Cechy/Bilina/bilina.html

Závěr

V rámci tohoto projektu byl vytvořen kvalitní základ pro informační systém

zahrnující oblasti ovlivněné povrchovou těţbou hnědého uhlí v Severozápadních

Čechách. Informační systém nabídne zpracované staré mapy, letecké snímky,

rekonstrukce georeliéfu, vývoj vyuţití krajiny a mnoho dalšího.

V tomto článku byla představena metodika zpracování starých map, zahrnující

časové období od vydání map 1. vojenského mapování do současnosti. Všechny

mapy byly georeferencovány a byla z nich vytvořena bezešvá mapa dostupná

v rámci webové mapové aplikace. Zpracované mapy se dále vyuţívají pro

rekonstrukce a analýzy vývoje krajiny. Tato odvozená data mohou být dále

vyuţita při rekultivacích jako vzor původního vyuţití krajiny.

Velmi důleţitou součástí tohoto projektu je rekonstrukce georeliéfu. Ucelené

datové sady pokrývající celé období aktivní těţby uhlí nám dávají dobrý základ

pro porozumění změn reliéfu právě v průběhu těţby. Pro tvorbu rekonstrukčních

rastrů georeliéfu byly testovány různé interpolační algoritmy tak, abychom

získali výsledky s přesností odpovídající poţadavkům projektu. Výsledné

výškové rastry byly detailně analyzovány a ukázky výstupů jsou součástí tohoto

článku.

Jedinečným zdrojem dat jsou staré letecké snímky. Tento typ dat můţe být

přepracován do rozdílných datových formátů – zahrnující mapy vyuţití krajiny a

rekonstrukce georeliéfu. Pro potřeby tohoto projektu byly testovány letecké

snímky z různých časových období a pro komplexní zpracování byly vybrány

časové řady zahrnující rok 1938, 1953 a 2008. Staré letecké snímky musí být

zpracovány pomocí speciálních postupů, jelikoţ k nim neexistují kalibrační

protokoly ani katalogy vlícovacích bodů.

Metody představeny v rámci tohoto článku byly otestovány na vybraných

oblastech a budou aplikovány na celou oblast zájmu. Staré mapy prezentovány

v úvodu článku jsou jiţ zpracovány pro celou oblast Mostecké pánve.

Dosavadní výsledky z práce na projektu jsou dostupné široké veřejnosti

prostřednictvím webové aplikace dostupné v prostředí univerzitního mapového

serveru http://mapserver.ujep.cz29

. Po dokončení práce budou všechna data

integrována do jednotné mapové aplikace.

Tento projekt je podpořen z programu Ministerstva kultury ČR – NAKI

„Rekonstrukce krajiny a databáze zaniklých obcí v Ústeckém kraji pro

zachování kulturního dědictví“ č. F12P01OVV043.

29

Konkrétní odkazy jsou uvedeny v textu článku.