Systemy Informacji Geograficznej w szkole

geografia_05_Layout 1 2012-10-12 14:13 Strona 6
DYDAKTYKA
Systemy Informacji
Geograficznej w szkole
Zwinięty rulon papierowej mapy przez tysiąclecia był nieodłącznym atrybutem
geografa i tym samym podstawowym narzędziem w jego pracy. Za pierwszą mapę uważa
się dzieło pochodzące z V w. p.n.e. nakreślone ręką Anaksymandra z Miletu, na którym to
Ziemia miała kształt sferyczny, a jej centrum znajdowało się w greckich Delfach. Od
tamtego czasu mapa przeszła wiele rewolucji. Jedna z najbardziej znaczących rozpoczęła
się w latach 50. XX wieku, kiedy to do opracowywania map wykorzystano komputery.
Rafał Kroczak
nauczyciel geografii, Uniwersytet Pedagogiczny, Kraków
olejne lata przyniosły coraz to
nowsze sposoby wykorzystania
komputerów do obrazowania badań naukowych. W połowie lat 60.
XX wieku oprogramowanie służące
tworzeniu map wyszło poza ośrodki naukowe – zaczęto testować je w przedsiębiorstwach kartograficznych. W latach 70. wystrzelono pierwsze cywilne
satelity umożliwiające nie tylko nawigację, ale też wykonywanie rastrowych
zobrazowań całej powierzchni Ziemi.
Dziś, w dobie powszechnego dostępu
do Internetu, mapy papierowe są szybko wypierane przez mapy cyfrowe. Zarówno cyfrowe mapy wektorowe jak
i mapy rastrowe są bezpośrednio udostępniane poprzez takie aplikacje jak
geoprzeglądarki, geoportale czy współtworzony GIS. Niezbędnym zatem jest,
aby uczeń na lekcjach geografii poznał
przykłady zastosowania map cyfrowych
do pozyskiwania i tworzenia współczesnej informacji geograficznej.
K
Systemy Informacji
Geograficznej (GIS)
Wszystkie narzędzia, o których mowa powyżej, służące do gromadzenia,
przetwarzania, analizowania i obrazowania danych przestrzennych nazwano
sumarycznie Systemami Informacji Geograficznej (GIS) lub rzadziej przestrzennej (SIP). GIS/SIP współcześnie obecny
jest w każdej dziedzinie naszego życia,
6
Geografia w szkole  nr 5/2012
zajmują newralgiczne miejsce w systemie
informatycznym państwa, a do jego rozwoju jesteśmy obligowani m.in. poprzez
Dyrektywy UE (np. INSPIRE).
Początkowo GIS rozwijał się na styku
informatyki i nauk o Ziemi, jednak z biegiem lat oprogramowanie i metodykę zaczęto wykorzystywać w innych dziedzinach. Dziś Systemy Informacji Przestrzennej (GIS/SIP) stosuje się nie tylko w nauce
Mapa cyfrowa (numeryczna) to mapa
w formie elektronicznej, na której obiekty
przedstawione są w wersji rastrowej lub
wektorowej. Mapy numeryczne uzyskuje
się poprzez geodezyjne pomiary wykonane bezpośrednio w terenie, wektoryzację
na ekranie komputera, skanowanie map
papierowych lub poprzez interpretację
zdjęć lotniczych i satelitarnych.
Mapa wektorowa to cyfrowe opracowanie kartograficzne przedstawiające
treść mapy w postaci punktów, linii lub zamkniętych obszarów – punktów połączonych za pomocą linii. Zmiana skali nie ma
wpływu na czytelność mapy.
Mapy rastrowe składają się z pojedynczych komórek (rastrów) o narzuconej
wielkości (rozdzielczości) i wartości (np.
kolorze). W związku z tym, że posiadają
one stałą rozdzielczość to nie nadają się
do użytku w niedopasowanej do rozdzielczości skali (przy zbliżaniu pojawiają się
pojedyncze rastry).
− ich zastosowanie rozszerzyło się na inne obszary, m.in. administrację centralną/samorządową i codzienne życie każdego obywatela. Należy oczekiwać, że
wykorzystanie GISu będzie się nadal rozszerzać. Wynika to z wielu różnych czynników, a wśród nich kluczowym jest powszechna dostępność do darmowego
i otwartego oprogramowania.
Open Source,
czyli jak wprowadzić
GIS do szkół
Koszty licencji oprogramowania profesjonalnego, na którym pracują duże
firmy są bardzo wysokie, dlatego większość użytkowników indywidualnych
(ale i małe zespoły) bazuje na rozwiązaniach darmowych typu Open Source
(oprogramowanie otwarte, tj. takie,
gdzie każdy może pobrać program
i dowolnie go udoskonalić, a produkt
końcowy udostępnić kolejnym użytkownikom). Dostępne oprogramowanie bezpłatne jest poprawiane, uzupełniane i ulepszane. Dzięki temu nie
ustępuje swoimi możliwościami, jakością i wydajnością programom płatnym.
Wśród darmowych produktów, które
idealnie spełnią warunki stawiane narzędziom do nauczania geografii
w szkole są m.in.: Quantum GIS, ILWIS
oraz SAGA GIS. Szeroko rozwiniętą listę oprogramowania Open Source znaleźć można na stronie: www.gisplay.pl/gis/opro gra mo wa nie -gis/dar mowy-gis.html.
W początkach rozwoju Systemów
Informacji Geograficznej pozyskiwanie
geografia_05_Layout 1 2012-10-12 14:13 Strona 7
DYDAKTYKA
danych było procesem czasochłonnym
i mozolnym, a przez to też i kosztownym. Jednak z czasem proces zbierania
informacji usprawniono poprzez wykorzystanie maszyn (np. digitizerów).
Obecnie dąży się do ujednolicenia sposobu zapisu danych geograficznych
oraz stworzenia infrastruktury danych
przestrzennych (ang. Spatial Data Infrastructure). Rozwiązania te umożliwią
w przyszłości sprawną wymianę
i współpracę danych na poziomie całej
Unii Europejskiej.
W Polsce płatne geodane udostępniane są poprzez rządowe ośrodki – m.
in.: Centralny, Wojewódzkie i Powiatowe Ośrodki Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej (instytucje gospodarki budżetowej powołane, aby zarządzać i uzupełniać centralny państwowy
zasób geodezyjny i kartograficzny),
urzędy geodezji i kartografii, urzędy
marszałkowskie, Instytut Meteorologii
i Gospodarki Wodnej. Dane te ogólnie
uważane są za drogie, jednak w wielu
instytucjach istnieje możliwość otrzymania zniżek dla szkół (także dla nauczycieli i uczniów dla celów edukacyjnych). Orientacyjny koszt jednego arkusza mapy bez zniżek w skali 1:10000
to 20 zł. Użytkownik Internetu ma dzisiaj także dostęp do danych bezpłatnych, które można ściągnąć na dysk lokalny lub korzystać z nich online. GIS,
który można obsługiwać za pomocą
przeglądarki internetowej nazwany został WebGISem. Połączenie wspólnych
sił GISu i Internetu zaowocowało powstaniem przeróżnych map internetowych, które można podzielić na trzy
grupy, biorąc pod uwagę ich funkcjonalność (Rzeszewski, Jasiewicz 2009):
 geoprzeglądarki,
 geoportale,
 współtworzony GIS i jego odmiany.
Podział ten nie jest wyczerpujący, ani
Spatial Data Infrastructure (SDI)
– suma GISowych baz danych, formalnych porozumień oraz technologii, pozwalających na dostęp do danych, ich wyszukiwanie i prezentację. SDI można również
pojmować jako narodowy zasób informacji
przestrzennej oraz środków zapewniających dostęp i wyszukiwanie tej informacji.
Geodane – dane przestrzenne opisujące obiekty, zjawiska i procesy występujące na powierzchni Ziemi w określonym
układzie współrzędnych geograficznych.
Dane te mogą występować w formie wektorowej lub rastrowej, tworząc mapy. Są
one gromadzone, przetwarzane i analizowane przy pomocy Systemów Informacji
Geograficznej.
INSPIRE – (Infrastructure for Spatial Information In Europe) dyrektywa Komisji Europejskiej z czerwca 2004 r. określająca
prawne ramy ustanowienia i działania Infrastruktury Informacji Przestrzennej w Europie. Celem dyrektywy jest wspieranie działań dotyczących polityk wspólnotowych
w zakresie ochrony środowiska oraz polityk
lub działań mogących oddziaływać na środowisko. W swoich założeniach INSPIRE
łączy infrastruktury informacji przestrzennej
tworzone w różnych krajach członkowskich w jeden spójny system.
rozłączny. Zasadniczo do geoprzeglądarek zalicza się te strony www, które pozwalają na wyświetlanie map w z góry
zdefiniowany sposób. Geoprzeglądarki
(np. Google API) pozwalają na dodawanie własnych warstw tematycznych
i tworzenie tzw. mashupów (stron internetowych lub aplikacji powstałych
w wyniku wizualizacji, kombinacji i łą-
czenia danych wykonanych przez użytkownika z danymi dostępnymi online).
Najbardziej znaną geoprzeglądarką jest
serwis Google Maps. Wśród tego grona
znajdziemy siostrzany program Google
Maps – Google Earth i podobny do Google Earth − NASA World Wind. Swoje
strony posiadają także Yahoo (Yahoo
Maps) czy Bing (Bing Maps).
Geoportale pozwalają na dostęp
do danych, a tym samym możliwość
wysyłania zapytań do bazy danych, wykonywanie prostych obliczeń i algebry
map (Rzeszewski, Jasiewicz 2009). Dają zatem więcej możliwości niż geoprzeglądarki, chociaż ze względu na
różne możliwości przetwarzania danych
geograficznych, granica między geoportalem a geoprzeglądarką jest płynna.
W Polsce wg zaleceń dyrektywy Komisji
Europejskiej INSPIRE utworzono rządowy geoportal (www.geoportal.gov.pl).
Podobne portale funkcjonują we
wszystkich państwach UE. Jest też
www.inspire-geoportal.ec.europa.eu −
geoportal przygotowany na wspólne potrzeby krajów członkowskich.
GIS współtworzony jest zjawiskiem
najmłodszym i najszybciej się rozwijającym. Realizowany jest on poprzez ciągły i otwarty przepływ informacji i danych pomiędzy użytkownikami, którzy
tworzą i pobierają warstwy geograficzne. Rzeszewski i Jasiewicz, w swoim artykule, w przypadku współtworzonego
GISu mówią nawet o demokratyzacji
geoinformacji (geoinformacja rozumiana jako informacja o dowolnych obiektach otoczenia wzbogacona o dodatkowy atrybut − położenie i zasięg geograficzny). Należy jednak pamiętać, że taka
demokratyzacja zdecydowanie rzutuje
na jakości przepływających danych.
Najbardziej popularną przeglądarką
tworzoną przez użytkowników jest OpenStreetMap (www.openstreetmap.org).
Propozycje zajęć poza salą informatyczną
Mapy papierowe
czy mapy cyfrowe?
Doskonałym wprowadzeniem do
pracy z mapami dostępnymi poprzez
łącze internetowe będą zajęcia przeprowadzone bez użycia komputera.
W ich trakcie należy zaproponować
uczniom burzę mózgów, tematem któ-
rej będą wady i zalety map papierowych i cyfrowych.
W celu wprowadzenia wszystkich
uczestników do dyskusji należy zapytać
każdego ucznia o to, z których map woli
korzystać i poprosić o podanie przyczyn
takiego, a nie innego stanu rzeczy. Elementami, które wzbogacą zajęcia będą
różnotematyczne i różnoskalowe mapy
papierowe oraz wyświetlane mapy cyfrowe (np. przez rzutnik bądź na monitorze), ewentualnie odbiorniki GPS
z zainstalowanymi mapami.
W ramach dalszego wprowadzenia
w tematykę kartografii, GISu oraz WebGISu można przeprowadzić podobne zajęcia, które również nie muszą odbywać się
w sali komputerowej. Analogicznie ich
Geografia w szkole  nr 5/2012
7
geografia_05_Layout 1 2012-10-12 14:13 Strona 8
DYDAKTYKA
przebieg może przypominać burzę mózgów, a dla ułatwienia dyskusji prowadzący powinien przynieść ze sobą kilka map
papierowych o różnym temacie, źródle,
skali, roku wykreślenia. W tym przypadku
uczniom należy zadać pytanie:
Jakie elementy muszą się znaleźć
na dobrej mapie?
Propozycje można wypisać na tablicy, a wśród nich powinny znaleźć się:
1. Treść mapy – główne wypełnienie
mapy, różne w zależności od podejmowanej tematyki, wyrażone przez
znaki kartograficzne, które należą
do jeden z trzech grup: znaki powierzchniowe (np. jeziora, lasy),
znaki liniowe (np. drogi, rzeki, granice) i znaki punktowe (np. restauracje, przystanki autobusowe).
2. Legenda – czyli objaśnienie znaków
kartograficznych użytych w treści
mapy. Legenda zawierać może również tytuł mapy, nazwę wydawnictwa, rok wydania, skalę (najczęściej
w postaci podziałki liniowej) oraz
użyte odwzorowanie.
3. Skala – przedstawia stosunek odległości na mapie do odległości rzeczywistej, może być wyrażona liczbowo (np. 1:10000), w postaci mianowanej (1 cm – 100 m) lub w postaci graficznej (podziałka liniowa).
Dla starszych uczniów można wprowadzić pojęcia skali mniejszej
i większej, przy czym należy pamiętać, że skala wyrażona mniejszym
mianownikiem jest skalą większą
w porównaniu ze skalą o mniejszym
mianowniku. Mapy w większej skali
MAPY PAPIEROWE
Zalety
są mniej zgeneralizowane, bardziej
szczegółowe i zawierają więcej elementów.
4. Siatka kartograficzna – siatka równoleżników i południków jednoznacznie określająca położenie danego arkusza mapy na powierzchni
Ziemi (Longley i in. 2008).
Jakie są cechy dobrej mapy?
Dwie podstawowe cechy mapy to:
1. Czytelność – jest uzyskiwana przez
umiejętne dobranie liczby i wyglądu
prezentowanych obiektów i znaków,
jak również przez właściwe skonstruowanie legendy.
2. Wymierność – możliwość jak najlepszego odczytania wymiarów obiektów przedstawionych na mapie.
MAPY CYFROWE
Wady
są powszechnie dostępne
bardzo szybko się dezaktualizują
są tanie
nie można ich zaktualizować – należałoby kupić nową mapę
nie wymagają drogiego
sprzętu elektronicznego do obsługi
są drukowane w formie arkuszy
– jeśli interesujący nas obszar znajduje się przy ramce należy zaopatrzyć się w kilka arkuszy
nie wymagają baterii
korzystanie z map wydrukowanych
na dużych formatach wymaga
sprawności i cierpliwości
ich szczegółowość dobrana jest
do skali, dzięki czemu są czytelniejsze dla początkującego geografa
ustalona odgórnie skala narzuca stopień generalizacji – jeśli potrzebujemy więcej szczegółów z danego terenu musimy sięgnąć po kolejną
mapę w większej skali
Zalety
jeśli ulegną dezaktualizacji można je są dostępne tylko w określonych
łatwo poprawić
sklepach/ miejscach w sieci
mapy elektroniczne, które można
aktualizować są drogie
przy pomocy funkcji pan i zoom
możemy oglądać jakikolwiek fragment ze zbioru danych w dowolnej
skali
są interaktywne – pozwalają wybierać warstwy i atrybuty konkretnych
obiektów, które chcemy oglądać;
mapy cyfrowe systematycznie aktualizowane pokazują dynamiczny,
zmieniający się świat
mapa papierowa jest rzutem na powierzchnię płaską – nie ma możliwości oglądania obrazu 3D
pozwalają na oglądanie danego obszaru praktycznie pod każdym możliwym kątem
nie pozwalają na automatyczną lokalizację i nawigację użytkownika
przy pomocy GPS
przy pomocy GPS lokalizują miejsce
położenia użytkownika i nawigują
go do wybranych destynacji
jest produktem konkretnego wypozwalają na samodzielny wybór
dawcy – zawartość i wygląd są z gó- zawartości i wyglądu przez użytry przez niego narzucone
kownika
są drukowane masowo na papierze
i tym samym są nieekologiczne
8
Geografia w szkole  nr 5/2012
wymagają dodatkowo kupna specjalnego sprzętu elektronicznego
wymagają kupna baterii i ładowarek,
nie dając pewności, że w trasie nie
zabraknie nam mocy
laminowane mapy bezproblemowo ma skończoną, z góry narzuconą
wytrzymują każde warunki atmosfe- ilość warstw tematycznych
ryczne
w razie nagłej potrzeby mogą być
„nieszablonowo” wykorzystane (np.
jako ochrona przed deszczem)
Wady
nie wymagają drukowania (chociaż
są kolejnym źródłem odpadów
– np. zużytych baterii)
sprzęt elektroniczny wymaga chociaż podstawowych umiejętności
obsługi (które nie każdy posiada)
drogi sprzęt elektroniczny może źle
znieść surową pogodę