An Attempt at the Automation of the Routing of Mountain Forest Roads with the Use of GIS Spatial Analyses

• Autorzy: Gołąb Janusz , Pirowski Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.7494/geom.2019.13.4.17

Warianty tytułu

PL

Próba automatyzacji trasowania leśnych dróg górskich z wykorzystaniem analiz przestrzennych GIS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The routing of road corridors in the project of a forest road network in the mountains, along with defining the functions of these roads, is the most important activity in the entire task. It must be preceded by a detailed inventory consisting of many factors characterising the analysed transport area, including economic, technical or environmental factors. This study presents an attempt at the semi-automatic routing of road corridors with the use of GIS technology. The original multi-stage methodology proposed by the present authors is based on raster analyses of the Digital Terrain Model at a resolution of 1 m. The initial stage consists in a preliminary outline of the road network being designed, which is performed by an experienced designer on a contour map. Due to the complicated terrain in mountain areas, the pre-determined road sections are divided into sections for which a generalised direction in the form of a straight line can be indicated. On the basis of the azimuths of these particular direction lines, “targeted” terrain inclinations are calculated for each section separately, which help in decisions concerning the location of the planned road sections. The results obtained indicate the key role of the initial concept of the designed road network, as outlined by the expert, and based on the expert’s professional experience. The problem lies in strongly varied terrain, which forces the designer to use short sections of corridors. This, in turn, significantly increases the amount of work. Good effects of road routing automation can be obtained in areas where land relief is complicated. The designed locations of road sections must be finally verified in terms of terrain inclination along the designated lines, which is essential for the possibility of subsequent detailed design, construction and use of road sections.

PL

Trasowanie korytarzy drogowych w projekcie sieci dróg leśnych w górach, z określeniem funkcji tych dróg, jest najważniejszą czynnością w całym projekcie. Musi ono być poprzedzone szczegółową inwentaryzacją bardzo wielu czynników charakteryzujących opracowywany obszar transportowy, w tym: gospodarczych, technicznych czy przyrodniczych. W pracy pokazano próbę półautomatycznego trasowania korytarzy przy wykorzystaniu technologii GIS. Zaproponowana autorska, wieloetapowa metoda opiera się na analizach rastrowych numerycznego modelu terenu o rozdzielczości 1 m. Etapem wyjściowym jest wstępny zarys projektowanej sieci wykonany przez doświadczonego projektanta na mapie warstwicowej. Ze względu na skomplikowaną rzeźbę terenów górskich wstępnie wyznaczone odcinki dróg dzieli się na fragmenty, dla których można wskazać uogólniony kierunek w postaci linii prostej. Na podstawie azymutów tych właśnie linii kierunkowych wyliczane są (dla każdego odcinka osobno) „ukierunkowane” spadki terenu (wzdłuż tych linii), które pomagają w decyzjach lokalizacyjnych projektowanych odcinków dróg. Uzyskane efekty wskazują na kluczową rolę wstępnej koncepcji projektowanej sieci, zarysowanej przez eksperta. Problemem jest silnie urozmaicona rzeźba terenu, która zmusza projektanta do stosowania krótkich odcinków korytarzy, przez co znacznie zwiększa się ilość pracy (niska efektywność procedury). Dobre efekty automatyzacji trasowania można uzyskać w terenach o mało skomplikowanym reliefie. Zaprojektowane lokalizacje odcinków dróg muszą być jeszcze ostatecznie sprawdzone pod względem spadku terenu wzdłuż wyznaczonych linii, co ma zasadnicze znaczenie dla możliwości późniejszego szczegółowego zaprojektowania, wybudowania i użytkowania odcinków dróg – spadki niwelety muszą się mieścić w granicach dopuszczonych normatywem technicznym dla tych kategorii dróg.

Słowa kluczowe

EN

mountain forest roads; raster analyses; GIS; automation of forest road routing

PL

górskie drogi leśne; analizy rastrowe; GIS; automatyzacja trasowania

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Geomatics and Environmental Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 13, no. 4
• Strony: 17--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Gołąb Janusz

• University of Agriculture in Krakow, Department of Forest Utilization, Engineering and Forest Technique, Krakow, Poland

autor

Pirowski Tomasz

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Państwowe Gospodarstwo Leśne Lasy Państwowe: Instrukcja urządzania lasu. Część I. Centrum Informacyjne Lasów Państwowych, Warszawa 2012.
• [2] Hejmanowska B., Głowienka E., Michałowska K.: Free satellite imagery for monitoring reclaimed sulphur mining region Tarnobrzeg, Poland. [in:] BGC Geomatics 2016: 2016 Baltic Geodetic Congress (Geomatics): Gdansk, Poland 2–4 June 2016: proceedings [electronic document], IEEE cop., Los Alamitos, Washington, Tokyo 2016, pp. 134–139. DOI: https://doi.org/10.1109/BGC. Geomatics.2016.32.
• [3] Socha J., Pierzchalski M., Bałazy R., Ciesielski M.: Modelling top height growth and site index using repeated laser scanning data. Forest Ecology and Management, Vol. 406, 2017, pp. 307–317. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2017.09.039.
• [4] Szostak M., Knapik K., Wężyk P., Likus-Cieślik J., Pietrzykowski M.: Fusing Sentinel-2 Imagery and ALS Point Clouds for Defining LULC Changes on Reclaimed Areas by Afforestation. Sustainability, Vol. 11, 2019, 1251. DOI: https://doi.org/10.3390/su11051251.
• [5] Gołąb J., Łuczkowski B.: GIS maps and analysis in designing forest road system on mountainous areas. EJPAU 2017, 20(4), #14, [on-line:] http://www.ejpau.media.pl/volume20/issue4/art-14.html [access: 26.04.2018].
• [6] Gołąb J.: Analizy GIS podstawą optymalizacji sieci dróg leśnych w terenach górskich. Conference DGLP “Funkcjonowanie infrastruktury komunikacyjnej w Lasach Państwowych”, Muczne 2016 [conference paper].
• [7] Bałazy R.: Analizy przestrzenne w praktyce leśnej. [in:] Okła K. (red.), Geomatyka w Lasach Państwowych. Cz. 1. Podstawy, Centrum Informacyjne Lasów Państwowych, Warszawa 2010, pp. 248–261.
• [8] Drogi leśne: poradnik techniczny. Ośrodek Rozwojowo-Wdrożeniowy Lasów Państwowych w Bedoniu, Bedoń 2006.
• [9] Drzewiecki W., Orzińska E., Pirowski T.: Analizy przestrzenne jako wsparcie projektowania przebiegu infrastrukturalnych obiektów liniowych. Roczniki Geomatyki, t. 10, z. 4(54), 2012, pp. 65–78.
• [10] Gipps P.G., Gu K.Q., Held A., Barnett G.: New technologies for transport route selection. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, Vol. 9, Issue 2, 2001, pp. 135–154.
• [11] Pirowski T., Drzewiecki W., Orzińska E.: Simple method for incorporation of topographical factor into GIS-supported multi-variant rail route selection. [in:] SGEM 2014: GeoConference on Informatics, geoinformatics and remote sensing: international multidisciplinary scientific geoconference: 2014, Albena, Bulgaria: conference proceedings. Vol. 3, Photogrammetry and remote sensing cartography and GIS, STEF92 Technology Ltd., Sofia, pp. 841–851.
• [12] Inglot A., Janowski A., Kozioł K. An algorithm for optimizing the determination of cycling routes on the example of the Gdansk agglomeration. [in:] BGC-Geomatics 2018: 2018 Baltic Geodetic Congress: 21–23 June 2018, Olsztyn, Poland: proceedings [electronic document], IEEE, Piscataway 2018, pp. 37–41. DOI: https://doi.org/10.1109/BGC-Geomatics.2018.00013.
• [13] Cormen T.H.: Algorytmy bez tajemnic. Wydawnictwo Helion, Gliwice, 2013.
• [14] Yu Ch., Lee J., Munro-Stasiuk M.: Extensions to least-cost path algorithms for roadway planning.  International Journal of Geographical Information Science, Vol. 17, No. 4, 2002, pp. 361–376.
• [15] Eastman J.R.: Pushbroom algorithms for calculating distances in raster grids. [in:] Auto-Carto 9: Ninth International Symposium on Computer-Assisted Cartography, Baltimore, Maryland, April 2-7 , The Society, 1989, pp. 288–297.
• [16] Doneus M., Briese C., Fera M., Janner M.: Archaeological prospection of forested areas using full-waveform airborne laser scanning. Journal of Archaeological Science, Vol. 35, 2008, pp. 882–893.
• [17] Enache A., Kühmaier M., Stampfer K., Ciobanu V.D.: An integrative decision support tool for assessing forest road options in a mountainous region in Romania. Croatian Journal of Forest Engineering, Vol. 34, No. 1, 2013, pp. 43–60.
• [18] Abdi E., Majnounian B., Darvishsefat A., Mashayekhi Z., Sessions J.: A GISMCE based model for forest road planning. Journal of Forest Science, Vol. 55, 2009, pp. 171–176.
• [19] Suliński J.: Wzór empiryczny wyrażający zmienność obszarową normalnego rocznego opadu atmosferycznego w granicach Polski. Acta Agraria et Silvestria. Series Silvestris, Vol. 37, 1999, pp. 79–97.
• [20] Kondracki J.: Geografia regionalna Polski. Wyd. 3 uzup. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2011.
• [21] Plan urządzania lasu na lata 1.01.2006 do 31.12.2015. Nadleśnictwo Limanowa, Obręb leśny Limanowa. Stan na 1.01.2006 r. Kraków 2006.
• [22] Sikorska E.: Siedliska leśne. Cz. 2. Siedliska obszarów wyżynnych i górskich. Wyd. AR, Kraków 2006.
• [23] Stupnicka E., Stempień-Sałek M.: Geologia regionalna Polski. Wyd. 4 zm. Wyd. UW, Warszawa 2016.
• [24] Gołąb J.: Wykorzystanie analiz przestrzennych w trasowaniu dróg przy optymalizacji leśnych sieci komunikacyjnych. Kraków 2017 [unpublished].
• [25] Żyszkowska W.: Analizy przestrzenne w systemach informacji geograficznej. Polski Przegląd Kartograficzny, t. 35, nr 2, 2003, pp. 100–113.
• [26] Mozgeris G. (ed.), Blyth A., Cake D., Laing I., Andresen M., Gienko G., Govorov M.: Training material “Spatial analysis and modeling” (GII-07). Vilnius Gediminas Technical University, Vilnius 2008.
• [27] Urbański J.: GIS w badaniach przyrodniczych. Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk 2008.
• [28] Przewodnik GIS do Interaktywnego Narzędzia Edukacyjnego „Transfer wiedzy w zakresie zrównoważonego rozwoju, Teoria – Praktyka, Alpy – Karpaty”. Zakład Systemów Informacji Geograficznej, Kartografii i Teledetekcji, Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej, Uniwersytet Jagielloński, Kraków 2011, [on-line:] https://studylibpl.com/doc/1261629/przewodnik-gis-do-interaktywnego-narz%C4%99dzia-edukacyjnego [access: 26.04.2018].
• [29] Kisielińska K.: Analiza funkcjonalności oprogramowania QuantumGIS w zakresie analiz przestrzennych na przykładzie danych topograficznych. Politechnika Warszawska, Wydział Geodezji i Kartografii, Warszawa 2013 [M.Sc. thesis].
• [30] de Smith M.J., Goodchild M.F., Longley P.A.: Geospatial Analysis. A Comprehensive Guide to Principles, Techniques and Software Tools. 6th edition, 2018, [on-line:] http://www.spatialanalysisonline.com/HTML/index.html [access: 22.10.2018].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).