Plánované výzkumné aktivity

Aktivita 1 – Vymezení urbánního a suburbánního prostoru olomouckého regionu

Vymezení urbánního a suburbánního prostoru je poměrně složitý problém. Samotná hranice není pevně daná a vyznačuje se určitou mírou neurčitosti. Také je možné hranici prostorů vymezit s pomocí několika metod. Jednak se může jednat o metody DPZ, dále vymezení pomocí metod GIS a v neposlední řadě vymezení pomocí statistických metod. Jako nejvhodnější se však ukazuje využití kombinace všech tří metod.

Abychom byli schopni vymezit urbánní a suburbánní prostor je nejprve potřeba správně pochopit přirozený městský vývoj. Ten bývá charakterizován nejčastěji van den Bergovou teorií stádií vývoje měst (1982), ve které autor rozeznává čtyři fáze urbanizačního procesu: urbanizaci, sub-urbanizaci, de-urbanizaci a re-urbanizaci, které jsou charakterizovány různými směry pohybu obyvatel.

Právě urbanizace je společně se suburbanizací jednou z oblastí, kde bývají velmi často využívány možnosti DPZ. Metody DPZ jsou moderní a bezkontaktní a s velkou úspěšností se při výzkumu měst používají. Čapek (1987) uvádí, že pro studium sídel jsou nejvhodnější letecké snímky velkých měřítek kolem 1 : 15 000. Sídla na nich bezpečně prozrazuje charakteristická struktura, kterou vytvářejí čtyřúhelníky budov, olemované stíny a oddělené pásky ulic. Tón závisí na materiálu střech a vozovek. Kromě leteckých snímků se v současné době dostávají do popředí také družicové snímky vysokého rozlišení. Nejnovější družice dnes umožňují získat snímky s přesností lepší než 1 m vhodné pro mapování v měřítcích 1:5 000 až 1:10 000 (Kolář, 2008). Při suburbanizaci dochází k přesunu obyvatel z jádrového města do suburbií, město se tedy prostorově rozšiřuje nejen do okolí, ale i do vzdálenějších míst a zabírá nové přiléhající pozemky. Činnosti, které jsou pak nutně spojené se suburbanizací lze poměrně dobře na leteckých nebo družicových snímcích identifikovat a v dlouhodobém měřítku sledovat. Burns a Galaup (2004) ve svém článku popisují využití satelitních snímků pro vymezování urbanizovaných oblastí. Jako jednu z možností doporučují použití satelitních snímků vysokého rozlišení (2,5-5m) a konkrétní kroky popisují nad daty družice SPOT v prostorovém rozlišení 2,5m. Pro vyhodnocení urbanizovaného území a pro detekování urban sprawl autoři nejprve rozdělili území na čtvercovou síť o velikosti strany 100 m. K jednotlivým pixelům následně ze snímků přiřazovali procentuální pokrytí pixelu zastavěnou plochou.

Velké množství prací bylo věnované studiu změn v suburbánních oblastech z obrazových materiálů. Okrajové části městských aglomerací patří mezi nejdynamičtěji se rozvíjející oblastí a právě letecké či družicové snímky poskytují velmi vhodný materiál pro hodnocení procesů, které zde probíhají (Dobrovolný, 1998).

 

Využití v projektu: Metody a data dálkového průzkumu Země budou hrát v projektu nezastupitelnou úlohu. Žádná jiná data nedokáží přinést komplexnější náhled na studovanou lokalitu. Pokud data DPZ tvoří ucelenou časovou řadu, pak lze přesně porovnávat hranice urbanizovaného prostoru. Bude proto využito dat ve vlastnictví Katedry geoinformatiky, které pokrývají studovanou oblast. Další potřebné snímky DPZ (zejména archivní letecké měřické snímky) budou dokoupeny.

Metody DPZ je nanejvýš vhodné doplnit o metody GIS. Velkým přínosem pro vymezení urbanizovaných oblastí od suburbánních jsou územně plánovací podklady (zejména územně analytické podklady) a územně plánovací dokumentace (zejména potom územní plány). V územních plánech obcí a v zásadách územního rozvoje kraje, jsou vymezeny jednotlivé plochy podle jejich funkce. Na základě těchto strategických dokumentů je tedy možné vymezit funkční prostorovou strukturu území. Pojem prostorové struktury lze chápat jako jednotlivé části celého zájmového území, tedy – centrum, předměstí, čtvrti, funkční zóny, příměstské oblasti apod. Územní plán tedy svou podstatou do značné míry ovlivňuje, jakým směrem, jak rychle a do jaké míry se budou šířit urbánní oblasti.

 

Využití v projektu: Geografické informační systémy budou při vymezování hranic urbanizovaného území hrát důležitou roli. V prostředí GIS bude provedena syntéza velkého množství dat, jako jsou zmiňované územní plány, data dálkového průzkumu Země a další mapové podklady, jako například katastrální mapy nebo základní mapy. V závěrečné fázi první aktivity bude prostředí GIS plnit také funkci vizualizační.

Třetí možností je použít základní statistické ukazatele a na základě nich vymezit suburbánní prostor. Statistických ukazatelů je však několik a pouze jejich vhodná kombinace může správně doplnit předcházející dvě metody vymezení. Jako první statistický ukazatel je možné použít počet obyvatel. Je možné si stanovit hranici pro počet obyvatel a veškeré obce které budou ležet pod touto hranicí lze označit jako prostor suburbánní. Pro přesnější vymezení je vhodné použít mimo počet obyvatel také hustotu zalidnění. Při statistickém vymezení je však nutné si dát pozor, aby jsme dokázali odlišit co je prostor suburbánní a co již označíme jako prostor venkovský.

Využití v projektu: Statistická data budou klíčovými pro stanovování hranic urbanizovaného území. Pro správné vymezení hranic jednotlivých oblastí budou využita zejména data ze Sčítání lidí, domu a bytů v roce 2001 a dále potom data ze všech starších dostupných období od r. 1869.

 

Aktivita 2 – Sběr dat o pohybu osob na styku urbánního a suburbánního prostoru olomouckého regionu

Pohyb osob je důležitým ukazatelem pro studium všech aktivit dějící se v území. Jedním z mnoha důsledků je rozpínání měst, často neřízené (urban sprawl) a tvorba nových příměstských zón. Poznatky o pohybu osob lze zjišťovat z nejrůznějších zdrojů. Cenné informace může přinést městská hromadná doprava, která se do jisté míry musí chovat ekonomicky a její trasy a jízdní řády jsou optimalizovány podle pohybu většiny osob.

Využití v projektu: Hromadná doprava bude v projektu klíčová. Budou využity jízdní trasy městských a příměstských linek, sledována bude zaplněnost vozidel v určitém čase a v neposlední řadě jízdní intervaly jednotlivých vozidel jedné linky.

Nejnovější technologie v oblasti mobilní komunikace také mohou přinést důležitá data. Současné technologie (GSM, BTS) a současné rozšíření mobilních telefonů umožňuje relativně přesnou lokalizaci každého pohybujícího se člověka. Díky datům z GPS přístrojů z automobilů a jiných dopravních prostředků tak zase můžeme získat datové sady velmi vysoké kvality o pohybu vozidel v území. Tyto výzkumné aktivity byly publikovány například laboratoří SENSEable City Laboratory v mnoha příspěvcích (např. Pulselli (2005), Ratti (2005)).

Využití v projektu: V projektu budou analyzovány jízdní trasy z přijímačů GPS za účelem získání co nejpřesnějších tras pohybů vozidel a osob v závislosti na čase.

Nezastupitelnou roli v mapování pohybu osob hrají kamery. V dnešní době není žádný problém využít na internetu velké množství on-line kamer a sledovat pohyb osob a vozidel v zájmovém území. Při relativně levné technice, lze takové kamery doplnit o další vlastní a utvořit tak ucelený sledovací soubor. Je možné použít automatických sčítacích bran pro průjezd automobilů nebo generovat počet projíždějících automobilů podle rozsvícených světel.

Využití v projektu: Kamery budou v projektu plnit úlohu pozorovací. Budou umístěny ve vybraných lokalitách a následně bude analyzován pohyb osob v území dle denní či noční doby. Sčítací brány budou umístěny na vybraných místech mimo dosah kamery. Brány zaznamenají každý průchod a lze tak jednoduchým způsobem vyhodnotit počet osob, kteří prošli územím. V nočních hodinách se dobře uplatní aplikace, která dokáže rozeznávat a počítat projíždějící vozidla podle rozsvícených světel.

 

Aktivita 3 – Identifikace cílových lokalit pohybu osob

Cílové lokality pohybu osob lze obecně vymezit pomocí rozmístění funkčních ploch v územním plánu. Jaké jsou však skutečné cílové lokality pohybu osob a jak jsou rozmístěny, popř. jak by dle obyvatel olomouckého regionu měly být rozmístěny, z dokumentů pro územní plánování zjistit nelze. Pro vytvoření představy o rozmístění cílových lokalit z hlediska jejich funkčního využití se nabízí využití a následná analýza mentálních map.

Každý člověk má své informace o geografickém prostoru uložené ve své mysli, ve své vlastní mentální mapě. Na formování mapy v mysli má vliv řada faktorů (vzdělání, informace ze sdělovacích prostředků, osobní zkušenosti, převzaté zkušenosti, názory blízkých lidí, kterým věří atd.). Navíc se formování mapy v mysli vyvíjí v čase, takže záleží i na věku osob. Definice mentálních map je různorodá, protože nároky na její formulaci si kladou jak kartografové a geografové, tak psychologové a sociologové. Podle Drbohlava (1991) je mentální mapou grafické (kartografické nebo schematické) vyjádření představ člověka o geografickém prostoru, nejčastěji o jeho kvalitě nebo uspořádání.

Za zakladatele teorie mentálních map jsou považování P. Gould a K. Lynch. Každý přinesl na mentální mapy různý pohled, a podle nich se tedy vymezují mentální mapy tzv. „gouldovského“ a „lynchovského“ typu.

1. První typ (gouldův typ) chápe mentální mapu jako obraz atraktivity prostorových preferencí (případně nepreferencí) získaný respondentovým výběrem ideálního místa v libovolném území, sídle, většinou pro trvalé bydlení, zaměstnání apod. Mapa tak vzniká druhotně přenesením slovních informací do mapy (pomocí izoliniíí, kartogramů aj.).

Využití v projektu: Tento typ mentálních map bude v projektu využit pro vymezení ideálního rozmístění funkčních ploch v olomouckém regionu.

2. U druhého typu (lynchova typu) mentálních map je představa respondenta přímo zanesena do mapy nebo zakreslena pomocí schématu. Mentální mapu tedy představuje zobrazení prostoru vyjadřující jedincovo vnímání rozsahu, umístění či tvaru elementů v prostředí, jeho prostorovou orientaci apod.

Využití v projektu: Tento typ mentálních map bude využit pro mapování pohybu osob mezi různými funkčními plochami, např. bydlení - služby, bydlení - rekreace, apod.

Z hlediska vztahu vyšetřovaného jevu k objektivní realitě se nově vytvořené mentální mapy dělí do dvou skupin, mentální mapy komparativní a nekomparativní.

1. Komparativní mentální mapa se porovnává se skutečností. Lze hodnotit její správnost a shodnost. Takováto mapa může odhalit míru znalosti problému daného geografického prostoru, nebo kvantifikovat váhu jednotlivých informačních zdrojů. Příkladem takové mapy může být zjišťování míry představy obyvatel o nezaměstnanosti na daném území.

Využití v projektu: Tento typ tedy budou představovat mapy vystihující stávající rozmístění funkčních ploch olomouckého regionu dle dotazovaných respondentů a zároveň tedy i stávající cílové lokality pohybu osob. Tyto komparativní mentální mapy bude možné srovnat se skutečným rozmístěním funkčních ploch dle územního plánu.

2. Druhý typ je nekomparativní mentální mapa, kterou nelze porovnávat se skutečností. Nelze hodnotit její správnost a shodnost se skutečností. Příkladem takové mapy může být zjišťování preference určitého území např. pro trvalé bydlení nebo pro dovolenou.

Využití v projektu: Tento typ map v projektu bude představovat mentální mapy, které budou vyjadřovat preferenci nového rozmístění funkčních ploch v olomouckém regionu.

Mentální mapy pro potřeby projektu budou získávány dvěma způsoby. V obou případech se však bude jednat o dotazník, jehož součástí bude i zaznamenání své prostorové představy respondentem pomocí kartografických prostředků do podkladové mapy. Prvním způsob bude využívat webového dotazníku, jehož součástí bude i zákres požadovaných údajů přímo do digitální mapy (tj. bude interaktivně vytvořena nová vrstva v rámci mapového serveru). Druhý způsob bude představovat klasické dotazníkové šetření, jehož součástí bude zakreslování do papírových podkladů, které budou následně digitalizovány. Analýza mentálních map bude provedena pomocí nástrojů GIS.

Mentální mapy tedy mohou posloužit i jako výzkumná metoda, zachycující strukturu preferencí, hodnot a postojů k určitému místu. Získané informace lze aplikovat v oblasti dalšího plánování rozvoje olomouckého regionu. Z analýzy mentálních map budou vyplývat preference pro rekreaci, podnikání, bydlení aj. v rámci regionu.

Aktivita 4 – Analýza urbanizačních procesů na základě pohybu osob

Většina autorů popisuje urbanizaci jako proces, kdy dochází k relativní koncentraci obyvatelstva (a tím i jeho aktivit) v území do měst (např. Johnson a kol., 2000, Musil, 1996). Přitom dochází k častějšímu pohybu obyvatel, růstu počtu obyvatel, růstu velikosti měst a tím také ke zvýšeným nárokům na prostor.

Využití v projektu: Proto bude tato aktivita využívat poznatků a dat získaných v aktivitě 1-3, tak aby bylo možné provést co nejpřesnější analýzu rozmístění obyvatelstva v prostoru a následně analýzu urbanizačních procesů v území.

Jako obecný vývojový model měst je v současné době přijímána již zmíněná van den Bergova teorie stádií vývoje měst, která vymezuje celkem čtyři fáze urbanizačního procesu.

1. První vývojovou fází je proces urbanizace, při které dochází k absolutně největšímu růstu center. Postupně většinou dochází k přelidnění center měst, obyvatelstvo se koncentruje v blízkosti továren, vznikají nové čtvrti a následně může docházet ke zhoršování kvality životních podmínek obyvatelstva.

2. V další fázi urbanizačních procesů začíná docházet k opačnému pohybu obyvatel, a to směrem k okraji měst. Tento proces klade výraznější nároky na prostor okrajových oblastí měst a nazývá se suburbanizace. Dochází k přesunu obyvatel z jádrového města do suburbií a je ovlivňován především rozvojem dopravy a kvalitou bydlení. Rezidenční suburbanizace spočívá v osídlení periferních oblastí města, realizované výstavbou rodinných domů a nízkopodlažní zástavbou (vznik satelitních městeček). Komerční suburbanizace zahrnuje vznik nových obchodních, výrobních, skladovacích a logistických aktivit. Výsledkem je přesun průmyslových aktivit do méně závadných míst a vznik příjemnějších lokalit k bydlení. Buduje se nová dopravní infrastruktura a zlepšuje dostupnost zázemí do centra. Současně se také zvyšuje pracovní mobilita a individuální dojížďka do zaměstnání do center měst Ouředníček (2000).

3. Třetí stádium vývoje měst je nazýváno deurbanizace a meziměstská decentralizace. Van den Berg a kol. (1982) uvádí, že decentralizace je představována přesunem obyvatelstva a pracovních příležitostí do malých a středních měst, která jsou lokalizována mimo metropolitní území (meziměstská decentralizace). Významnou roli hraje v této fázi urbanizačních procesů zhoršení dopravní dostupnosti centrálního města.

4. Jako závěrečný cyklus vývoje města van den Berg spatřuje v reurbanizaci. K té by mělo docházet ke zpomalení úbytku obyvatel městských regionů, nejprve v jádru (relativní centralizace) a později v zázemí (absolutní decentralizace). V poslední fázi reurbanizace by mělo dojít k návrat ke koncentračním procesům, tedy urbanizaci a začátku dalšího cyklu vývoje měst.

Ačkoliv je Van den Bergova teorie označována jako obecný vývojový model měst, bývá někdy nahrazována konceptem diferenciální urbanizace. Proto budou do této dílčí aktivity zahrnuty i teoretické základy modelu direfenciálnní urbanizace. Geyer a Kontuly (1993) popisují diferenciální urbanizaci na základě působení urbanizačního procesu v závislosti na velikosti sídel v rámci systému osídlení. Podle této teorie dochází v první fázi vývoje (urbanizaci) k polarizačnímu obratu, který znamená přechod do druhé fáze, do kontraurbanizace. Hlavním sledovaným faktorem je migrace, její intenzita a orientace podle velikostních kategorií sídel.

Využití v projektu: V rámci této dílčí aktivity bude detailně analyzován pohyb obyvatel v urbanizovaném území a jeho nejbližším okolí, tedy na styku urbánního a suburbánního prostoru, na teoretickém základu obou zmíněných teorií odděleně. Pohyb bude na základě získaných a naměřených dat zkoumán jednak v rámci města, tak zejména v návaznosti na jeho okolí. Zjištěny tak budou prostorové vazby v území. Zhodnoceny budou dominantní směry pohybu (denního i dlouhodobého) všemi běžně používanými dopravními prostředky k jednotlivým lidským aktivitám, tedy k jednotlivým funkčním plochám. V prostředí GIS budou testovány dva základní přístupy k modelování pohybu, a to  síťové analýzy nad vektorovými daty a frikční povrchy v rastrovém datovém modelu.  V rámci této aktivity budou stanoveny relativní hodnoty jednotlivých ukazatelů (např. počet dojíždějících obyvatel, počet automobilů, atd.) určující vývojový stupeň území z pohledu urbanizačních procesů včetně detailnějšího členění a ohodnocení.

Aktivita 5 – Predikce vývoje a budoucího stavu území

Při plánování rozvoje jakéhokoliv regionu pomocí nástrojů územního plánování je nutné kromě zjištění aktuálního i dřívějšího stavu a zjištění trendů vývoje také predikovat stav a vývoj budoucí. Nezávisle na zvoleném vývojovém modelu měst je zřejmé, že ve všech fázích rozvoje města a jeho okolí dochází současně s pohybem a měnícím se rozmístěním obyvatel i ke změnám v uspořádání a využití prostoru uvnitř sídel. To je důvodem, proč jsou současná moderní města v závislosti na fázi jejich vývoje charakterizována odlišnými změnami vnitřní struktury. Ať se město nachází v jakékoliv fázi rozvoje, je nutné tento rozvoj řídit a usměrňovat pomocí nástrojů územního plánování.

S územním rozvojem souvisí nejvíce problematika vhodné lokalizace lidských aktivit v území. Tímto se podrobně zabýval již Haggett (1965). Jako jeden z prvních se zabýval problematikou prostorových analýz v souvislosti se strukturou sídel a jejich změnami. Autor běžně pracuje s pojmy centrum (středisko, uzel) a liniemi (sítěmi), které se později staly základem vektorových datových modelů v prostředí GIS. Autor uvádí, že lokalizace většiny průmyslových center vzniká na základě pozvolného vývoje, nikoliv rychlého a nečekaného rozvoje a je tedy možné tento vývoj usměrňovat a řídit. Pro optimální plánování rozvoje města je nutné znát nejen přírodní předpoklady, podmínky a limity, ale také potřeby obyvatel města. Ty mohou být aplikovány v prostředí GIS jako analýzy rozmístění obyvatel v prostoru (viz. Aktivita 4).

Využití v projektu: Tato dílčí aktivita bude zaměřena na propojení předchozích analýz a výstupů ze všech předchozích aktivit do syntetických výsledků. Z nich bude v prostředí GIS sestavena predikce vývoje a budoucího stavu území, která bude sloužit zejména pro návrh optimálního využití území. V rámci návrhu na optimální využití území budou konkrétně vymezeny vhodné, příp. nevhodné plochy pro rozvoj území. Získané výsledky budou konfrontovány se schválenými úředními dokumenty, které mají vliv na rozvoj území (územně analytické podklady, územní studie, územní plány a zásady územního rozvoje).

Aktivita 6 – Vizualizace výsledků

Aktivita týkající se vizualizace výsledků bude probíhat po celou dobu řešení projektu. Prvním úkolem bude vizualizace dílčích výsledků jednotlivých aktivit, druhým úkolem pak vizualizace celkových výsledků sloužící k jejich prezentaci jak zainteresovaným úřadům a institucím (např. Magistrát města Olomouce), tak i široké veřejnosti. Vizualizace výsledků bude tedy zaujímat v projektu stejně důležitou roli jako jeho další části, neboť bez kvalitní a přístupné vizualizace nelze dostatečně o výsledcích informovat.

Vizualizace výsledků bude zaměřena na vizualizaci digitálních prostorových (grafických) dat, tedy na tvorbu mapových výstupů. Součástí textové části výsledků však bude samozřejmě i vizualizace negrafických dat ve formě grafů a tabulek. Mapové výstupy budou publikovány (prezentovány) jednotlivě či jako soubory ve formě analogových i digitálních map. Zejména digitální mapy přináší řadu možností.

Digitální mapy lze dle možností ovlivňování zobrazení mapy uživatelem klasifikovat na mapy interaktivní a mapy pouze pro čtení:

1. Interaktivní mapy disponují možnostmi pro komunikaci aplikace (mapy) a uživatele, kdy uživatel může pomocí ovládacích prvků mapou pohybovat, zvětšovat či zmenšovat, zapínat či vypínat tematické vrstvy apod. Existují různé úrovně uživatelské interaktivity. Obecně interaktivitu zajišťuje technika klikacích map (clicable map, technika citlivých ploch - nejjednodušší řešení), softwarový modul, plug-in (většinou zajišťuje jednoduché operace s mapou - zoomování, posun…) nebo různé skriptovací jazyky (např. Java, Python). Komunikace může probíhat na straně serveru (mapového serveru) i na straně uživatele.

Využití v projektu: Interaktivní mapy budou využity nejen při konečné vizualizaci výsledků, kdy se po kliknutí do mapy mohou např. zobrazit doplňkové informace, ale také již při získávání dat ve formě mentálních map v rámci webového dotazníku.

2. Opakem interaktivní mapy je mapa určená pouze pro čtení - view only.

Využití v projektu: Digitální mapy pouze pro čtení budou využity pro základní vizualizaci jak dílčích, tak celkových výsledků.

Dalším významným způsobem klasifikace digitálních map z hlediska vizualizace je dělení na statické a dynamické mapy:

1. Statické mapy zobrazují stále stejná geodata, i když s nimi lze provádět různé operace. I statické mapy tedy mohou být zpracovány jako interaktivní.

Využití v projektu: Statické mapy budou využity tehdy, pokud nebude třeba vyjadřovat časovou složku, např. tedy pro vizualizaci výsledků vymezení urbánního a suburbánního území, reprodukci mentálních map apod.

2. U dynamických map dochází ke změně zobrazovaných dat v čase (mapa se automaticky generuje). Pro jednodušší dynamické mapy ve formě animací mohou být použity formáty - SVG nebo SWF (Flash). Složitější dynamické mapy jsou často k uloženy v různých video formátech – AVI, Mpeg, QuickTime apod. Pro používání těchto map je většinou nutná instalace příslušného modulu (plug-in) do prohlížeče.

Využití v projektu: Cílem projektu bude i co nejlépe představit výsledky ostatním uživatelům. Dynamické mapy budou proto při vizualizaci výsledků hrát také důležitou roli.

Velkou výhodou digitálních map je jejich široká dostupnost a snadná aktualizace. Avšak ani analogové mapy neztrácejí svůj význam, a proto budou výsledky publikovány také jako soubor map v edici M.A.P.S.

Během projektu bude vytvořeno množství analytických map (z dat vytvořených v rámci aktivit 1, 2 a 4) i syntetických map (v rámci aktivity 5), zvláštní skupinu pak budou představovat mentální mapy získané během dotazníkového šetření (aktivita 3).