ArcRevue

ArcRevue 2/99

TΘma

• Vyu╛itφ ArcView GIS p°i °e╣enφ programu "Monitoring a modelovßnφ reakce lesa na zneΦi╣t∞nφ ovzdu╣φ" v ·zemφ KRNAP a NP⌐
• LaserovΘ m∞°icφ p°φstroje optimßlnφ prost°edek pro terΘnnφ zam∞°ovßnφ
• Vyu╛itφ ArcView GIS a nadstavby Image Analysis p°i °e╣enφ projektu "SkrytΘ slo╛ky p°i plo╣nΘ extrapolaci tok∙ vody a uhlφku v krajin∞"
• Software firem ERSI a ERDAS nasazen pro Precision Farming

V nßvaznosti na pokraΦujφcφ po╣kozenφ lesnφch porost∙ byly zaΦßtkem 90. let v n∞kolika oblastech ╚eskΘ republiky zahßjeny programy regionßlnφho monitoringu stavu les∙. Regionßlnφ monitoring, kter² je zalo╛en na zßklad∞ soustavy trval²ch monitoraΦnφch ploch, umo╛≥uje posoudit a vyhodnotit aktußlnφ stav les∙.

Na ·zemφ nßrodnφch park∙ ⌐umava a Krkono╣e bylo hodnocenφ zahßjeno v pr∙b∞hu let 1991-1992. Regionßlnφ monitoring zde reprezentuje monitoring v 1x1 km sφti trval²ch monitoraΦnφch ploch (kruhovΘho tvaru o polom∞ru 16 m), na nich╛ je v pravideln²ch intervalech hodnocen stav lesnφch porost∙. Projekt monitoringu zdravotnφho stavu porost∙ na ·zemφ t∞chto nßrodnφch park∙ si klade za ·kol vyjasnit, v jakΘm rozsahu dochßzφ ke zm∞nßm ve v²voji lesnφch porost∙ a jak² je charakter t∞chto zm∞n.

Program sledovßnφ na monitoraΦnφch plochßch zahrnuje popis zdravotnφho stavu jednotliv²ch strom∙ (celkovß defoliace koruny, defoliace hornφ t°etiny koruny, typ a intenzita barevn²ch zm∞n jehliΦφ, procento strom∙ s barevn²mi zm∞nami, v²skyt podvrcholovΘ dφry, charakteristika vrcholu, v²skyt such²ch v∞tvφ v korun∞, v²skyt sekundßrnφch v²hon∙, poΦet roΦnφk∙ jehliΦφ). Dopln∞nφm t∞chto charakteristik jsou dendrometrickΘ ·daje (v²Φetnφ tlou╣╗ka, v²╣ka stromu, mechanickΘ po╣kozenφ kmene), n∞kterΘ taxaΦnφ a stanovi╣tnφ ·daje, ·daje popisujφcφ strukturu koruny (zlom, dΘlka koruny, ·hel v∞tvenφ, tvar koruny) a dal╣φ dopl≥kovΘ ·daje (v²skyt ╣i╣ek, hmyzφ ╣k∙dci, v²skyt li╣ejnφk∙, atd.).

Pom∞rn∞ rozsßhl² a dlouhodob² monitoring zdravotnφho stavu les∙ na ·zemφ NP⌐ a KRNAP (v rßmci projektu financovanΘho Ministerstvem ╛ivotnφho prost°edφ) tak tvo°φ trval² informaΦnφ systΘm a je zdrojem dat, kterß mohou b²t vyu╛ita pro anal²zu p°φΦinn²ch vztah∙ p∙sobφcφch v lesnφch ekosystΘmech.

P°itom je vyu╛φvßno metod matematickΘ statistiky a matematickΘho modelovßnφ, aplikovan²ch p°edev╣φm v prost°edφ geografickΘho informaΦnφho systΘmu. V²zkumnß data byla dopln∞na souborem dat hospodß°skΘ ·pravy lesa tj. mapou lesnφch porost∙ s p°ipojen²mi porostnφmi charakteristikami a mapou zonace.
 

Prvnφ kroky p°i zpracovßnφ v²sledk∙
 
Co-kriging

Velkß Φßst ·daj∙ charakterizujφcφch lesnφ porosty je v obou nßrodnφch parcφch sbφrßna ve vφce Φi mΘn∞ pravidelnΘ sφti bod∙ pokr²vajφcφ celΘ ·zemφ park∙. Pro dopln∞nφ sφt∞ o nerovnom∞rnΘ hustot∞ bod∙ je pou╛φvßno metody co-krigingu. P°i tΘto metod∞ jsou hodnoty interpolovßny s vyu╛itφm dopl≥kovΘ informace z dal╣φch datov²ch vrstev, kterΘ jsou znßmy pro celΘ ·zemφ (nap°. nadmo°skß v²╣ka), p°iΦem╛ dopl≥kov²ch prom∞nn²ch m∙╛e b²t v∞t╣φ poΦet.
 

Statistickß anal²za

P°edtφm, ne╛ jsou v prost°edφ ArcView GIS zpracovßny ·daje o stavu lesnφch porost∙, je provedena statistickß anal²za bodov²ch dat. K tomu se pou╛φvajφ nßsledujφcφ metody:

1. korelaΦnφ anal²za grafickΘ vyjßd°enφ v bodov²ch grafech a korelaΦnφ matice poskytujφ zßkladnφ informaci o jednotliv²ch vztazφch mezi zßkladnφmi prom∞nn²mi,
2. faktorovß anal²za faktorovΘ anal²zy je obvykle pou╛φvßno jako metody pro redukci dat, v p°φpad∞ vφcenßsobn²ch prom∞nn²ch tato metoda umo╛≥uje vybrat nejd∙le╛it∞j╣φ prom∞nnΘ a nejd∙le╛it∞j╣φ faktory, kterΘ nejlΘpe charakterizujφ v╣echny ostatnφ prom∞nnΘ,
3. regresnφ anal²za hlavnφm ·Φelem vφcenßsobnΘ regrese je popsat a pochopit vztah mezi n∞kolika vysv∞tlujφcφmi prom∞nn²mi a jednou vysv∞tlovanou prom∞nnou.

V²sledky zφskanΘ p°i terΘnnφm ╣et°enφ se po v²╣e uveden²ch anal²zßch dßle vyhodnocujφ v geografickΘm informaΦnφm systΘmu. V╣echny geografickΘ vrstvy jsou v sou°adnicovΘm systΘmu S-JTSK.

Pro vyhodnocovßnφ v²sledk∙ monitoringu stavu les∙ na ·zemφ NP⌐ a KRNAP je vyu╛φvßn geografick² informaΦnφ systΘm ArcView GIS, jeho╛ modulovΘ nadstavby umo╛≥ujφ provßd∞t celou °adu geografick²ch anal²z.

V prvnφ °ad∞ se naΦte a zobrazφ vektorovß vrstva bod∙ znßzor≥ujφcφ rozmφst∞nφ monitoraΦnφch ploch v sφti 1x1 km. Ke ka╛dΘ monitoraΦnφ plo╣e jsou p°ipojeny atributy, co╛ jsou jednak ·daje z LHP (zßkladnφ ·daje o plo╣e, stanovi╣tnφ a taxaΦnφ ·daje) a jednak v²sledky terΘnnφho ╣et°enφ (zdravotnφ stav, dendrometrie, pedologickΘ ·daje, atd.) ArcView umo╛nuje k tΘto existujφcφ tabulce atribut∙ p°ipojit podle zadanΘho klφΦe velice jednodu╣e v²sledky z novΘho m∞°enφ.

╚ßst v²sledk∙ se vyhodnocuje jako bodovß vrstva (nap°. v²skyt zlom∙ a podvrcholovΘ dφry v korun∞, v²skyt k∙rovce, v²skyt sekundßrnφch v²hon∙). Pomocφ definovßnφ a ·pravy legendy je mo╛nΘ tuto bodovou vrstvu r∙zn∞ upravovat a zobrazovat.

Pomocφ ArcView GIS je mo╛nΘ provßd∞t r∙znΘ dotazy na tabulku atribut∙, co╛ umo╛nuje rychlou orientaci v datech. Velmi u╛iteΦnß funkce je mo╛nost dotazovßnφ na hodnoty atribut∙ graficky vybran²ch prvk∙, kterß se vyu╛φvß nap°φklad p°i dotazu na v²sledky ╣et°enφ z konkretnφch ploch.

Pro pot°eby vyhodnocenφ v²sledk∙ ╣et°enφ je v╣ak nezbytnΘ p°evΘst n∞kterΘ bodovΘ ·daje do interpolovan²ch map, prezentovan²ch ve form∞ rastru. Konverzi bodovΘ vrstvy na grid umo╛≥uje modul ArcView Spatial Analyst. Nad rastrov²mi daty je mo╛nΘ rovn∞╛ provßd∞t dotazy a anal²zy. Modul Spatial Analyst poskytuje i mo╛nost dotaz∙ v rßmci vφce rastrov²ch tΘmat, co╛ je velmi v²hodnΘ p°i porovnßvßnφ rastr∙ zobrazujφcφch v²sledky ╣et°enφ z r∙zn²ch let.

Dßle je mo╛nΘ modelovat terΘn (sklon, orientace ke sv∞tov²m stranßm, stφnovßnφ svah∙ atd.), co╛ poskytuje velice dobrou p°edstavu o terΘnu hodnocenΘho ·zemφ.
 
Dopln∞nφ tabulkami a grafy

Dal╣φ funkcφ ArcView GIS, kterß je p°i zpracovßvßnφ v²sledk∙ monitoringu stavu les∙ vyu╛φvßna, je grafickΘ zobrazenφ zφskan²ch dat. Pro jednotlivΘ hodnocenΘ prvky jsou vytvo°eny grafy, kterΘ umo╛nujφ dal╣φ interpretaci a zobrazenφ v²sledk∙. Vytvo°enΘ grafy je mo╛nΘ p°idat do mapovΘho v²stupu.
 
Tvoba mapy

V zßv∞reΦnΘ fßzi je vytvo°en v²kres (layout). Tvorba v²kresu umo╛nuje mapovou prezentaci v²sledk∙. Do v²kresu je mo╛nΘ vlo╛it krom∞ standardnφch popisn²ch charakteristik (legenda, m∞°φtko, nadpisy, aj.) ji╛ zmφn∞nΘ grafy, dßle tabulky a dopl≥ujφcφ grafickΘ prvky (nap°. fotografie monitoraΦnφ plochy).

V²stupem je v²tisk vytvo°enΘ mapy p°φmo na tiskßrn∞ nebo export do vybranΘho formßtu, kter² je mo╛nΘ importovat do r∙zn²ch dokument∙.

Na zßv∞r lze °φci, ╛e s vyu╛itφm °ady metod aplikovateln²ch v prost°edφ ArcView GIS byly ze souboru ·daj∙ zφskan²ch p°i terΘnnφm ╣et°enφ vytvo°eny mapovΘ v²stupy pou╛itelnΘ v praktickΘ Φinnosti managementu NP⌐ a KRNAP.

Bc. ⌐ßrka Holß

┌stav pro v²zkum lesnφch ekosystΘm∙

hola@ifer.cz

LaserovΘ m∞°icφ p°φstroje optimßlnφ prost°edek pro terΘnnφ zam∞°ovßnφ

P°i terΘnnφch pracφch se velmi Φasto setkßvßme s pot°ebou m∞°enφ polohy, vzdßlenostφ, ploch a v²╣ek. Jednß se nap°φklad o zam∞°enφ sklizenΘ nebo vyt∞╛enΘ plochy, v²╣ky porost∙, sklßdkovΘ plochy, lomovΘ plochy, v²╣ky st∞n, p°ibli╛nΘ kubatury budov, v²╣ky vedenφ apod.

V zßsad∞ je t°eba p°i terΘnnφm m∞°enφ rozhodnout, jakou p°esnost m∞°enφ po╛adujeme. Pokud se pohybujeme v reßlnΘ situaci provoznφho m∞°enφ, v∞t╣inou nßm vyhovuje p°esnost m∞°enφ (vzdßlenostφ i v²╣ek) v °ßdu desφtek centimetr∙. Pokud akceptujeme toto vymezenφ p°esnosti, stßvß se pro nßs m∞°enφ b∞╛n²mi geodetick²mi prost°edky nadbyteΦn∞ p°esnΘ. Za tuto vysokou a nadbyteΦnou p°esnost platφme vysok²mi nßklady a celkov∞ relativn∞ nφzkou produktivitou zam∞°ovßnφ. Mimo to tato m∞°enφ bezpodmφneΦn∞ vy╛adujφ odbornΘ za╣kolenφ obsluhy na vysokΘ ·rovni. Na druhΘ stran∞ je t°eba upozornit, ╛e v╣echna m∞°enφ, kterß se jak²mkoliv zp∙sobem dot²kajφ pozemkovΘ dr╛by, se musφ °φdit po╛adavky na tato m∞°enφ a v∞t╣inou se klasick²mi geodetick²mi prost°edky provßd∞t musφ.

B∞╛nß terΘnnφ m∞°enφ se doposud v∞t╣inou provßd∞la velmi jednoduch²mi metodami za pou╛itφ buzoly, pßsma nebo pouh²m krokovßnφm. Nev²hod t∞chto jednoduch²ch metod je celß °ada, ale hlavnφmi jsou jejich malß p°esnost a produktivita (nßsobφcφ se p°i v²poΦtu ploch a kubatur) a i nßroΦnost p°i zpracovßnφ nam∞°en²ch dat.

V souvislosti s terΘnnφm m∞°enφm se v poslednφ dob∞ velmi Φasto mluvφ o pou╛itφ GPS pro terΘnnφ m∞°enφ. Metoda vyu╛φvajφcφ GPS je metodou elegantnφ, technologicky vysp∞lou a po technickΘ strßnce spolehlivou. Bohu╛el nelze ji╛ mluvit bez v²hrad o praktickΘ spolehlivosti tΘto metody. Pou╛itφ se komplikuje ve v²razn∞ ΦlenitΘm terΘnu nebo pod porostem. Jednodu╣e °eΦeno za slo╛it∞j╣φch terΘnnφch podmφnek se nelze stoprocentn∞ spolehnout na to, ╛e dan² bod zam∞°φme, nebo ╛e jeho zam∞°enφ bude dostateΦn∞ rychlΘ. Mimo to je za°φzenφ GPS za°φzenφm jedno·Φelov²m. To znamenß, ╛e v²daje, kterΘ nejsou prßv∞ nφzkΘ, vynalo╛φme na za°φzenφ, kterΘ je schopno urΦit pouze polohu bodu, ve kterΘm je umφst∞no. P°itom lze p°edpoklßdat, ╛e vyu╛itφ za°φzenφ je pro v∞t╣inu b∞╛n²ch u╛ivatel∙ pom∞rn∞ malΘ a vlastnit toto za°φzenφ je efektivnφ pouze pro specializovanΘ instituce, kterΘ se zam∞°ovßnφm profesn∞ zab²vajφ. Je d∙le╛itΘ uv∞domit si v tΘto souvislosti i rozdφl proti klasick²m trigonometrick²m metodßm. Na bod, kter² chceme zam∞°it, musφme s p°φstrojem dojφt. To samo o sob∞ m∙╛e b²t n∞kdy problematickΘ.

P°ijateln²m °e╣enφm problΘm∙ spojen²ch s provoznφm terΘnnφm m∞°enφm m∙╛e b²t vyu╛itφ laserov²ch p°φstroj∙. Po ov∞°enφ mo╛nostφ a technick²ch parametr∙ laserov²ch p°φstroj∙ se jevφ jako optimßlnφ pou╛itφ p°φstrojovΘ °ady IMPULSE firmy Laser Technology Inc.. Tyto laserovΘ p°φstroje umo╛≥ujφ m∞°enφ ╣ikmΘ i p°φmΘ vzdßlenosti, sklonu (inklinace) a v²╣ky. Vyhovujφ jak poskytovanou p°esnostφ, tak svou odolnostφ a nenßroΦnostφ na obsluhu, jejich p°esnost je °ßdov∞ v centimetrech a╛ desφtkßch centimetr∙. Jsou konstruovßny pro terΘnnφ m∞°enφ a proto jejich odolnost pov∞trnostnφm vliv∙m je vysokß. Jsou dostateΦne lehkΘ a skladnΘ. M∞°enφ vzdßlenostφ a ·hl∙ je velmi rychlΘ a pohotovΘ. KonstrukΦn∞ je laserov² p°φstroj IMPULSE uspo°ßdßn pro konstrukΦnφ spojenφ s kompasov²m modulem, se kter²m tvo°φ dohromady universßlnφ terΘnnφ m∞°icφ p°φstroj. K tΘto sestav∞ (laser + elektronick² kompas) je mo╛no p°ipojit takΘ GPS pro p°ipojenφ ke kartografick²m sou°adnicφm. M∞°enφ potom probφhß tak, ╛e pomocφ GPS zjistφme na mφst∞ s dobr²m p°φjmem svoji polohu a dßle pak m∞°φme s laserov²m p°φstrojem.

V²hodou laserovΘho p°φstroje je i to, ╛e pokud netrvßme na exaktnφm urΦenφ zam∞°ovanΘho bodu, m∙╛eme nap°φklad pro zam∞°enφ budov, sloup∙ apod. pou╛φt p°φmΘ zam∞°enφ bez nutnosti pou╛itφ odraznΘho terΦe. To znamenß, ╛e na zam∞°ovan² objekt v∙bec nemusφme fyzicky dosßhnout a p°esto m∙╛eme zm∞°it jeho polohu, ╣φ°ku, v²╣ku a vzdßlenost.

Dosah jednotliv²ch model∙ °ady IMPULSE, p°esnost a rozli╣enφ p°i m∞°enφ je mo╛no posoudit z nßsledujφcφ tabulky:

Pro p°esn∞j╣φ m∞°enφ a pro zam∞°ovßnφ nap°. vyt∞╛en²ch (sklizen²ch) ploch se pou╛φvß zam∞°ovacφ odrazn² terΦ, pro stabilizaci p°φstroje trojnoh² nebo jednonoh² stativ. Podle zku╣enostφ postaΦuje pro pot°eby terΘnnφho m∞°enφ jednonoh² stativ. Hlφdßnφ svislosti stativu m∙╛eme sv∞°it elektronickΘmu kompasu, kter² je schopen nßs akusticky upozornit na p°ekroΦenφ nastavenΘ tolerance svislosti kompasovΘho modulu. V²hodou pou╛itφ jednonohΘho stativu je jeho lehkost a pohotovost, co╛ je zvlß╣t∞ cennΘ p°i pohybu obtφ╛n∞j╣φm terΘnem. Z uvedenΘho je takΘ z°ejmΘ, ╛e jak ustavenφ p°φstroje, tak jeho obsluha jsou pom∞rn∞ jednoduchΘ. P°φstroje °ady IMPULSE jsou vybaveny zapφnateln²m vnit°nφm filtrem, kter² zaruΦuje odraz laserovΘho paprsku pouze od zam∞°ovacφho odraznΘho terΦe a jsou tak eliminovßny necht∞nΘ odrazy (od v∞tvφ, drßt∙ apod.). Pokud chceme vyu╛φt m∞°enφ v urΦit²ch mezφch (nap°. zam∞°enφ objektu kter² musφ b²t vzdßlen minimßln∞ 100 m a maximßln∞ 200 m), je k dispozici m∞°enφ mezi nastaven²mi m∞°icφmi branami.

Jako tΘm∞° u v╣ech p°φstrojov²ch m∞°enφ mßme dnes mo╛nost v²stupu dat jak na display, tak p°φmo do datovΘ sb∞rnice. V p°φpad∞ v²stup∙ na display musφme poΦφtat s dal╣φmi nutn²mi v²poΦty a tφm i se zv²╣enou pracnostφ. V p°φpad∞ v²stupu datovou sb∞rnicφ m∙╛eme s v²hodou pou╛φt terΘnnφ poΦφtaΦ s programov²m vybavenφm a podstatn∞ tak zproduktivnit prßci.

Z hlediska u╛ivatele se tak spolu s laserov²mi m∞°icφmi p°φstroji s dan²mi technick²mi vlastnostmi objevila mo╛nost, jak vy°e╣it n∞kterΘ problΘmy spojenΘ s terΘnnφm m∞°enφm a zproduktivnit tyto prßce. Lze oΦekßvat, ╛e tyto p°φstroje poslou╛φ jak praktik∙m v terΘnu, tak v²zkumn²m pracovnφk∙m. Optimßln∞ °e╣φ pot°ebu sb∞ru terΘnnφch dat pro v²robnφ pot°eby i pro pot°eby datov²ch bßzφ GIS.

V nßsledujφcφ tabulce jsou uvedeny technickΘ parametry laserov²ch p°φstroj∙, kterΘ jsou d∙le╛itΘ z hlediska rozhodovßnφ o vhodnosti p°φstrojovΘ techniky pro m∞°enφ:

Pro pot°eby terΘnnφho m∞°enφ byl vyvinut interaktivnφ software Field-MapLT verze 2.0, vyu╛φvajφcφ MapObjects. Field-MapLT umo╛≥uje zam∞°ovat hranice ploch a body s p°idßnφm p°φslu╣n²ch atribut∙. Zßkladem je hierarchick² datov² model, kter² si u╛ivatel velmi snadno a flexibiln∞ definuje. Tento model se definuje nßstrojem Field-Map Project manager. Geograficky orientovan²m dat∙m lze p°i°azovat v hierarchickΘ struktu°e atributy (numerickΘ, alfanumerickΘ, v²ΦtovΘ) bez omezenφ (v poΦtu i ·rovni). P°i m∞°enφ v terΘnu program Field-MapLT vytvo°φ dynamicky p°φslu╣nΘ formulß°e. V╣echna zam∞°ovßnφ se provßdφ v okn∞ Mapa a zam∞°enΘ body nebo hranice plochy jsou interaktivn∞ na tΘto map∞ zobrazovßny. Jednß se o profesionßlnφ nßstroj pro rychl² a efektivnφ sb∞r dat v terΘnu, kter² ve spojenφ s laserov²mi p°φstroji m∙╛e v²razn∞ zv²╣it produktivitu zφskßvßnφ dat pro GIS. V²stup dat je proveden do formßtu Shapefile.

Ing. Michael Jak╣

┌stav pro v²zkum lesnφch ekosystΘm∙

jaks@ifer.cz

Vyu╛itφ ArcView GIS a nadstavby Image Analysis p°i °e╣enφ projektu "SkrytΘ slo╛ky p°i plo╣nΘ extrapolaci tok∙ vody a uhlφku v krajin∞"

Studium dopadu globßlnφch klimatick²ch zm∞n na p°φrodnφ prost°edφ si vynucuje p°esnΘ kvantifikace tok∙ lßtek v ekosystΘmech, a to v m∞°φtku podstatn∞ p°esahujφcφm mo╛nosti b∞╛n²ch p°φm²ch m∞°φcφch metod. Plo╣nΘ extrapolace m∞°en²ch ·daj∙ jsou proto kriticky d∙le╛it²m krokem, kterΘ umo╛≥ujφ zobecn∞nφ sledovan²ch jev∙ a syntΘzu jako podklad pro hospodß°skopolitickß rozhodnutφ o zp∙sobech vyu╛φvßnφ krajiny a pochopenφ jejφ funkce za podmφnek globßlnφch klimatick²ch zm∞n. Projekt SkrytΘ slo╛ky p°i plo╣nΘ extrapolaci tok∙ vody a uhlφku v krajin∞ identifikuje jeden z vß╛n²ch problΘm∙ p°i extrapolacφch ekosystΘmov²ch tok∙, jmenovit∞ efekt krajov²ch z≤n a fragmentovanΘ vegetace. FinanΦnφ krytφ v²╣e zmφn∞nΘho projektu poskytuje Swedish Natural Science Research Council.

╚ßst projektu, t²kajφcφ se prßce s geografick²m informaΦnφm systΘmem ArcView, je °e╣ena v rßmci spoluprßce mezi ┌stavem pro v²zkum lesnφch ekosystΘm∙ (IFER) a Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Soil Sciences.

Projekt je zam∞°en na studium vlivu lesnφch okrajov²ch z≤n a roztrou╣enΘ vegetace p°i plo╣nΘ extrapolaci toku vody a uhlφku. B∞╛n² postup p°i takov²ch extrapolacφch je zalo╛en na rozd∞lenφ vegetaΦnφho pokryvu na hrubΘ kategorie, na kterΘ se poslΘze aplikujφ procesovΘ modely. Tyto modely jsou schopny kvantifikovat ╛ßdanΘ toky v ekosystΘmu za p°edpokladu, ╛e jsou pro dan² vegetaΦnφ typ parametrizovßny ( vylad∞ny ) na zßklad∞ konkrΘtnφch terΘnnφch m∞°enφ. Pot°ebnß m∞°enφ se dnes provßd∞jφ pomocφ sofistikovanΘho za°φzenφ schopnΘho kontinußln∞ m∞°it vertikßlnφ p°enos zkoumanΘ veliΦiny, nap°. vodnφ pßry nebo oxidu uhliΦitΘho. Tato technika je b∞╛n∞ umφst∞na na v∞╛φch, kterΘ umo╛≥ujφ m∞°enφ v²paru nebo v²m∞ny CO2 nad vegetaΦnφm pokryvem. Podmφnkou sprßvnΘho m∞°enφ je homogennφ pokryv v urΦitΘ kruhovΘ vzdßlenosti kolem m∞°φcφch v∞╛φ. Dß se tedy °φci, ╛e tato m∞°enφ a na nich vylad∞nΘ procesovΘ modely podßvajφ informace o tocφch vody a uhlφku, je╛ jsou reprezentativnφ pro dan² homogennφ vegetaΦnφ pokryv.

ProblΘmem p°i plo╣n²ch extrapolacφch, kdy se danΘ toky v podstat∞ jednodu╣e sΦφtajφ, je fragmentovanß vegetace s mno╛stvφm okrajov²ch z≤n, remφzk∙ a jinak roztrou╣enΘ vegetace v krajin∞. V t∞chto okrajov²ch z≤nßch panujφ specifickΘ mikroklimatickΘ podmφnky: dochßzφ zde nap°φklad dle orientace k sv∞tov²m stranßm k v²razn∞j╣φmu osvitu (v∞t╣φ energetick² vstup), vzdu╣nΘ ventilaci (advekΦnφ efekt) a specifick²m p°echod∙m teplot a vlhkosti v p∙d∞ i ve vzduchu. Tyto faktory pak toky vody a uhlφku mohou znaΦn∞ zintenzφvnit vzhledem k pom∞r∙m typick²m pro homogennφ vegetaci. Ve svΘm d∙sledku tedy zanedbßvßnφ okrajov²ch z≤n znamenß podhodnocenφ toku vody a CO2 a tato chyba roste se stupn∞m roztrou╣enosti vegetace (Φetnosti okrajov²ch z≤n). Dal╣φm faktorem, kter²m se okrajovß Φßst li╣φ od prostoru uvnit° porostu, je takΘ samotnß struktura porostu v okrajov²ch z≤nßch s Φasto specifickou druhovou/d°evinnou skladbou. Je takΘ z°ejmΘ, ╛e efekt okrajov²ch z≤n bude podstatn² v jistΘm plo╣nΘm m∞°φtku a zanedbateln² v m∞°φtku jinΘm.

Cφlem projektu je obecnΘ stanovenφ vlivu okrajov²ch z≤n a v²znamu roztrou╣enΘ vegetace p°i plo╣nΘ extrapolaci toku vody a uhlφku. Projekt mß svou experimentßlnφ slo╛ku s konkrΘtnφm m∞°enφm toku ve vybran²ch lokalitßch a Φßst analytickou, v nφ╛ se analyzuje informace ze satelitnφch snφmk∙ a vyu╛φvß se GIS.

Anal²zy satelitnφho snφmku a nßslednΘ zpracovßnφ zφskan²ch dat bylo provedeno pomocφ geografickΘho informaΦnφho systΘmu ArcView, je╛ umo╛≥uje provßd∞t celou °adu geografick²ch anal²z. Zvlß╣t∞ byl pou╛it nadstavbov² modul ArcView Image Analysis.
 

Zpracovßnφ satelitnφho snφmku

V rßmci °e╣enφ projektu bylo nutnΘ detekovat okrajovΘ z≤ny lesnφch porost∙ a roztrou╣enou vegetaci, dßle provΘst jejich kategorizaci dle druhovΘho slo╛enφ (listnatΘ/jehliΦnatΘ porosty) a zpracovat anal²zu vegetace. Jako zdroj t∞chto informacφ byl vyu╛it satelitnφ snφmek (SPOT) zachycujφcφ zßjmovΘ ·zemφ. Pro realizaci tohoto zßm∞ru byl zvolen nadstavbov² modul ArcView Image Analysis, kter² umo╛≥uje zpracovßnφ a efektivnφ vyu╛itφ leteck²ch a satelitnφch snφmk∙.

PotΘ byla provedena geografickß orientace (rektifikace) snφmku. Image Analysis umo╛≥uje vyu╛φt jako referenΦnφ podklad pro rektifikaci snφmku geografickß data ji╛ lokalizovanß do kartografickΘho sou°adnΘho systΘmu (skenovanou mapu Φi vektorovß data). V na╣em p°φpad∞ jsme sou°adnice vlφcovacφch bod∙ odeΦφtali z mapy a zadßvali Φφseln∞.

Po nasbφrßnφ dostateΦnΘho poΦtu vlφcovacφch bod∙ jsme mφsto tradiΦnφ metody vytvo°enφ rektifikovanΘho snφmku p°evzorkovßnφm zvolili metodu kalibrace . Tato specißlnφ metoda, kterou nabφzφ Image Analysis, umo╛≥uje zachovßnφ p∙vodnφch hodnot pixel∙ u rektifikovan²ch snφmk∙, nebo╗ transformaΦnφ ·daje se zapisujφ do hlaviΦky souboru p∙vodnφho snφmku a p°evzorkovßnφ se provßdφ pouze pro vykreslenφ na obrazovku. Tato skuteΦnost je velmi d∙le╛itß v dal╣φm zpracovßnφ, kdy je mo╛no pracovat zßrove≥ s p∙vodnφmi, nezkreslen²mi hodnotami pixel∙ a zßrove≥ se vyu╛φvß mo╛nosti geografickΘ lokalizace ve snφmku.

Samotnß anal²za satelitnφho snφmku byla dφky specißlnφm funkcφm modulu Image Analysis velice rychlß a snadnß.

Nejd°φve jsme klasifikovali snφmek metodou ne°φzenΘ klasifikace zde bylo jedin²m na╣φm vstupem urΦenφ poΦtu t°φd. Z v²sledku jsme zφskali zßkladnφ p°edstavu o rozlo╛enφ jednotliv²ch typ∙ povrchu na snφmku a mφ°e jejich rozli╣itelnosti.

Dal╣φm krokem byla anal²za vegetace. Tato funkce spoΦφvß ve v²poΦtu tzv. NDVI (normalizovan² vegetaΦnφ index). Na zßklad∞ hodnot nasnφman²ch dru╛icφ v ΦervenΘm a infraΦervenΘm pßsmu je automaticky vytvo°en ╣edot≤nov² obraz ·zemφ, kde sv∞tlΘ t≤ny vypovφdajφ o vysokΘm zastoupenφ chlorofylnΘ vegetace, tmavΘ z≤ny reprezentujφ oblasti bez vegetace. Pomocφ tΘto funkce bylo mo╛nΘ velmi rychle zjistit zßkladnφ rozlo╛enφ vegetace v ·zemφ. Nynφ jsme p°istoupili k realizaci vlastnφ anal²zy - rozli╣enφ jehliΦnat²ch a listnat²ch porost∙ a vymezenφ nezalesn∞n²ch ploch na snφmku.

Na zßklad∞ obou p°edb∞╛n²ch v²sledk∙, znalosti n∞kter²ch lokalit a ·daj∙ z mapy jsme na snφmku ohraniΦili n∞kolik vzork∙ jednotliv²ch typ∙ lesnφho porostu. Tyto vzorky jsme poskytli systΘmu jako podklad pro automatickΘ vyhledßnφ odpovφdajφcφch oblastφ na celΘ plo╣e snφmku. Jednalo se tedy o postup naz²van² v terminologii DPZ °φzenß multispektrßlnφ klasifikace . V²sledkem byl tematick² rastr, kde jednotlivΘ t°φdy reprezentujφ kategorie listnat² les , jehliΦnat² les a nezalesn∞nΘ plochy . P°esnost klasifikace byla ov∞°ovßna pozemnφm ╣et°enφm na n∞kolika mφstech zßjmovΘho ·zemφ p°iΦem╛ byla zji╣t∞na dostateΦnß shoda v²sledku klasifikace s realitou.

Zßv∞reΦn²m zpracovßnφm pomocφ funkcφ nadstavby Image Analysis bylo p°evedenφ v²sledku klasifikace do vektorovΘho tvaru (Shapefile) p°i zachovßnφ p°φslu╣nosti prvk∙ k jednotliv²m kategoriφm.
 

Anal²za vlivu okraj∙ lesnφch porost∙ na tok vody a uhlφku v krajin∞

Dßle byly v systΘmu ArcView provedeny n∞kterΘ anal²zy dat zφskan²ch ze satelitnφho snφmku (bylo nutnΘ zjistit jednak celkov² obvod okraj∙ lesnφch porost∙, jednak obvod okraj∙ listnat²ch/jehliΦnat²ch porost∙ zvlß╣╗, orientaci okraj∙ lesnφch porost∙ ke sv∞tov²m stranßm, jejich vzdßlenost k nejbli╛╣φmu porostnφmu okraji). Jednou z d∙le╛it²ch anal²z bylo zadßnφ a vytvo°enφ obalov²ch z≤n (buffer) porostnφch okraj∙ o r∙znΘ vzdßlenosti od porostnφho okraje. Pro jednotlivΘ obalovΘ z≤ny pak byla spoΦφtßna plocha v m2. ZφskanΘ informace jsou zßkladem k modelov²m scΘnß°∙m a test∙m v²znamnosti jednotliv²ch polo╛ek.

Za zmφnku stojφ skuteΦnost, ╛e ╣vΘdskß strana p°i tomto projektu poprvΘ pou╛ila geografick² informaΦnφ systΘm ArcView a technologii zpracovßnφ satelitnφch snφmk∙ pomocφ Image Analysis, ov╣em dφky jednoduchosti u╛ivatelskΘho rozhrannφ ArcView a jeho nadstaveb dokßzala velice rychle proniknout do tΘto problematiky a vyu╛φvat tento nßstroj pro efektivnφ realizaci sv²ch v²zkumn²ch zßm∞r∙.

Bc. ⌐ßrka Holß

Emil Cienciala

Louise Karlberg

Software firem ERSI a ERDAS nasazen pro Precision Farming

Modernφ zp∙sob obhospoda°ovßnφ zem∞d∞lsk²ch pozemk∙ naz²van² Precision Farming (u nßs n∞kdy tΘ╛ cφlenΘ hospoda°enφ) si klade za cφl optimalizovat o╣et°ovßnφ zem∞d∞lsk²ch polφ na zßklad∞ p°esn²ch informacφ o jejich kvalit∞. V∞t╣ina polφ se vyznaΦuje vysokou prom∞nnostφ kvalitativnφch parametr∙, jako jsou typ a vlhkost p∙dy, ·rodnost, napadenφ ╣k∙dcem Φi plevelem, sklonitost aj. Obvykle je v╣ak setba, zavla╛ovßnφ a aplikace hnojiv i post°ik∙ proti ╣k∙dc∙m a plevelu provßd∞na uniformn∞ po celΘ plo╣e. Dochßzφ tφm ke ztrßtßm na ·rod∞, pl²tvßnφ drah²mi aplikaΦnφmi p°φpravky a v neposlednφ °ad∞ ke zbyteΦnΘmu zat∞╛ovßnφ ╛ivotnφho prost°edφ.

Metoda Precision Farming vyu╛φvß technologiφ GPS a DPZ pro podrobnΘ mapovßnφ vlastnostφ a aktußlnφho stavu zem∞d∞lskΘho pole. Dru╛icovΘ snφmky p°inß╣φ informace o p∙d∞ Φi o v²voji plodiny. Obsah ╛ivin v p∙d∞ je monitorovßn prost°ednictvφm sb∞ru geograficky lokalizovan²ch p∙dnφch vzork∙. Tyto ·daje jsou pak zpracovßvßny formou GIS, kde je na jejich zßklad∞ vytvo°ena aplikaΦnφ mapa urΦujφcφ nejvhodn∞j╣φ zp∙sob obhospoda°ovßnφ jednotliv²ch podoblastφ ka╛dΘho pole. Specielnφ zem∞d∞lskΘ stroje vybavenΘ navigaΦnφm systΘmem (GPS nebo DGPS) umo╛≥ujφ dßvkovßnφ hnojiv podle aplikaΦnφ mapy.

Obhospoda°ovßnφ metodou Precision Farming p°edstavuje pro zem∞d∞lce zv²╣enφ zisku a zkvalitn∞nφ procesu produkce. Proto se ve sv∞t∞ stßle zvy╣uje poΦet zem∞d∞lsk²ch subjekt∙ vyu╛φvajφcφch tuto metodu a ji╛ se objevujφ jejφ aplikace i v ╚eskΘ Republice.
 

Precision Farming a la ESRI a ERDAS

Metod∞ Precision Farming je v rßmci EvropskΘ Unie v∞novßna znaΦnß pozornost. V rßmci programu jejφho centra pro DPZ (Centre for Earth Observation Programme CEO) byl vypsßn projekt, jeho╛ cφlem bylo:

• vytvo°it jednotn² systΘm zpracovßnφ snφmk∙ pro ·Φely Precision Farming,
• navrhnout softwarovΘ °e╣enφ pro snadnΘ a efektivnφ vyu╛itφ t∞chto dat i dal╣φch dat pro Precision Farming koncov²mi u╛ivateli za minimßlnφch investic.

╪e╣iteli projektu se stali britskß firma Galaxy PrecisionAg Services Ltd, zab²vajφcφ se ji╛ °adu let aplikacφ Precision Farming, konzultaΦnφ firma Logica Ltd a firma ERDAS (UK) Ltd.

V²sledkem °e╣enφ prvnφho po╛adavku je datov² produkt naz²van² Farmsense. Jednß se o mapy vegetaΦnφ vitality vytvo°enΘ zpracovßnφm snφmk∙ z dru╛ice SPOT v programu ERDAS IMAGINE. Mapy Farmsense podßvajφ zem∞d∞lc∙m informaci o r∙stu a zdravotnφm stavu plodin v jednotliv²ch Φßstech pole, mapy Farmsense plus popisujφ potencißlnφ v²nosy v absolutnφch Φφslech. Proces zpracovßnφ snφmk∙ provßdφ pro zem∞d∞lce firma Galaxy PrecisionAg Services Ltd.

Vzhledem k velkΘmu poΦtu klient∙ firmy v n∞kter²ch zem∞d∞lsk²ch oblastech VelkΘ Britßnie, kte°φ mohou spoleΦn∞ vyu╛φvat jeden dru╛icov² snφmek, se v²znamn∞ sni╛ujφ nßklady na po°φzenφ snφmk∙ (1 snφmek dru╛ice SPOT pokr²vß ·zemφ 60 x 60 km).

Metoda Precision Farming je zalo╛ena na sb∞ru a vyhodnocovßnφ rozliΦn²ch druh∙ geograficky vßzan²ch informacφ o jednotliv²ch polφch, a to od stßvajφcφch map, p°es zßznamy vlastnφch pozorovßnφ, zpracovanΘ dru╛icovΘ snφmky a v²nosovΘ mapy a╛ po ·daje o p∙d∞ zji╣t∞nΘ odb∞rem vzork∙. Pro efektivnφ prßci s t∞mito informacemi je nezbytn² geografick² informaΦnφ systΘm, kter² umo╛≥uje nejen jejich p°ehlednou vizualizaci, ale i prostorovou anal²zu.

╪e╣itelΘ projektu nabφdli softwarovΘ vybavenφ pro dv∞ ·rovn∞ u╛ivatel∙:

• ERDAS MapSheets pro zem∞d∞lce a ArcView s nadstavbou ,
• Spatial Analyst pro zem∞d∞lskΘ poradce.

Program ERDAS MapSheets slou╛φ p°edev╣φm jako prost°edek velice rychlΘ a snadnΘ tvorby p°ehlednΘho mapovΘho v²stupu z r∙zn²ch typ∙ zobrazen²ch dat. Program je integrovßn do MS Office a p°ejφmß i jeho u╛ivatelskΘ rozhrannφ proto je velice snadno ovladateln². K atributov²m dat∙m p°istupuje u╛ivatel prost°ednictvφm MS Excel, kde m∙╛e tato data obvykl²m zp∙sobem zpracovßvat, a tφm ovliv≥ovat zp∙sob vykreslenφ, vytvß°et grafy apod.

Nad zobrazen²mi daty lze v anotaΦnφ vrstv∞ oznaΦit specifickΘ oblasti, dßle je mo╛no porovnßvat jednotlivΘ p°ekr²vajφcφ se vrstvy (nap°φklad jednotlivΘ mapy obsahu ╛ivin v p∙d∞, Φi v²nosy z r∙zn²ch obdobφ pro jedinΘ pole), m∞°it plochy a vzdßlenosti.

SystΘm ArcView se sv²mi nadstavbami se v problematice Precision Farming, stejn∞ jako v mnoha jin²ch oborech, uplat≥uje dφky svΘ snadnΘ ovladatelnosti, vysokΘ v²konnosti a otev°enosti.

P°i nasazenφ ArcView pro Precision Farming se zejmΘna vyu╛φvß jeho schopnosti tvorby datov²ch vrstev (jak na zßklad∞ ·daj∙ m∞°en²ch pomocφ GPS, tak digitalizacφ nad zobrazen²mi daty) a nßstroj∙ pro klasifikaci prvk∙ jednotliv²ch tΘmat a mapovΘ v²stupy.

Nadstavba Spatial Analyst umo╛≥uje vytvo°enφ map obsahu ╛ivin v p∙d∞ interpolacφ ·daj∙ vzta╛en²ch k mφst∙m odb∞ru p∙dnφch vzork∙. Podobn∞ mohou vznikat i v²nosovΘ mapy. Pomocφ nßstroj∙ prostorovΘ anal²zy lze pak na zßklad∞ shromß╛d∞n²ch dat vytvo°it aplikaΦnφ mapy jednotliv²ch hnojiv.

Dφky roz╣i°itelnosti systΘmu ArcView a jeho nadstaveb prost°ednictvφm programovΘho jazyka Avenue mohla firma Galaxy PrecisionAg Services Ltd vytvo°it sadu skript∙, kterΘ prom∞nφ ArcView v nßstroj vyhodnocenφ dat pro Precision Farming, ve kterΘm se v╣echny pot°ebnΘ ·kony provßd∞jφ na stisknutφ jedinΘho tlaΦφtka, a je tak usnadn∞na prßce nejen zaΦßteΦnφk∙m, ale i profesionßl∙m.

Pro prezentaci v²sledk∙ svΘho projektu vytvo°il °e╣itelsk² t²m CD-ROM FarmSense , obsahujφcφ p°es 100 MB dat, na kter²ch je farmß°∙m i zem∞d∞lsk²m mana╛er∙m demonstrovßno, jak mohou b²t efektivn∞ vyu╛ity ·daje o jejich polφch. Pro prßci s daty je p°ipojen program MapSheets Express, odlehΦenß verze ERDAS MapSheets, jen╛ je poskytovßn zdarma, mj. na strßnce www.arcdata.cz.

Zßjemci mohou zφskat toto CD zdarma prost°ednictvφm www.jhbunn.co.uk/galaxy/ceo_register.html.
 

P°edpov∞∩ zem∞d∞lsk²ch v²nos∙ v ERDAS IMAGINE

Firma Logica UK Ltd si zvolila ERDAS IMAGINE i pro °e╣enφ dal╣φho projektu vypsanΘho evropskou organizacφ CEO. Tento projekt se zab²vß zpracovßnφm dat DPZ pro p°esn² odhad zem∞d∞lsk²ch v²nos∙. Krom∞ vyhodnocenφ dru╛icov²ch dat z n∞kolikaletΘho archφvu je t°eba zahrnout do zpracovßnφ informace o typu p∙dy a zem∞d∞lskΘ plodiny, mφstnφ meteorologickΘ ·daje, informace zφskanΘ mφstnφm ╣et°enφm, ·daje o v²nosech z minul²ch let a dal╣φ informace z databßze GIS.

ERDAS IMAGINE byl podle slov °e╣itel∙ projektu zvolen nejen pro svΘ pokroΦilΘ nßstroje zpracovßnφ dat DPZ, ale i dφky ╣irokΘ podpo°e zpracovßnφ vektorov²ch dat. Tato skuteΦnost byla pro zpracovßnφ projektu, v n∞m╛ se provßdφ integrace informacφ ze snφmk∙ a ze stßvajφcφ databßze GIS, klφΦovß.

Ing. Sylva Chmela°ovß

ARCDATA PRAHA, s.r.o.

sylva@arcdata.cz