Ústav pro hospodářskou úpravu lesů Brandýs nad Labem

Fotogrammetrické šetření NIL

Kombinace dat terénního šetření a dálkového průzkumu Země (DPZ) se stala standardním metodickým přístupem NIL v lesnicky vyspělých zemích celého světa. Fotogrammetrická (FTGM) interpretace digitálních leteckých měřičských snímků (LMS) v zahuštěné inventarizační síti snižuje náklady pozemního šetření a zpřesňuje odhady důležitých cílových parametrů NIL. Na výsledky FTGM interpretace navazují automatizované postupy tvorby digitálních mapových vrstev s využitím LMS (z nich odvozených ortofotomap) či satelitních snímků.

Proč fotogrammetrie?

V rámci druhého cyklu Národní inventarizace lesů (NIL2) byla provedena fotogrammetrická (FTGM) interpretace inventarizačních bodů ve čtvercové síti 0.5×0.5 km (inventarizační síť NIL2, jeden bod ve čtverci) a nezávisle též v síti 2×2 km (inventarizační síť NIL1, dva body ve čtverci). Na území ČR tak bylo interpretováno 354 869 inventarizačních bodů, z nichž mnohé byly z kontrolních důvodů hodnoceny opakovaně (revize FTGM interpretací).

Hlavní přínosy FTGM interpretace pro NIL lze shrnout takto:

  • Snížení rozsahu venkovních prací o zhruba 60 % – vyloučením inventarizačních bodů nacházejících se zjevně mimo cílové kategorie pozemků (např. Les, OWL) z terénního šetření.
  • Zpřesnění informací poskytovaných NIL – kombinací relativně malého množství správné, ale nákladné informace z terénního šetření s velkým množstvím sice méně přesné, ale řádově levnější informace z FTGM vede u mnoha důležitých cílových parametrů NIL ke zpřesnění jejich odhadu. To má význam pro poskytování výstupů NIL na úrovni podoblastí ČR, pro atributově členěné odhady a v neposlední řadě pro vyhodnocení za období kratší než celý inventarizační cyklus.
  • Nákladově efektivní odhad krajinných charakteristik – tj. bez potřeby pozemního šetření, které by při požadavku na tyto výstupy bez možnosti použití FTGM muselo probíhat po celém území nehledě na kategorie pozemků. Pro tento účel byla do šetření NIL2 zařazena FTGM intepretace transektu o délce 500 m (náhodná orientace).
  • Trénovací data pro řízenou klasifikaci obrazu – velké množství interpretovaných inventarizačních bodů rovnoměrně pokrývajících celé území ČR slouží k automatizované produkci celorepublikových (wall-to-wall) digitálních mapových vrstev (např. mapy kategorie pozemků Les, růstových fází a dřevinné skladby lesních porostů, dřevinné vegetace mimo kategorii Les apod.).

Šetření na inventarizačních bodech se provádí na podkladě digitálních leteckých měřičských snímků (LMS), které umožňují provoz plně digitální zpracovatelské linky se všemi výhodami. Digitální obraz je pořízen kamerou současně ve čtyřech kanálech, z nichž tři jsou citlivé ve viditelné části elektromagnetického spektra (tj. v pravých barvách RGB) a jeden v blízkém infračerveném pásmu (NIR). Přítomnost NIR kanálu výrazně rozšiřuje možnosti hodnocení stavu vegetace.

Ucelenější přehled o využití fotogrammetrie – zejména leteckých měřičských snímků – v rámci projektu NIL2 nabízí prezentace Ing. Filipa Hájka, Ph.D. (vedoucí specializovaného pracoviště fotogrammetrie a DPZ).

Technologické a personální zajištění

Fotogrammetrická interpretace probíhá současně na šesti operátorských stanicích vybavených aplikací FONIL (Topol Software s.r.o., ÚHÚL). Tato aplikace poskytuje GUI (grafické uživatelské rozhraní), které provádí operátory jednotlivými kroky postupu. Řízení celého procesu FTGM interpretace zajišťuje funkcionalita databáze PostgreSQL, kterou navrhli a vyvinuli specialisté ÚHÚL. Plán práce v rámci celého cyklu NIL, postup šetření na konkrétním inventarizačním bodě, kontrolní mechanizmy, uložení výsledků, automatizovaná příprava podkladů pozemního šetření - to vše je implementováno na straně databáze PostgreSQL. Tímto je dosaženo propojení na všechny další činnosti prováděné v rámci každého cyklu NIL. Veškerá projektová logika, kontroly a data jsou spravovány na jednom místě.

Postup FTGM interpretace inventarizačních bodů

V této sekci naleznete výběr nejdůležitějších informací k pracovnímu postupu.

Prvním krokem celého postupu je interpretace bodového pole uvnitř tzv. interpretačního čtverce 51×51 metrů. Ve čtverci je rovnoměrně rozmístěno 16 bodů, na nichž je zjišťována nadmořská výška a zaznamenán typ povrchu (strom jehličnatý, strom listnatý, keř, povrch terénu a ostatní). V rámci NIL2 bylo na celém území ČR tímto způsobem zhodnoceno přibližně 5.7 miliónů bodů.

Důležitým krokem pro zatřídění inventarizační plochy do příslušné kategorie pozemku NIL je vymezení okraje, který je ve většině případů dán okrajem porostu s přihlédnutím k průběhu rozhraní využití pozemků. Pro zařazení do kategorie pozemku dle NIL jsou použity dvě skupiny kritérií:

  • Porostní kritéria - výskyt a vlastnosti porostu dřevin, tj. výška, zápoj, plocha a šířka porostu.
  • Aktuální využití pozemku - posouzení spočívá v zjištění, zda v okamžiku šetření převažuje zemědělské nebo městské využití. Pokud žádné z uvedených využití nepřevažuje nad jakýmkoli jiným, není aktuální využití v rozporu se zařazením pozemku do kategorie Les, případně OWL.

Výsledkem interpretace inventarizačního bodu je zařazení do kategorie pozemků dle definic NIL a LULUCF. Kategorie pozemků NIL vychází z definic FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) upravených pro evropské poměry sdružením ENFIN (European National Forest Inventory Network). Rozlišujeme čtyři kategorie NIL: Forest – Les, OWL (Other Wooded Land) – Nelesní porosty dřevin, OLwTC (Other Land with Tree Cover) – Ostatní pozemky pokryté stromy a Other Land (OL) – Ostatní pozemky. Inventarizační bod je zařazen do některé z uvažovaných kategorií podle charakteru porostu a využití zjištěných v době šetření a to nezávisle na stavu katastru nemovitostí, na údajích lesních hospodářských plánů, mapových podkladech apod.

Na inventarizačních bodech zařazených do kategorie Les se pokračuje šetřením dalších charakteristik. Všechny zaznamenávané parametry jsou vztažené na konkrétní porostní segment, v němž je umístěn inventarizační bod. Zde se hodnotí:

  • druh pozemku – porostní půda, bezlesí, jiné pozemky,
  • plošná poškození porostu – větrem či sněhem, požárem,
  • růstová fáze porostu – holina, kultura-nárost-mlazina (do výšky 2,5 m), tyčkovina (do výšky 8 m), tyčovina (do výšky 20 m), kmenovina (nad 20 m výšky), smíšené fáze (výběrný les),
  • dřevinná skladba – porost převážně jehličnatý, porost převážně listnatý, druhově smíšený porost, porost do 8m výšky (dřevinnou skladbu nelze ve všech případech spolehlivě rozpoznat),
  • typ zápoje – normální, mezernatý, stísněný,
  • způsob smíšení dřevin – nesmíšený porost, jednotlivé smíšení, řadové nebo pruhové smíšení, hloučkovité nebo skupinovité smíšení.

Postup FTGM interpretace transektů

Kromě inventarizačních bodů jsou interpretovány také FTGM transekty – linie s náhodnou orientací a délkou 500 m. Transekt FTGM má stejnou orientaci s transektem pozemního šetření (délka 300 m). Střed každého transektu se kryje s inventarizačním bodem, který náleží do podsítě 1×1 km. Metodicky je FTGM šetření transektů pojato dvěma způsoby:

  • Line intersect sampling (LIS) – tento způsob je použit k odhadům celkových délek a hustot liniových objektů; celkových délek, plochy, hustoty a plošného zastoupení pásových objektů; celkové plochy, plošného zastoupení a průměrné velikosti plošných objektů [1, 2].
  • Pásová plocha pevného tvaru a velikosti – geometricky jde o pás s šířkou 100 m a délkou 500 m, jehož osou probíhá linie transektu. Slouží k šetření a následnému odhadu počtu a plošné hustoty vybraných bodových objektů v krajině.

Hlavním cílem šetření na FTGM transektu je zaznamenat rozptýlenou vegetaci v krajině, která nespadá do některé z kategorií pozemků NIL (požadavky na minimální šířku 20 m a plochu porostu 0,5 ha). Typicky jde o aleje, břehové porosty (šířka do 20 m), solitérní stromy a malé skupinky stromů (plocha pod 0,04 ha), malé plošné porosty dřevin (plocha pod 0,5 ha) apod.

FTGM interpretace transektů se nachází v pilotním provozu, během kterého se odlaďují jednotlivé částí technologie i pracovního postupu.

Použití dat FTGM při terénním šetření NIL

Výsledky zpracování LMS, ať už se jedná o vizuální FTGM interpretaci či o automatizované postupy vyhodnocení (ortofotomapy), slouží jako nezbytné podklady pozemního šetření NIL.

Literatura

[1] Gregoire, T. G., & Valentine, H. T. (2008): Sampling strategies for natural resources and the environment. Chapman and Hall/CRC (kapitola 9).
[2] Barabesi, L., Marcheselli, M. (2008): Improved strategies for coverage estimation by using replicated line-intercept sampling. Environ Ecol Stat 15:215-239, DOI 10.1007/s10651-007-0048-6