ArcRevue

ArcRevue 2/99

Téma

• Využití ArcView GIS při řešení programu "Monitoring a modelování reakce lesa na znečištění ovzduší" v území KRNAP a NPŠ
• Laserové měřicí přístroje optimální prostředek pro terénní zaměřování
• Využití ArcView GIS a nadstavby Image Analysis při řešení projektu "Skryté složky při plošné extrapolaci toků vody a uhlíku v krajině"
• Software firem ERSI a ERDAS nasazen pro Precision Farming

V návaznosti na pokračující poškození lesních porostů byly začátkem 90. let v několika oblastech České republiky zahájeny programy regionálního monitoringu stavu lesů. Regionální monitoring, který je založen na základě soustavy trvalých monitoračních ploch, umožňuje posoudit a vyhodnotit aktuální stav lesů.

Na území národních parků Šumava a Krkonoše bylo hodnocení zahájeno v průběhu let 1991-1992. Regionální monitoring zde reprezentuje monitoring v 1x1 km síti trvalých monitoračních ploch (kruhového tvaru o poloměru 16 m), na nichž je v pravidelných intervalech hodnocen stav lesních porostů. Projekt monitoringu zdravotního stavu porostů na území těchto národních parků si klade za úkol vyjasnit, v jakém rozsahu dochází ke změnám ve vývoji lesních porostů a jaký je charakter těchto změn.

Program sledování na monitoračních plochách zahrnuje popis zdravotního stavu jednotlivých stromů (celková defoliace koruny, defoliace horní třetiny koruny, typ a intenzita barevných změn jehličí, procento stromů s barevnými změnami, výskyt podvrcholové díry, charakteristika vrcholu, výskyt suchých větví v koruně, výskyt sekundárních výhonů, počet ročníků jehličí). Doplněním těchto charakteristik jsou dendrometrické údaje (výčetní tloušťka, výška stromu, mechanické poškození kmene), některé taxační a stanovištní údaje, údaje popisující strukturu koruny (zlom, délka koruny, úhel větvení, tvar koruny) a další doplňkové údaje (výskyt šišek, hmyzí škůdci, výskyt lišejníků, atd.).

Poměrně rozsáhlý a dlouhodobý monitoring zdravotního stavu lesů na území NPŠ a KRNAP (v rámci projektu financovaného Ministerstvem životního prostředí) tak tvoří trvalý informační systém a je zdrojem dat, která mohou být využita pro analýzu příčinných vztahů působících v lesních ekosystémech.

Přitom je využíváno metod matematické statistiky a matematického modelování, aplikovaných především v prostředí geografického informačního systému. Výzkumná data byla doplněna souborem dat hospodářské úpravy lesa tj. mapou lesních porostů s připojenými porostními charakteristikami a mapou zonace.
 

První kroky při zpracování výsledků
 
Co-kriging

Velká část údajů charakterizujících lesní porosty je v obou národních parcích sbírána ve více či méně pravidelné síti bodů pokrývající celé území parků. Pro doplnění sítě o nerovnoměrné hustotě bodů je používáno metody co-krigingu. Při této metodě jsou hodnoty interpolovány s využitím doplňkové informace z dalších datových vrstev, které jsou známy pro celé území (např. nadmořská výška), přičemž doplňkových proměnných může být větší počet.
 

Statistická analýza

Předtím, než jsou v prostředí ArcView GIS zpracovány údaje o stavu lesních porostů, je provedena statistická analýza bodových dat. K tomu se používají následující metody:

1. korelační analýza grafické vyjádření v bodových grafech a korelační matice poskytují základní informaci o jednotlivých vztazích mezi základními proměnnými,
2. faktorová analýza faktorové analýzy je obvykle používáno jako metody pro redukci dat, v případě vícenásobných proměnných tato metoda umožňuje vybrat nejdůležitější proměnné a nejdůležitější faktory, které nejlépe charakterizují všechny ostatní proměnné,
3. regresní analýza hlavním účelem vícenásobné regrese je popsat a pochopit vztah mezi několika vysvětlujícími proměnnými a jednou vysvětlovanou proměnnou.

Výsledky získané při terénním šetření se po výše uvedených analýzách dále vyhodnocují v geografickém informačním systému. Všechny geografické vrstvy jsou v souřadnicovém systému S-JTSK.

Pro vyhodnocování výsledků monitoringu stavu lesů na území NPŠ a KRNAP je využíván geografický informační systém ArcView GIS, jehož modulové nadstavby umožňují provádět celou řadu geografických analýz.

V první řadě se načte a zobrazí vektorová vrstva bodů znázorňující rozmístění monitoračních ploch v síti 1x1 km. Ke každé monitorační ploše jsou připojeny atributy, což jsou jednak údaje z LHP (základní údaje o ploše, stanovištní a taxační údaje) a jednak výsledky terénního šetření (zdravotní stav, dendrometrie, pedologické údaje, atd.) ArcView umožnuje k této existující tabulce atributů připojit podle zadaného klíče velice jednoduše výsledky z nového měření.

Část výsledků se vyhodnocuje jako bodová vrstva (např. výskyt zlomů a podvrcholové díry v koruně, výskyt kůrovce, výskyt sekundárních výhonů). Pomocí definování a úpravy legendy je možné tuto bodovou vrstvu různě upravovat a zobrazovat.

Pomocí ArcView GIS je možné provádět různé dotazy na tabulku atributů, což umožnuje rychlou orientaci v datech. Velmi užitečná funkce je možnost dotazování na hodnoty atributů graficky vybraných prvků, která se využívá například při dotazu na výsledky šetření z konkretních ploch.

Pro potřeby vyhodnocení výsledků šetření je však nezbytné převést některé bodové údaje do interpolovaných map, prezentovaných ve formě rastru. Konverzi bodové vrstvy na grid umožňuje modul ArcView Spatial Analyst. Nad rastrovými daty je možné rovněž provádět dotazy a analýzy. Modul Spatial Analyst poskytuje i možnost dotazů v rámci více rastrových témat, což je velmi výhodné při porovnávání rastrů zobrazujících výsledky šetření z různých let.

Dále je možné modelovat terén (sklon, orientace ke světovým stranám, stínování svahů atd.), což poskytuje velice dobrou představu o terénu hodnoceného území.
 
Doplnění tabulkami a grafy

Další funkcí ArcView GIS, která je při zpracovávání výsledků monitoringu stavu lesů využívána, je grafické zobrazení získaných dat. Pro jednotlivé hodnocené prvky jsou vytvořeny grafy, které umožnují další interpretaci a zobrazení výsledků. Vytvořené grafy je možné přidat do mapového výstupu.
 
Tvoba mapy

V závěrečné fázi je vytvořen výkres (layout). Tvorba výkresu umožnuje mapovou prezentaci výsledků. Do výkresu je možné vložit kromě standardních popisných charakteristik (legenda, měřítko, nadpisy, aj.) již zmíněné grafy, dále tabulky a doplňující grafické prvky (např. fotografie monitorační plochy).

Výstupem je výtisk vytvořené mapy přímo na tiskárně nebo export do vybraného formátu, který je možné importovat do různých dokumentů.

Na závěr lze říci, že s využitím řady metod aplikovatelných v prostředí ArcView GIS byly ze souboru údajů získaných při terénním šetření vytvořeny mapové výstupy použitelné v praktické činnosti managementu NPŠ a KRNAP.

Bc. Šárka Holá

Ústav pro výzkum lesních ekosystémů

hola@ifer.cz

Laserové měřicí přístroje optimální prostředek pro terénní zaměřování

Při terénních pracích se velmi často setkáváme s potřebou měření polohy, vzdáleností, ploch a výšek. Jedná se například o zaměření sklizené nebo vytěžené plochy, výšky porostů, skládkové plochy, lomové plochy, výšky stěn, přibližné kubatury budov, výšky vedení apod.

V zásadě je třeba při terénním měření rozhodnout, jakou přesnost měření požadujeme. Pokud se pohybujeme v reálné situaci provozního měření, většinou nám vyhovuje přesnost měření (vzdáleností i výšek) v řádu desítek centimetrů. Pokud akceptujeme toto vymezení přesnosti, stává se pro nás měření běžnými geodetickými prostředky nadbytečně přesné. Za tuto vysokou a nadbytečnou přesnost platíme vysokými náklady a celkově relativně nízkou produktivitou zaměřování. Mimo to tato měření bezpodmínečně vyžadují odborné zaškolení obsluhy na vysoké úrovni. Na druhé straně je třeba upozornit, že všechna měření, která se jakýmkoliv způsobem dotýkají pozemkové držby, se musí řídit požadavky na tato měření a většinou se klasickými geodetickými prostředky provádět musí.

Běžná terénní měření se doposud většinou prováděla velmi jednoduchými metodami za použití buzoly, pásma nebo pouhým krokováním. Nevýhod těchto jednoduchých metod je celá řada, ale hlavními jsou jejich malá přesnost a produktivita (násobící se při výpočtu ploch a kubatur) a i náročnost při zpracování naměřených dat.

V souvislosti s terénním měřením se v poslední době velmi často mluví o použití GPS pro terénní měření. Metoda využívající GPS je metodou elegantní, technologicky vyspělou a po technické stránce spolehlivou. Bohužel nelze již mluvit bez výhrad o praktické spolehlivosti této metody. Použití se komplikuje ve výrazně členitém terénu nebo pod porostem. Jednoduše řečeno za složitějších terénních podmínek se nelze stoprocentně spolehnout na to, že daný bod zaměříme, nebo že jeho zaměření bude dostatečně rychlé. Mimo to je zařízení GPS zařízením jednoúčelovým. To znamená, že výdaje, které nejsou právě nízké, vynaložíme na zařízení, které je schopno určit pouze polohu bodu, ve kterém je umístěno. Přitom lze předpokládat, že využití zařízení je pro většinu běžných uživatelů poměrně malé a vlastnit toto zařízení je efektivní pouze pro specializované instituce, které se zaměřováním profesně zabývají. Je důležité uvědomit si v této souvislosti i rozdíl proti klasickým trigonometrickým metodám. Na bod, který chceme zaměřit, musíme s přístrojem dojít. To samo o sobě může být někdy problematické.

Přijatelným řešením problémů spojených s provozním terénním měřením může být využití laserových přístrojů. Po ověření možností a technických parametrů laserových přístrojů se jeví jako optimální použití přístrojové řady IMPULSE firmy Laser Technology Inc.. Tyto laserové přístroje umožňují měření šikmé i přímé vzdálenosti, sklonu (inklinace) a výšky. Vyhovují jak poskytovanou přesností, tak svou odolností a nenáročností na obsluhu, jejich přesnost je řádově v centimetrech až desítkách centimetrů. Jsou konstruovány pro terénní měření a proto jejich odolnost povětrnostním vlivům je vysoká. Jsou dostatečne lehké a skladné. Měření vzdáleností a úhlů je velmi rychlé a pohotové. Konstrukčně je laserový přístroj IMPULSE uspořádán pro konstrukční spojení s kompasovým modulem, se kterým tvoří dohromady universální terénní měřicí přístroj. K této sestavě (laser + elektronický kompas) je možno připojit také GPS pro připojení ke kartografickým souřadnicím. Měření potom probíhá tak, že pomocí GPS zjistíme na místě s dobrým příjmem svoji polohu a dále pak měříme s laserovým přístrojem.

Výhodou laserového přístroje je i to, že pokud netrváme na exaktním určení zaměřovaného bodu, můžeme například pro zaměření budov, sloupů apod. použít přímé zaměření bez nutnosti použití odrazného terče. To znamená, že na zaměřovaný objekt vůbec nemusíme fyzicky dosáhnout a přesto můžeme změřit jeho polohu, šířku, výšku a vzdálenost.

Dosah jednotlivých modelů řady IMPULSE, přesnost a rozlišení při měření je možno posoudit z následující tabulky:

Pro přesnější měření a pro zaměřování např. vytěžených (sklizených) ploch se používá zaměřovací odrazný terč, pro stabilizaci přístroje trojnohý nebo jednonohý stativ. Podle zkušeností postačuje pro potřeby terénního měření jednonohý stativ. Hlídání svislosti stativu můžeme svěřit elektronickému kompasu, který je schopen nás akusticky upozornit na překročení nastavené tolerance svislosti kompasového modulu. Výhodou použití jednonohého stativu je jeho lehkost a pohotovost, což je zvláště cenné při pohybu obtížnějším terénem. Z uvedeného je také zřejmé, že jak ustavení přístroje, tak jeho obsluha jsou poměrně jednoduché. Přístroje řady IMPULSE jsou vybaveny zapínatelným vnitřním filtrem, který zaručuje odraz laserového paprsku pouze od zaměřovacího odrazného terče a jsou tak eliminovány nechtěné odrazy (od větví, drátů apod.). Pokud chceme využít měření v určitých mezích (např. zaměření objektu který musí být vzdálen minimálně 100 m a maximálně 200 m), je k dispozici měření mezi nastavenými měřicími branami.

Jako téměř u všech přístrojových měření máme dnes možnost výstupu dat jak na display, tak přímo do datové sběrnice. V případě výstupů na display musíme počítat s dalšími nutnými výpočty a tím i se zvýšenou pracností. V případě výstupu datovou sběrnicí můžeme s výhodou použít terénní počítač s programovým vybavením a podstatně tak zproduktivnit práci.

Z hlediska uživatele se tak spolu s laserovými měřicími přístroji s danými technickými vlastnostmi objevila možnost, jak vyřešit některé problémy spojené s terénním měřením a zproduktivnit tyto práce. Lze očekávat, že tyto přístroje poslouží jak praktikům v terénu, tak výzkumným pracovníkům. Optimálně řeší potřebu sběru terénních dat pro výrobní potřeby i pro potřeby datových bází GIS.

V následující tabulce jsou uvedeny technické parametry laserových přístrojů, které jsou důležité z hlediska rozhodování o vhodnosti přístrojové techniky pro měření:

Pro potřeby terénního měření byl vyvinut interaktivní software Field-MapLT verze 2.0, využívající MapObjects. Field-MapLT umožňuje zaměřovat hranice ploch a body s přidáním příslušných atributů. Základem je hierarchický datový model, který si uživatel velmi snadno a flexibilně definuje. Tento model se definuje nástrojem Field-Map Project manager. Geograficky orientovaným datům lze přiřazovat v hierarchické struktuře atributy (numerické, alfanumerické, výčtové) bez omezení (v počtu i úrovni). Při měření v terénu program Field-MapLT vytvoří dynamicky příslušné formuláře. Všechna zaměřování se provádí v okně Mapa a zaměřené body nebo hranice plochy jsou interaktivně na této mapě zobrazovány. Jedná se o profesionální nástroj pro rychlý a efektivní sběr dat v terénu, který ve spojení s laserovými přístroji může výrazně zvýšit produktivitu získávání dat pro GIS. Výstup dat je proveden do formátu Shapefile.

Ing. Michael Jakš

Ústav pro výzkum lesních ekosystémů

jaks@ifer.cz

Využití ArcView GIS a nadstavby Image Analysis při řešení projektu "Skryté složky při plošné extrapolaci toků vody a uhlíku v krajině"

Studium dopadu globálních klimatických změn na přírodní prostředí si vynucuje přesné kvantifikace toků látek v ekosystémech, a to v měřítku podstatně přesahujícím možnosti běžných přímých měřících metod. Plošné extrapolace měřených údajů jsou proto kriticky důležitým krokem, které umožňují zobecnění sledovaných jevů a syntézu jako podklad pro hospodářskopolitická rozhodnutí o způsobech využívání krajiny a pochopení její funkce za podmínek globálních klimatických změn. Projekt Skryté složky při plošné extrapolaci toků vody a uhlíku v krajině identifikuje jeden z vážných problémů při extrapolacích ekosystémových toků, jmenovitě efekt krajových zón a fragmentované vegetace. Finanční krytí výše zmíněného projektu poskytuje Swedish Natural Science Research Council.

Část projektu, týkající se práce s geografickým informačním systémem ArcView, je řešena v rámci spolupráce mezi Ústavem pro výzkum lesních ekosystémů (IFER) a Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Soil Sciences.

Projekt je zaměřen na studium vlivu lesních okrajových zón a roztroušené vegetace při plošné extrapolaci toku vody a uhlíku. Běžný postup při takových extrapolacích je založen na rozdělení vegetačního pokryvu na hrubé kategorie, na které se posléze aplikují procesové modely. Tyto modely jsou schopny kvantifikovat žádané toky v ekosystému za předpokladu, že jsou pro daný vegetační typ parametrizovány ( vyladěny ) na základě konkrétních terénních měření. Potřebná měření se dnes provádějí pomocí sofistikovaného zařízení schopného kontinuálně měřit vertikální přenos zkoumané veličiny, např. vodní páry nebo oxidu uhličitého. Tato technika je běžně umístěna na věžích, které umožňují měření výparu nebo výměny CO2 nad vegetačním pokryvem. Podmínkou správného měření je homogenní pokryv v určité kruhové vzdálenosti kolem měřících věží. Dá se tedy říci, že tato měření a na nich vyladěné procesové modely podávají informace o tocích vody a uhlíku, jež jsou reprezentativní pro daný homogenní vegetační pokryv.

Problémem při plošných extrapolacích, kdy se dané toky v podstatě jednoduše sčítají, je fragmentovaná vegetace s množstvím okrajových zón, remízků a jinak roztroušené vegetace v krajině. V těchto okrajových zónách panují specifické mikroklimatické podmínky: dochází zde například dle orientace k světovým stranám k výraznějšímu osvitu (větší energetický vstup), vzdušné ventilaci (advekční efekt) a specifickým přechodům teplot a vlhkosti v půdě i ve vzduchu. Tyto faktory pak toky vody a uhlíku mohou značně zintenzívnit vzhledem k poměrům typickým pro homogenní vegetaci. Ve svém důsledku tedy zanedbávání okrajových zón znamená podhodnocení toku vody a CO2 a tato chyba roste se stupněm roztroušenosti vegetace (četnosti okrajových zón). Dalším faktorem, kterým se okrajová část liší od prostoru uvnitř porostu, je také samotná struktura porostu v okrajových zónách s často specifickou druhovou/dřevinnou skladbou. Je také zřejmé, že efekt okrajových zón bude podstatný v jistém plošném měřítku a zanedbatelný v měřítku jiném.

Cílem projektu je obecné stanovení vlivu okrajových zón a významu roztroušené vegetace při plošné extrapolaci toku vody a uhlíku. Projekt má svou experimentální složku s konkrétním měřením toku ve vybraných lokalitách a část analytickou, v níž se analyzuje informace ze satelitních snímků a využívá se GIS.

Analýzy satelitního snímku a následné zpracování získaných dat bylo provedeno pomocí geografického informačního systému ArcView, jež umožňuje provádět celou řadu geografických analýz. Zvláště byl použit nadstavbový modul ArcView Image Analysis.
 

Zpracování satelitního snímku

V rámci řešení projektu bylo nutné detekovat okrajové zóny lesních porostů a roztroušenou vegetaci, dále provést jejich kategorizaci dle druhového složení (listnaté/jehličnaté porosty) a zpracovat analýzu vegetace. Jako zdroj těchto informací byl využit satelitní snímek (SPOT) zachycující zájmové území. Pro realizaci tohoto záměru byl zvolen nadstavbový modul ArcView Image Analysis, který umožňuje zpracování a efektivní využití leteckých a satelitních snímků.

Poté byla provedena geografická orientace (rektifikace) snímku. Image Analysis umožňuje využít jako referenční podklad pro rektifikaci snímku geografická data již lokalizovaná do kartografického souřadného systému (skenovanou mapu či vektorová data). V našem případě jsme souřadnice vlícovacích bodů odečítali z mapy a zadávali číselně.

Po nasbírání dostatečného počtu vlícovacích bodů jsme místo tradiční metody vytvoření rektifikovaného snímku převzorkováním zvolili metodu kalibrace . Tato speciální metoda, kterou nabízí Image Analysis, umožňuje zachování původních hodnot pixelů u rektifikovaných snímků, neboť transformační údaje se zapisují do hlavičky souboru původního snímku a převzorkování se provádí pouze pro vykreslení na obrazovku. Tato skutečnost je velmi důležitá v dalším zpracování, kdy je možno pracovat zároveň s původními, nezkreslenými hodnotami pixelů a zároveň se využívá možnosti geografické lokalizace ve snímku.

Samotná analýza satelitního snímku byla díky speciálním funkcím modulu Image Analysis velice rychlá a snadná.

Nejdříve jsme klasifikovali snímek metodou neřízené klasifikace zde bylo jediným naším vstupem určení počtu tříd. Z výsledku jsme získali základní představu o rozložení jednotlivých typů povrchu na snímku a míře jejich rozlišitelnosti.

Dalším krokem byla analýza vegetace. Tato funkce spočívá ve výpočtu tzv. NDVI (normalizovaný vegetační index). Na základě hodnot nasnímaných družicí v červeném a infračerveném pásmu je automaticky vytvořen šedotónový obraz území, kde světlé tóny vypovídají o vysokém zastoupení chlorofylné vegetace, tmavé zóny reprezentují oblasti bez vegetace. Pomocí této funkce bylo možné velmi rychle zjistit základní rozložení vegetace v území. Nyní jsme přistoupili k realizaci vlastní analýzy - rozlišení jehličnatých a listnatých porostů a vymezení nezalesněných ploch na snímku.

Na základě obou předběžných výsledků, znalosti některých lokalit a údajů z mapy jsme na snímku ohraničili několik vzorků jednotlivých typů lesního porostu. Tyto vzorky jsme poskytli systému jako podklad pro automatické vyhledání odpovídajících oblastí na celé ploše snímku. Jednalo se tedy o postup nazývaný v terminologii DPZ řízená multispektrální klasifikace . Výsledkem byl tematický rastr, kde jednotlivé třídy reprezentují kategorie listnatý les , jehličnatý les a nezalesněné plochy . Přesnost klasifikace byla ověřována pozemním šetřením na několika místech zájmového území přičemž byla zjištěna dostatečná shoda výsledku klasifikace s realitou.

Závěrečným zpracováním pomocí funkcí nadstavby Image Analysis bylo převedení výsledku klasifikace do vektorového tvaru (Shapefile) při zachování příslušnosti prvků k jednotlivým kategoriím.
 

Analýza vlivu okrajů lesních porostů na tok vody a uhlíku v krajině

Dále byly v systému ArcView provedeny některé analýzy dat získaných ze satelitního snímku (bylo nutné zjistit jednak celkový obvod okrajů lesních porostů, jednak obvod okrajů listnatých/jehličnatých porostů zvlášť, orientaci okrajů lesních porostů ke světovým stranám, jejich vzdálenost k nejbližšímu porostnímu okraji). Jednou z důležitých analýz bylo zadání a vytvoření obalových zón (buffer) porostních okrajů o různé vzdálenosti od porostního okraje. Pro jednotlivé obalové zóny pak byla spočítána plocha v m2. Získané informace jsou základem k modelovým scénářům a testům významnosti jednotlivých položek.

Za zmínku stojí skutečnost, že švédská strana při tomto projektu poprvé použila geografický informační systém ArcView a technologii zpracování satelitních snímků pomocí Image Analysis, ovšem díky jednoduchosti uživatelského rozhranní ArcView a jeho nadstaveb dokázala velice rychle proniknout do této problematiky a využívat tento nástroj pro efektivní realizaci svých výzkumných záměrů.

Bc. Šárka Holá

Emil Cienciala

Louise Karlberg

Software firem ERSI a ERDAS nasazen pro Precision Farming

Moderní způsob obhospodařování zemědělských pozemků nazývaný Precision Farming (u nás někdy též cílené hospodaření) si klade za cíl optimalizovat ošetřování zemědělských polí na základě přesných informací o jejich kvalitě. Většina polí se vyznačuje vysokou proměnností kvalitativních parametrů, jako jsou typ a vlhkost půdy, úrodnost, napadení škůdcem či plevelem, sklonitost aj. Obvykle je však setba, zavlažování a aplikace hnojiv i postřiků proti škůdcům a plevelu prováděna uniformně po celé ploše. Dochází tím ke ztrátám na úrodě, plýtvání drahými aplikačními přípravky a v neposlední řadě ke zbytečnému zatěžování životního prostředí.

Metoda Precision Farming využívá technologií GPS a DPZ pro podrobné mapování vlastností a aktuálního stavu zemědělského pole. Družicové snímky přináší informace o půdě či o vývoji plodiny. Obsah živin v půdě je monitorován prostřednictvím sběru geograficky lokalizovaných půdních vzorků. Tyto údaje jsou pak zpracovávány formou GIS, kde je na jejich základě vytvořena aplikační mapa určující nejvhodnější způsob obhospodařování jednotlivých podoblastí každého pole. Specielní zemědělské stroje vybavené navigačním systémem (GPS nebo DGPS) umožňují dávkování hnojiv podle aplikační mapy.

Obhospodařování metodou Precision Farming představuje pro zemědělce zvýšení zisku a zkvalitnění procesu produkce. Proto se ve světě stále zvyšuje počet zemědělských subjektů využívajících tuto metodu a již se objevují její aplikace i v České Republice.
 

Precision Farming a la ESRI a ERDAS

Metodě Precision Farming je v rámci Evropské Unie věnována značná pozornost. V rámci programu jejího centra pro DPZ (Centre for Earth Observation Programme CEO) byl vypsán projekt, jehož cílem bylo:

• vytvořit jednotný systém zpracování snímků pro účely Precision Farming,
• navrhnout softwarové řešení pro snadné a efektivní využití těchto dat i dalších dat pro Precision Farming koncovými uživateli za minimálních investic.

Řešiteli projektu se stali britská firma Galaxy PrecisionAg Services Ltd, zabývající se již řadu let aplikací Precision Farming, konzultační firma Logica Ltd a firma ERDAS (UK) Ltd.

Výsledkem řešení prvního požadavku je datový produkt nazývaný Farmsense. Jedná se o mapy vegetační vitality vytvořené zpracováním snímků z družice SPOT v programu ERDAS IMAGINE. Mapy Farmsense podávají zemědělcům informaci o růstu a zdravotním stavu plodin v jednotlivých částech pole, mapy Farmsense plus popisují potenciální výnosy v absolutních číslech. Proces zpracování snímků provádí pro zemědělce firma Galaxy PrecisionAg Services Ltd.

Vzhledem k velkému počtu klientů firmy v některých zemědělských oblastech Velké Británie, kteří mohou společně využívat jeden družicový snímek, se významně snižují náklady na pořízení snímků (1 snímek družice SPOT pokrývá území 60 x 60 km).

Metoda Precision Farming je založena na sběru a vyhodnocování rozličných druhů geograficky vázaných informací o jednotlivých polích, a to od stávajících map, přes záznamy vlastních pozorování, zpracované družicové snímky a výnosové mapy až po údaje o půdě zjištěné odběrem vzorků. Pro efektivní práci s těmito informacemi je nezbytný geografický informační systém, který umožňuje nejen jejich přehlednou vizualizaci, ale i prostorovou analýzu.

Řešitelé projektu nabídli softwarové vybavení pro dvě úrovně uživatelů:

• ERDAS MapSheets pro zemědělce a ArcView s nadstavbou ,
• Spatial Analyst pro zemědělské poradce.

Program ERDAS MapSheets slouží především jako prostředek velice rychlé a snadné tvorby přehledného mapového výstupu z různých typů zobrazených dat. Program je integrován do MS Office a přejímá i jeho uživatelské rozhranní proto je velice snadno ovladatelný. K atributovým datům přistupuje uživatel prostřednictvím MS Excel, kde může tato data obvyklým způsobem zpracovávat, a tím ovlivňovat způsob vykreslení, vytvářet grafy apod.

Nad zobrazenými daty lze v anotační vrstvě označit specifické oblasti, dále je možno porovnávat jednotlivé překrývající se vrstvy (například jednotlivé mapy obsahu živin v půdě, či výnosy z různých období pro jediné pole), měřit plochy a vzdálenosti.

Systém ArcView se svými nadstavbami se v problematice Precision Farming, stejně jako v mnoha jiných oborech, uplatňuje díky své snadné ovladatelnosti, vysoké výkonnosti a otevřenosti.

Při nasazení ArcView pro Precision Farming se zejména využívá jeho schopnosti tvorby datových vrstev (jak na základě údajů měřených pomocí GPS, tak digitalizací nad zobrazenými daty) a nástrojů pro klasifikaci prvků jednotlivých témat a mapové výstupy.

Nadstavba Spatial Analyst umožňuje vytvoření map obsahu živin v půdě interpolací údajů vztažených k místům odběru půdních vzorků. Podobně mohou vznikat i výnosové mapy. Pomocí nástrojů prostorové analýzy lze pak na základě shromážděných dat vytvořit aplikační mapy jednotlivých hnojiv.

Díky rozšiřitelnosti systému ArcView a jeho nadstaveb prostřednictvím programového jazyka Avenue mohla firma Galaxy PrecisionAg Services Ltd vytvořit sadu skriptů, které promění ArcView v nástroj vyhodnocení dat pro Precision Farming, ve kterém se všechny potřebné úkony provádějí na stisknutí jediného tlačítka, a je tak usnadněna práce nejen začátečníkům, ale i profesionálům.

Pro prezentaci výsledků svého projektu vytvořil řešitelský tým CD-ROM FarmSense , obsahující přes 100 MB dat, na kterých je farmářům i zemědělským manažerům demonstrováno, jak mohou být efektivně využity údaje o jejich polích. Pro práci s daty je připojen program MapSheets Express, odlehčená verze ERDAS MapSheets, jenž je poskytován zdarma, mj. na stránce www.arcdata.cz.

Zájemci mohou získat toto CD zdarma prostřednictvím www.jhbunn.co.uk/galaxy/ceo_register.html.
 

Předpověď zemědělských výnosů v ERDAS IMAGINE

Firma Logica UK Ltd si zvolila ERDAS IMAGINE i pro řešení dalšího projektu vypsaného evropskou organizací CEO. Tento projekt se zabývá zpracováním dat DPZ pro přesný odhad zemědělských výnosů. Kromě vyhodnocení družicových dat z několikaletého archívu je třeba zahrnout do zpracování informace o typu půdy a zemědělské plodiny, místní meteorologické údaje, informace získané místním šetřením, údaje o výnosech z minulých let a další informace z databáze GIS.

ERDAS IMAGINE byl podle slov řešitelů projektu zvolen nejen pro své pokročilé nástroje zpracování dat DPZ, ale i díky široké podpoře zpracování vektorových dat. Tato skutečnost byla pro zpracování projektu, v němž se provádí integrace informací ze snímků a ze stávající databáze GIS, klíčová.

Ing. Sylva Chmelařová

ARCDATA PRAHA, s.r.o.

sylva@arcdata.cz