LES
AKTUÁLNĚ

Výzkumníci z Lesnické a dřevařské fakulty Mendelovy univerzity si dali za cíl ověřit využitelnost metody plošného přístupu ke zpracování dat leteckého laserového skenování pro účely zjišťování dvou významných taxačních veličin, zásoby a výčetní kruhové základny, v lesních porostech na území ČR, dále pak vyvinutí lokálně specifických regresních modelů a jejich aplikace na širší území.

Systém leteckého laserového skenování (LLS) je moderní progresivní metodou dálkového průzkumu Země. Tato metoda umožňuje hromadný sběr velmi přesných výškopisných a polohopisných dat jak o zemském povrchu, tak o objektech, jež se na něm nacházejí. LLS našlo již uplatnění v nejrůznějších aplikacích, jako jsou 3D modely měst a budov, znázorňování nadzemních silových vedeni a nadzemních částí produktovodů, zjišťování stavebních a terénních letových překážek, vyhledávání rozsáhlých archeologických objektů, analýzy vegetačního pokryvu, mapování vodních ploch aj. S rozvojem technologie našel tento způsob sběru dat své místo i v lesnictví. Na základě multiplikace odrazů při průletu paprsku lesním ekosystémem je možné odhadnout některé parametry lesních porostů či jednotlivých stromů, např. objem korun jednotlivých stromů, počet stromů v porostu, šířku koruny a její nasazení, velikost zápoje, odhady objemu dřevní hmoty a biomasy či dokonce dřevinnou skladbu.

Ve světě existuji dva základní přístupy ke zpracování dat LLS pro účely inventarizace lesa, a to individuální detekce jednotlivých stromů (ITD) a plošný přístup (ABA). Metoda ABA, určená pro nízkou hustotu bodů LLS (přibližně 1–2 body/m2) se ve Skandinávii užívá již od roku 2002 pro inventarizaci lesů.

Sběr terénních dat pro tvorbu modelu k výpočtu taxačních charakteristik probíhal během roku 2015 na Školním lesním podniku Masarykův les Křtiny, na polesí Habrůvka. Výběr ploch se uskutečnil na základě stratifikace podle dat lesní hospodářské knihy. Bylo vytyčeno 43 zkusných ploch o poloměru 12,62 m. Na každé ploše byly měřeny výčetní tloušťky a výšky všech stromů. Objemy jednotlivých stromů byly spočítány pomocí objemových rovnic. Věk měřených porostů se pohyboval mezi 60 a 130 lety, s výraznou převahou porostů starších 100 let. Průměrné zastoupení dřevin na všech zkusných plochách: smrk 90, modřín 6, borovice 2, buk 1, ostatní 1.

Výsledky plošné aplikace vytvořených regresních modelů ukazuji na různou kvalitu odhadu taxačních veličin v závislosti na celé řadě faktorů. Velice dobrých výsledků bylo dosaženo v případě výpočtu zásoby. Zásoba necelé třetiny plochy všech porostů byla vypočítána s odchylkou do 10 % od dat v lesní hospodářské knize, což je možné považovat i za obecnou přesnost lesních hospodářských plánů. Vzhledem k tomu, že kvalita lesních hospodářských plánů může byt sporná, teoreticky lze považovat za správnou i odchylku do 15 % od knihy. Potom by plochy se správně vypočítanou zásobou představovaly 47 % ze všech porostů, ve kterých byl proveden výpočet.

Méně přesných výsledků bylo dosaženo v případě zjišťování hodnoty výčetní kruhové základny, kdy bylo max. 10% odchylky dosaženo u 16 % plochy porostů, max. 15 % odchylky pak u 28 % plochy porostů. Chyby mohou být způsobeny nižším koeficientem determinace (0,72) než v případě modelu pro výpočet zásoby (0,82). Je možné, že i relativně malé snížení koeficientu determinace povede k významně horším výsledkům.

Dalším zdrojem chyb je skutečnost, že na zkusných plochách zcela dominovaly jehličnaté dřeviny, přičemž mezi porostními skupinami pro porovnání s LHP byly i porosty listnaté a dokonce porosty s bohatou strukturou. V těchto porostech jsou ale body leteckého laserového skenování zcela odlišně distribuovány a bylo by nutné provést měření také u listnáčů a vytvořit pro ně vlastní regresní model.

V porostech se zastoupením smrku větším než 50 % byly zjištěny odchylky od LHP významně nižší. V případě odhadu zásoby bylo dosaženo max. 10% odchylky od LHP u 53 % porostů s převahou smrku, respektive u 64 % porostů při max. odchylce 15 %. V případě odhadu výčetní kruhové základny byla přesnost opět analogicky nižší. Ve smíšených porostech by bylo proto vhodné provést klasifikaci jednotlivých stromů z multispektrálních nebo ještě lépe hyperspektrálních snímků.

Vzhledem ke kolísající přesnosti dat LHP je možné namítnout, že porovnání výsledků s lesní hospodářskou knihou není zcela vhodné. Správná validace by spočívala ve zpětném porovnání s dalšími zkusnými plochami, které se neúčastnily tvorby regresních modelů a jsou tedy na těchto modelech nezávislé. Porovnání s LHP bylo zvoleno pro demonstrování možnosti navázání metody plošného přístupu na konvenční metody inventarizace lesa.

Studie ukázala, že je možné aplikovat plošný přístup zpracování dat leteckého laserového skenování nejenom v boreálních lesích, kde se používá v praxi již více než deset let, ale i v lesích na území České republiky. Toto téma je aktuální zejména z toho důvodu, že se v současné době dokončuje digitální model povrchu 1. generace, který není sice zcela vhodný pro aplikaci v inventarizaci lesa, ale i přesto je možné jej částečně využít na území cele republiky.

Výhoda plošného přístupu ke zpracování dat leteckého laserového skenování spočívá zejména v možnosti navázání na konvenční způsoby inventarizace lesa, dále umožňuje snížit potřebný počet zkusných ploch a zároveň eliminovat chybu způsobenou výběrem nereprezentativních ploch.

K aplikaci do lesnické praxe v ČR ještě chybí několik kroků. Zejména bude potřebné data leteckého laserového skenování zkombinovat s hyperspektrálními snímky tak, aby bylo možné zjišťovat i dřevinnou skladbu porostů. Další výzkum bude zaměřen i na vyvinutí dalších technik tvorby regresních modelů, jelikož klasická lineární regrese neposkytuje nejpřesnější výsledky.

Autoři vědeckého článku: Zdeněk Patočka – Tomáš Mikita, MENDELU Brno, LDF, Ústav hospodářské úpravy lesů a aplikované geoinformatiky, e-mail: xpatock2@mendelu.cz

Celý článek najdete na: http://www.vulhm.cz//sites/File/ZLV/fulltext/442.pdf

Připravila: redakce

Foto: Lesy Krušných hor z rozhledny Paindl u Nejdku