Implementační studie DPZ BiH

Implementační studie DPZ BiH
1. Popis výchozí situace
Využití metod dálkového průzkumu Země (DPZ) v problematice lesního hospodářství je na území
federace Bosna a Hercegovina omezeno na krátkodobé projekty a studentské práce realizované v
akademickém prostředí. Výzkum se zaměřuje převážně na multivariate statistické analýzy
obrazových proměnných, existuje zde také spolupráce s týmem Prof. Tomppo (METLA Finland) na
problematice tvorby lesnických mapových výstupů metodou kNN. Sarajevskou Lesnickou fakultu
(Šumarski fakultet) jako partnera projektu na poli DPZ zastupují místní specialisté paní Prof. Azra
Cabaravdic a studentka doktorského programu Merisa Osmanović. Téma její práce budování archivu
družicových snímků Landsat (až 30 let nazpět) a následné analýzy časové řady snímků resp. změn v
území, okrajů lesa a jiné vegetace.
Využití DPZ v prostředí s dopadem na lesnický provoz je v BiH minimální. Praktickou aktivitou je
vizuální interpretace barevných ortofotomap s cílem manuální vektorizace okrajů lesa na BH Šume.
Družicové snímky Landsat a IRS byly dále využity k organizaci pozemního šetření v rámci 2. cyklu
Národní inventarizace lesů BiH.
Jako limitní se jeví dostupnost dat DPZ pro území federace Bosna a Hercegovina, kde bohužel
neexistuje opakované celoplošné (národní) letecké snímkování. Partneři projektu disponují
částečným pokrytím leteckými snímky z roku 2008 (2010), další snímky mohou být údajně získány od
Federálního ministerstva pro městské plánování.
2. Alternativy řešení
Ze strany ÚHÚL byly představeny hlavní myšlenky projektu s možností využít data evropských družic
ESA Sentinel pro mapování okrajů lesa, druhového složení, výškové a věkové struktury, příp. biomasy.
Shodli jsme se na zásadním významu školení. Zájem je velký a stávající znalosti jsou velmi omezené
(žádné). Bylo zjištěno, že pro území celé federace Bosna a Hercegovina můžeme v projektu počítat s
následujícími vrstvami:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Družicové data Landsat - časová řada 1985 - 2015, scény v jednotném souřadnicovém
systému MGI 1901 Balkan zone 5 a 6 (EPSG: 3908)
Barevná letecká ortofotomapa z roku 2008
Digitální model terénu - rastr vytvořený z vrstevnic s rozlišením 20metrů/pixel
Topografické mapy - rastr s prostorovým rozlišením 10m/pixel
Družicové data ESA Sentinel-1 a Sentinel-2 (EU Copernicus program) - klíčový datový zdroj
pro projekt
Data Open Street map - vektory zastavěných území, okraje lesa, přírodní parky
Google Earth a /nebo Google Maps
3. Výběr vhodné metodiky a návrh technologické linky
Expertní analýzou proveditelnosti a diskuzí nad zhodnocením přínosu lesnímu hospodářství BiH na
BH Šume i lesnické fakultě, byli definováni tematické okruhy, kterými by se měl projekt na poli DPZ
zabývat: Mapování výskytu lesa (dřevinné vegetace) a změny v pokryvnosti území lesem, mapování a
monitoring lesních cest, rozlišení listnatých a jehličnatých porostů, hodnocení zdravotního stavu lesů,
a monitoring krizových událostí např. v případě lesních požárů.
Metodický postup zpracování dat DPZ pro jednotlivé okruhy ilustruje následující schéma:
4. Základní konfigurace systému a jeho finanční náročnost
Navržený systém je založen na budování dvou hlavních komponent:
A. Pořízení geografických dat a vybudování datového centra Sentinel
Klíčovým datovým zdrojem projektu jsou družicové snímky ESA Sentinel, které jsou
pořizovány a poskytovány uživatelům zdarma v rámci evropského programu Copernicus.
Dalším zdrojem jsou družicová data pořízené senzory amerických družic MODIS a Landsat 8.
Základním předpokladem pro udržitelné využití metod DPZ je vybudování datového centra
(skladu, archivu) družicových snímků. Tvorba čajové řady obrazových dat Sentinel je pro
všechny analýzy v projektu, jakožto i pro další využití DPZ v Bosenském lesnictví zcela zásadní.
B. Zprovoznění technologie na zpracování dat DPZ
Kromě zajištění datové (serverové) kapacity bude technologickou součástí také návrh a
zprovoznění automatizované linky pro výběr bezoblačných scén Sentinel-2 pro území BiH,
jejich stažení a uložení do standartního formátu. V této fázi předzpracování lze využít zdarma
např. Sentinel Toolbox SNAP, či skripty vytvořené na podkladě rastrové knihovny GDAL.
Vybrané scény budou dále vizuálně hodnoceny, barevně vyrovnány a mozaikovány do rastrů
s celoplošným pokrytím s programu ERDAS MozaicPro. V další fázi budou mozikované rastry
(spolu s dalšími dodatečnými geografickými vrstvami) předmětem analýzy a potažmo tvorby
celoplošných mapových výstupů v prostředí objektové klasifikace obrazu v SW eCognition.
Z pohledu technologického zajištění budou pořízeny hardwarové a softwarové prostředky pro
zpracování dat DPZ. Lesnická fakulta obdrží 2 kusy výpočetních PC se dvěma licencemi
specializovaného software: 1) ERDAS Imagine Professional slouží pro předzpracování rastrových dat a
pixelové klasifikace a 2) Trimble eCognition Developer umožnuje vývoj expertního systému klasifikace
v prostředí objektové analýzy obrazu. BH Šume obdrží také 2 kusy výpočetních PC se dvěma licencemi
specializovaného software (ERDAS, eCognition). Dále zde bude vybudována sítová IT infrastruktura a
pořízen server pro zřízení datového úložiště pro snímky ESA Sentinel a ukládání ostatních geografických
dat, příp. sítové analýzy (virtual desktop). Pro doplnění budou instalovány open-source (free) GIS
programy QuantumGIS, GDAL, či GrassGIS.
5. Návrh postupu implementace, výstupy a školení
V rámci předávání technologických a metodických postupů jsou plánovány následující školení:
1. Úvodní školení - přednáška teoretické základy DPZ, free/open datové zdroje a zpracovatelský
software
2. Před-zpracování obrazu - open source (QGIS, GRASS GIS) a proprietární software ERDAS
Imagine
3. Obrazová klasifikace - pixelová (ERDAS Imagine) a objektová analýza obrazu (eCognition)
4. Výstup tematického mapování - validace, GIS post- zpracování, uložení do a správa vrstev v
databázi (PostgreSQL, MS SQL), publikace na web
5. Ostatní témata - analýza časové řady dat MODIS a ESA Sentinel-2
Aplikace - lesnické mapové výstupy
•
•
•
•
•
Mapa dřevinné vegetace a detekce změn v pokryvnosti lesa - tvorba normalizovaného
digitálního modelu povrchu z dat SRTM-DTM, analýza časové řady Landsat a Sentinel-2
Mapa lesních cest - analýza časové řady dat Sentinel-2, Landsat 8, příp. letecké snímky
Rozlišení listnatých a jehličnatých porostů - analýza časové řady dat Sentinel-2 (snímky
z vegetační sezony/ mimo vegetační sezonu)
Zdravotní stav lesů a lesní požáry - rapidní mapování/ analýza časové řady dat MODIS,
analýza časové řady dat Sentinel-2
Mapa odhadu lesní biomasy – analýza vegetačních indexů Sentinel-2 a výškové informace z
SRTM
Výstupy budou prezentovány formou publikací v odborných periodicích a na vědeckých konferencích
(EARSeL Landuse workshop, ESA Living Planet, …) a na webové stránce projektu.