Využití GPS při zjišťování ploch kalamitních holin u LČR, s.p.

Martin Hamák

Se zkratkou GPS se již setkal téměř každý. Dnes se běžně vyrábějí GPS čipy integrovatelné do mobilních telefonů a jiných malých zařízení. Pro orientační zjišťování polohy je použití velmi snadné. Situace už ale není zdaleka tak jednoduchá, pokud chceme technologii využít pro měření s požadovanou přesností a zvláště v obtížných podmínkách.

Technologie globálních družicových polohových systémů (GNSS) jsou již všeobecně známé. Nejrozšířenějším a nejvíce ověřeným je v současnosti americký vojenský systém známý pod zkratkou GPS. Tento systém byl poskytnut zdarma pro civilní využití a je neustále vylepšován. Používání přístrojů GPS proniklo do každodenního života. Je tomu tak hlavně pro účely navigace v dopravě, kde je využití asi nejméně problematické, neboť vysoká přesnost zde není potřebná, navigační data vznikla měřením GPS a podmínky pro příjem signálu jsou příznivé. Problematika přesnosti GPS byla již v Lesnické práci publikována (Šimkovič, 2008) a tento článek se jí nebude zabývat ani po technické stránce. Účelem tohoto článku není popis technologie GPS, neboť na univerzitách již bylo publikováno dostatek prací na toto téma.

Jako u každé „nové“ technologie je nutné ji důkladně poznat a ověřit v praxi pro konkrétní účel použití. Aby mohla být efektivně využita, je třeba stanovit pracovní postupy a nastavení tak, aby poskytovala korektní a relevantní výsledky. Zároveň je nezbytné měření GPS integrovat s co nejmenšími nároky na uživatele do podnikového informačního systému. Jedině tak může být dosaženo nejvyšší efektivnosti, kterou poskytuje daná technologie.

Oblasti využití technologie GPS

Hlavní oblasti využití technologie v praxi odborného lesního hospodáře (OLH) jsou dvě – navigace a měřictví.

Oblast navigace, trasování, určování polohy je v lesnictví využitelná v logistice pohybu dřevní hmoty, obchodu se dřevem a inspekční činnosti. U LČR, s.p., je důležitější druhá oblast, kterou je měřictví, mapování. Konkrétně se jedná o pozemkovou evidenci, lesní hospodářské plány (LHP), lesní hospodářskou evidenci (LHE), ochranu lesa, semenářství, ochranu přírody, správu drobných vodních toků a bezpečnost práce.

Větrné kalamity (v posledních letech opakovaně nebývalého rozsahu) určily pořadí provozního ověřování technologie GPS u LČR. Zaměřování ploch holin je specifické dle způsobu vzniku holiny.

Holiny z mýtní úmyslné těžby

LČR spravují svěřený majetek dle principů trvale udržitelného hospodaření. Plochy holin jsou tedy spíše menší. Malé holiny uvnitř porostů jsou z pohledu měření GPS problematické z důvodu zastínění oblohy okolním porostem a tím i nemožnosti využít pro měření signál ze všech dostupných družic a s nastavením, které zaručuje přesnost měření použitelnou pro provozní účely. V určitém čase je pak měření v určité přesnosti neproveditelné a je nezbytné vyčkat na změnu postavení družic. Této situaci můžeme částečně předcházet plánováním měření s využitím almanachu, které je součástí software aparatur GPS (ten však nebere v potaz další jevy, které mají vliv na kvalitu měření).

Holiny z nahodilých a kalamitních těžeb

Holiny takto vzniklé jsou většinou plošně velmi rozsáhlé a mají nepravidelný tvar. U těchto holin je orientace lesníka ve vztahu k lesnické mapě problematická. Pracnost měření takových holin je zvýšena z důvodu nepravidelností, někdy i nejasností hranic holin a enklávami porostních zbytků mladších porostů, které přežily kalamitu a budou ponechány dalšímu vývoji.

Takovéto holiny je možné měřit až po vyklizení dříví postiženého kalamitou. Důvodem je zpřístupnění porostů, bezpečnost práce a produktivita, lokalizovatelná velikost holiny a vliv na přesnost měření (při pohybu po nevyklizené hmotě se výrazně mění výška antény, což má výrazný vliv na přesnost měření). Tento časový posun znemožňuje využít měření GPS za účelem zpřesnění odhadu objemu dříví dotčeného soustředěnou kalamitou. Alternativní postup odhadu výše soustředěných kalamit u LČR byl na stránkách Lesnické práce publikován (Svoboda, 2009).

Využití měření GPS pro vedení LHE musí respektovat předpoklad, že údaje LHE se u LČR zjišťují a vykazují na porostní skupinu, resp. etáž platného LHP. Pro účely LHE je tedy nezbytné výsledky měření ploch holin technologií GPS identifikovat do jednotek prostorového rozdělení lesa (JPRL). Hranice porostních skupin platného LHP jsou po kalamitě v terénu velice obtížně identifikovatelné a optimálním způsobem, jak určit podíly porostních skupin, je prostorová analýza, kterou data získaná měřením GPS se softwarem pro sběr a ukládání vektorových dat umožňují.

Vzhledem k tomu, že LČR disponují pouze několika přístroji a o rutinním provozním nasazení nebylo dosud rozhodnuto, dochází v případě rozsáhlých kalamit k zaměření i již zalesněných holin. V tomto případě je velice efektivní měřit ve spolupráci s OLH i další objekty, které jsou již součástí provedené obnovy (např. oplocenky, části obnovních prvků vyžadující odlišná opatření apod.). Tyto údaje je možné využít jako podklad pro vyhotovení pěstebních projektů.

V průběhu let 2007 a 2008 byly zaměřeny již stovky hektarů holin vzniklých po kalamitách. Postupy měření byly vyhodnoceny a stanoveny základní principy pro měření s ohledem na co nejširší využitelnost naměřených dat v rámci podnikového informačního systému.

Pracovní postup měření

Příprava měření

Příprava spočívala ve výběru a zavedení digitálních porostních map platného LHP do aparatury GPS. Byl využit digitální (rastrový) Atlas lesnických map z produkce Grafického datového skladu LČR (GrDS – podnikový geografický informační systém). Tento atlas obsahující mapu obrysovou, porostní, pozemkovou, hospodářských opatření, dopravní a podsouborů lesních typů je standardně aktualizován jednou ročně s obnovou LHP. Mapy v otevřeném, softwarově nezávislém formátu, vybrané pro příslušnou oblast, byly nahrány do aparatury GPS. Přípravu prováděl specialista oddělení GIS.

Vlastní měření

Měření probíhalo nad mapou, kterou si obsluha zobrazovala v aparatuře GPS. Prováděl jej specialista a po půldenním zaškolení i sami pracovníci organizačních jednotek. Výhodou je možnost zobrazit provedené měření přímo v lese nad porostní mapou a zároveň výpočtem přímo v terénu zjistit i celkovou plochu holiny. Možnost při měření vidět porostní mapu je dle našeho názoru nezbytným předpokladem pro produktivitu práce provozních pracovníků organizačních jednotek (orientace na holině, složitější majetkové poměry). Viditelnost porostní (nebo jiné vhodné) mapy v aparatuře GPS umožňuje i zaměření tzv. identických bodů nezbytných pro transformaci měření do JPRL platných LHP.

Zásady vlastního měření

Měření nad mapou přímo v souřadnicovém systému S-JTSK

Výchozím mapovým podkladem pro tvorbu mapových děl LHP u LČR je v souladu s §5 vyhlášky č. 84/1996 Sb. státní mapa odvozená 1: 5000. Tato mapa je odvozena z map katastru nemovitostí.

Dle Nařízení vlády č. 430/2006 Sb. je závazným souřadnicovým systémem pro státní mapová díla právě S-JTSK. Logickým požadavkem je jakékoliv měření prováděné v lese identifikovat k JPRL platných LHP. Nutným předpokladem pro identifikaci je převod souřadnic poskytovaných GPS do systému S-JTSK, a to bez ztráty přesnosti (systém GPS primárně měří v zeměpisném souřadnicovém systému).

Je nezbytně nutné, aby aparatura měla integrovaný dvoustupňový víceprvkový přepočet souřadnic s garantovanou přesností, nejlépe prakticky provozně ověřený. Konverze map do souřadnicového systému GPS a následně konverze naměřených dat do souřadnicového systému, ve kterém byl pořízen LHP, může značně snížit přesnost měření a sníží efektivitu měření. Faktorů ovlivňujících přesnost měření je tolik, že zatěžovat měření chybou přepočtu souřadnicových systémů již ohrožuje smysluplnost využití technologie.

Způsob měření

Jako optimální způsob měření holin bylo vyhodnoceno měření stacionární.

Při měření na lokalitě je pomalejší než kontinuální měření. Spočívá v měření lomových bodů holin. Na každém z bodů je vhodné měřit 15–20 sekund (pozic) z důvodu přesnosti měření dané účelem využití naměřených dat. Při kratším měření může být přesnost již nevyhovující a při delším se již přesnost významně nezvyšuje.

Požadavky na obsluhu jsou mírně větší než u kontinuálního způsobu měření. Ty jsou však vyrovnány výrazně menší pracností při zpracování sebraných dat. Záznam je jednodušší, neobsahuje tolik lomů. Přesnost měření po bodech je vyšší (je třeba mít na paměti působení různých vlivů na přesnost měření – zástin, počasí a další, které jsou v lese významnější, než v místech, která jsou odkrytá).

Přístroj

Využívá se aparatura typu vše v jednom s celosměnovou kapacitou baterie a s integ-rovanou technologií pro měření v obtížných podmínkách.

V jednom těle GPS je anténa, GPS přijímač a počítač (bez nutnosti propojování kabelem či bezdrátově). Vzhledem k tomu, že podmínky pro měření přístroji GPS v lesních porostech v kopcovitém terénu jsou podmínkami extrémními, nelze dosáhnout přijatelně přesného měření bez speciálních technologií pro měření pod porostem.

Zpracování dat

Zpracování prováděl opět specialista pomocí nástrojů dodaných s aparaturou a s využitím stávajících technologií GrDS. Naměřená data byla přenesena do programu pro kancelářské zpracování naměřených dat. Na vzorku dat bylo provedeno měření s příjmem korekcí v reálném čase (CZEPOS – jednotlivé stanice i virtuální stanice (VRS)) a postprocesní zpřesnění (CZEPOS). Pokud podmínky v terénu dovolují příjem korekcí SBAS (Egnos), jsou tyto automaticky používány přímo při měření v terénu bez závislosti na obsluze. Data byla vyexportována do formátu pro GIS.

Finálními výstupy jsou grafická identifikace měření GPS do JPRL a alfanumerický přehled ploch holin v členění dle JPRL platného LHP. Takovýto výstup je možné využít pro vedení LHE a jako podklad pro projekty pěstební činnosti.

V případě žádostí o dotace z EU bylo nutné ještě provést orientační identifikaci měření do parcel katastru nemovitostí. Zde opět posloužily nástroje GrDS – prostorová analytika.

Byly získány dostatečné podklady pro pilotní nasazení na vybraných organizačních jednotkách a integrace do podnikového informačního systému poloautomatickou metodou. Na základě pilotního projektu musí dojít k ověření možností začlenění měření GPS do podnikových procesů, do provozních podmínek organizačních jednotek a posoudit jeho ekonomickou výhodnost z pohledu podniku.

Další využití nasbíraných dat

Změřené plochy byly využity nejen do podnikových a zákonných evidencí, ale vzhledem k přesnosti a dokladovatelnosti bylo výhodné využít měření i pro podání žádosti o dotace EU z Programu rozvoje venkova ČR na období 2007–2013, konkrétně Opatření: II.2.4. Obnova lesního potenciálu po kalamitách a podpora společenských funkcí lesa, Podopatření: II.2.4.1. a) Obnova lesního potenciálu po kalamitách a zavádění preventivních opatření, Záměr a) Obnova lesního potenciálu po kalamitách.

Naměřená vyčištěná a dále neupravená data byla předána taxační kanceláři jako další podklad pro vyhotovení LHP tam, kde probíhala obnova LHP. Metodika a využitelnost bude s taxační kanceláří konzultována.

Vhodnost technologie GPS pro rutinní provozní využití v porovnání s klasickými metodami

Technologie je vhodná pro práci odborného lesního hospodáře a přináší výrazné zvýšení efektivity jeho činnosti při určování ploch holin. Zejména u kalamitních holin většího rozsahu je využití technologie GPS často jedinou možností, jak s dostatečnou přesností určit polohu holiny a její identifikaci do JPRL.

Oproti metodě krokování a měření pásmem je zřejmá úspora času při vynášení hodnot a je zřejmý výrazný posun v důvěryhodnosti naměřeného výsledku.

Hodnoty zjištěné laserovým dálkoměrem je nutné vynášet do papírové mapy (porostní, obrysová…). U všech klasických metod zjišťování ploch v terénu a jejich umísťování do map se časová náročnost zvyšuje při umístění holiny uvnitř porostu (nutno doměřovat v případě, kdy se holina nenachází u jasně definovatelných bodů na mapě. Celková velikost plochy není vypočtena přímo v lese.

Úspora času měřením GPS může dosahovat až desítek procent za předpokladu integrace do podnikového informačního systému, dodržení technologické kázně a volby správných pracovních postupů. Volba správného či vhodného postupu vychází z limitů technologie – při všech známých výhodách je nutné si uvědomit, že technologie GNSS není všespásná a že se její využití v podmínkách lesního hospodářství pohybuje na samé hranici jejích možností a často dochází k situacím, kdy přístrojem zjištěnou polohu nelze použít pro velké zatížení chybou. Nejvýznamnější úspory času přináší právě kancelářské zpracování, což je pozitivní z pohledu práce odborného lesního hospodáře, kdy je snaha, aby těžiště jeho práce bylo v terénu. Pracovníkům využívajícím GPS v terénu je třeba poskytnout co největší servis a podporu, aby technika nezatěžovala, ale sloužila. Z ergonomického hlediska jsme se nesetkali s pracovníkem (bez ohledu na věk), který by se po vyzkoušení zaměřování metodou GPS chtěl vracet k měření některou z klasických metod. To je skutečnost vzhledem ke konzervativnosti lesníka velmi podstatná.

Potěšitelná byla zjištěná přesnost porostních map (základního rozdělení) vůči měření GPS. Většinou se odchylky pohybovaly v řádu metrů. Předpokládáme, že dosažená přesnost základního rozdělení je dána dlouhodobým důrazem LČR na využití předávaných ortofotomap pro jeho zpřesnění. Případů, kdy lesnická mapa hrubě „neseděla“, bylo minimum. Hlavním důvodem, proč lesnické mapy někde nesouhlasily s výstupem z GPS, byla nepřesnost zdrojových map (SMO), nad nimiž byl vytvořen LHP.

Autor:

Ing. Martin Hamák

Lesy České republiky, s.p.

E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

Foto: Tomáš Sys