Geoinformační technologie v precizním lesnictví

Martin Klimánek

Precizní lesnictví je relativně nový pojem, který ještě není tak běžně užívaný a zcela přijímaný jako například precizní zemědělství. Zatímco precizní zemědělství je pojmem cca posledních 20 až 25 let, pojem precizního lesnictví se začíná užívat až na přelomu 20. a 21. století. První mezinárodní sympozium precizního lesnictví bylo uspořádáno v roce 2001 v Seattlu (USA). Původní chápání obou pojmů bylo téměř totožné, ale s rozvojem precizního lesnictví se začíná ukazovat, jak jsou obě odvětví rozdílná a zatímco používané technologie se příliš neliší, tak precizní lesnictví má daleko širší souvislosti a hloubku poznání v oblasti lesních ekosystémů.

Definice precizního lesnictví
Precizní lesnictví je obvykle definováno jako využívání moderních (precizních) technologií a analytických nástrojů pro podporu lokálně specifických ekonomických, ekologických a trvale udržitelných rozhodovacích procesů v lesnickém sektoru. Jedná se tedy o plánování a provádění lokálně specifického lesnického hospodářsko-úpravnického managementu, které vede paralelně ke zlepšování nebo trvale udržitelnému stavu mezi všemi potenciály lesních ekosystémů a jejich využívání člověkem. Moderní technologie jsou potom instrumentální, mechanizační a informační technologie, které měří, zaznamenávají, analyzují, zpracovávají nebo aktualizují vícezdrojová data vysokého prostorového nebo časového rozlišení. Jejich cílem je vytvořit co nejširší a co nejhlubší informační základnu pro podporu praktického managementu nebo vědecko-výzkumné činnosti. Nezbytnou komponentou jsou počítačově orientované systémy podporující správu rozsáhlých informačních skladů (geodatabází) a jejich analýzu pro operativní poskytování informací nezbytných v multikriteriálním a multitemporálním rozhodovacím procesu. Kritickým místem systému jsou potom kontrolní mechanismy poskytující zpětnou vazbu mezi zpracovávanými daty a přesností odhadu plánovaného rozhodnutí, promítnutými do ekonomických ukazatelů.
Precizní lesnictví však nemusí nutně znamenat, že všechny operace jsou podporovány počítačovými systémy. Zejména místně specifické lesnicko-hospodářské zásahy vykazují řadu dobrých ekonomických ukazatelů, aniž by musely být automatizovány nebo počítačově modelovány. Vždy je však nutné zohlednit minimální plánovací jednotku, neboť efektivnost procesů se liší v pohledu od jednotlivých stromů, přes porosty až po lesní hospodářské celky, a to jak vzhledem ke škále biotických, tak i abiotických faktorů v lesních ekosystémech.
Komplexněji pojaté definice chápou precizní lesnictví jako koordinaci a řízení biofyzikálních, technických a administra-tivních procesů primární produkce pomocí poloautomatických a automatických řídicích systémů, tak aby byla udržitelná prostorovo-časová variabilita produktů a slu-žeb ekosystémů (výstupy), hospodářských opatření (vstupy), a stanovištních podmínek i za vlivu disturbancí při maximalizaci biologické a technické efektivity systému a minimalizaci vlivů na životní prostředí.

Komponenty geoinformačních technologií
Od samého počátku je precizní lesnictví provázeno pochybnostmi a vlnou kritiky. Mnoho autorů poukazuje na jeho reálný obsah a smysl, neboť je v současné době příliš technologicky zaměřené. Často se také objevuje kritika ve smyslu nepochopení termínu „přesné“ či „precizní“. Tyto výhrady lze vysvětlit inženýrskou perspektivou koncepce adaptabilního obhospodařování ekosystémů. Přesnost zde není chápána jako správnost či preciznost v malých měřítcích, ale jako efektivní koordinace a řízení procesů v rozdílných prostorovo-časových škálách, často mimo tradiční lesnické, praxí ověřené, technologické postupy. Potenciálem precizního lesnictví je tedy změna, rozšíření a průnik prostorovo-časových měřítek adaptabilního obhospodařování lesů, ze kterého vyplývá komplexní uplatnění geoinformatiky v podobě dat, informací, nástrojů a rozhodování (viz schéma).
Hlavními komponentami geoinformačních technologií (GIT) v precizním lesnictví jsou geografické informační systémy (GIS), dálkový průzkum Země (DPZ) a globální navigační družicové systémy (GPS). GIS je dnes interaktivní technický nástroj s analytickými možnostmi pro mnoho oborových uživatelů s prostorovým uvažováním a změnil historické paradigma chápání prostorové informace z pouhé evidence prostorových jevů na prostorové modelování. Z DPZ je získávána většina prostorových dat pro GIS a to buď z leteckých, nebo z družicových nosičů. Klasickými produkty v této oblasti jsou ortofotosnímky, jak v barevném, tak v infračerveném spektru (viz obrázek 1) a v poslední době jsou to také data leteckého laserového skenování (viz obrázek 2). Možnosti DPZ při monitoringu lesních porostů jsou však podstatně širší, z aktivních systémů jsou to ještě radarová data a v pasivní oblasti data termální nebo dnes již hyperspektrální snímky (snímky obsahující až stovky úzce vymezených spektrálních pásem). Globální navigace pomocí GPS je standardní součástí mobilních GIS a slouží zejména k logistickým účelům. V součas-nosti lze využít dva systémy, stejnojmenný americký GPS-NAVSTAR a ruský GLONASS, neboť evropský systém GALILEO je stále ve výstavbě.

Využití geoinformatiky v precizním lesnictví
Uplatnění GIT v precizním lesnictví má v podstatě dva základní směry. Prvním je mapování, které zahrnuje geoexplorativní technologie a druhým je modelování, které je možné si představit jako zpracování/analýzu geodat. Dnešní multimediální mapování je postaveno na GPS a mobilním GIS; distribučním kanálem je stále více webové prostředí mapových služeb a apli-kací, které se stalo masovou záležitostí od poloviny prvního desetiletí 21. století. Současné směřování a trendy uplatňují v plné míře koncepty rozšířené reality a virtuální reality. Analýza dat a mode-lování umožňuje vytvářet měřítkově závislé a adaptabilní multiagentní systémy, které získané informace přetvářejí do znalostní báze. Problémem těchto systémů se tak paradoxně stává management často obrovského množství geodat, která exponenciálně narůstají a s tím související tlak na jejich popis (metadata). Do popředí se tak dostávají geoportály, na kterých je možné nejprve data najít, vytřídit a předzpracovat pro konkrétní model a poté se teprve zabývat modelem samotným a jeho řízením jakosti.
Uplatnění GIT v precizním lesnictví lze v první řadě spatřovat v oblasti inventarizací, které poskytují geodata o objektech, jejich charakteristikách a podmínkách pro následné mapování a také pro prostorové a atributové dotazování. Další oblastí je hospodářsko-úpravnické plánování, kde je cílem budování a aktualizace znalostní báze o ekosystémových potenciálech a funkcích. GIS v lesnictví má v tomto ohledu dlouhou tradici, která vyústila v řadu specifických řešení pro mobilní sběr jak provozních, tak výzkumných dat. Tato data umožňují provádět celou řadu analytických operací a modelování od typických úloh lesnického managementu až po krizové řízení. Významně se zde projevuje také temporální charakter dat a měřítko modelování. Výsledný model je vždy jen generalizací reality a jeho možnosti (limity) musejí být součástí jeho metadat.
Mezi klasické aplikace dnes patří klasifikace barevných infračervených snímků, na kterých můžeme rozlišit jehličnaté a listnaté dřeviny a jejich zdravotní stav nebo plochu korun a zakmenění. Pomocí objektové klasifikace a hyperspektrálních dat lze do určité míry identifikovat také druhy dřevin a pokud tato obrazová data doplníme o data laserového skenování, je možné zjišťovat některé dendrometrické parametry, primárně výšku. Pomocí korelačních vztahů můžeme dále dopočítat výčetní tloušťky a následně zásoby dřevin. Dosahovaná přesnost však závisí na mnoha parametrech a je nutné aplikace optimalizovat podle způsobu uplatnění získaných informací. Takto interpretovaná data lze poté využít v adaptabilních modelech, které mohou podporovat procesy hospodářsko-úpravnického plánování. Výsled-kem mohou být provozně uplatnitelné multikriteriální modely, které řeší například problematiku šetrných přibližovacích technologií, optimalizaci lesní dopravní sítě nebo modely, které prostorově kvantifikují abiotická rizika působící na lesní porosty.

Autor:
Ing. Martin Klimánek, Ph.D.
Mendelova univerzita v Brně,
Ústav geoinformačních technologií
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.