Ing. Lena Halounová, CSc.
Laboratoř DPZ,
Fakulta stavební, ČVUT Praha
Thákurova 7
166 29 Praha 6
E - mail: halounov@fsv.cvut.cz
The Czech Republic owns a large and detailed forest database. History of the database is quite long longer than personal computer history. Data collection was performed in several-year-cycles by forest specialists who passed through forest areas and collected a wide range of forest data (age, height types, forest substand, etc.) Existing aerial orthophotos made in two time levels in 1999 and 2001 for the whole country allowed to set up a pilot project, now only for B(W photos, later for color aerial photos. This project tests easiest possibilities for texture classification of the photos to answer a certain part of data creating the database volume. The project is a combination of existing database data in the GIS form and the texture classification of aerial photos in two selected areas in Moravia. The goal of the project is to define which data necessary for the database can be automatically derived from aerial photos and how. The optimal methodology will be applied to regular and more often classification of all forests in the country, including private forests. The classification is processed in eCognition and uses both texture classification and theme maps implementation into the analysis.
The analysis itself consists of several step classification. The first step is dedicated to forest determination. The second one comprises detailed classification where single classes means forest stand sorts, space deforestation, single trees deforestation, reforestation etc., All these classes are defined according to database types. Their texture characters will allow to analyze also areas where data are not available or wrong. Results of the project will serve the state administration to perform regular control of forest state, of forest maintenance or illegal activities in forest areas. The project is financed by the Ministry of agriculture, supported by the Forest Institute in Brandys n. L. (UHUL) and by responsible officers of the region and local forest admininstration. Test verification will be performed in May 2003.
Česká republika reprezentovaná Ústavem pro hospodářskou úpravu lesa vlastní rozsáhlou a velice podrobnou databázi. Historie této databáze je poměrně dlouhá, delší než je historie osobních počítačů. Sběr dat pro ni je prováděn v několikaletých cyklech taxátory, kteří svůj úsek procházejí a sbírají velice rozsáhlý výčet lesnických údajů (věk, výšku, druh, podrost atd.) Existující letecké snímky vyhotovené v letech 1999 a 2001 pro celé území republiky umožnily nastartovat projekt nyní pro ČB snímky, později pro barevné. Projekt si klade za cíl nalézt nejvhodnější způsob klasifikace snímků, aby bylo možno je použít pro vstup do této databáze. Projekt je tedy kombinací existujících databázových dat v GIS podobě a texturální klasifikace leteckých snímků ve dvou vybraných oblastech na Moravě. Cílem projektu je definovat, která data nutná pro databázi mohou být automaticky odvozena z leteckých snímků a jak. Optimálně navržená metodika bude používána k pravidelným klasifikacím všech lesních ploch v zemi, včetně lesů soukromých. Klasifikace je zpracovávána v software eCognition a využívá jak mapových podkladů, tak tématických map.
Vlastní analýza se skládá z několika kroků klasifikace. První krok je věnován určení lesa. Druhý obsahuje podrobnou klasifikaci, kde jednotlivé třídy znamenají třídy lesního porostu, plošné odlesnění, odlesnění jednotlivými stromy, nové zalesnění atd. Všechny tyto třídy jsou definovány s ohledem na databázi. Texturální vlastnosti umožní analyzovat také oblasti, kde data nejsou k dipozici nebo jsou chybná. Výsledky projektu budou sloužit pracovníkům státní správy, aby mohla snáze provádět pravidelnou kontrolu stavu lesa, udržování lesa, nebo nepovolených aktivit v lesních oblastech. Projekt je hrazen Ministerstvem zemědělství, podporuje jej ÚHÚL a pracovníci na okresním a krajském úřadě v Bruntále a Ostravě. Verifikace výsledků bude provedena v květnu 2003.
Od letošního roku do listopadu 2003 probíhá projekt zaměřený na vyhodnocení černobílých leteckých ortofoto snímků pro Ministerstvo zemědělství. Tento projekt je odlišný ve srovnání s mnoha jinými projekty, protože již ve svém začátku se na jeho úspěchu podílejí jak Ministerstvo zemědělství jako jeho iniciátor, tak Ústav pro hospodářskou úpravu lesa a to včetně pracovníků v oblastní správě, kteří poskytli svá data a letecké ortofoto snímky vybrané oblasti, pracovníci závodu Janovice Lesů České republiky i představitelé koncového uživatele, krajského úřadu v Ostravě. Vzájemná spolupráce všech těchto členů se již na samém počátku ukázala jako nesmírně užitečná. Setkání uskutečněné při zahájení projektu na podzim roku 2002 posloužilo k vyjasnění drobných nesrovnalostí, které byly jednotlivými účastníky důkladně rozebrány a upřesněny. To samo ukázalo, jak významnou je spolupráce jednotlivých stran pro výsledný budoucí úspěch projektu, tedy pro návrh vhodné metodiky pro určování některých údajů důležitých pro pracovníky samosprávy pro usnadnění řešení jejich úkolů ve sféře správy lesních oblastí v celé České republice. V projektu jsou definovány úkoly, kterým má být v průběhu projektu věnována pozornost. Projekt je rozdělen do tří etap. První etapa končila 15. listopadu roku 2002. Další etapa končí v červnu roku 2003 a poslední pak v listopadu roku 2003.
Projekt je pilotním projektem, který by měl poskytnout možné způsoby řešení vytypovaných problémů a navrhnout nejvhodnější, který bude poté používán opakovaně a rutinně v budoucnu pro území celé republiky v tříletých intervalech.
Projekt je v současné době zaměřen na černobílé letecké snímky, protože v současné době neexistuje vrstva barevných leteckých ortofot pro celou republiku. První bude k dispozici v příštím roce u firmy Geodis Brno.
První etapa projektu obsahuje tyto úlohy:
Tento seznam úloh řešení byl jedním z bodů. který byl důkladně objasněn a definován při setkání všech účastníků projektu, kde byly odsouhlaseny koncové výstupy projektu.
Pro celý projekt jsou k dispozici černobílé letecké ortofoto snímky z let 1999 a 2001. Rozlišovací schopnost těchto snímků je 50 cm. Plocha snímků z roku 2001 je podstatně větší než snímků z roku 2001. Důležitým podkladem byla data ÚHÚL MS SQL - data LHPO (data Lesního hospodářského plánu), která jsou neocenitelným podkladem pro tyto i následující kroky řešení.
Pro detekci holin byly do této etapy zkoušeny dva způsoby. První z nich byla metoda tzv. prahování, kdy jsou pro řešení použita data z jedné časové úrovně a hledané plochy jsou určovány pouze na základě své radiometrické hodnoty (hodnoty stupně šedi v pixelu). Tato metoda vyžaduje použít překryv pomocí dat LHPO, která vyloučí plochy nelesní, tedy plochy, jenž nejsou v oblasti zájmu řešení, ale obsahují obdobné nebo stejné hodnoty v pixelech. Obdobný problém se vyskytl i v lesních plochách, kdy ne všechna vybraná místa jsou skutečně plochami bez lesního porostu.
Z tohoto důvodu byla zvolena další metoda a tou je řešení, které používá snímky ze dvou časových úrovní, a řeší tudíž pouze nově vzniklé holiny mezi oběma časovými obdobími. Toto řešení ale plně odpovídá požadovanému bodu zadání. Je to metoda velice rychlá a jednoduchá, kdy je od snímku novějšího odečten snímek starší. Světlá místa na výsledném kanále pak jsou lokalitami, kde na novějším snímku je plocha světlejší než na starším snímku, což je právě případ nově vzniklých holin. Objevují se zde ovšem i další menší plochy v rámci lesních ploch, které jsou důsledkem odlišného sklonu snímání v těchto plochách, koruny stromů, jsou tedy na obou snímcích orientovány odlišně a nasvícené části se plošně přesně neshodují. Tuto "chybu" je nutno odstranit filtrací obrazu, což v případě software Image Analyst je možné provést v rámci dalšího kroku, a tím je převod rastru do vektoru, kdy jdou přímo definovány velikosti dílčích ploch (v počtech pixelů), které do vektoru převáděny nejsou.
Celé řešení se tedy po vytvoření ortofot skládá ze dvou kroků - rozdíl dvou snímků a převod rastru do vektoru, a to těch ploch, jejichž hodnota je v rozsahu 200 - 255 a jejichž plocha je větší než určitá minimální (cca 10 - 15).
Metodika řešení tohoto bodu byla projednána na setkání všech účastníků projektu a vychází z existence potřebných dat. Krajské organizace mají podklady ukazující schválená odlesnění ve své správě, to bylo důvodem, proč bylo rozhodnuto, že to budou právě oni, kteří převezmou pouze vyhodnocená místa holin, která porovnají se svými podklady, a zjistí, zda nově vzniklé holiny jsou shodné s podklady o udělených schváleních a tyto údaje vloží do databáze.
Tato úloha je doplňkem k úloze předcházející. Proto její koncové řešení opět přechází na orgány veřejné samosprávy jako koncového uživatel tohoto projektu.
Lesní plochy snímků jsou protkány řadou stezek a průseků. Součástí databázových podkladů jsou třídy GIS s těmito informacemi. Databáze obsahuje celkem 27 tříd popisujících různé typy komunikací a dalších pět typů průseků. Po zobrazení těchto tříd na monitoru, byly komunikace, které nejsou součástí žádné z těchto tříd zakresleny jako třída nová.
Pro další body projektu byla v programu eCognition řešena úloha určení počtu stromů. Pro vlastní řešení byl snímek rozdělen na menší, které mají sobě blízké průměty tvarů korun, tedy tvary, které jsou získány pod přibližně stejným úhlem pohledu. V tomto příspěvku budou ukázány dva případy, jeden úspěšný a jeden, který dosud k úspěšným řadit nelze a bude dále řešen.
Daný výřez byl podroben segmentaci (Multiresolution segmentation), přičemž velikost měřítka byla stanovena jako poměrně malá hodnota, rovná 7, kde podstatně větší váha byla dána tvaru než barvě. Pak byl segmentovaný snímek klasifikován pomocí funkce členství pro průměrnou hodnotu v pixelech do dvou tříd - světlý a tmavý les. Celkový počet dvou tříd odpovídal počtu stromů. Verifikace byla dosud provedena pouze kontrolou na monitoru srovnání s původním snímkem. Ověření v terénu bude provedeno v jarním období příštího roku.
Jiný výřez (s méně strmým úhlem pohledu) byl podroben obdobnému zpracování. Bylo volena velikost měřítka od hodnoty 10 po hodnotu 5. Pro hodnoty 6 - 10 byly výsledkem segmenty, jejichž velikost byla větší než je plocha průmětu stromu na snímku.Pro velikost měřítka rovnou 5 byla výsledná velikost naopak menší, než je jeden strom, což znamená, že nelze snadným způsobem počet stromů určit.
V současné době probíhá podrobný rozbor těchto možných situací a jejich řešení.
Projekt bude významným krokem pro využívání dat dálkového průzkumu Země ve sféře obnovy dat pro veřejnou správu v oblasti lesního hospodářství. V současné době jsou zpracovávanými snímky černobílé. Projekt si klade za cíl nalézt co nejrychlejší a nejjednodušší způsob řešení jednotlivých bodů. Dalšími body řešení bude metodika