Ing. Martin Klimánek
Ústav geodézie a fotogrammetrie
FLD MZLU v Brně
Zemědělská 3
613 00 Brno - Černá Pole
E - mail: klimanek@mendelu.cz
At Mendel University of Agriculture and Forestry Brno, geoanalytic and image processing system IDRISI has been used as a main tool for essential education of students in geospatial technologies since 1993. Raster oriented system IDRISI, in its 14th release (Kilimanjaro) is an innovative and functional geographic modeling technology that enables and supports environmental decision making for the real world. As a non-profit system IDRISI acquired a great many users all over the world. The software is supported by network of 15 IDRISI Resources Centers (IRC); they are situated in Argentina, Brazil, Chile, Czech Republic, Hungary, India, Italy, Morocco, Poland, Slovakia, South Africa, Spain, Switzerland, UK-Aberdeen and UK-Greenwich. IRC in Czech Republic has been established at Mendel University in 1997.
Since than, a lot of remote sensing and GIS data was created and interesting results of practical applications of geospatial technologies were acquired. Educational data concern mainly Mendel University forest enterprise called "Masaryk's Forest" (10 400 ha), situated north of Brno, that serves as a place of educational and practical training for students. Students obtain general theoretical and practical knowledge of geospatial technologies in "GIS fundamentals" course. At the beginning of practical exercises they familiarize themselves with various spatial data formats, data models and corresponding file structures, as well as with basic GIS functions. Students solve spatial problems using database queries, distance and context operators, cost distances and least-cost pathways, map algebra and database management system. Beside that they work individually on a complex project related to given territory of "Masaryk's Forest". At these specific territories they can demonstrate their skills and produce operative results. Digital land use map and digital terrain model (DTM) provide basic working data. Forest management maps and numeric data of the forest management plan are also available. Map of tree species composition optimized for a given vegetation zone according to altitude and aspect, model of flood caused by torrent precipitation, or design of new skidding track connected to forest road in a given forest stand, all these tasks represent typical practical outputs of individual student projects. Advanced students are introduced to remote sensing data processing, including multispectral data evaluation, vegetation indices, hard and soft classification methods, fuzzy sets, etc. They also learn advanced GIS analysis methods - multi-criteria and multi-objective evaluation, risk analysis, change and time series analysis, decision support methods and statistical modeling.
The problem of presentation and sharing of "Masaryk's Forest" digital spatial data has been fixed up by implementing web mapping services technology - MapServer of Minnesota University. URL of Mendel University Faculty of Forestry and Wood Technology MapServer is http://www-ldf.mendelu.cz/mapserv/krtiny/krtiny.html.
Geografický informační systém Idrisi ve své poslední verzi 14.0 (Kilimanjaro) patří k převážně rastrově orientovaným systémům, který velmi rychle a kvalitně reaguje na aktuální poznatky z oboru geoinformatiky. V roce 1997 bylo ustaveno regionální centrum (IDRISI Resource Center) v ČR a SR, toto centrum je společně administrováno Mendelovou zemědělskou a lesnickou univerzitou v Brně (MZLU v Brně) a Technickou univerzitou ve Zvolenu.
Již od roku 1996 je Idrisi využíváno k výuce předmětu "Základy GIS" na MZLU v Brně. Za tuto dobu vzniklo mnoho výsledků na poli prostorových analýz, jedná se zejména o řešení praktických úkolů na Školním lesním podniku "Masarykův les" Křtiny (ŠLP Křtiny), který je účelovým zařízením MZLU v Brně a slouží Fakultě lesnické a dřevařské (FLD) k zajišťování pedagogických, výzkumných, poloprovozních a ověřovacích úkolů. Studenti se v rámci výuky na jednotlivých cvičeních učí řešit úkoly prostorových analýz z oblasti distančních a kontextových operátorů a dále frikční vzdálenosti a metody "nejlevnějších" tras. Výuka je zakončena samostatným komplexním projektem, který je lokalizován na území ŠLP Křtiny a přináší konkrétní výsledky pro zadané území. Základními pracovními daty jsou mapy využití krajiny (landuse) a digitální model terénu (DMT). Z podkladů DMT jako výstupy existují informace o sklonitosti, expozici a délce svahů, odtokové poměry (následně erozní ohrožení území) a teplotní (či srážkové) mapy pro území ŠLP Křtiny. Pro plnohodnotnější práci s DMT byla do Idrisi importována zjednodušená mapa využití krajiny, vytvořená pro potřeby cvičení v programu Topol v roce 2002. Mezi praktické výstupy studentského projektu patří například optimalizace přibližovací trasy při soustřeďování dříví z lesních komplexů v návaznosti na stav cestní sítě, zjištění zaplaveného území při přívalových srážkách nebo při zvýšení hladiny ve vodoteči anebo optimalizace druhové skladby porostů v lesním vegetačním stupni (lvs) určeném zejména nadmořskou výškou a expozicí.
Závěrem je třeba zmínit, že v současné době je na naší fakultě provozován freewarový (Open Source) mapový server MapServer, který byl instalován firmou Help Service - Remote Sensing s.r.o. Na tomto serveru jsou umístěna nejdůležitější digitální prostorová data ze ŠLP Křtiny. Internetová adresa mapového serveru Fakulty lesnické a dřevařské MZLU v Brně je: http://www-ldf.mendelu.cz/mapserv/krtiny/krtiny.html.
Lesy je nutno chápat jako důležité životní, hospodářské a rekreační prostředí, proto je třeba zajistit jejich zachování a rozšiřování. Všechny lesy bez rozdílu stáří by měly být zdravé a musí splňovat podmínky přírodě blízkého hospodaření v návaznosti na principy trvale udržitelného hospodaření. K těmto principům patří zejména zvyšování ekologické stability, zachování genofondu a zlepšení produkčních i mimoprodukčních funkcí lesa.
Lesní hospodářství v České republice se díky rozloze lesů a přímému vlivu na životní prostředí musí potýkat s mnoha současnými problémy. Od počátku devadesátých let se sice snižuje přímá imisní zátěž lesních porostů a nižší je i množství kyselých spadů, ale depozice dusíku v posledních letech již neklesá, což souvisí se zvyšováním podílu jeho mobilních zdrojů (doprava). Stabilita lesních ekosystémů je narušena působením polutantů v minulosti a již relativně nízký podíl znečisťujících látek může vážně ohrozit vitalitu lesů. Silně se také na stavu lesů podílejí abiotické faktory v souvislosti s velmi diskutovanou možnou klimatickou změnou. Jedná se především o narušování lesních ekosystémů větrem, sněhem, námrazou, záplavami a suchem. V tomto směru nelze opomenout i biotické vlivy, zejména podkorní a listožravý hmyz, houbové choroby a myslivecké hospodaření se zvěří v přímé návaznosti na důsledky možné klimatické změny.
Tento stručný úvod v podstatě vystihuje nezbytnou nutnost výuky GIS jako vhodného pomocníka pro řešení současných problémů v lesním hospodářství. Pro budoucí lesnické odborníky absolvující naši fakultu je tedy znalost principů i praktických operací v geografických informačních systémech nezbytností.
Již od roku 1996 je geografický informační systém Idrisi využíván k výuce předmětu "Základy GIS" na Mendelově zemědělské a lesnické univerzitě v Brně (MZLU v Brně). Idrisi ve své poslední verzi 14.0 (Kilimanjaro) patří k převážně rastrově orientovaným systémům, který velmi rychle a kvalitně reaguje na aktuální poznatky z oboru geoinformatiky. Software je vyvíjen v Clark Labs (Clark University, Worcester MA, USA). V roce 1997 bylo ustaveno regionální centrum (IDRISI Resource Center - IRC) v ČR a SR, toto centrum je společně administrováno Mendelovou zemědělskou a lesnickou univerzitou v Brně a Technickou univerzitou ve Zvolenu. Za tuto dobu vzniklo mnoho výsledků na poli geoinformačních technologií, jedná se zejména o řešení praktických úkolů na Školním lesním podniku "Masarykův les" Křtiny (ŠLP Křtiny), který je účelovým zařízením MZLU v Brně a slouží Fakultě lesnické a dřevařské (FLD) k zajišťování pedagogických, výzkumných, poloprovozních a ověřovacích úkolů.
Obr. č. 1 Optimalizace přibližovací linky na základě místa těžby a terénních podmínek pro přibližování dříví z těžby, ŠLP Křtiny, software Idrisi. (click on image to see it in original resolution)
Studenti se v rámci výuky na jednotlivých cvičeních učí řešit základní úkoly z oboru GIS. Začíná se seznámením s dostupnými daty, jejich formáty a možnostmi. Dále se pokračuje úvodem do používaného programového vybavení. Praktické úkoly studenti plní v oblasti databázových dotazů, distančních a kontextových operátorů, frikčních vzdáleností a metody "nejlevnějších" tras, dále se jedná o úkoly z mapové algebry a práce s databázemi. Výuka je zakončena samostatným komplexním projektem, který je lokalizován na území ŠLP Křtiny a přináší konkrétní výsledky pro zadané území. Základními pracovními daty jsou mapy využití krajiny (landuse) a digitální model terénu (DMT). Mezi praktické výstupy studentského projektu patří například optimalizace přibližovací trasy při soustřeďování dříví z lesních komplexů v návaznosti na terénní podmínky a stav cestní sítě (viz obr. č. 1), zjištění zaplaveného území při přívalových srážkách nebo při zvýšení hladiny ve vodoteči, tvorba mapy potencionálních průměrných ročních teplot vzduchu v závislosti na nadmořské výšce a expozici svahů (viz obr. č. 2) anebo optimalizace druhové skladby porostů v lesním vegetačním stupni (lvs).
Obr. č. 2 Tvorba mapy potenciálních průměrných ročních teplot vzduchu na základě nadmořské výšky a expozice svahů, ŠLP Křtiny, software Idrisi. (click on image to see it in original resolution)
Velkým přínosem jsou i diplomové a disertační práce z oblasti ŠLP Křtiny. Jako příklad lze uvést diplomovou práci zpracovanou (mimo jiné) i v systému Idrisi v roce 2001, která se zabývala vytvořením digitálního modelu terénu pro celé území ŠLP Křtiny (cca 10.400 ha) a následnými analýzami tohoto modelu ve vztahu k lesnickým disciplínám. V současné době je k dispozici přesnější DMT z roku 2002, který vznikl na základě požadavku vyhotovení ortofotosnímků pro obnovu lesního hospodářské plánu (LHP) na ŠLP Křtiny pro další období platnosti (1.1.2003-31.12.2012). Z podkladů DMT jako výstupy existují informace o sklonitosti, expozici a délce svahů, odtokové poměry (následně erozní ohrožení území) a teplotní (či srážkové) mapy pro území ŠLP Křtiny.
Pro plnohodnotnější práci s DMT byla do Idrisi importována zjednodušená mapa využití krajiny (viz obr. č. 3), vytvořená v programu Topol v roce 2002. Tato mapa vznikla na podkladě hospodářských map ŠLP Křtiny, ortofotosnímků a Státních map odvozených (SMO) 1:5.000 pro cvičení z předmětu "Základy GIS" na FLD MZLU v Brně.
Číslo | Kategorie | Popis |
1. | Jehličnaté 1 | Monokultury SM nebo smíšené porosty s převahou SM |
2. | Jehličnaté 2 | JD nebo smíšené porosty (SM+BK+JD), ostatní jehl. (DG, MD) |
3. | Jehličnaté 3 | Monokultury BO nebo smíšené porosty s převahou BO |
4. | Listnaté 1 | Monokultury DB nebo smíšené porosty s převahou DB |
5. | Listnaté 2 | Monokultury BK nebo smíšené porosty s převahou BK |
6. | Listnaté 3 | Smíšené porosty ostatních listnatých dřevin (HB, LP, JV, BR) |
7. | Zástavba | Domy, haly průmyslových zón, vesnice, města |
8. | Voda | Řeky, potoky, rybníky, nádrže |
9. | Louky, pole | Zemědělská půda (pole, louky), zahrady |
10. | Komunikace | Silnice, vlakové tratě |
11. | Produktovody | Elektrovody (průsekem v lese), plynovody, vodovody |
12. | Lomy,zemníky | Lomy, zemníky, příp. skládky |
Tab. č. 1 Přehled kategorií mapy využití krajiny na ŠLP Křtiny
Základem se stala vektorizovaná hospodářská mapa ŠLP Křtiny. Informace o využití krajiny na ploše pozemků určených k plnění funkcí lesa byly získány z dat numerické části LHP a následně klasifikovány dle dřevin do 6 kategorií (3 jehličnaté a 3 listnaté kategorie, viz tab. č. 1). Ostatní plochy mimo les byly klasifikovány za využití ortofotosnímků a SMO 1:5.000 do dalších 6 kategorií (viz obr. č. 3).
Obr. č. 3 Výřez mapy využití krajiny s vrstvou základního rozdělení lesa (lesnická obrysová mapa), ŠLP Křtiny, software MapServer. (click on image to see it in original resolution)
V souvislosti s vývojem geoinformačních technologií je již delší dobu je na fakultě řešen problém prezentace a sdílení digitálních geografických dat jak v rovině horizontální, tedy mezi jednotlivými ústavy fakulty, tak v rovině vertikální, tedy mezi fakultou a studenty, případně veřejností. Jako velmi výhodné řešení se jevila instalace web technologie pro GIS aplikace. Základem se stal freewarový (Open Source) mapový server MapServer vyvíjený Univerzitou v Minesottě (USA) v rámci grantu NASA, který byl instalován firmou Help Service - Remote Sensing s.r.o. Důležitým znakem systému je, že dokáže číst data z více souřadných systémů a tím naráz zobrazovat jak vektorová, tak rastrová data pořízená například v systému S-42, S-JTSK nebo WGS-84.
V současné době jsou na mapovém serveru fakulty umístěna digitální geografická data ŠLP Křtiny, který je účelovým zařízením MZLU v Brně a slouží Fakultě lesnické a dřevařské k zajišťování pedagogických, výzkumných, poloprovozních a ověřovacích úkolů na ploše cca 10.400 ha. Mapový server ŠLP Křtiny, provozovaný na FLD MZLU v Brně je možné najít na internetové adrese: http://www-ldf.mendelu.cz/mapserv/krtiny/krtiny.html.
Obr. č. 4 Výřez šedotónového ortofota s vrstvou základního rozdělení lesa (lesnická obrysová mapa), ŠLP Křtiny, software MapServer. (click on image to see it in original resolution)
Konkrétně se jedná o šedotónová (8 bitová) a spektrozonální (24 bitová) ortofota (viz obr. č. 4) ve formátu TIFF, z roku 2001, která byla podkladem pro vyhotovení nového lesního hospodářského plánu (LHP) pro ŠLP Křtiny na období 2003-2012. Dále jsou zde umístěny hospodářské mapy pro LHP 1993-2002 ve formátu TIF a Státní mapy odvozené 1:5.000, (formát TIF), včetně kladu listů pro měřítko 1:5.000 ve formátu ShapeFile. Výškopisná data jsou zastoupena vrstevnicemi (základní a zesílené), ve formátu ShapeFile, ze Základní mapy 1:10.000 v intervalu 10 m (pro zpřesnění byla vkládána i vrstevnice s koncovou výškou 6 m). Dále je zde umístěn i digitální model reliéfu pro jehož vytvoření bylo využito takto nasnímaných vrstevnic a mapa využití krajiny (viz obr. č. 3). V nejbližší době budou na serveru umístěny historické snímky ŠLP (z roku 1927), vektorové vrstvy nového LHP a případně některá data z Oblastních plánů rozvoje lesů (OPRL) a také digitální výstupy z diplomových a disertačních prací týkajících se oblasti ŠLP Křtiny.