Read 1593.pdf text version

VYUZITIE DIGITÁLNEJ FOTOGRAMETRIE V HÚL, UPLATNENIE VÝSLEDKOV V GIS.

Karol Sandorfi, ubos Halvo NLC-ÚLZI Zvolen, Sokolská 2, 960 92 Zvolen Abstrakt Dominantnými metódami pri tvorbe lesníckej digitálnej mapy a tematického státneho mapového diela s obsahom lesného hospodárstva sú v súcasnosti digitálna fotogrametria doplnená meraniami prostredníctvom globálnych navigacných satelitných systémov. Zavedenie týchto metód do praxe a ich alsí rýchly rozvoj priniesol zlepsenie presnosti a kvality ako aj viac mozností vyuzitia vstupných údajov, väcsiu operatívnos v krízových situáciách a v neposlednom rade znízenie nákladov. V súcasnosti narastá záujem vyuzitia materiálov spracovávaných digitálnou fotogrametriou aj v oblasti speciálnej lesníckej interpretácie. Získavame tak súcasne dôlezité prvotné údaje a presné geopriestorové informácie, ktoré alej vstupujú do informacných systémov a sú podkladom pre rozhodovanie a analýzy napr. v HÚL, ochrane zivotného prostredia at. Kúcové slová: lesnícke mapovanie, digitálna fotogrametria Abstract Simultaneity digital photogrammetry supported by measurement through global navigation of satellite systems are dominant methods of forest state mapping creation. Introducing these techniques to general practice and the following fast development have brought improvement of precision and value as well as more decision of enters data exploitation, better operational management in bad situations and at last retrenchment. At present, the interest in the utilization of products processed using digital photogrammetry has also been growing in the area of special forestry interpretation. The technology at the same time provides important primary data and accurate geospatial data uploaded into specific information systems. These data represent vital inputs for a multitude of different processes including decision-making and analyses results of which are widely used in forest planning, protection of the environment, etc.

Keywords: forestry mapping, digital photogrammetry

1. Úvod a rozbor problematiky Digitálna fotogrametria je hlavne vyuzívaná v lesníckom mapovaní, ktoré je súcasou tvorby lesných hospodárskych plánov (alej LHP) v rámci hospodárskej úpravy lesov (alej HÚL). V rámci Národného lesníckeho centra vo Zvolene ­ ústav lesných zdrojov a informatiky je hlavnou náplou odboru diakového prieskumu zeme a kartografie (alej ODPZK) zabezpeci fotogrametrické, geodetické, kartografické, tlaciarenské práce (tvorbu), správcovstvo, vydávanie a archiváciu tematického státneho mapového diela (alej TSMD) s obsahom lesného hospodárstva. Táto povinnos bola delimitovaná na základe právnych noriem rezortu geodézie a kartografie ako i lesného hospodárstva Ministerstvom pôdohospodárstva Slovenskej republiky ako orgánu státnej správy pre TSMD. Lesnícke mapy sú neodmyslitenou súcasou lesných hospodárskych plánov a pri ich tvorbe sa vzdy pouzívali dobe zodpovedajúce meracské metódy, postupy a prístroje. Vzhadom na charakter a nárocnos prostredia, v ktorom sa lesnícke mapovanie vykonáva najviac bola a je vyuzívaná letecká stereofotogrametria doplnená terestricky zameraným, na leteckých meracských snímkach (alej LMS), neviditeným detailom. Od roku 2004 sa pri tvorbe TSMD pouzíva digitálna stereofotogrametria a klasické terestrické meranie nahrádzajú metódy zalozené na globálnych navigacných satelitných systémoch (alej GNSS). V súvislosti s pouzívaním digitálnej fotogrametrie, ako dominantnej metódy v lesníckom mapovaní, stále diskutovanou otázkou zostáva problematika urcovania vlastníckych hraníc lesných pozemkov v rámci jednotiek priestorového rozdelenia lesa (ZÍHLAVNÍK,A. 2004, 2005) z pohadu presnosti lesníckeho a katastrálneho mapovania, keze pre lesnícke mapovanie v rámci TSMD je stanovená 5. trieda presnosti. Instrukcia na tvorbu Základnej mapy SR vekej mierky 984 211 I/94 (1993) zrusila túto triedu presnosti a dovouje vyhotovenie najviac do 4. triedy presnosti postupuje sa pri lesníckom mapovaní v zmysle STN 01 3410 Mapy vekých mierok ­ základné a úcelové mapy. V súcasnosti významnú úlohu coraz viac nadobúda interpretácia najmä infracervených, spektrozonálnych a multispektrálnych snímkok, ktoré sú v prípade pouzitia digitálnych senzorov súcasne zaznamenávané pri jednom lete. Vyuzívajú sa jednak pri identifikácii topografických prvkov ako aj na urcenie speciálnych lesníckych prvkov pre oblas tematického mapovania. Dosahuje sa tým univerzálne vyuzitie LMS nielen na získanie priestorových informácií pre mapovanie polohopisu prípadne výskopisu, ale aj na získanie informácií pre potreby HÚL ako aj alsie lesnícke cinnosti a ich implementáciu do geografických informacných systémov (alejGIS).

Obr. 1: Schéma procesov pri vyhotovení základnej lesníckej mapy s vyznacenými vstupnými a výstupnými údajmi

2. Experimentálny materiál a metodika spracovania 2.1. Digitálna fotogrametria Poda Terminologického slovníka geodézie, kartografie a katastra (1998) ,,digitálna fotogrametria je proces vyhodnotenia digitálneho obrazu v pocítaci bez udskej asistencie; digitálny obraz sa získava bu priamo digitálnou kamerou prípadne iným snímacom (primárna digitalizácia), alebo digitalizáciou snímky (sekundárna digitalizácia)". Digitálna fotogrametria nepouzíva speciálne fotogrametrické prístroje, ale spracovanie prebieha na pocítacoch ­ pracovných staniciach. Sú tu implementované známe algoritmy z klasickej fotogrametrie ako je triangulácia, snímková orientácia, ortoprojekcia a stereoskopické videnie, prinása vsak alsie moznosti ako napr. spracovanie obrazu. Vekým prínosom je hlavne, ze dáta spracované digitálnou fotogrametriou sa priamo môzu kombinova s mapami vo vektorovej alebo rastrovej podobe. alsí trend vývoja digitálnej fotogrametrie je zameraný na zlepsenie výsledkov automatizovaných pracovných úkonov ­ aerotriangulácia, automatická tvorba DMR, tvorba ortofotoproduktov (napr. ZÍHLAVNÍK,S.,2004, ZÍHLAVNÍK,S., CHUDÝ, KARDOS, 2005, 2007) a na vyriesenie automatickej vektorizácie jednotlivých mapovaných prvkov. Postupne môzeme konstatova aj nástup priameho zabezpecenia digitálnych LMS prostredníctvom digitálnych leteckých kamier do praxe, ktoré postupne nahradia klasické analógové kamery. Prínosy ako sú lepsia interpretabilita snímok, vyssia kvalita automatického vyhadávania spojovacích bodov pri automatickej aerotriangulácii, moznos snímkovania vo vekých mierkach i za zhorsených atmosferických podmienkach (pod oblacnosou, v ranných alebo podvecerných hodinách), lepsia citatenos snímok v tieoch a moznos súcasného vyhotovenia snímok ciernobielych, v prirodzených alebo farebne ­ infracervených farbách pri jednom lete (SÍMA 2007) eliminujú súcasné vyssie náklady oproti analógovým kamerám. Keze v digitálnej fotogrametrii nie je hlavným faktorom pre presnos mierka snímky, ale vekos obrazového prvku a základnicový pomer b:h môzeme predpoklada pri pouzití súcasných LMS stredných mierok dosiahnutie stvrtej triedy presnosti, ktorá je stanovená pre katastrálne mapovanie v extraviláne. Digitálna technológia sa do praxe lesníckeho mapovania zacala zavádza v roku 2001 ako náhrada morálne zastaralej analógovej fotogrametrie. Postupne sa dobudovala celá technologická linka a dnes sa celé lesnícke mapovanie výlucne vyhotovuje touto metódou. Schematicky proces tvorby základnej lesníckej mapy a alsích produktov, ktoré prechod na spracovanie digitálnou technológiou umoznil znázoruje obr.1. Lesnícke mapy sú súcasou lesných hospodárskych plánov, teda plán snímkovania urcujú lokality ich obnov, resp. lokality kde dochádza k predcasným obnovám alebo aktualizácii LHP z dôvodu mimoriadnych udalostí ako sú napr. kalamity väcsieho rozsahu. Samotné snímkovanie sa uskutocuje v rocnom predstihu a výsledkom sú LMS, ktoré sa alej spracovávajú do digitálnej podoby skenovaním na fotogrametrickom skeneri. Pri pouzití digitálnej kamery táto cas procesu nie je potrebná, vyhotovujú sa len podobne ako u analógových kamier kontaktné kópie pre klasifikáciu v teréne. Pri georeferencovaní LMS je potrebné zamera urcitý pocet vlicovacích bodov aj napriek tomu, ze uz je dnes standardom známa poloha a orientacné parametre snímok z GPS prijímaca a inerciálnej jednotky IMU nachádzajúcich sa na palube lietadla. Rekonstrukcia snímkového letu na základe GPS/IMU údajov je na obr. 2.

Obr. 2. Rekonstrukcia snímkového letu na základe GPS/IMU údajov v Google Earth Pre spracovanie automatickou aerotrianguláciou (alej AAT) je najvhodnejsím riesením vysignalizovanie vlicovacích bodov krátko pred snímkovaním. Výhodné je vyuzi existujúcu sie bodov státnej priestorovej siete (alej SPS), pri budovaní ktorej sa pocítalo aj s vyuzitím pre tieto úcely ­ stabilizácia skruzou a pouzitie signalizacnej fólie. V prípade dodatocnej potreby vlicovacích bodov sa zameriavajú objekty s prirodzenou signalizáciou ako napr. vodorovné dopravné znacenie, ktoré sú vsak dopredu vybraté v kancelárii po prezretí snímok. Vlicovacie body je takisto mozné prebera z predchádzajúcich spracovaní. Súradnice vlicovacích bodov, GPS/IMU údaje a blok LMS vstupujú do procesu spracovania AAT, ktorej výsledkom je fotogrametrický projekt. Tento je vyuzitý následne na samotnú vektorizáciu v 3D prostredí, tvorbu ortofotomáp poprípade na automatickú alebo manuálnu tvorbu digitálneho modelu terénu (alej DMT) resp. digitálneho modelu reliéfu (alej DMR). Treba vsak poveda, ze fotogrametrická tvorba DMT pod lesným porastom je vemi nárocná ak nie nemozná, pretoze snímkovanie vzhadom pre vyuzitie snímok na interpretacné úcely sa uskutocuje v plnom vegetacnom období. Vlastný DMR sa vyhotovuje len pri poziadavkách na vyssiu presnos ortofotomáp, standardne sa pouzíva DMR 3 grid 10 m x 10 m. Výrazný pokrok do tvorby georeliéfu prinása letecké skenovanie povrchu technológiou leteckého laserového skenovania (LIDAR), ktoré dovouje registrova niekoko odrazov laserového lúca (prvý sa týka povrchu vegetácie a stavieb, posledný georeliéfu). To umozuje konstruova automaticky digitálny model povrchu a s pouzitím speciálnych filtrov a s doplujúcimi manuálnymi zásahmi operátora poloautomaticky i digitálny model reliéfu. Tvorba georeliéfu

vsak prekracuje nápl lesníckeho mapovania, kde sa výskopis preberá zo základného mapového diela a vyuzíva ho hlavne k tvorbe ortofotomáp. Výsledné ortofotomapy majú standardné rozlísenie 0.5 m a sú poskytované taxátorom na orientáciu v teréne a hlavne slúzia ako prehadná pomôcka pri predbeznej kontrole a konfrontácii s terénnym setrením v kancelárii fotogrametricky predvyhodnotených zmien a situácie. Taxátor tak do LMS klasifikuje len situáciu, chybne vyhodnotenú a takú, ktorú nebolo v kancelárii mozno posúdi. ZLM sa tvorí, hlavne v casti mimo lesných pozemkov, z aktuálnych údajov základnej bázy údajov geografického informacného systému (alej ZBGIS), ktorý sa aktualizuje a dopa tematickým obsahom, co je plne v súlade s novou vyhláskou c. 300/2009, ktorou sa vykonáva zákon c. 215/1995 Z. z. o geodézii a kartografii. Kombinácia vektorových a rastrových dát umozuje súcastné zobrazenie starej ZLM, katastrálnej mapy, ortofotomáp a klasifikovanej LMS pri vyhodnotení v stereoskopickom zobrazení, ako to ukazuje obr. 3 co znacne uahcuje prácu operátora. Fotogrametricky vyhotovená ZLM sa nakoniec dopa terestrickými meraniami na LMS neviditeným detailom.

Obr. 3. Zobrazenie starej ZLM, katastrálnej mapy, ortofotomáp a klasifikovanej LMS pri vyhodnotení v stereoskopickom zobrazení v prostredí MicroStation a ImageStation Stereo Display Súcasná výpoctová technika umozuje aj vytváranie priestorového zobrazenia - 3D pohadov a 3D vizualizácií, ktoré sú kombináciou DMR, ortofotomáp a môzu by doplnené vektorovými dátami. Vzniká tak pre uzívatea moznos virtuálneho pohybu v reálnej krajine s priestorovým zobrazením pozadovaných informácií (hypsometria, polohopis, tematické mapy at.). Ukázka priestorového zobrazenia je na obr. 4.

V poslednom období s nástupom leteckých digitálnych kamier rastie význam a vyuzitie LMS pri interpretácii. Ide o urcenie speciálnych tematických informácií (zdravotný stav porastov, niektoré dendrometrické veliciny a. i.) pre jednotlivé lesnícke disciplíny. Digitálna forma snímok umozuje okrem vizuálnej metódy pouzitie aj automatických metód vyhodnotenia ako sú napr. spektrálna analýza, multiobrazová manipulácia a prahovanie. Jednoznacne môzeme konstatova a lesnícka prax to potvrdzuje, ze vyuzívanie metód fotogrametrie je pri lesníckom mapovaní najhospodárnejsou meracskou metódou a uahcuje nárocné geodetické práce a terénne setrenia najmä v horských oblastiach, neprístupných terénoch, miestach krátko po kalamitách a umozuje získavanie väcsieho mnozstva informácií, ktoré terénnym meraním a presetrovaním len azko alebo vôbec nemozno získa.

Obr. 4. Ukázka priestorového zobrazenia ­ 3D vizualizácia 3. Výsledky a diskusia Zdokonaovanie prístrojov geodetických a fotogrametrických metód, ich vysoká výkonnos pri stále nizsích obstarávacích cenách, vzájomná kompatibilita prinása zo sebou aj sekundárny rozvoj pri budovaní rôznych systémov, ktoré sú ahko dostupné a vyuzitené sirokému spektru uzívateov, co má za následok alsie znizovanie nákladov. Lesnícke mapovanie tak vyuzíva sie bodov SPS, sluzbu SKPOS pri meraniach GNSS, výsledky katastrálneho mapovania a ZBGIS. Z lesníckeho mapovania sa zase pre potreby ZBGIS vyuzívajú spracované fotogrametrické projekty. Po zosúladení katalógu objektov a prvkov lesníckeho mapovania zo ZBGIS by bolo mozné prebera výsledky lesníckeho mapovania v casti lesných pozemkov do tohto informacného systému. Keze sa pritom jedná o plochu viac ako

40% územia státu bol by tento prínos nezanedbatený aj po zohadnení skutocnosti, ze pre potreby lesníckeho mapovania sa systematicky kazdorocne snímkuje desatina územia. Na základe praktických meraní v lesníckom mapovaní a GIS môzeme konstatova nasledujúci prínos, ktorý sa objavili v súvislosti s vyuzitím digitálnej fotogrametrie. Je to: - spojenie problematiky urcovania polohy a výsky, vyuzitie metód trojrozmernej geodézie - kombinácia rôznych rastrových a vektorových údajov - lepsie moznosti topografickej a tematickej interpretácie - automatizácia procesov Mimo lesníckeho mapovania sú digitálna fotogrametria, LMS a z nich spracované ortofotoprodukty v HÚL zdrojom aktuálnych a presných geopriestorových údajov, ktoré môzu slúzi ako podklady pre objektívne zisovanie stavu lesa ako napr.: - posúdenie, hodnotenie a meranie okrajov lesa, ako novej veliciny dôlezitej z hadiska biodiverzity, funkcií krajiny a tvorby krajiny - zistenie výmery lesa na základe urcených kritérií (min. výmera, sírka, zápoj) nezávisle alebo závisle od iných údajov (stav katastra)- vyuzitie pri rýchlej poziadavke na zistenie stav, resp. zmenu stavu (odumieranie smrecín) - urcenie rastového alebo vývojového stupa na snímke, co umozuje stratifikáciu - rozclenenie územia na homogénne polygóny - jednotlivé stratá rovnakých rastových stupov - objektivizácia stanovenia struktúry lesných porastov - meranie plochy korunových projekcii - celoplosné identifikovanie drevín, ich sumarizácia, výpocty zastúpenia (poda rôznych kritérií z korunových projekcií, zásoby, ...) - z vyssie uvedeného vyplýva potenciál v mapovaní biotopov pri zisovaní niektorých definovaných poziadaviek na biotop - kvantifikácia leziaceho dreva v kalamitách - dajú sa mera jednotlivé hrúbky a dzky stromov, vypocíta objem, zisti spadnutú zásobu - hodnotenie straty asimilacných orgánov (alej SAO), poskodenie korún stromov Kombinácia digitálnych LMS a údajov z LIDARU prinása okrem jednoduchsej tvorby pravých (true) ortofotomáp moznos urcovania dendrometrických velicín lesných porastov. Výsledky výskumu z Nemecka uvádzajú, ze pri vyuzití horeuvedených údajov je mozné urci az 80% údajov zisovaných pri tvorba lesných hospodárskych plánov pri terénnom setrení. Dosahovanie vyssej triedy presnosti pri digitálnom fotogrametrickom vyhodnotení LMS pouzívaných pri tvorbe lesníckych máp môze racionálne vyriesi v súcasnosti aktuálny problém tzv. bielych plôch ­ pozemky porastené lesnými drevinami, ktoré nie sú vsak k registri C katastra nehnuteností uvedené ako lesný pozemok. Hoci tieto pozemky nie sú premetom HÚL, digitálna fotogrametria je nástrojom, ktorý môze pomôc pri ich prevode na lesné pozemky v súlade z legislatívnymi predpismi. 4. Záver Rýchly technologický a technický rozvoj v súcasnosti prinása pokrok aj do oblasti lesníckeho mapovania a HÚL. Je dobré, ze aj v týchto oblastiach sa vyuzívajú v praxi najnovsie technológie zo zodpovedajúcou technikou. Z hadiska tvorby a obnovy LDM a TSMD v rámci HÚL je dodrzaná presnos len pri vyhodnotení LMS digitálnou fotogrametriou. Rozlisovacia schopnos s LMS cenovo porovnatenými satelitnými snímkami neumozuje dostatocne presnú identifikáciu vsetkých objektov, ktoré sú predmetom lesníckeho mapovania a tým dosiahnu presnos stanovenú pre

TSMD. Situáciu vyhodnotenú môzeme povazova z hadiska mapovania ako presnejsiu skicu. Aj ke sú uz dnes k dispozícii materiály DPZ s rozlísením na úrovni 0.60 m pri posúdení financného hadiska, casovej, priestorovej dostupnosti a kvality pri zabezpecení materiálov DPZ a LMS zatia jednoznacne dominujú práve LMS spracovávané digitálnou fotogrametriou. Materiály DPZ sa vhodne dajú vyuzi najmä v oblasti tematickej interpretácie rozsiahlejsieho územia ako napr. sledovanie a posúdenia trendu vývoja zdravotného stavu smrekových porastov. Výsledky takejto interpretácie môzu by podkladom pre presné vyhodnotenie metódou digitálnej fotogrametrie, resp. metódami, ktoré spajú kritériá presnosti TSMD. Na záver môzeme konstatova, ze pri lesníckom mapovaní v blízkej budúcnosti budú ma hlavné postavenie priamo digitálnou kamerou získané digitálne LMS spracované metódou digitálnej fotogrametrie v kombinácii s meraniami GNSS. Oblas tematickej interpretácie rozsiruje moznosti vyuzívania týchto materiálov cím získavame priaznivý pomer medzi obstarávacími nákladmi a hodnotou informácií, ktoré poskytujú.

Literatúra 1. HRICKO, B., TUNÁK, D., ZÍHLAVNÍK S., 2004: Globálny polohový systém v lesníckom mapovaní. In. Aktuálne problémy lesníckeho mapovania, TU Zvolen, s. 41-50 2. HRICKO, B., ZÍHLAVNÍK S.,2003: Príspevok k problematike urcovania hraníc lesných pozemkov pomocou technológie GPS. Acta facultatis Forestalis Zvolen, XLV, s. 323-335 3. SÍMA J., 2007: Perspektivy digitálního leteckého micského snímkovaní území Ceské republiky. In Geodetický a kartografický obzor c. 7-8 4. ZÍHLAVNÍK ,A., 2004: Problematika priestorovej úpravy lesa v procese reprivatizácie lesov. In. Aktuálne problémy lesníckeho mapovania II. TU Zvolen, s. 122-128. 5. ZÍHLAVNÍK, A., 2005: Hospodárska úprava lesov. VS ucebnica. TU Zvolen, 388 s. 6. ZÍHLAVNÍK, S, 2004: Geodézia, fotogrametria a mapovanie v lesníctve, TU Zvolen, 388 s. 7. ZÍHLAVNÍK,S. ­ CHUDÝ,F. ­ KARDOS,M., 2005: Digitálna fotogrametria v lesníckom mapovaní, vedecké stúdie, TU Zvolen, 81 s. 8. ZÍHLAVNÍK,S. ­ CHUDÝ,F. ­ KARDOS,M., 2007: Utilization of digital photogrammetry in forestry mapping, Journal of Forest Science, 53, s. 222-230. 9. Terminologický slovník geodézie, kartografie a katastra (1998): Úrad geodézie, kartografie a katastra SR, Ceský úad zemmický a katastrální, 1.vydanie, Bratislava, 540 s. Príspevok vznikol v rámci riesenia vedeckého projektu VEGA MS SR a SAV c. 1/0560/09 s názvom ,,Racionalizácia lesníckeho mapovania".

Adresa autora: Ing. KAROL SANDORFI

Ústav lesných zdrojov a informatiky ­ Odbor diakového prieskumu Zeme a kartografie Národné lesnícke centrum Sokolská 2

960 52 Zvolen e-mail: [email protected]

Ing. Bc. UBOS HALVO

Ústav lesných zdrojov a informatiky ­ Odbor diakového prieskumu Zeme a kartografie Národné lesnícke centrum Sokolská 2 960 52 Zvolen e-mail: [email protected]

Information

Halvo

10 pages

Find more like this

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

543369