Geoinformatická podpora výzkumu ekologie lesa Tomáš Pelc Česká zemědělská univerzita, Fakulta životního prostředí, Katedra geoinformatiky a územního plánování, Aplikovaná ekologie e-mail:
[email protected]
Abstrakt Práce se zabývá použitím geoinformačních technologií při výzkumu lesních ekosystémů. Navrhuje metodiku výběru, měření a zpracování naměřených dat a poukazuje na možné problémy při měření pod lesním porostem a při zpracování naměřených dat. Pro výzkum byla použita technologie Field-Map v kombinaci se softwarem ArcMap. Ty jsou velmi dobrým spojením nástrojů GIS pro řešení velkého množství úloh nejen v ekologii lesa. Field-Map je flexibilním nástrojem pro počítačem podporovaný sběr dat v terénu se zaměřením na les a krajinu. ArcMap byl účinným nástrojem pro analýzu vybraného území a při zpracování již naměřených dat. Celkem bylo pro výzkum vygenerováno 100 bodů, z kterých bylo náhodně vybráno 17, z nichž 6 se nachází v přírodních rezervacích a zbytek v přilehlých hospodářských lesích. Tyto body jsou středy kruhových inventarizačních ploch, s poloměrem 12,62 m, tj. 500 m2. Na těchto plochách bylo provedeno zaměření polohy všech stojících stromů a změřeny či určeny jejich základní charakteristiky, např. druh, výška nebo průměr. Na vybraných plochách byly též zaznamenány korunové projekce. Abstract This thesis addresses the usage of the geoinformatic technologies in the research of the forest ecosystems. It proposes the methodology of choosing, measuring and processing the measured data and points out the possible problems connected with measuring in the forest stand and with the processing of the measured data. The research utilized the Field-Map technology together with the ArcMap software. These provide a very good combination of GIS tools for solving a large number of tasks concerning not only the forest ecology. The Field-Map is a flexible computer aided data collection tool for the fieldwork focused on forest and landscape. The ArcMap was an effective tool for analyzing the chosen area and for processing the measured data. 100 points were generated for the purpose of the research altogether. 17 of them were randomly chosen, 6 of which are situated in the natural reserve area, the remaining being part of the adjacent commercial forests. These points are the centres of the circular inventarisation sites with a diameter of 12.62 m, e.g. 500 m². On these sites location of all standing trees took place and all of their basic characteristics were measured or determined, for example their class, height and diameter. On chosen sites also crowns projections were recorded.
Klíčová slova Technologie Field-Map, ArcGIS, přírodní rezervace, hospodářský les, inventarizační plocha. Keywords Field-Map technologies, ArcGIS, natural reserve area, commercial forest, inventarisation sites. Formulace cílů práce Cílem práce je porovnat lesy hospodářské s lesy samovolně se vyvíjejícími. Dílčími cíli práce jsou: vytvoření metodiky pro výběr inventarizačních ploch, naměření konkrétních vybraných inventarizačních ploch, převod dat z Field-Map (IFER) do ArcMap a jejich grafické zpracování. Vstupní data Od Lesů ČR s.p. jsem si zapůjčil SHP vrstvu porostní mapy a tabulkovou část hospodářské knihy, oboje pro LZ Boubín – polesí Kubova Huť, Zátoň a Včelná. Konkrétně: vybraná alfanumerická data LHP – JPRL, plocha PSK, plocha etáže parciální a skutečná, věk etáže, zastoupení dřevin, plocha dřevin, ve formátu XML i DBF, porostní mapa ve formátu TIFF; vektory porostních skupin (SHP). Od ÚHUL jsem si zapůjčil vrstvu souboru lesních typů (SLT) ve formátu SHP, vrstva vrstevnic (SHP). NP Šumava mi poskytl bodovou vrstvu stávajících inventarizačních ploch (SHP). Použitý hardware Pro sběr dat: Laserový dálkoměr a sklonoměr (ForestPro) Digitální kompas (MapSTAR) Teréní počítač Hammerhead GPS SX Blue I. Garmin Oregon 300 Pro analýzu a zpracování dat: Fujitsu Simens Computers Intel® Core(TM) 2 Duo CPU 1.5 GHz 2046 MB RAM Použitý software Pro sběr dat: Field-Map (IFER), platforma Windows 2000 Pro zpracování dat: platforma Windows Vista™ Home premium, ArcGIS 9.3, Field-Map, Microsoft Exel 2003, CorelDraw 11
Postup zpracování a použité metody Nejprve byly zanalyzovány lesy Boubínské hornatiny tak, aby k daným inventarizačním plochám ležícím v přírodních rezervacích, náleželi plochy v hospodářských lesích, shodujících se v základních, vybraných atributech, tj. soubor lesních typů (dále SLT), nadmořská výška, věk a zastoupení dřevin. Po znormalizování databáze od LČR byly vybrány lesní porosty (polygony) v určité nadmořské výšce, s konkrétní druhovou skladbou a věkem; v mapě SLT jsem vybral jen určité lesní typy. Nakonec byl ze vzniklých vrstev udělán průnik. Po výběru odpovídajících polygonů v hospodářských lesích, bylo provedeno vygenerování 100 náhodných bodů (HawthsTools). U všech bodů se provedl Bufer 12.62 m (poloměr kruhové inventarizační plochy). Z těchto inventarizačních ploch byly vybrány ty, které leží celým obsahem v jednom porostu a na jednom SLT. Tak byla vytvořena vrstva bodů, kde bylo dále prováděno měření pomocí Technologie Field-Map. Po dohledání a zastaničení plochy se do předem připravené databáze Field-Map zaznamenala poloha všech stojících stromů, které měly průměr větší než 7 cm. U těchto stromů byla změřena výška, průměr v 1.3 m a další taxační veličiny (nasazení koruny, poškození, zlomy,…). Celkem bylo naměřeno 126 stromů na 7 plochách ve 3 přírodních rezervacích a 212 stromů v lesích hospodářských. Tato data se převedla do odpovídajícího formátu, zpracovávala se graficky v ArcMapu a byla slovně popsána. Databáze sloužila ještě k vytvoření tabulky poškození a grafu zastoupení. Výstupy projektu
metodika analýzy lesnických dat; konkrétní nasbíraná lesnická data; vizualizace 17 ploch v ArcGIS a popis těchto ploch; tabulky a grafy porovnávající taxačních veličiny a zastoupení v obou typech lesa; výpočet vybraných agregačních indexů u všech ploch.
Přínos a další využití výsledků projektu Plochy naměřené v přírodních rezervacích budou dále zpracována správou NP a CHKO Šumava. 12 nových inventarizačních ploch, které byly založeny, je možné v pravidelných několikaletých intervalech znova přeměřovat a zaznamenat tak vývoj těchto porostů, hospodářsky využívaných. Vzhledem k tomu, že na několika plochách byly změřeny i korunové projekce, jsou tyto plochy dále vhodné pro porovnání inventarizačních ploch s laserovými skeny a družicovými snímky.
V této práci jsem naznačil, že spojení technologie Field-Map a softwearu ArcGIS má velký potenciál při zkoumání a hodnocení lesních ekosystémů, mnoha skrytých možností nebylo využito. Pro další výzkumu doporučuji, dle stejné metodiky, sebrat dostatečné množství dat, aby mohl být výsledek průkazný. Tohoto cíle nebylo vzhledem k povaze práce a náročnosti měření dosaženo. Práce též obsahuje další náměty a připomínky k vyzkoušeným GIT. Přílohy
zastoupení jednotlivých SLT v Boubínské hornatině, tabulky kritických hodnot agregačních indexů, postup úpravy inventarizační plochy (obrázek), podkladová mapa s inventarizačními plochami ve FM, mapa ČR se zájmovým územím, celková porostní mapa Boubínské hornatiny, sestava Field-Map (soubor fotografií), fotografie z terénu.
Příloha č. 1: Zastoupení jednotlivých SLT v Lesích Boubínské hornatiny
SLT 0R 0Z 2L 3C 3J 3K 3L 3N 3Z 4A 4B 4C 4F 4H 4I 4K 4M 4N 4O 4P 4S 4V
plocha (ha) 175.47 9.04 2.80 6.06 5.65 6.22 2.86 1.79 0.26 12.57 3.54 48.11 7.93 0.50 5.82 811.39 33.45 74.36 5.14 24.21 64.85 13.90
SLT 4W 4Y 4Z 5A 5B 5C 5D 5F 5G 5H 5I 5J 5K 5L 5M 5N 5O 5P 5R 5S 5V 5Y
plocha (ha) 1.55 2.87 15.42 166.22 35.37 11.98 2.09 74.40 1.43 3.85 10.67 110.05 1637.32 24.24 73.62 332.50 30.62 7.06 23.39 401.48 102.41 32.34
SLT 5Z 6A 6B 6D 6F 6G 6H 6I 6J 6K 6L 6M 6N 6O 6P 6R 6S 6V 6Y 6Z 7B 7G
plocha (ha) 22.10 750.66 556.87 316.53 240.17 125.25 18.16 64.34 10.03 5662.11 71.23 146.25 919.20 193.54 59.96 81.82 2232.13 1507.80 131.18 11.33 47.48 466.37
SLT 7K 7M 7N 7O 7P 7R 7S 7T 7V 7Y 7Z 8G 8K 8N 8R 8S 8V 8Y 8Z 9R NE
plocha (ha) 1353.97 4.90 415.62 1015.56 335.61 119.66 919.79 37.19 592.36 89.41 0.71 0.18 65.80 30.75 3.21 5.41 0.25 10.26 1.72 16.92 293.60
Příloha č. 2a: Kritické hodnoty pro Clark – Evansův agregační index R PI I n ( )
n 2
0.999 5 0.036
3
0.176
4
0.205
5
0.293
6
0.342
7
0.391
8
0.428
9
0.461
10
0.490
11
0.513
12
0.536
13
0.555
14
0.572
15
0.588
16
0.602
17
0.614
18
0.627
19
0.637
20
0.648
22
0.665
24
0.681
26
0.695
28
0.707
30
0.717
35
0.740
40
0.759
45
0.774
50
0.786
60
0.807
70
0.822
0.99 9 0.05 1 0.21 1 0.24 4 0.33 2 0.38 2 0.42 8 0.46 5 0.49 7 0.52 5 0.54 8 0.56 9 0.58 7 0.60 3 0.61 8 0.63 2 0.64 2 0.65 4 0.66 4 0.67 4 0.69 1 0.70 5 0.71 8 0.72 9 0.73 9 0.76 0 0.77 8 0.79 2 0.80 3 0.82 3 0.83 7
0.99 5 0.11 5 0.32 3 0.36 5 0.44 6 0.49 5 0.53 6 0.56 8 0.59 5 0.61 9 0.63 9 0.65 7 0.67 1 0.68 5 0.69 7 0.70 9 0.71 8 0.72 7 0.73 5 0.74 3 0.75 6 0.76 8 0.77 8 0.78 7 0.79 5 0.81 2 0.82 6 0.83 7 0.84 6 0.86 1 0.87 3
0.99 0.16 3 0.38 9 0.43 5 0.50 8 0.55 5 0.59 2 0.62 2 0.64 6 0.66 8 0.68 5 0.70 1 0.71 4 0.72 6 0.73 7 0.74 7 0.75 5 0.76 3 0.77 0 0.77 7 0.78 9 0.79 9 0.80 8 0.81 6 0.82 3 0.83 8 0.85 0 0.85 9 0.86 7 0.88 0 0.89 0
0.97 5 0.26 3 0.50 0 0.54 8 0.60 7 0.64 8 0.67 9 0.70 3 0.72 4 0.74 1 0.75 5 0.76 7 0.77 8 0.78 8 0.79 6 0.80 4 0.81 1 0.81 7 0.82 3 0.82 8 0.83 7 0.84 5 0.85 2 0.85 8 0.86 4 0.87 6 0.88 5 0.89 2 0.89 8 0.90 8 0.91 6
0.95
0.05
0.37 8 0.60 8 0.65 4 0.69 9 0.73 2 0.75 7 0.77 6 0.79 2 0.80 5 0.81 6 0.82 6 0.83 5 0.84 2 0.84 8 0.85 4 0.85 9 0.86 4 0.86 8 0.87 2 0.87 9 0.88 5 0.89 1 0.89 5 0.89 9 0.90 8 0.91 5 0.92 0 0.92 5 0.93 2 0.93 8
2.65 1 2.23 7 1.96 2 1.82 5 1.72 9 1.65 8 1.60 3 1.55 9 1.52 3 1.49 3 1.46 7 1.44 5 1.42 5 1.40 8 1.39 3 1.37 9 1.36 6 1.35 4 1.34 4 1.32 5 1.30 9 1.29 5 1.28 3 1.27 2 1.24 9 1.23 1 1.21 6 1.20 4 1.18 4 1.16 9
0.02 5 2.82 9 2.43 4 2.10 1 1.94 0 1.82 6 1.74 4 1.68 1 1.63 1 1.59 0 1.55 6 1.52 7 1.50 2 1.48 0 1.46 0 1.44 3 1.42 7 1.41 3 1.40 0 1.38 8 1.36 7 1.34 9 1.33 3 1.31 9 1.30 7 1.28 1 1.26 0 1.24 4 1.23 0 1.20 8 1.19 1
0.01 3.04 4 2.65 1 2.27 3 2.07 3 1.93 7 1.84 1 1.76 9 1.71 3 1.66 6 1.62 8 1.59 6 1.56 7 1.54 2 1.52 0 1.50 1 1.48 3 1.46 7 1.45 3 1.43 9 1.41 5 1.39 4 1.37 7 1.36 1 1.34 7 1.31 8 1.29 5 1.27 6 1.26 0 1.23 5 1.21 6
0.00 5 3.13 8 2.78 7 2.40 0 2.16 1 2.01 1 1.90 6 1.82 8 1.76 7 1.71 8 1.67 7 1.64 1 1.61 0 1.58 4 1.56 0 1.53 9 1.52 0 1.50 3 1.48 8 1.47 3 1.44 7 1.42 5 1.40 6 1.38 9 1.37 4 1.34 2 1.31 8 1.29 8 1.28 0 1.25 4 1.23 3
0.00 1 3.21 3 3.03 1 2.67 0 2.33 5 2.15 7 2.03 6 1.94 6 1.87 8 1.82 2 1.77 3 1.73 5 1.69 8 1.66 8 1.64 1 1.61 9 1.59 6 1.57 7 1.55 9 1.54 3 1.51 3 1.48 8 1.46 5 1.44 7 1.42 9 1.39 3 1.36 6 1.34 2 1.32 3 1.29 1 1.26 8
0.000 5 3.223 3.087 2.773 2.397 2.210 2.084 1.990 1.919 1.861 1.810 1.771 1.733 1.700 1.673 1.649 1.625 1.605 1.586 1.569 1.538 1.512 1.488 1.469 1.450 1.413 1.384 1.360 1.339 1.306 1.282
80
0.835
90
0.845
10 0
0.853
0.84 8 0.85 8 0.86 5
0.88 2 0.88 9 0.89 5
0.89 8 0.90 4 0.90 9
0.92 2 0.92 7 0.93 1
0.94 2 0.94 6 0.94 9
1.15 7 1.14 7 1.13 9
1.17 7 1.16 6 1.15 7
1.20 1 1.18 8 1.17 8
1.21 7 1.20 3 1.19 2
1.24 9 1.23 4 1.22 1
1.262 1.246 1.233
Příloha č. 2b:Kritické hodnoty pro Pielou – Mountfordův agregační index a PI I n ( )
n 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 6 0 7 0
0.99 95 0.01 7 0.05 2 0.09 5 0.13 5 0.17 1 0.20 6 0.23 6 0.26 2 0.28 6 0.30 9 0.32 9 0.34 6 0.36 3 0.37 9 0.39 3 0.40 6 0.41 9 0.43 2 0.44 1 0.46 2 0.47 9 0.49 6 0.51 1 0.52 5 0.55 4 0.57 7 0.59 8 0.61 6 0.64 5 0.66 8
0.9 99 0.0 24 0.0 67 0.1 15 0.1 58 0.1 97 0.2 33 0.2 63 0.2 90 0.3 14 0.3 37 0.3 57 0.3 75 0.3 91 0.4 07 0.4 22 0.4 35 0.4 47 0.4 58 0.4 68 0.4 89 0.5 06 0.5 23 0.5 37 0.5 49 0.5 78 0.6 01 0.6 21 0.6 38 0.6 66 0.6 88
0.9 95 0.0 55 0.1 22 0.1 82 0.2 33 0.2 76 0.3 13 0.3 45 0.3 73 0.3 98 0.4 20 0.4 39 0.4 56 0.4 73 0.4 87 0.5 01 0.5 14 0.5 25 0.5 36 0.5 46 0.5 64 0.5 80 0.5 95 0.6 08 0.6 20 0.6 45 0.6 66 0.6 83 0.6 98 0.7 23 0.7 42
0.9 9 0.0 81 0.1 58 0.2 24 0.2 78 0.3 22 0.3 60 0.3 92 0.4 20 0.4 44 0.4 65 0.4 84 0.5 01 0.5 17 0.5 31 0.5 44 0.5 56 0.5 67 0.5 77 0.5 87 0.6 04 0.6 19 0.6 33 0.6 45 0.6 56 0.6 80 0.7 00 0.7 16 0.7 30 0.7 53 0.7 70
0.9 75 0.1 34 0.2 28 0.3 00 0.3 56 0.4 01 0.4 38 0.4 69 0.4 96 0.5 19 0.5 39 0.5 57 0.5 73 0.5 87 0.6 01 0.6 13 0.6 24 0.6 34 0.6 43 0.6 52 0.6 67 0.6 81 0.6 93 0.7 04 0.7 14 0.7 35 0.7 52 0.7 66 0.7 78 0.7 98 0.8 13
0.9 5 0.1 98 0.3 04 0.3 79 0.4 36 0.4 80 0.5 16 0.5 46 0.5 71 0.5 92 0.6 11 0.6 27 0.6 42 0.6 55 0.6 67 0.6 78 0.6 88 0.6 97 0.7 05 0.7 13 0.7 26 0.7 39 0.7 49 0.7 59 0.7 67 0.7 86 0.8 00 0.8 13 0.8 23 0.8 40 0.8 52
0.0 5 2.9 64 2.9 29 2.8 40 2.7 43 2.6 53 2.5 69 2.4 96 2.4 25 2.3 63 2.3 09 2.2 58 2.2 11 2.1 68 2.1 29 2.0 94 2.0 62 2.0 30 2.0 02 1.9 75 1.9 27 1.8 84 1.8 46 1.8 14 1.7 82 1.7 18 1.6 66 1.6 23 1.5 87 1.5 29 1.4 85
0.0 25 3.4 82 3.4 73 3.3 72 3.2 50 3.1 33 3.0 26 2.9 30 2.8 39 2.7 58 2.6 86 2.6 19 2.5 56 2.5 00 2.4 47 2.4 00 2.3 57 2.3 15 2.2 77 2.2 40 2.1 77 2.1 20 2.0 69 2.0 24 1.9 84 1.8 97 1.8 28 1.7 72 1.7 24 1.6 49 1.5 91
0.0 1 4.1 17 4.1 64 4.0 72 3.9 37 3.7 96 3.6 57 3.5 37 3.4 20 3.3 13 3.2 18 3.1 29 3.0 45 2.9 72 2.9 03 2.8 39 2.7 79 2.7 24 2.6 73 2.6 21 2.5 35 2.4 58 2.3 88 2.3 28 2.2 71 2.1 53 2.0 60 1.9 83 1.9 17 1.8 16 1.7 38
0.0 05 4.3 93 4.4 81 4.4 10 4.3 34 4.2 32 4.1 50 4.0 18 3.8 82 3.7 53 3.6 46 3.5 39 3.4 44 3.3 54 3.2 71 3.1 95 3.1 22 3.0 55 2.9 94 2.9 34 2.8 30 2.7 34 2.6 51 2.5 78 2.5 09 2.3 63 2.2 49 2.1 57 2.0 73 1.9 51 1.8 56
0.0 01 4.6 14 4.7 34 4.6 80 4.6 51 4.5 86 4.6 50 4.5 59 4.4 58 4.5 38 4.5 68 4.3 53 4.3 22 4.3 39 4.1 62 4.0 94 3.9 95 3.9 09 3.8 25 3.7 41 3.5 93 3.4 55 3.3 24 3.2 31 3.1 28 2.9 19 2.7 47 2.6 12 2.4 86 2.3 04 2.1 67
0.00 05 4.64 2 4.76 5 4.71 4 4.69 1 4.63 0 4.71 2 4.62 6 4.52 9 4.65 0 4.72 0 4.48 1 4.48 3 4.58 9 4.37 0 4.35 7 4.32 8 4.27 2 4.24 0 4.12 3 3.95 5 3.78 2 3.65 1 3.54 7 3.42 4 3.18 7 2.98 9 2.83 5 2.68 7 2.48 2 2.32 1
8 0 9 0 1 0 0
0.68 7 0.70 3 0.71 7
0.7 07 0.7 22 0.7 34
0.7 58 0.7 71 0.7 83
0.7 85 0.7 97 0.8 07
0.8 26 0.8 36 0.8 45
0.8 63 0.8 71 0.8 79
1.4 49 1.4 20 1.3 95
1.5 45 1.5 07 1.4 76
1.6 77 1.6 27 1.5 85
1.7 83 1.7 23 1.6 72
2.0 61 1.9 75 1.8 99
2.19 8 2.09 7 2.00 8
Příloha č. 3: Postup úpravy zkusné plochy
Příloha č. 4: Podkladová mapa s inventarizačními plochami ve FM Data Colector
Příloha č. 5.: Pohledová mapa ČR se zájmovým územím
Příloha č. 6: Mapa Boubínské hornatiny (porostní, detail 2 PR, polohopis)
Příloha č. 7: Sestava Field-Map
Příloha č. 8: Fotky z terénu.
