Delovni sklop 2: Daljinsko zaznavanje

Odgovorna oseba: Andrej Kobler

Udeležene inštitucije: GIS, ZRC-SAZU, ZGS.

Delovni sklop 2 bo prispeval k uresničitvi naslednjih ciljev:

preveriti uporabnost multispektralnih posnetkov gozdov za odkrivanje, spremljanje in prikazovanje žarišč podlubnikov ter prognoziranje razvoja žarišč podlubnikov in podajanje možnih ukrepov zoper prenamnožitev podlubnikov na podlagi analize multispektralnih posnetkov;
vzpostaviti sistem nadzora nad učinkovitostjo sanacije žarišč pri širjenju podlubnikov s pomočjo multispektralnih posnetkov;
izdelati študije uporabe multispektralnih kamer pri ugotavljanju zdravstvenega stanja dreves ter njihova primernost za samostojno uporabo v javni gozdarski službi, vključno s predvidenimi stroški.

Namen delovnega sklopa 2 je testirati in implementirati sistem spremljanja žarišč smrekovih in jelovih podlubnikov z daljinskim zaznavanjem na treh prostorskih ravneh od celotne Slovenije do gozdnega sestoja. Spremljanje žarišč podlubnikov z daljinskim zaznavanjem bo zajemal odkrivanje, spremljanje njihovega širjenja in prikazovanje žarišč, s prostorsko informacijo ter sledenjem v času pa bo hkrati predstavljal dopolnitev obstoječih metod nadzora, nudil bo podporo odločanju o možnih ukrepih za zajezitev prenamnožitve podlubnikov na smreki in jelki in dopolnil bo nadzor nad učinkovitostjo sanacije žarišč. Delovni sklop 2 bo komplementarno dopolnjeval rezultate delovnih sklopov 3 in 4. Z spremljanjem žarišč podlubnikov bomo potrjevali ali ovrgli predhodne modelne napovedi stopnje potencialne ogroženosti smreke in jelke na podlagi ekoloških dejavnikov, kar bo rezultat delovnega sklopa 3. Rezultati delovnega sklopa 2 bodo pripomogli k prostorsko bolj razločni opredelitvi predhodnih obvestil o razvoju podlubnikov, kar bo rezultat delovnega sklopa 4.

Aktivnost 2.1: Spremljanje žarišč smrekovih in jelovih podlubnikov s pomočjo satelitskih posnetkov

Odgovorna oseba: Andrej Kobler

Udeležene inštitucije: GIS, ZRC-SAZU

Cilj aktivnosti bo izdelati dva modela za zaznavanje žarišč podlubnikov in njihove sanacije na državni oziroma na regionalni ravni iz velikopovršinskih večspektralnih in hiperspektralnih satelitskih podatkov srednje do nizke prostorske ločljivosti (10–250 m), ki bosta v nadaljevanju lahko podlaga za izračun in za prikaz informacijskih slojev »Žarišča smrekovih in jelovih podlubnikov v Sloveniji« v samostojni interaktivni spletni aplikaciji na spletnem portalu za varstvu gozdov www.zdravgozd.si (Aktivnost 2.4). Na podlagi časovne serije MODIS bomo izdelali model za zaznavanje sanacije (poseka).

Vir podatkov za monitoring bodo posnetki satelitov MODIS in Sentinel-2. Ta satelita trenutno predstavljata najboljšo kombinacijo spektralne, časovne in prostorske ločljivosti, brezplačnih surovih podatkov, v primeru MODIS pa tudi že obstoječe dolžine časovne serije. Zaradi prisotnosti oblakov bo dejansko dosežena časovna ločljivost in s tem ažurnost zaznavanja žarišč slabša od teoretično možne časovne ločljivosti, ki znaša 1–2 dni pri MODIS in 5 dni pri Sentinel-2. Po podatkih ARSO za 1991–2006 delež oblačnih dni (nad 8/10) na primer v Kočevju med marcem in oktobrom znaša 16–44 % (povprečje 28 %). Zaradi učinka oblačnosti na ažurnost monitoringa (posebej pri Sentinel-2) in zaradi učinka relativno grobe prostorske ločljivosti na možnost zaznavanja posameznih napadenih dreves in majhnih do srednje velikih žarišč (posebej pri MODIS) bo satelitski monitoring predvsem namenjen proučitvi zmožnosti zaznavanja velikih žarišč in njihove sanacije (poseka) na državni in na regionalni ravni. Priprava satelitskih podatkov (geometrična, atmosferska in topografska korekcija, izdelava brezoblačnih kompozitov, mozaičenje) ter ekstrakcija statističnih povzetkov spektralnega odboja in vegetacijskih indeksov na ravni vzorčnih ploskev bo izvedena s procesno verigo STORM (VESOLJE-SI in ZRC-SAZU). Iz podatkov na ravni ploskev bomo za vsak satelit izdelali model za zaznavanje žarišč s povezavo s sočasnimi referenčnimi podatki iz terena. V primeru MODIS bodo to podatki javne gozdarske službe o preteklih sanitarnih sečnjah na ravni oddelkov/odsekov za vso Slovenijo, zato bo zaznavanje žarišč podlubnikov s podatki MODIS lahko implementirano za vso državo. V primeru Sentinel-2 bodo referenčne podatke predstavljali periodični terenski popisi dinamike napadov podlubnikov v teku vegetacijskih sezon 2017 in 2018 iz podatkovne zbirke xTi (evidenca poseka ZGS). Vzorec za Sentinel-2 bo zaradi relativno skromnih finančnih in logističnih zmogljivosti projekta omejen na dve GGE, zato bo monitoring stopnje napadenosti s podlubniki s podatki Sentinel-2 implementiran le za dve GGE.

Rezultati aktivnosti:

dva modela za zaznavanje prisotnosti žarišč in spremljanje dinamike razvoja (MODIS) oziroma stopnje napadenosti (Sentinel-2)
model za zaznavanje sanacije žarišč podlubnikov
podatki in vegetacijski produkti satelita MODIS za 1999–2019 in satelita Sentinel-2 za 2016–2019, za območje Slovenije (sprotna obdelava in dostava za spletno aplikacijo)

Aktivnost 2.2: Spremljanje žarišč podlubnikov z multikopterjem (dronom)

Odgovorna oseba: Andrej Kobler

Udeležena inštitucija: GIS (+ podizvajalec za snemanje)

Cilj aktivnosti je na študiji primerov ugotoviti uporabnost za javno gozdarsko službo razmeroma cenenega avtonomnega multikopterja (na primer 3D Robotics Solo), opremljenega z multispektralno kamero za vidni del in bližnji IR del svetlobnega spektra (na primer Parrot Sequoia), za lokalno periodično zaznavanje/spremljanje različnih faz napada podlubnikov na ravni drevesa ali gozdnega sestoja.

V času od marca do oktobra 2017 bomo na vzorčni ploskvi z multikopterjem periodično snemali digitalne RGB in NIR ortofotografije (DOF) smrekovih gozdnih sestojev v različnih fazah prizadetosti zaradi podlubnikov. Fotografije bodo zaradi boljše primerljivosti znotraj časovne serije in med vzorčnimi ploskvami barvno in svetlobno kalibrirane. Pogostost snemanja bo spremenljiva in bo večja v času hitrejših procesov napada podlubnikov. S sočasnim terenskim beleženjem stanja vsakega drevesa na vzorčnih ploskvah bomo omogočili analizo prepoznavnosti različnih faz napada podlubnikov iz podatkov multikopterja. Iz stereo fotografij izdelan oblak 3D točk krošenj bo podlaga za podrobno medsebojno razmejevanje krošenj, kar nam bo kasneje omogočilo analizo povezav na ravni drevesa. Terenske podatke o prizadetosti dreves bomo poskusili pojasniti tako s posameznimi slikovnimi kanali DOF kakor tudi s podatki izpeljanimi iz DOF kot so različni vegetacijski indeksi in teksturni indeksi. Preverili bomo povezanost strukture oblaka 3D točk krošenj s poškodovanostjo/osutostjo krošnje. Analizirali bomo vplive prostorske ločljivosti DOF, gostote oblaka 3D točk in seznama uporabljenih pojasnjevalnih podatkov na (1) točnost zaznavanja stopnje napada ter na (2) stroške monitoringa z multikopterjem. Izdelali bomo ocene stroškov monitoringa podlubnikov z multikopterjem pri različnih scenarijih (nakup drona in lastno snemanje in obdelava podatkov, najem storitve snemanja in lastna obdelava podatkov). Metodologija za kalibriranje modela za zaznavanje različnih faz napada podlubnikov na ravni drevesa ali gozdnega sestoja bo po koncu projekta lahko podlaga za razširitev veljavnosti modela iz omejene študije primerov na širok spekter različnih smrekovih in jelovih sestojev in s tem za praktično uporabnost v Javni gozdarski službi.

Rezultat aktivnosti:

Uporabnosti multikopterja za spremljanje žarišč smrekovih in jelovih podlubnikov (elaborat)

Aktivnost 2.3: Referenčni podatki iz terena

Odgovorna oseba: Andrej Kobler

Udeležene inštitucije: GIS, ZGS

Cilj aktivnosti je zbrati referenčne terenske podatke (1) za kalibracijo modela za prepoznavanje napadenosti z jelovimi in smrekovimi podlubniki na ravni države iz satelitskih podatkov Sentinel-2 ter (2) za analizo prepoznavnosti in modeliranje stopnje napadenosti dreves / sestoja iz DOF in 3D podatkov multikopterja.

Terenski vzorec (velikost, število in prostorski razpored vzorčnih ploskev) referenčnih podatkov za Sentinel-2 bomo določili na podlagi zahtev za podrobnost nomenklature (število razredov napadenosti) ter za točnost napovedovanja oziroma natančnost ocene. Vzorec bo zaradi relativno skromnih finančnih in logističnih zmogljivosti projekta omejen na dve GGE in bo temeljil na podatkih o evidenci poseka xTi (ZGS), dopolnjenih s koordinatami žarišč. Vzorec bo omejen na čiste smrekove ali jelove gozdove, potekal pa bo vzdolž gradientov razvojne faze, nadmorske višine in tal. Periodično bomo izvajali terenske popise napadov podlubnikov v teku vegetacijskih sezon 2017 in 2018. Pogostost popisovanja bo spremenljiva in bo večja v času hitrejših procesov napada podlubnikov.

Vzorec za analizo prepoznavnosti in modeliranje stopnje napadenosti iz podatkov multikopterja bo zaradi velikih stroškov dela omejen na eno čim bolj reprezentativno ploskev v čistem smrekovem sestoju. Ploskev bo izbrana pred pomladjo 2017 znotraj sestoja, kjer spomladi zagotovo lahko pričakujemo izbruh lubadarja. Vsa drevesa na ploskvi bomo dendrometrično popisali, oštevilčili in natančno locirali s tahimetrom. V dnevih snemanja z multikopterjem bomo za vsa drevesa popisali stopnjo prizadetosti z lubadarjem, pri čemer bomo v oceno vključili naslednje znake napada podlubnikov: prisotnost vhodnih odprtin, prisotnost črvine, prisotnost izhodnih odprtin, odstopanje skorje, barvo iglic in osip iglic. Pogostost popisovanja in snemanja bo spremenljiva in bo večja v času hitrejših procesov napada podlubnikov.

Rezultat aktivnosti:

Zbirka referenčnih podatkov za Sentinel-2
Zbirka referenčnih podatkov za multikopter)

Aktivnost 2.4: Spletna aplikacija

Odgovorna oseba: Nikica Ogris

Udeležena inštitucija: GIS

Pripravili bomo spletno interaktivno aplikacijo v okviru spletnega portala za varstvo gozdov (www.zdravgozd.si), ki bo implementirala modela za zaznavanje žarišč podlubnikov in model za zaznavanje sanacije žarišč podlubnikov, kar bo rezultat Aktivnosti 2.1. Satelitske posnetke MODIS in Sentinel-2 bomo shranjevali v prostorski podatkovni zbirki v formatu Microsoft SQL Server 2016 (raster katalog / mozaik). Za prikazovanje kart bomo uporabili spletne storitve ESRI ArcGIS Server 10.4. Spletno aplikacijo bomo razvili v programskem orodju Microsoft Visual Studio 2015 s pomočjo ESRI ArcGIS API for JavaScript 3.16 in Microsoft .NET Framework 4.6. Spletna aplikacija bo kompatibilna z vsemi najpogostejšimi spletnimi brskalniki kot so Internet Explorer, Chrome, Firefox in Safari. Pri zasnovi bomo sledili dobri praksi in izkušnjam, ki smo jih pridobili pri izdelavi spletne aplikacije VegX - Vegetacijski indeksi (https://www.zdravgozd.si/projekti/vegx/). Žarišča podlubnikov bomo iz posnetkov MODIS prikazovali v ločljivosti 500–1000 m, iz posnetkov Sentinel-2 pa v ločljivosti 50–100 m. Pripravili bomo tudi orodje za napredne uporabnike, s katerim bodo lahko pregledovali satelitske posnetke z izvorno ločljivostjo.

Za namene pregleda in vizualizacije posnetkov drona bomo pripravili posebno spletno interaktivno aplikacijo. Posnetke drona bomo lahko pregledovali v obliki časovnega zaporedja (animacije). Na voljo bodo naslednje vrste posnetkov drona: barvni DOF, infrardeči DOF, izračunana vegetacijska indeksa NDVI in EVI. Za izdelavo spletne aplikacije bomo uporabili enako tehnologijo kot za spletno interaktivno aplikacijo za zaznavanje žarišč in zaznavanje sanacije žarišč podlubnikov na podlagi satelitskih multispektralnih posnetkov.

Rezultat aktivnosti:

spletna interaktivna aplikacija za zaznavanje žarišč in zaznavanje sanacije žarišč podlubnikov na podlagi multispektralnih satelitskih posnetkov (A)
spletna interaktivna aplikacija za vizualizacijo multispektralnih posnetkov drona (B)