Czynniki POLSKIE kszta³tuj¹ce TOWARZYSTWO potrzeby inwentaryzacyjne INFORMACJI Lasów PRZESTRZENNEJ Pañstwowych ROCZNIKI GEOMATYKI 2008 TOM VI ZESZYT 8 81 CZYNNIKI KSZTA TUJ CE POTRZEBY INWENTARYZACYJNE LASÓW PAÑSTWOWYCH FACTORS DEFINING INVENTORY NEEDS IN STATE FORESTS Jerzy Mozgawa 1, Krzysztof Bêdkowski 1, Pawe³ Strzeliñski 2 1 Katedra Urz¹dzania Lasu, Geoatyki i Ekonoiki Leœnictwa, Wydzia³ Leœny Szko³a G³ówna Gospodarstwa Wiejskiego 2 Katedra Urz¹dzania Lasu, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu S³owa kluczowe: teledetekcja, radar, georadar, skaning nazieny, leœnictwo Keywords: reote sensing, radar, georadar, terrestrial laser scanning, forestry Wprowadzenie Geoatyka poaga w rozwi¹zywaniu dwojakiego rodzaju probleów przestrzennych w leœnictwie. Grupa pierwsza to probley poznawcze, ukierunkowane na zrozuienie funkcjonowania okreœlonych systeów, któryi s¹ zainteresowane nauki leœne. Dla tej grupy probleów znana technologia geoatyki zwiêksza skutecznoœæ badañ naukowych nad poznanie funkcjonowania okreœlonego systeu przyrodniczego, ekonoicznego lub technicznego. Druga grupa probleów to zagadnienia zarz¹dzania, w których dok³adnie i tanio przeprowadzona inwentaryzacja, z wykorzystanie wspó³czesnych narzêdzi geoatycznych, jest podstawowy kryteriu sprawnego dzia³ania. Zak³aday, e przediote zarz¹dzania bêd¹ uk³ady przestrzenne poznane wczeœniej w leœnych i œrodowiskowych badaniach naukowych. Grupa ta a aspekt praktyczny i jest przediote zainteresowania ró nych instytucji odpowiedzialnych za efektywne kszta³towaniu przestrzeni przyrodniczej kraju. Lasy Pañstwowe nale ¹ do takich instytucji. Lasy Pañstwowe (LP) s¹ zainteresowane geoatyk¹ jako narzêdzie wspoagaj¹cy rozwi¹zanie zarówno probleów poznawczych, jak i probleów zarz¹dzania. Zwracaj¹ siê od szeregu lat do œrodowiska naukowego z propozycj¹ rozpoznania przydatnoœci inwentaryzacyjnych pojawiaj¹cych siê nowych rozwi¹zañ sprzêtowych i prograowych w technologiach geoatyki. Foralnie odbywa siê to przez publiczne zg³oszenie raowych propozycji badañ naukowych. Raowe probley s¹ uszczegó³awiane przez zespo³y badawcze z uczelni, instytutów naukowych i fir geoatycznych zajuj¹cych siê tyi zagadnieniai. Uszczegó³owione propozycje s¹ przekazywane do Lasów Pañstwowych w celu podjêcia decyzji o ich finansowaniu.
82 Jerzy Mozgawa, Krzysztof Bêdkowski, Pawe³ Strzeliñski Œrodowisko obszarów leœnych posiada specyficzne warunki, ograniczaj¹ce wykorzystanie potencjalnych o liwoœci inwentaryzacyjnych nowych technologii geoatyki. Z tego wzglêdu wa na jest uiejêtnoœæ wyselekcjonowania najlepszego zestawu œrodków do inwentaryzacji i przetwarzania danych, które w pe³ni uwzglêdni¹ specyfikê tego œrodowiska. Wskazanie racjonalnego wyboru œrodków technicznych przy inwentaryzacji stanu lasu technikai teledetekcji i fotograetrii najpe³niej o e zagwarantowaæ wiedza ekspercka osób rozuiej¹cych zarówno probleatykê leœn¹ w zakresie potrzeb inwentaryzacyjnych, jak i specyfikê integracji danych teledetekcyjnych z innyi typai danych przestrzennych. Porównanie potrzeb inwentaryzacyjnych trwale zrównowa onej, wielofunkcyjnej gospodarki leœnej z potencjalnyi o liwoœciai teledetekcji wskazuje, e optyalny wybór œcie ki postêpowania podczas pozyskania i przetwarzania geoinforacji wyaga³by udzia³u ekspertów z trzech dzia³ów erytorycznych: leœnictwa (hodowla, u ytkowanie, ochrona, urz¹dzanie lasu), zg³aszaj¹cego potrzeby inwentaryzacyjne lasu wielofunkcyjnego, zainteresowanych rozwi¹zaniai technicznyi i inforacjai teledetekcji, znaj¹cych specyfikê œrodowiska obszarów leœnych, utrudniaj¹c¹ optyalne wykorzystanie technicznych i inforacyjnych aspektów teledetekcji. Ocenê przydatnoœci dla potrzeb nauk leœnych i zarz¹dzania w sferze leœnictwa pojawiaj¹cych siê nowych rozwi¹zañ w teledetekcji i fotograetrii najlepiej zrealizuj¹ interdyscyplinarne zespo³y naukowe sk³adaj¹ce siê z przedstawicieli ww. wyienionych trzech dzia³ów erytorycznych. W roku 2007 podstaw¹ foraln¹ do zg³oszenia uszczegó³owionej teatyki badawczej w zakresie zastosowañ teledetekcji w rozwi¹zywaniu zadañ LP by³a decyzja nr 90 Dyrektora Generalnego Lasów Pañstwowych z 19 wrzeœnia 2007 r. w sprawie ustalenia trybu wyboru wykonawców prac naukowo-badawczych w roku 2008 oraz za³¹cznik nr 1 do tej decyzji. Uwzglêdniaj¹c potrzebê dzia³ania w zespo³ach interdyscyplinarnych, utworzone zosta³y zespo³y badawcze sk³adaj¹ce siê z osób aktualnie zajuj¹cych siê badaniai nad zastosowaniai teledetekcji i fotograetrii w leœnictwie, sk³adaj¹ce siê z pracowników naukowych Szko³y G³ównej Gospodarstwa Wiejskiego, Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu i Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Eberswalde. W zespo³ach badawczych przewidywano równie udzia³ Biura Urz¹dzania Lasu i Geodezji Leœnej Oddzia³ Bia³ystok oraz wybranych fir geoatycznych, zajuj¹cych siê teledetekcj¹. Opracowanie przedstawia uszczegó³owione propozycje badañ dotycz¹ce teledetekcji i fotograetrii w trwale zrównowa onej, wielofunkcyjnej gospodarce leœnej, zg³oszone do LP w 2007 r. Zaproponowano podjêcie badañ w zakresie zastosowañ teledetekcji i fotograetrii w leœnictwie nad: zasadnoœci¹ wykorzystania dla celów leœnych satelitarnych i lotniczych zdjêæ radarowych, sposobai pozyskania i przetwarzania danych dla nuerycznych odeli powierzchni w przestrzeni przyrodniczej drzewostanu, zastosowanie nazienego skaningu laserowego w wielkoobszarowej inwentaryzacji stanu lasu i szacunkach brakarskich, ocen¹ o liwoœci wykorzystania technik georadarowych w leœnictwie, kierunkai wykorzystania urz¹dzeñ terowizyjnych, noktowizyjnych i sonarów do inwentaryzacji zwierz¹t.
Czynniki kszta³tuj¹ce potrzeby inwentaryzacyjne Lasów Pañstwowych 83 Powy sze propozycje zosta³y opracowane na podstawie zidentyfikowanych najwa niejszych kierunków badawczych wspó³czesnej teledetekcji lasu, koncentruj¹cych aktualnie uwagê na tzw. przestrzeni przyrodniczej drzewostanu oraz zastosowaniu technik teledetekcji do inwentaryzacji zwierz¹t zaieszkuj¹cych ekosystey leœne. Jedny z wyraÿnych trendów badawczych w zakresie teledetekcyjnej inwentaryzacji stanu i zian pojedynczych drzewostanów jest inwentaryzacja obiektów w przestrzeni ograniczonej dwoa powierzchniai, uieszczonyi w strefie ods³onecznej koron drzew i na powierzchni terenu. Teledetekcja i fotograetria koncentruj¹ uwagê zarówno na o liwie wierny odtworzeniu ukszta³towania powierzchni zaykaj¹cych przestrzeñ drzewostanu, jak i na próbach dotarcia do detali budowy wnêtrza drzewostanu. Uwaga zespo³ów badawczych skierowana jest na techniki skanowania laserowego lotniczego i nazienego, etody interferoetrii radarowej oraz o liwoœci pozyskania inforacji o wnêtrzu drzewostanów w spolaryzowany proieniowaniu radarowy. W przestrzeni przyrodniczej drzewostanu fragente najtrudniejszy do badania teledetekcyjnego by³a przestrzeñ zajowana przez systey korzeniowe drzew, krzewów i roœlinnoœci zielnej. Rozwi¹zania w technice georadarowej sugerowa³y rozpoznanie przydatnoœci tego narzêdzia teledetekcyjnego do analizy leœnego œrodowiska glebowego. W artykule przedstawiono przes³anki erytoryczne proponowanych teatów badawczych i wybrane eleenty raowej etodyki badañ. Badanie o liwoœci i okreœlenie zasadnoœci wykorzystania zdjêæ radarowych w ró nych dzia³ach leœnictwa Probleatyka oceny przydatnoœci w leœnictwie krajowy obrazów teledetekcyjnych, rejestrowanych w paœie ikrofalowy zosta³a uznana za priorytetowe zadanie naukowe teledetekcji lasu. Niezale noœæ obrazowania od warunków oœwietleniowych i pogodowych jest atrakcyjny czynnikie, który ka e poœwiêciæ tej technice szczególn¹ uwagê z punktu widzenia potrzeb inwentaryzacyjnych leœnictwa krajowego, w których okreœlony terin lub ryt czasowy rejestracji s¹ najwa niejszyi czynnikai decyduj¹cyi o praktycznej przydatnoœci techniki. Wykorzystanie obrazów radarowych do inwentaryzacji lasu jest przediote zainteresowania zagranicznych, interdyscyplinarnych zespo³ów badawczych co najniej od kilkunastu lat, jednak dotychczas prowadzone badania wykorzystywa³y obrazy radarowe o relatywnie niskiej rozdzielczoœci terenowej. Specyfika tego dzia³u teledetekcji lasu wynika zarówno z faktu wykorzystania proieniowania elektroagnetycznego z zakresu ikrofalowego, jak i ze wzglêdu na szczególne w³asnoœci obiektów zdalnego badania wyj¹tkowo ziennych strukturalnie ekosysteów leœnych. Dodatkowy ipulse do zbadania o liwoœci i okreœlenia zasadnoœci wykorzystania zdjêæ radarowych w ró nych dzia³ach leœnictwa by³o uieszczenie 15 czerwca 2007 r. na orbicie wysokorozdzielczego satelity radarowego TerraSAR-X, pracuj¹cego w krótkofalowy zakresie X (http://www.dlr.de). Wysoka jakoœæ obrazów wzbudzi³a zrozuia³e zainteresowanie œrodowisk zainteresowanych geoinforatyk¹. Zgodna jest opinia, e uruchoienie sys-
84 Jerzy Mozgawa, Krzysztof Bêdkowski, Pawe³ Strzeliñski teu a wyj¹tkowe znaczenie dla rozwoju teledetekcji œrodowiska, w ty teledetekcji obszarów leœnych. Maj¹c powy sze na uwadze i dodatkowo uwzglêdniaj¹c fakt, e syste a pracowaæ dla prograu GMES, badania w zakresie wykorzystania zdjêæ radarowych pozyskanych ty systee w ró nych dzia³ach leœnictwa znalaz³y siê jako priorytetowe w pakiecie propozycji badawczych dla potrzeb LP. Metodyka badañ zak³ada, e poszukiwanie sposobów optyalnego wykorzystania do celów leœnictwa obrazowania radarowego za punkt wyjœcia przyjuje fizyczne w³asnoœci proieniowania ikrofalowego i geoetryczne zasady rejestracji obrazów radarowych. Dobry przyk³ade wykorzystania danych radarowych w leœnictwie jest inwentaryzacja wysokoœci drzewostanu, która jest realizowana w teledetekcji ikrofalowej a trzea ró nyi etodai (Izzawati et al., 2006; Garestier et al., 2008). Pierwsza etoda polega na wykorzystaniu epiryczno-teoretycznych odeli s³u ¹cych do syulowania wstecznego rozpraszania przez roœlinnoœæ fali elektroagnetycznej (kana³u radarowego interferoetru o okreœlonej polaryzacji). Uieszczenie w odelu okreœlonej cechy biofizycznej lasu uo liwia wyznaczanie tej cechy poprzez inwersjê odelu. Uo liwia to wyznaczanie wysokoœci drzewostanu poprzez odele, wi¹ ¹ce dane interferoetryczne i polaryetryczno-interferoetryczne z gruboœci¹ rozpraszacza objêtoœciowego, uto saianego z poszukiwan¹ wysokoœci¹ lasu. Druga etoda polega na tworzeniu nuerycznych odeli warstwy koron i terenu na podstawie interferoetrycznych danych radarowych. Zjawisko s³abej penetracji proieniowania krótkofalowego kana³u X jest wykorzystywane do tworzenia odelu nuerycznego zbli onego do ods³onecznej warstwy koron. Silnie penetruj¹cy roœlinnoœæ kana³ L jest Ÿród³e inforacji do budowy nuerycznego odelu, zbli onego do powierzchni terenu. Z nuerycznego odelu ró nicowego wyznaczana jest wysokoœæ fragentów drzewostanu, zwykle poprawiana epirycznyi odelai regresji, tworzonyi na podstawie referencyjnych danych terenowych. W trzeciej etodzie wyznaczania wysokoœci drzewostanu przyjuje siê za³o enie, e odel nueryczny terenu niekoniecznie usi byæ wyznaczany teledetekcj¹ radarow¹. Alternatyw¹ dla interferoetrii radarowej jest na przyk³ad technika lotniczego skaningu laserowego. Dla wielu obszarów utworzone ju zosta³y odele nueryczne terenu. W tej sytuacji dane radarowe s¹ wykorzystywane tylko do tworzenia nuerycznych odeli koron. Wysokoœæ drzewostanu jest wyznaczana z odelu ró nicowego, uzyskanego na podstawie nuerycznego odelu warstwy koron (tworzonego z danych interferoetrycznych kana³u X) i terenu (wykorzystywany jest istniej¹cy odel nueryczny terenu, wyznaczony technikai nie nale ¹cyi do teledetekcji ikrofalowej). Dodatkow¹ przes³ank¹ wskazuj¹c¹ na celowoœæ zbadania o liwoœci i okreœlenie zasadnoœci wykorzystania zdjêæ radarowych w leœnictwie by³ fakt, e teledetekcja lasów w paœie ikrofalowy uo liwia uzyskanie wyj¹tkowo licznej wyiarowoœci obserwacji i licznych produktów przetworzeñ. Transforacje ró nie przetworzonych danych radarowych do fory najczêœciej u ywanych w leœnictwie nuerycznych ap teatycznych og¹ siê zate odbywaæ w technikach tworzenia kopozycji barwnych i ich interpretacji osobowej oraz w technikach koputerowej klasyfikacji obrazów.
Czynniki kszta³tuj¹ce potrzeby inwentaryzacyjne Lasów Pañstwowych 85 Najczêœciej u ywane produkty technik radarowych, potencjalnie o liwe do wykorzystania w inwentaryzacjach obszarów leœnych, to przede wszystki (Rowland i Balzter, 2007; Garestier et al., 2008): 1) odele wysokoœciowe terenu i ortofotoapy obrazów radarowych, 2) apy zniekszta³cenia powierzchni terenu (osiadania, osuwiska), 3) apy klêsk ywio³owych (powodzie, huragany, po ary), 4) apy wybranych cech struktury powierzchniowej lasu, w ty na przyk³ad: tworzone z danych interferoetrycznych apy wysokoœci fragentów drzewostanów, kopozycje barwne RGB tworzone ze sk³adowych, ró nicuj¹cych fragenty lasu pod wzglêde cech interferoetrycznych (stopnia koherencji) i w³asnoœci polaryzacyjnych obiektów œrodowiska leœnego. Kierunki rozwoju wysokorozdzielczych systeów radarowych i ich wykorzystania dla celów inwentaryzacji w leœnictwie obejuj¹ wszystkie wyró niane aktualnie pozioy obrazowania, a wiêc: 1) pozio lotniczy, który wyraÿnie zierza w kierunku wykorzystania idei interferoetrii radarowej z jednego przelotu radarowyi urz¹dzeniai wieloczêstotliwoœciowyi i wielopolaryzacyjnyi. Obrazowanie z bezza³ogowych statków powietrznych operuj¹cych w stratosferze (projekt PEGASUS www.pegasus4europe.co, wpisuj¹cy siê w potrzeby GMES i inicjatywê INSPIRE, przewiduje uruchoienie od 2009 r. na bezza³ogowy obiekcie lataj¹cy HALE-UAV radarowego systeu SAR w kanale X, obrazuj¹cego 4,5 k pas terenu z rozdzielczoœci¹ terenow¹ 2,5 ). 2) pozio satelitarny: do pracuj¹cego ju systeu TerraSAR-X projektuje siê do³¹czenie bliÿniaczego satelity TanDEM-X, co uo liwi utworzenie z takiej pary satelitów interferoetru (www.dlr.de), uruchoienie systeu 4 satelitów SAR-X Coso-Skyed (pierwszy satelita ju zosta³ uieszczony na orbicie w czerwcu 2007) (www.isprs.org), utworzenie systeu Interferoetric CartWheel, tworzonego z jednego aktywnego satelity SAR (TerraSAR-L), wspó³dzia³aj¹cego z 3 pasywnyi ikrosatelitai, stwarzaj¹cego w technice interferoetrii o liwoœæ generowania wysokoœciowych odeli nuerycznych powierzchni o wysokiej dok³adnoœci (http://ssc.cnes.fr), uruchoienie systeu Radarsat-2, o rozdzielczoœci 3 (www.radarsat2.info). Teledetekcja lasów w zakresie ikrofalowy perspektywicznie i po niezbêdnych badaniach epirycznych og³aby byæ wykorzystywana w krajowy leœnictwie zarówno jako autonoiczna etoda inwentaryzacyjna roziaru klêsk ywio³owych jak równie, po zintegrowaniu z danyi obrazowyi zakresu optycznego dane radarowe og³yby byæ wykorzystane dla celów urz¹dzania lasu. Zwraca szczególn¹ uwagê prostota i du e o liwoœci aplikacyjne kopozycji barwnych, tworzonych z ró nych produktów przetworzeñ radarowych poziou lotniczego i satelitarnego oraz ich wykorzystania do inwentaryzacji stanu i zian lasów. Ten sposób praktycznego wykorzystania wysoko rozdzielczych obrazów ikrofalowych poziou satelitarnego (TerraSAR-X, ALOS) dla celów inwentaryzacyjnych zosta³ zaproponowany do badania w pierwszej kolejnoœci. W zakresie radarów satelitarnych zaproponowano równie przeprowadzenie badañ epirycznych nad przydatnoœci¹ w leœnictwie wysokorozdzielczych satelitarnych zdjêæ radarowych pozyskanych w ró nych terinach oraz badanie ró nych sposobów przetwarzania
86 Jerzy Mozgawa, Krzysztof Bêdkowski, Pawe³ Strzeliñski danych w integracji z danyi terenowyi Systeu Inforatycznego Lasów Pañstwowych i Leœnej Mapy Nuerycznej. Dane interferoetryczne, pochodz¹ce z satelity TerraSAR-X i planowanego do uruchoienia satelity TanDEM-X, hipotetycznie og³yby byæ przydatne do tworzenia nuerycznych odeli warstwy koron. Badania nad sposobai pozyskania i przetwarzania danych dla nuerycznych odeli powierzchni w przestrzeni przyrodniczej drzewostanu Nueryczny odel terenu (NMT) oraz nueryczny odel pokrycia terenu (NMPT) s¹ wspó³czesnyi produktai geoatycznyi, które ju znajduj¹ zastosowanie w leœnictwie. Przyk³adowe obszary potencjalnych zastosowañ dotycz¹ ró norodnych aspektów gospodarki leœnej: urz¹dzanie lasu (taksacja lasu i inwentaryzacja zapasu wysokoœæ drzew i drzewostanów, sk³ad gatunkowy, zagêszczenie, segentacja koron, utrzyanie ³adu czasowego i przestrzennego planowanie ostêpów, ciêæ itp.), hodowla lasu (ikrozró nicowanie siedlisk, zrozowiska, aspekty fenologiczne na obszarach górskich), ochrona lasu, w ty ochrona przeciwpo arowa (lokalizacja wie przeciwpo arowych, dostrzegalni), u ytkowanie lasu (dostêpnoœæ terenu dla ró norodnych technologii pozyskania drewna, projektowanie szlaków zrywkowych), in ynieria leœna (optyalizacja sieci dróg leœnych, a³a retencja, zabudowa przeciwerozyjna, lokalizacja i stabilizacja osuwisk, ochrona przed lawinai itp), zagospodarowanie turystyczne (zastosowanie NMT i NMPT w proocji obiektów leœnych i planowaniu zagospodarowania turystycznego). Przedstawione powy ej pola potencjalnych zastosowañ NMT i NMPT by³y podstaw¹ do zaproponowanej raowej etodyki badañ. 1. Zakres badañ dotyczy szeroko rozuianych zastosowañ nuerycznego odelu terenu (NMT) oraz nuerycznego odelu pokrycia koron (to saego z NMPT) w LP, ze szczególny uwzglêdnienie inwentaryzacji zapasu drzewnego. 2. Niezbêdne jest uwzglêdnienie doœwiadczeñ wynikaj¹cych z realizacji zakoñczonych projektów badawczych 1, w których analizowano.in. o liwoœæ zastosowania w leœnictwie lotniczego i nazienego skanowania laserowego. 3. W badaniach uwzglêdnione bêd¹ wyniki prac terenowych oraz lotniczego skanowania laserowego i obrazy lotnicze znajduj¹ce siê w posiadaniu LP. 1 Wydzia³ Leœny SGGW realizowa³ projekt 2 P06L 02229 Zastosowanie lotniczego i nazienego skaningu laserowego w analizie struktury przestrzennej i funkcjonowania lasów w krajobrazie, finansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy szego (kier. dr hab. Krzysztof Bêdkowski). Uczestniczyli w ni pracownicy Wydzia³u Leœnego SGGW, AGH w Krakowie i Politechniki Warszawskiej (Bêdkowski i in., 2008). Projekt Opracowanie etody inwentaryzacji lasu opartej na integracji danych pozyskiwanych ró nyi technikai geoatycznyi finansowa³a Dyrekcja Generalna Lasów Pañstwowych (kier. prof. dr hab. Toasz Zawi³a-NiedŸwiecki). Projekt by³ koordynowany przez Wydzia³ Leœny SGGW, a uczestniczyli w ni: Wydzia³ Leœny Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Wydzia³ Leœny Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu oraz Instytut Badawczy Leœnictwa w Warszawie (Zawi³a-NiedŸwiecki et al., 2008).
Czynniki kszta³tuj¹ce potrzeby inwentaryzacyjne Lasów Pañstwowych 87 4. Przewidziano o liwoœæ prowadzenia badañ na stosunkowo du y obszarze, zró nicowany pod wzglêde warunków przyrodniczych (sk³ad gatunkowy drzewostanów) i ukszta³towania terenu. 5. Oprócz skanowania laserowego zaproponowano uwzglêdnienie w procesie budowy NMT i NMPK innych znanych technik s³u ¹cych do autoatycznego generowania tych odeli. Uwzglêdniaj¹c fakt istnienia wielu technologii budowy NMT oraz NMPT, ocena ich przydatnoœci dla potrzeb leœnictwa powinna dotyczyæ zarówno znanych i powszechnie stosowanych technologii, jak te aktualnie znajduj¹cych siê w stadiu prac badawczych. Zaproponowano ocenê przydatnoœci nastêpuj¹cych technologii: przetwarzanie ateria³ów kartograficznych, LIDAR, korelacja obrazów, obrazowanie radarowe. Nazieny skaner laserowy w specjalnych zadaniach inwentaryzacji stanu lasu Zaproponowano realizacjê dwóch zadañ. 1. Ocena o liwoœci zastosowania nazienego skanera laserowego do wielkoobszarowej inwentaryzacji stanu lasu Metodyka przewidywa³a zbadanie przydatnoœci nazienego skanera laserowego do prac poiarowych i szacunkowych, obowi¹zuj¹cych w instrukcji wykonywania wielkoobszarowej inwentaryzacji stanu lasu, z podzia³e na: drzewa i krzewy o wysokoœci niejszej od 50 c, drzewa i krzewy o wysokoœci 50 c i wiêkszej, drzewa o pierœnicy powy ej 7 c, pniaki i artwe drzewa, opis roœlinnoœci runa, ogóln¹ charakterystykê powierzchni. Dodatkowo skaner by³by wykorzystany do precyzyjnego odwzorowania ikrorzeÿby terenu i jego pokrycia. Jako powierzchnie badawcze planowano wykorzystaæ punkty sieci Wielkoobszarowej Inwentaryzacji Lasu (WISL), zarówno w warunkach nizinnych jak i górskich w drzewostanach o ró nej strukturze: gatunkowej (lite g³ównie So, Œw, Bk i Db oraz ieszane z przewag¹ ww.), wiekowej (uprawy, ³odniki, drzewostany w trakcie trzebie y wczesnych, póÿnych oraz rêbne), przestrzennej (drzewostany jednopiêtrowe bez podszytu i nalotu, drzewostany jednopiêtrowe z podszyte i nalote, drzewostany dwupiêtrowe, klasa odnowienia KO i klasy do odnowienia KDO). 2. Ocena o liwoœci zastosowania nazienego skanera laserowego w szacunkach brakarskich Cele proponowanego zadania by³a ocena dok³adnoœci i wydajnoœci prowadzenia szacunków brakarskich przeprowadzanych z zastosowanie nazienego skanera laserowego
88 Jerzy Mozgawa, Krzysztof Bêdkowski, Pawe³ Strzeliñski w odniesieniu do szacunków prowadzonych etodai tradycyjnyi. Przewidywano wykonanie szacunku brakarskiego etod¹ tradycyjn¹, wykonanie odpowiednich zobrazowañ laserowych badanych powierzchni, zebranie danych dotycz¹cych sortyentacji po wykonaniu pozyskania drewna, a nastêpnie wielokierunkow¹ analizê tak zebranych inforacji. Metodyka przewidywa³a eksperyentalne zbadanie powierzchni reprezentuj¹cych ró ne warianty struktury drzewostanów: rêbnych drzewostanów sosnowych oraz drzewostanów z udzia³e buka i dêbu. Powierzchnie próbne planowano za³o yæ w drzewostanach o ró - ny stopniu dostêpnoœci dla skanera. Metodyka badañ przewidywa³a ocenê o liwoœci poiaru pni z uwzglêdnienie widocznych wad drewna, ocenê dok³adnoœci poiarów po zebraniu danych dotycz¹cych sortyentacji pozyskanego drewna, ze szczególny uwzglêdnienie potencjalnych o liwoœci identyfikacji w technice skaningu laserowego wad pni. Obydwie propozycje wynikaj¹.in. z doœwiadczenia, jakie zosta³o zdobyte w raach projektów badawczych wykorzystuj¹cych technologiê nazienego skaningu laserowego 2. Wykonane dotychczas poiary z wykorzystanie skanera FARO LS 880 oraz ich porównanie do wyników poiarów tradycyjnie stosowanych w raach np. urz¹dzeniowej inwentaryzacji lasu jednoznacznie wskazuj¹ na du y potencja³ tej technologii (Chirrek i in. 2007a; Chirrek i in., 2007b; Strzeliñski, 2008). Ocena o liwoœci wykorzystania technik georadarowych w leœnictwie Rozwój teledetekcji georadarowej istotnie poszerzy³ o liwoœci inwentaryzacji lasu prowadzonych technikai teledetekcyjnyi z poziou terenu. Obrazy georadarowe dostarczaj¹ inforacji uo liwiaj¹cych interpretacjê struktur zlokalizowanych w œrodowisku glebowy. Rozszerzaj¹ w ten sposób o liwoœci inwentaryzacyjne teledetekcji dodatkowo na œrodowisko glebowe, stanowi¹ce integraln¹ czêœæ przestrzeni przyrodniczej drzewostanu. Œrodowisko glebowe jest równie iejsce, gdzie lokalizowane s¹ wa ne eleenty infrastruktury technicznej. Z danych literaturowych wynika, e techniki georadarowe s¹ testowane, obok technik bazuj¹cych na poiarach opornoœci elektrycznej i technik akustycznych równie do bezinwazyjnego analizowania wewnêtrznych struktur pni drzew. Metodyka proponowanego zadania badawczego ukierunkowana by³a na rozpoznanie potencjalnych o liwoœci inwentaryzacyjnych tej techniki teledetekcji. Obejowa³a wybór, zakup i testowanie wyselekcjonowanego systeu georadarowego pod k¹te jego przydatnoœci dla: in ynierii drogowej i budownictwa (okreœlenie paraetrów pod³o a i nawierzchni dróg, wykrywanie i lokalizacja podzienych eleentów infrastruktury technicznej oraz archeologii), 2 Wydzia³ Leœny Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu realizuje projekt Bilans wêgla w bioasie drzew g³ównych gatunków lasotwórczych Polski, finansowany przez Dyrekcjê Generaln¹ LP (kier. dr in. Pawe³ Strzeliñski). Uczestnicz¹ w ni pracownicy Wydzia³u Leœnego SGGW, Uniwesytetu Rolniczego w Krakowie, Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Eberswalde. Katedra Urz¹dzania Lasu UP w Poznaniu uczestniczy tak e w inny projekcie finansowany przez DGLP Oszacowanie struieni netto dwutlenku wêgla wyienianyi poiêdzy ekosystee leœny a atosfer¹ (koordynowany przez Katedrê Agroelioracji z UP w Poznaniu, kier. prof. dr hab. Janusz Olejnik).
Czynniki kszta³tuj¹ce potrzeby inwentaryzacyjne Lasów Pañstwowych 89 gleboznawstwa i geologii (rozk³ad warstw gleby w pozioie i pionie, okreœlenie g³êbokoœci zalegania ska³y acierzystej, okreœlenie stopnia wilgotnoœci gleby, lokalizacja warstw wodonoœnych, ineralizacja gruntów i wód), hodowli i uprawy roœlin (ocena przydatnoœci obszarów zdegradowanych do rekultywacji, potrzeby wilgotnoœciowe roœlin w warunkach kontrolowanych upraw i szkó- ³ek, okreœlenie struktury przestrzennej systeów korzeniowych roœlin, okreœlenie jakoœci drewna na podstawie niewidocznych uszkodzeñ pni). Kierunki wykorzystania urz¹dzeñ terowizyjnych, noktowizyjnych i sonarów do inwentaryzacji zwierz¹t Zadanie badawcze, w zakresie stosowania zdjêæ terowizyjnych i noktowizyjnych w inwentaryzacji zwierzyny, ia³o byæ wykonane na podstawie: analizy aktualnych etod inwentaryzacji zwierzyny, ze szczególny uwzglêdnienie klasy etod bezpowierzchniowych, tzw. etod próbkowania odleg³oœci (distance sapling) i dotychczasowego wykorzystania w tych etodach eleentów geoatycznych, rozpoznania pe³nej oferty sprzêtowo-cenowej licz¹cych siê na rynku fir koercyjnych (FLIR, ATN, CEAD, CENZIN, Cenrex i inne) w zakresie urz¹dzeñ terowizyjnych i noktowizyjnych generacji 1 4, rezultatów badañ epirycznych, w warunkach œrodowiska leœnego, nad rozpoznawanie zwierzyny technikai terowizyjnyi i noktowizyjnyi poziou nazienego, prognozy dok³adnoœci etody inwentaryzacji zwierzyny wykorzystuj¹cej okreœlone paraetry techniczne sprzêtu terowizyjnego, noktowizyjnego i uzupe³niaj¹cego sprzêtu geoatycznego, analizy literatury i prognozy o liwoœci wykorzystania terowizji i noktowizji poziou lotniczego do inwentaryzacji zwierzyny, ustalenia aspektów prawnych wykorzystania w leœnictwie tzw. technologii podwójnego zastosowania, dotycz¹cych rozwi¹zañ technicznych urz¹dzeñ terowizyjnych i noktowizyjnych, stosowanych dla celów ilitarnych i cywilnych. Zbadanie o liwoœci wykorzystania detektorów ultrasonicznych w onitoringu nietoperzy w lasach by³o propozycj¹ badawcz¹ zwi¹zan¹ z coraz powszechniejszy wykorzystywanie w teledetekcji w³asnoœci inforacyjnych fal akustycznych. Z danych literaturowych wynika, e detektory ultrasoniczne pozwalaj¹ okreœlaæ gatunki nietoperzy eruj¹ce w koronach drzew i ich zagêszczenie w sposób bezinwazyjny, czyli bez potrzeby ich chwytania i p³oszenia. Stwarza to o liwoœæ zastosowania teledetekcyjnych etod ultrasonicznych w specjalnych inwentaryzacjach przyrodniczych onitoringu oraz przy zarz¹dzaniu obszarai Natura 2000. Metodyka zadania przewidywa³a zbadanie o liwoœci: 1. Zastosowania w lasach systeu zdalnego rejestrowania aktywnoœci nietoperzy, polegaj¹cego na zaontowaniu w pobli u znanych iejsc licznego przebywania nietoperzy urz¹dzeñ rejestruj¹cych ultradÿwiêki i porównanie uzyskanych wyników z jednoczeœnie prowadzonyi obserwacjai bezpoœrednii,
90 Jerzy Mozgawa, Krzysztof Bêdkowski, Pawe³ Strzeliñski 2. Oznaczania gatunków nietoperzy przy poocy detektorów ultrasonicznych poprzez analizê ró nic i podobieñstw poiêdzy sonarai wybranych gatunków nietoperzy rejestrowanych w ró nych warunkach œrodowiskowych, wykorzystanie funkcji odtwarzania zarejestrowanego dÿwiêku w 10-krotnie zwolniony tepie i analizê zarejestrowanych sygna- ³ów poprzez porównanie ze wzorce dla gatunku. Podsuowanie Nad¹ anie za postêpe techniczny i wykorzystanie osi¹gniêæ tego postêpu jest powszechnie przyjêty sposobe doskonalenia zarz¹dzania, szczególnie w sytuacji zarz¹dzania tak skoplikowany twore przyrodniczy jaki s¹ ekosystey leœne. Dysponowanie œwiadooœci¹ o potencjalnych o liwoœciach inwentaryzacyjnych nowych technologii jest szczególnie wa ne w sytuacji, w której dok³adnie i tanio przeprowadzona inwentaryzacja lasu jest podstaw¹ do sprawnego zarz¹dzania. Niekwestionowana i aktualna jest koncepcja wykorzystania Systeów Wspoagania Decyzji (SWD) w zarz¹dzaniu leœnictwe. SWD ³¹cz¹ w skoplikowanych sytuacjach decyzyjnych elastycznoœæ intelektualn¹ i wyobraÿniê cz³owieka z szybkoœci¹, dok³adnoœci¹ i wydajnoœci¹ koputerów. Trendy rozwojowe w teledetekcji i fotograetrii oraz wprowadzone w pañstwach UE rozwi¹zania organizacyjno-prawne w udostêpnianiu inforacji teledetekcyjnych stwarzaj¹ jakoœciowo zupe³nie now¹ sytuacjê dla zarz¹dzania w leœnictwie z wykorzystanie SWD. Krajowe nauki leœne podtrzyuj¹ w stosunku do LP ofertê badañ nad doskonalenie etod inwentaryzacji i zarz¹dzania w leœnictwie poprzez wykorzystanie œwiatowych osi¹gniêæ w zakresie teledetekcji i fotograetrii leœnej. Literatura Bêdkowski K., Adaczyk J., Brach M., Gzowski P., Karaszkiewicz W, Krawczyk A., Marol U., Mikrut S., Miœcicki S., Morañda M., Olenderek H., Stereñczak K., Stêpniewski P., Walo J., Zawadka R., 2008: Raport koñcowy projektu badawczego 2 P06L 02229 Zastosowanie lotniczego i nazienego skaningu laserowego w analizie struktury przestrzennej i funkcjonowania lasów w krajobrazie. Katedra Urz¹dzania Lasu, Geoatyki i Ekonoiki Leœnictwa, SGGW w Warszawie. Chirrek M., Strzeliñski P., Wencel A., Zawi³a-NiedŸwiecki T., Zasada M., Jagodziñski M., 2007a: Wybrane zdalne etody szacowania bioasy roœlinnej w ekosysteach leœnych jako podstawa systeu raportowania bilansu wêgla. Roczniki Geoatyki, t. V, z. 4, PTIP, Warszawa. s. 7-16, Chirrek M., Wencel A., Strzeliñski P., Zasada M., Zawi³a-NiedŸwiecki T., 2007b: Wykorzystanie technologii nazienego skaningu laserowego w inwentaryzacji lasu. Roczniki Geoatyki, t. V, z. 5, PTIP, Warszawa. s. 19-24. Garestier F., Dubois-Fernandez P.C., Papathanassiou K.P., 2008: Pine Forest Height Inversion Using Single- Pass X-Band PolInSAR Data. GeoRS (46), 1, pp. 59-68. Izzawati, Wallington E.D., Woodhouse I.H., 2006: Forest Height Retrieval Fro Coercial X-Band SAR Products. GeoRS (44), 4, pp. 863-870. Rowland, C.S., Balzter, H., 2007: Data Fusion for Reconstruction of a DTM, Under a Woodland Canopy, Fro Airborne L-band InSAR. GeoRS (45), 5, pp. 1154-1163. Strzeliñski P., 2008: Nazieny skaning laserowy w poiarach lasu. Las Polski 17, s. 30-31. Zawi³a-NiedŸwiecki T., Stereñczak K., Ba³azy R., Wencel A., Strzeliñski P., Zasada M., 2008: The use of terrestrial and airborne lidar technology in forest inventory. Abiencia vol. 4, pp. 57-68.
Czynniki kszta³tuj¹ce potrzeby inwentaryzacyjne Lasów Pañstwowych 91 ród³a internetowe Deutsches Zentru für Luft- und Raufahrt, Niecy. http://www.dlr.de International Society for Photograetry and Reote Sensing, USA. www.isprs.org Centre National d Etudes Spatiales, Francja. http://ssc.cnes.fr MDA s Geospatial Services, Kanada. www.radarsat2.info Fleish Institute for Technological Research, Belgia. www.pegasus4europe.co Abstract The ai of this paper is to presents research proposals, prepared for State Forests. Proposals has been focused on selected solutions in reote sensing and photograetry as a tool for forest stand and forest anials inventory. Research proposals contains assessent for special forestry purposes: high resolution satellite radar iages, ground penetrating radar (georadar), 3D digital stand canopy and terrain odels, terrestrial laser scanning, therovision, noctovision and sonar techniques. prof. dr hab. in. Jerzy Mozgawa Jerzy.Mozgawa@wl.sggw.pl tel. +48 22 593 82 21 dr hab. in. Krzysztof Bêdkowski Krzysztof.Bedkowski@wl.sggw.pl tel. +48 22 593 82 22 dr in Pawe³ Strzeliñski strzelin@up.poznan.pl tel. +48 22 848 76 67