Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Monitoring of secondary forest succession on abandoned farmland using LiDAR point clouds

Szostak M., Bednarski A., Wężyk P.

Geodesy and Cartography

|

2018

|

Vol. 67, no. 2

305--319

EN

The purpose of the study was an assessment of LiDAR point clouds for automating the mapping of land use and land cover changes, mainly land abandonment and the process of secondary forest succession. Detailed information about land cover was determined based on airborne laser scanning data. The presented study focuses on the analysis of the spatial range and structure of vegetation. The study area was located in Milicz district in the voivodeship of Lower Silesia – the central west part of Poland. The areas of interest were parcels where agricultural land had been abandoned and forest succession processes had progressed. Analysis of the spatial range of the secondary forest succession was carried out using a reclassified nDSM. Reclassification of the nDSM was done using > 1 m, > 2 m and > 3 m for the pixel values, representing the height of vegetation above the ground. Parameters such as height of vegetation, standard deviation of height and cover density were calculated, to show the process of the increase in forest succession on abandoned agricultural land. The results confirmed a discrepancy between the cadastral data and the actual use of the plots. In the study area, more than three times as much forested and wooded area was detected than had been recorded in official databases. Analyses based on airborne laser scanning point clouds indicated significant diversity in the vertical and horizontal structure of vegetation. The results demonstrated gradual succession of greenery in the research area.

2

Wykorzystanie chmur punktów Lidar w ochronie czynnej borów chrobotkowych w Parku Narodowym "Bory Tucholskie"

Wężyk P., Hawryło P., Zięba-Kulawik K., Kuzera J., Turowska A., Bura M., Wietrzyk P., Kołodziejczyk J., Fałowska P., Węgrzyn M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2018

|

vol. 30

27--41

PL

Zespół boru chrobotkowego (Cladonio-Pinetum) jest zbiorowiskiem wykształcającym się na suchych i ubogich w biogeny obszarach piaszczystych. Najlepiej zachowane płaty tego zbiorowiska roślinnego w Europie występują w Polsce północnej, w tym na terenie Parku Narodowego "Bory Tucholskie" (PNBT). Celem badań było określenie struktury przestrzennej wybranych drzewostanów sosnowych PNBT, w których zainicjowany został program ochronny czynnej borów chrobotkowych. Obszar badań obejmował część dwóch oddziałów leśnych PNBT z wydzieleniami: 18c, 19d, 19g, 19h, 19i, 19j i 19k. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem lotniczego (ALS) i naziemnego (TLS) skanowania laserowego (LiDAR). Dzięki zastosowaniu technologii LiDAR możliwe było wykonanie bardzo precyzyjnego opisu struktury drzewostanów w przestrzeni 2D i 3D. W wyniku przeprowadzonych analiz określono szereg cech taksacyjnych i parametrów drzewostanów, takich jak: liczba i zagęszczenie drzew w drzewostanie, średnia odległość pomiędzy drzewami żywymi, liczba drzew martwych, pierśnicowe pole przekroju drzew żywych, zwarcie poziome koron, wskaźnik penetracji koron, wysokość górna drzew w wydzieleniu, wysokość podstawy korony drzewa, długość korony drzewa, objętość warstwy koron, powierzchnia 2D i 3D koron drzew, średni promień korony, współczynnik morfometryczny koron oraz zasięg pionowy martwych gałęzi. Opracowano także mapę występowania luk w wydzieleniach o powierzchni większej niż 2 m2. Badania rozpoczęte w 2017 roku są kontynuowane w 2018 roku z wykorzystaniem skanowania z platformy BSP (UAS) oraz TLS, które posłużą precyzyjnej ocenie zmian struktury przestrzennej drzewostanów, w których przeprowadzono cięcia prześwietleniowe.

EN

Forest lichen communities develop on dry and poor in biogens sandy areas. The center of occurrence of this plant community in Europe coincides with Natura 2000 sites located in Poland, including the Bory Tucholskie National Park (BT NP). The aim of the study was to determine the spatial structure of selected Scots pine stands of BT NP, where a program of active protection of lichen communities was initiated. The research area included two forest compartments: 18 and 19. The analysis was performed in the following sub-compartments: 18c, 19d, 19g, 19h, 19i, 19j and 19 k. The research was carried out using airborne (ALS) and terrestrial (TLS) laser scanning (LiDAR). Thanks to the use of LiDAR technology, it was possible to make a very precise description of the structure of stands in 2D and 3D space. As a result of the conducted study, a number of stand parameters have been defined, such as: number of trees, tree density in the stand, number of live trees, average distance between living trees, number of dead trees, basal area, horizontal cover of tree crowns, crown penetration ratio, average height of trees, height of the crown base, tree crown length, crown layer volume, 2D and 3D crown surface, average crown radius, canopy relief ration and vertical range of dead branches. A map of crown gaps with an area of more than 2 m2 was also developed. Research activities with the use of laser scanning technology is continued in 2018 (repeated ALS and TLS scanning). The conducted research will allow to determine the influence of the stand structure on factors influencing the occurrence of lichens, including: shaping of microclimatic conditions.

3

Mapa użytkowania i pokrycia fragmentu Gorczańskiego Parku Narodowego opracowana w oparciu o fotointerpretację cyfrowych ortofotomap lotniczych CIR z 2011 roku

Wężyk P., Mucha M., Szostak M.

Roczniki Geomatyki

|

2017

|

T. 15, z. 1(76)

119--131

PL

Obserwowane w ostatnich latach globalne zmiany klimatu i towarzyszące mu ekstremalne zjawiska pogodowe (wysoka temperatura, susza atmosferyczna i glebowa, gwałtowne wiatry itp.) prowadzą bezpośrednio (np. wiatrowały) lub pośrednio (np. gradacje szkodliwych owadów) do dynamicznych przemian w drzewostanach, szczególnie we wrażliwych ekosystemach górnoreglowego boru świerkowego. Celem prezentowanej pracy było opracowanie aktualnej cyfrowej mapy użytkowania i pokrycia terenu (ang. Land Use Land Cover; LULC) obejmującego fragmenty: Doliny Kamienicy, masywu Kudłonia oraz Jaworzyny Kamienickiej w centralnej części Gorczańskiego Parku Narodowego (GPN), ze szczególnym uwzględnieniem klas drzewostanów będących w fazie zamierania lub już zniszczonych. Pozyskane w procesie fotointerpretacji dane w postaci wektorów zasilić miały bazy danych systemu GIS w GPN w celu wykonania analiz przestrzennych. W ramach prac kameralnych dokonano fotointerpretacji archiwalnych stereomodeli zdjęć lotniczych CIR z 1997 roku oraz cyfrowej ortofotomapy lotniczej z 2011 roku (CIR, GSD 0,25 m). Szczególną uwagę zwrócono na obszary objęte rozpadem drzewostanów świerkowych w latach 1979-1987 na południowych zboczach Kudłonia, Wierchu Spalone oraz Jaworzyny Kamienickiej. Wylesienia zarejestrowane na archiwalnych zdjęciach CIR z 1997 roku obejmowały w minionym okresie zaledwie 114,11 ha (4,37%).Wyniki wektoryzacji zasięgu klas LULC na ortofotomapie z 2011 roku wskazują, iż na obszarze badań (2611,42 ha) wystąpiło aż 1604 sztuk gniazd kornikowych. Łącznie klasy uszkodzonych drzewostanów zajęły 374,48 ha (14,34% całego obszaru analiz), przy czym drzewostany świerkowe bez wyraźnych oznak uszkodzenia występowały na 434,01 ha (16,62%). Przeprowadzone badania potwierdziły dużą dynamikę przemian drzewostanów, tj. ich zamierania lub rozpadu powodowanego przez wiatry, ale wskazały także, iż wtórna sukcesja leśna zachodząca na polanach oraz regeneracja lasu w obszarach poklęskowych są gwarantem istnienia drzewostanów w Gorcach, choć już nie wszędzie jako monokultur świerkowych. Zdjęcia lotnicze i produkty ich przetwarzania czyli ortofotomapy cyfrowe kolejny raz udowodniły ogromną przydatność do kartowania klas pokrycia terenu i różnych form jego użytkowania czy kondycji ekosystemów leśnych. Ze względu na niskie koszty pozyskania cyfrowych zdjęć lotniczych, zaleca się wprowadzenie w GPN na stałe monitoringu drzewostanów opartego na fotointerpretacji bądź nawet półautomatycznej klasyfikacji ortoobrazów cyfrowych. Wyniki kartowania zasilając bazy danych GIS dawałyby pełną wiedzę o procesach zachodzących przestrzennie i w czasie w Gorczańskim Parku Narodowym.

EN

Recently observed global climate changes and associated extreme weather events (high temperature, atmospheric and soil drought, strong winds, etc.) can lead directly (e.g. windfalls) or indirectly (e.g. insects breakouts) to dynamic changes in mountainous stands, especially in sensitive upper forest belt composed of Norway spruce. The aim of this work was to develop the up-to-date digital Land Use and Land Cover map (LULC) including parts of: Kamienica Valley, Kudłoń and Jaworzyna Kamienicka massive located in the central part of Gorce National Park (South Poland), with particular emphasis on dying or already destroyed forest stand classes. Vector data acquired in the process of photointerpretation was the input data for GIS databases with the goal to perform GIS spatial analysis. The archive CIR aerial photos from 1997 and the digital orthophoto from 2011 (CIR, GSD 0.25 m) were elaborated in the frames of this project. Particular attention was paid to the areas covered by the spruce stands in the period 1979-1987 on the southern slopes of Kudłoń, Wierch Spalone and Jaworzyna Kamienicka. Deforestation interpreted and mapped on the archive CIR stereo models from 1997, covered 114.11 ha (4.37%) only. The results of photointerpretation workout of the LULC classes borders (the orthophoto from 2011) indicate that in the test area (2,611.42 ha) occurred 1604 pcs. of the, so-called, „bark beetle nest’s” (Ips typographus L). In total, the classes of damaged forests occupied 374.48 ha (14.34% of the total test area), the Norway spruce with no obvious signs of damage occurred on 434.01 ha (16.62%) only. The performed study confirmed the high dynamics of forest stands dieback or decay caused by winds or insects and also indicated that secondary forest succession occurring in clearings and regeneration of forest on post-disaster areas are a kind of the guarantee of forest existence in the Gorce Mountains, though not everywhere as Norway spruce monocultures. The CIR aerial photographs or digital orthophotomaps once again proved a huge usefulness as the geodata for mapping the LULC classes in mountain environment. Due to low costs of digital aerial photographs acquisition it is recommended to introduce in the Gorce National Park the permanent monitoring of forests based on photogrammetric 3D workout or even semi-automatic image analysis (orthophoto). Supplying the GIS databases the mapping results would provide a comprehensive understanding of spatial processes occurring in the Gorce National Park in time.

4

Wykorzystanie danych lotniczego skanowania laserowego oraz analiz widoczności GIS do oceny przemian krajobrazu warownego Twierdzy Kraków

Zięba K., Wężyk P.

Roczniki Geomatyki

|

2016

|

T. 14, z. 5(75)

627--638

PL

W artykule przedstawiono możliwość wykorzystania danych lotniczego skanowania laserowego, jako nowoczesnego narzędzia wykorzystywanego przy inwentaryzacji oraz modelowaniu 3D obiektów związanych z zawodem architekta krajobrazu. Aby udowodnić użyteczność tego narzędzia, przeprowadzono działania inwentaryzacyjne na wybranych obiektach zabytkowych należących do Twierdzy Kraków – zespołu dzieł obronnych z czasów zaboru austriackiego na terenie Krakowa. Problematyka przedstawionej pracy dotyczy możliwości wykorzystania danych ALS do identyfikacji form fortyfikacji, wizualizacji obiektów oraz wykonania analiz widoczności w celu oceny przemian krajobrazu warownego Twierdzy Kraków. Przeprowadzone analizy 3D GIS wykazały dużą przydatność danych ze skaningu laserowego do identyfikacji fortyfikacji, inwentaryzacji stanu istniejącego na poziomie krajobrazowym, wizualizacji tych obiektów oraz wykonania analiz, pomocnych w podejmowaniu decyzji dotyczących przyszłego zagospodarowania krajobrazu warownego, a także możliwości formułowania szczegółowych zapisów w planach miejscowych. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod pozyskiwania informacji dane ALS stanowią nową generację danych geoprzestrzennych. Stwarzają możliwość opracowania dokładniejszej metody wykorzystywanej w rewaloryzacji, ochronie i inwentaryzacji architektury militarnej.

EN

This article features the airborne laser scanning (ALS) data applicability for classification and modelling of 3D objects in a landscape architecture related professions. In order to validate the practicality and efficiency of ALS, classification of selected objects of the Krakow Fortress has been carried out (defence objects from the time of Austro-Hungarian partition annexation period were the subject of this analysis). With ALS data this study identifies forms of fortifications, visualizes data and analyzes visibility to be the base of contemporary decisions and planning of landscape of the Krakow Fortress. 3D GIS analysis showed the high usefulness to identify fortification, visualize these objects and perform visibility analysis. In contrast to traditional methods (inventories and historical documentation), laser scanning data are the new generation of geospatial data. They offer an opportunity to develop a new, faster technology used for the needs of restoration, preservation and inventory of military architecture and landscape planning.

5

Determination of the number of trees in the Bory Tucholskie National Park using crown delineation of the canopy height models derived from aerial photos matching and airborne laser scanning data

Wężyk P., Hawryło P., Szostak M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2016

|

Vol. 28

137--156

EN

In recent years the term "precise forestry" has been used more and more often, referring to a modern and sustainable model of forest management. Functioning of such management of wood biomass resources is based, among others, on precisely defined and log-term monitored selected forest taxation parameters of single trees and whole forest stands based on modern geoinformation technologies, including Airborne Laser Scanning (ALS) and digital photogrammetry. The purpose of the work was the analysis of the usefulness of the CHM (Canopy Height Model) generated from the image-based point cloud or ALS technology to define the number of trees using the method of the segmentation of single Scots pine (Pinus sylvestris L.) crowns. The study was carried out in the Scots pine stands located in the Bory Tucholskie National Park (Poland). Due to the intentional lack of certain silviculture treatments, over the recent decades, these forest stands have been characterized by relatively high tree density, compared to managed forests. The CHM was generated from digital airborne photos (CIR composition; GSD 0.15 m) and on the other hand - from the ALS point clouds (4 points/m2 ; ISOK project). To generate point clouds from airborne photos using stereomatching method, the PhotoScan Professional (Agisoft) software was applied. The CHM coming from the Image-Based Point Cloud (CHM_IPC; GSD: 0.30 m) and ALS data (CHM_ALS; GSD: 0.75 m) were generated using FUSION (USDA Forest Service) software. The segmentation of tree crowns was carried out in eCognition Developer (TRIMBLE GeoSpatial) software. Apart from height models, also spectral information was used (so-called true CIR orthophotomaps; GSD: 0.3 and 0.75 m). To assess the accuracy of the obtained results, the ground truth data from 248 reference areas were used. The carried out analyses showed that in forest stands of younger age classes (< 120 years) better results were achieved applying the method of image matching (CHM_IPC), while in the case of older stands (> 120 years) the accuracy of the detection rate of tree crowns was the highest when CHM_ALS model was applied. The mean percentage error (defined by the number of trees, based on the detection of single pine crowns), calculated based on 248 ground truth areas was 0.89%, which shows a great potential of digital photogrammetry (IPC) and GEOBIA. In case of almost full nationwide cover in Poland of airborne digital images (present IPC models) and ALS point clouds (DTM and DSM), at almost 71% forest stands in the Polish State Forests National Forest Holding (PGL LP), one can assume wide application of geodata (available free of charge) in precise modelling of selected tree stand parameters all over Poland.

PL

W ostatnich latach coraz częściej w odniesieniu do nowoczesnej i zrównoważonej gospodarki leśnej używa się terminu "precyzyjne leśnictwo". Funkcjonowanie takiego modelu zarządzania zasobami biomasy drzewnej opiera się m.in. na dokładnie określonych i monitorowanych cyklicznie wybranych parametrach taksacyjnych drzewostanów i pojedynczych drzew w oparciu o nowoczesne technologie geoinformacyjne, w tym lotnicze skanowanie laserowe (ang. ALS) oraz fotogrametrię cyfrową. Celem pracy była analiza przydatności Modelu Koron Drzew (ang. CHM) generowanego z chmur punktów pochodzących z automatycznego dopasowania cyfrowych zdjęć lotniczych (ang. Image-Based Point Cloud) lub z technologii ALS w celu określania liczby drzew metodą segmentacji pojedynczych koron sosen. Badania realizowano w drzewostanach sosnowych (Pinus sylvestis L.) na obszarze Parku Narodowego "Bory Tucholskie". Drzewostany te poprzez celowe zaniechanie w ostatnich dekadach pewnych zabiegów hodowlanych charakteryzowały się stosunkowo dużym zagęszczeniem drzew w porównaniu do drzewostanów gospodarczych. Model Koron Drzew wygenerowano w jednym wariancie ze zdjęć lotniczych CIR (GSD 0.15 m) a w drugim z chmur punktów ALS (4 pkt/m2 ; CODGiK ISOK). Do generowania chmur punktów ze zdjęć lotniczych metodą dopasowania zastosowano oprogramowanie Photoscan Professional (Agisoft). Modele Koron Drzew pochodzące z dopasowania zdjęć lotniczych (CHM_IPC; GSD: 0.30 m) oraz z danych ALS (CHM_ALS; GSD: 0.75 m) zostały wygenerowane w oprogramowania FUSION (USDA Forest Service). Segmentację koron prowadzono w oprogramowaniu eCognition Developer. Oprócz modeli wysokościowych wykorzystano także informację spektralną (tzw. prawdziwe ortofotomapy CIR; GSD: 0.3 i 0.75 m). Do oceny dokładności otrzymanych wyników wykorzystano dane pochodzące z 248 powierzchni referencyjnych. Przeprowadzona analiza wykazała, że w drzewostanach młodszych klas wieku (< 120 lat), lepsze wyniki można osiągnąć stosując metody dopasowania zdjęć (CHM_IPC) natomiast w drzewostanach starszych (> 120 lat) dokładność wykrywania koron drzew jest najwyższa przy stosowaniu wariantu CHM_ALS. Średni błąd procentowy określania liczby drzew w oparciu o detekcję pojedynczych koron sosen obliczony na podstawie 248 powierzchni referencyjnych wyniósł 0.89% co świadczy o ogromnym potencjale fotogrametrii cyfrowej (metod dopasowania zdjęć) oraz analizy obrazu (OBIA; Object-Based Image Analysis). W aspekcie niemal całkowitego pokrycia kraju danymi ALS oraz blisko 70% udziału drzewostanów sosnowych w Lasach Państwowych można założyć szerokie wykorzystanie tych nieodpłatnie dostępnych geodanych w celu zbudowania modelu precyzyjnego leśnictwa dla obszaru całego kraju.

6

The analysis of spatial and temporal changes of land cover and land use in the reclaimed areas with the application of airborne orthophotomaps and LANDSAT images

Szostak M., Wężyk P., Hawryło P., Pietrzykowski M.

Geodesy and Cartography

|

2015

|

Vol. 64, no. 1

75--86

EN

The aim of this study was to investigate the possible use of geoinformatics tools and generally available geodata for mapping land cover/use on the reclaimed areas. The choice of subject was dictated by the growing number of such areas and the related problem of their restoration. Modern technology, including GIS, photogrammetry and remote sensing are relevant in assessing the reclamation effects and monitoring of changes taking place on such sites. The LULC classes mapping, supported with thorough knowledge of the operator, is useful tool for the proper reclamation process evaluation. The study was performed for two post-mine sites: reclaimed external spoil heap of the sulfur mine Machów and areas after exploitation of sulfur mine Jeziórko, which are located in the Tarnobrzeski district. The research materials consisted of aerial orthophotos, which were the basis of on-screen vectorization; LANDSAT satellite images, which were used in the pixel and object based classification; and the CORINE Land Cover database as a general reference to the global maps of land cover and land use.

7

Landscape monitoring of post-industrial areas using LiDAR and GIS technology

Wężyk P., Szostak M., Krzaklewski W., Pająk M., Pierzchalski M., Szwed P., Hawryło P., Ratajczak M.

Geodesy and Cartography

|

2015

|

Vol. 64, no. 1

125--137

EN

The quarrying industry is changing the local landscape, forming deep open pits and spoil heaps in close proximity to them, especially lignite mines. The impact can include toxic soil material (low pH, heavy metals, oxidations etc.) which is the basis for further reclamation and afforestation. Forests that stand on spoil heaps have very different growth conditions because of the relief (slope, aspect, wind and rainfall shadows, supply of solar energy, etc.) and type of soil that is deposited. Airborne laser scanning (ALS) technology deliver point clouds (XYZ) and derivatives as raster height models (DTM, DSM, nDSM=CHM) which allow the reception of selected 2D and 3D forest parameters (e.g. height, base of the crown, cover, density, volume, biomass, etc). The automation of ALS point cloud processing and integrating the results into GIS helps forest managers to take appropriate decisions on silvicultural treatments in areas with failed plantations (toxic soil, droughts on south-facing slopes; landslides, etc.) or as regular maintenance. The ISOK country-wide project ongoing in Poland will soon deliver ALS point cloud data which can be successfully used for the monitoring and management of many thousands of hectares of destroyed post-industrial areas which according to the law, have to be afforested and transferred back to the State Forest.

PL

W wyniku działalności wydobywczej, w tym eksploatacji odkrywkowej, krajobraz naturalny zostaje całkowicie zmieniony, powstają wielkoobszarowe tereny bezglebowe w formie zwałowisk i wyrobisk. W celu powstrzymania degradacji środowiska oraz odtworzenia warunków przyrodniczych konieczne staje się objęcie tych terenów rekultywacją i zalesianiem, z uwzględnieniem różnych warunków wzrostu roślinności, wynikających z ukształtowania terenu (nachylenie, ekspozycja, kierunek wiatru i opadów, dopływ energii słonecznej, itp.) czy rodzaju gruntu. Technologia lotniczego skanowania laserowego (ALS) dostarcza chmury punktów (XYZ) oraz ich pochodne w postaci rastrowych modeli wysokości, które umożliwiają wyznaczenie wybranych parametrów 2D i 3D roślinności (np. wysokość drzewostanów i pojedynczych drzew, wysokość podstawy korony, zwarcie, biomasa, itp). Automatyzacja przetwarzania chmur punktów ALS i integracja wyników w systemach GIS pomaga w podejmowaniu decyzji, dotyczących zabiegów hodowlanych, także na obszarach szczególnie trudnych dla adaptacji roślinności (toksyczne gleby, susze na południowych stokach, obsunięcia ziemi). Ogólnokrajowy projekt ISOK jest źródłem danych pochodzących ze skanowania laserowego, które z powodzeniem mogą być używane do monitorowania i zarządzania wieloma tysiącami hektarów zniszczonych terenów poprzemysłowych, które zgodnie z prawem mają zostać zalesione i przekazane pod działanie Lasów Państwowych.

8

Determination of the spatial structure of vegetation on the repository of the mine "Fryderyk" in Tarnowskie Góry, based on airborne laser scanning from the ISOK project and digital orthophotomaps

Szostak M., Wężyk P., Pająk M., Hawryło P., Lisańczuk M.

Geodesy and Cartography

|

2015

|

Vol. 64, no. 1

87--99

EN

The purpose of this study was to determine the spatial structure of vegetation on the repository of the mine “Fryderyk” in Tarnowskie Góry. Tested area was located in the Upper Silesian Industrial Region (a large industrial region in Poland). It was a unique refuge habitat – Natura2000; PLH240008. The main aspect of this elaboration was to investigate the possible use of geotechniques and generally available geodata for mapping LULC changes and determining the spatial structure of vegetation. The presented study focuses on the analysis of a spatial structure of vegetation in the research area. This exploration was based on aerial images and orthophotomaps from 1947, 1998, 2003, 2009, 2011 and airborne laser scanning data (2011, ISOK project). Forest succession changes which occurred between 1947 and 2011 were analysed. The selected features of vegetation overgrowing spoil heap “Fryderyk” was determined. The results demonstrated a gradual succession of greenery on soil heap. In 1947, 84% of this area was covered by low vegetation. Tree expansion was proceeding in the westerly and northwest direction. In 2011 this canopy layer covered almost 50% of the research area. Parameters such as height of vegetation, crowns length and cover density were calculated by an airborne laser scanning data. These analyses indicated significant diversity in vertical and horizontal structures of vegetation. The study presents some capacities to use airborne laser scanning for an impartial evaluation of the structure of vegetation.

PL

Celem badań była ocena struktury przestrzennej roślinności porastającej zwałowisko odpadów kopalni ”Fryderyk” w Tarnowskich Górach, położone na północnym skraju Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego. Teren, na którym znajduje się zwałowisko należy do sieci Natura 2000 (PLH 240008). Głównym aspektem poruszanym w opracowaniu było określenie możliwości wykorzystania ogólnie dostępnych geodanych dla opracowywania map pokrycia i użytkowania terenu zwałowiska oraz określenia struktury roślinności na tym obszarze. Analizowane materiały to zdjęcia i ortofotomapy lotnicze z lat: 1947, 1998, 2003, 2009, 2011 oraz dane z lotniczego skanowania laserowego (z projektu ISOK, 2011). Efektem opracowania było określenie charakterystyki przestrzennej roślinności na zwałowisku kopalni ”Fryderyk”. Analizy wykazały stopniową ekspansję roślinności na powierzchni hałdy. W 1947 roku 84% powierzchni terenu badań pokryta była przez roślinność niską a w roku 2011 roślinność wysoka zajmowała już około 50% obszaru zwałowiska. Analizy wykazały znaczne zróżnicowanie w poziomej i pionowej strukturze roślinności. W opracowaniu przedstawiono możliwości wykorzystania danych z lotniczego skanowania laserowego dla obiektywnej oceny struktury roślinności.

9

Preliminary results of the monumental tree monitoring based on terrestrial laser scanning - a case study of the Oak Bartek in Zagnańsk (Poland)

Wężyk P., Szostak M., Zięba K., Rysiak P., Hawryło P., Ratajczak M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2015

|

Vol. 27

185--200

EN

In April 2013, the Laboratory of Geomatics launched the project under the acronym “Bartek 3D” in cooperation with the Research Section of Students from the AGH in Krakow, Pedagogical University and the Jagiellonian University as well. The main aim of the project is to monitor the biggest and probably one of the oldest trees in Poland - Oak Bartek in Zagnańsk (N 50o59’14”; E 20o38’59”), based on multi-temporal Terrestrial Laser Scanning (TLS) technology. One of the results of the project should be a 3D model of Oak Bartek and detection of the changes in the shape of the tree. Terrestrial Laser Scanning and the traditional forest inventory measurements were performed during the Leaf-OFF season in April 2013 and April 2014 and repeated in Leaf-ON period in July 2013 and October 2014 with using scanners: FARO FOCUS 3D, RIEGL VZ-400, LEICA C10 and RevScan (HandyScan). The results based on TLS technology showed some differences comparing to existing data obtained by traditional measurements for forestry inventory: • Height (H) of the tree: altimeter Vertex (Haglöf) H = 29.31 m; HTLS = 28.49 m; • Trunk circumference (L) measured with stretched tape: LST = 9.80 m; adjacent along the shape of bark: LT = 13.70 m; TLS measurments: LTLS1/4 = 9.97 m oraz LRevScan = 13.54 m • The average diameter at breast height (DBH130cm) calculated on the basis of 3D basal area of stem DBHTLS1/4 = 3.03 m (DBHT = 3.12 m).

PL

W kwietniu 2013 roku w Laboratorium Geomatyki rozpoczęto projekt „Bartek 3D”, realizowany przy współudziale Sekcji Studenckich Kół Naukowych z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego. Jako cel projektu przyjęto monitoring największego i jednego z najstarszych drzew w Polsce, tj. Dębu Bartek w Zagnańsku, (N:50o59’14”; E: 20o38’59”), prowadzony na drodze cyklicznego naziemnego skanowania laserowego. Jednym z efektów projektu ma być model 3D Bartka oraz opracowanie archiwalnych materiałów kartograficznych wraz z integracją wieloźródłowych danych w środowisku GIS. Skanowanie wykonano w okresie bezlistnym (kwiecień 2013 i 2014) i powtórzono w ulistnionym (lipiec 2013, październik 2014). Wykorzystano nowoczesne skanery naziemne: FARO FOCUS 3D (dzięki uprzejmości AGH w Krakowie, IBL oraz firmy TPI sp. z o.o.), LEICA C10 (AGH), VZ-400 (RIEGL; Laser-3D) a także RevScan HandyScan firmy Creaform (Casp System). Pierwsze wyniki pomiarów Dębu Bartek technologią TLS wykazały pewne różnice w stosunku do istniejących danych pozyskanych metodami tradycyjnymi: • wysokość drzewa - wysokościomierz Haglöf Vertex: H = 29.31 m; analiza chmury punktów: HTLS = 28.49 m; • obwód pnia pomierzony naciągniętą taśmą mierniczą: LST = 9.80 m; przylegającą wzdłuż załamań i szczelin kory: LT = 13.70 m; wyznaczony z pomiarów TLS: LTLS1/4 = 9.97 m oraz LRevScan = 13.54 m; • średnia pierśnica (DBH130cm drzewa obliczona na podstawie pola przekroju DBHTLS1/4 = 3.03 m (DBHT = 3.12 m).

10

Automatyczne określanie średnicy pnia, podstawy korony oraz wysokości sosny zwyczajnej (Pinus Silvestris L.) na podstawie analiz chmur punktów 3D pochodzących z wielostanowiskowego naziemnego skanowania laserowego

Ratajczak M., Wężyk P.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2015

|

Vol. 27

123--138

PL

Rozwój technologii naziemnego skanowania laserowego (TLS) w ostatnich latach spowodował jej uznanie i wdrożenie w wielu gałęziach gospodarki, w tym w leśnictwie i ochronie przyrody. Wykorzystanie chmur punktów 3D TLS w procesie inwentaryzacji drzew i drzewostanów oraz określaniu wybranych cech biometrycznych drzewa (np. średnicy pnia, wysokości drzewa, podstawy korony, liczby kształtu pnia) oraz wielkości surowca drzewnego (objętość drzew) staje się już praktyką. Wartością dodaną technologii TLS poza dokładnością samego pomiaru jest automatyzacja procesu przetwarzania chmury punktów 3D pod katem ekstrakcji wybranych cech drzew i drzewostanów. Praca prezentuje autorskie oprogramowanie (GNOM) służące do automatycznego pomiaru wybranych parametrów drzew na podstawie chmury punktów pozyskanych skanerem laserowym FARO FOCUS 3D. Dzięki opracowanym algorytmom (GNOM) określono lokalizację pni drzew na kołowej powierzchni badawczej oraz dokonano pomiarów: pierśnicy pni (d1.3), kolejnych średnic pnia na różnych wysokościach pnia, wysokości wierzchołka drzewa, podstawy korony i objętości pnia (metoda pomiaru sekcyjnego) oraz korony drzewa. Prace badawcze realizowano na terenie Nadleśnictwa Niepołomice w jednogatunkowym drzewostanie sosnowym (Pinus sylvestris L.) na powierzchni kołowej o promieniu 18.0 m w zasięgu której znajdowało się 16 sosen (14 z nich ścięto). Drzewostan w wieku 147 lat miał jednopiętrową budowę i był pozbawiony podszytu. Naziemne skanowanie laserowe przeprowadzono tuż przed pracami zrębowymi. Pierśnicę 16 sosen określono w pełni automatycznie algorytmem GNOM z błędem około +2,1% w stosunku do pomiaru referencyjnego wykonanego średnicomierzem. Średni, bezwzględny błąd pomiaru w chmurze punktów - półautomatycznymi metodami "PIXEL" (pomiędzy punktami) oraz PIPE (wpasowanie walca) w programie FARO Scene 5.x, wykazał błąd odpowiednio: 3.5% oraz 5.0%. Za referencyjną wysokość wierzchołka przyjęto pomiar taśmą mierniczą na ściętym drzewie. Średni błąd automatycznego określania wysokości drzew algorytmem GNOM na podstawie chmury punktów TLS wyniósł 6.3%, i był niewiele większy niż przy zastosowaniu manualnej metody pomiaru na przekrojach w programie TerraScan (Terrasolid; błąd ~5.6%). Pomiar wysokości podstawy korony wykazał błąd na poziomie +9,5%. Referencję w tym przypadku stanowił pomiar taśmą wykonany ściętych sosnach. Przetwarzanie chmur punktów TLS algorytmami GNOM w przypadku 16 analizowanych sosen trwało poniżej 10 min (37 sek. /drzewo). W pracy wykazano jednoznacznie przydatność technologii TLS w leśnictwie i jej wysoką dokładność przy pozyskiwaniu danych biometrycznych drzew oraz dalszą potrzebę zwiększania stopnia automatyzacji przetwarzania chmur punktów 3D pochodzących z naziemnego skanowania laserowego.

EN

Rapid development of terrestrial laser scanning (TLS) in recent years resulted in its recognition and implementation in many industries, including forestry and nature conservation. The use of the 3D TLS point clouds in the process of inventory of trees and stands, as well as in the determination of their biometric features (trunk diameter, tree height, crown base, number of trunk shapes), trees and lumber size (volume of trees) is slowly becoming a practice. In addition to the measurement precision, the primary added value of TLS is the ability to automate the processing of the clouds of points 3D in the direction of the extraction of selected features of trees and stands. The paper presents the original software (GNOM) for the automatic measurement of selected features of trees, based on the cloud of points obtained by the ground laser scanner FARO. With the developed algorithms (GNOM), the location of tree trunks on the circular research surface was specified and the measurement was performed; the measurement covered the DBH (l: 1.3m), further diameters of tree trunks at different heights of the tree trunk, base of the tree crown and volume of the tree trunk (the selection measurement method), as well as the tree crown. Research works were performed in the territory of the Niepolomice Forest in an unmixed pine stand (Pinussylvestris L.) on the circular surface with a radius of 18 m, within which there were 16 pine trees (14 of them were cut down). It was characterized by a two-storey and even-aged construction (147 years old) and was devoid of undergrowth. Ground scanning was performed just before harvesting. The DBH of 16 pine trees was specified in a fully automatic way, using the algorithm GNOM with an accuracy of +2.1%, as compared to the reference measurement by the DBH measurement device. The medium, absolute measurement error in the cloud of points - using semi-automatic methods "PIXEL" (between points) and PIPE (fitting the cylinder) in the FARO Scene 5.x., showed the error, 3.5% and 5.0%,.respectively The reference height was assumed as the measurement performed by the tape on the cut tree. The average error of automatic determination of the tree height by the algorithm GNOM based on the TLS point clouds amounted to 6.3% and was slightly higher than when using the manual method of measurements on profiles in the TerraScan (Terrasolid; the error of 5.6%). The relatively high value of the error may be mainly related to the small number of points TLS in the upper parts of crowns. The crown height measurement showed the error of +9.5%. The reference in this case was the tape measurement performed already on the trunks of cut pine trees. Processing the clouds of points by the algorithms GNOM for 16 analyzed trees took no longer than 10 min. (37 sec. /tree). The paper mainly showed the TLS measurement innovation and its high precision in acquiring biometric data in forestry, and at the same time also the further need to increase the degree of automation of processing the clouds of points 3D from terrestrial laser scanning.

11

Będzie Jaskinia Łokietka 3D

Wężyk P.

Geodeta : magazyn geoinformacyjny

|

2014

|

nr 11

50--51

12

Geologiczna i geomorfologiczna interpretacja danych z lotniczego skaningu laserowego (ALS) rejonu Kasprowego Wierchu (Tatry)

Wójcik A., Wężyk P., Wojciechowski T., Perski Z., Maczuga S.

Przegląd Geologiczny

|

2013

|

Vol. 61, nr 4

234--242

EN

The paper presents the geological interpretation of Airborne Laser Scanning data of Kasprowy Wierch Mt. area. The analyzed points cloud data represent the ground surface after removal of the land cover (primarily vegetation) objects. The ALS data were characterized by very high density, presenting even minor terrain forms, very difficult to identify in forested and mountain dwarfpine areas as well. The resulting image of detailed geomorphology of the study area was compared with existing maps at scale of 1 : 10 000 and literature data. This allowed verifying the extent of geological units of basement rocks and shed new light on existing opinions on the genesis of glacial sediments. An extensive landslide has been identified on the eastern slopes of Sucha Czuba Mt. The landslide has not been reported in the literature so far. Application of laser scanning data was extremely useful and allowed making new observations that enrich the existing knowledge about the geology of this part of the Tatra Mts.

13

Weryfikacja i aktualizacja bazy klaso-użytków EGIB w oparciu o analizy chmury punktów z lotniczego skanowania laserowego na przykładzie wsi Tuklęcz w województwie świętokrzyskim

Wężyk P., Gęca T.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. Spec.

97--108

PL

Transformacja ustrojowa, jaka miała miejsce w Polsce ponad 20 lat temu, a także przystąpienie naszego kraju do UE, pociągnęły za sobą liczne zmiany, m.in. w rolnictwie (likwidacja PGR, porzucanie upraw roli, wolny rynek zbytu czy wzrost konkurencyjności producentów) oraz w gospodarce prowadząc do głębokich przemian społeczno – ekonomicznych. Skutki tych transformacji zauważalne są także w przestrzeni rolniczej, najczęściej w przemianach krajobrazu. Zmiany te mają zazwyczaj charakter procesu wtórnej sukcesji leśnej zachodzącej na działkach rolnych. Tempo wkraczania i rozszerzający się z roku na rok zasięg terytorialny wtórnej sukcesji, najczęściej nie jest przedmiotem zainteresowania odpowiednich agencji lub urzędów. Technologią, która może wspomagać określanie zmian ilościowych (powierzchni, liczby działek rolniczych podlegających zmianom) i jakościowych (typ sukcesji – zbiorowiska roślinnego) przebiegających w krajobrazie - jest lotnicze skanowanie laserowe (ang. Airborne Laser Scanning; ALS). Prezentowane w pracy badania objęły 79.87 ha gruntów rolnych wsi Tuklęcz (gm. Rytwiany, powiat Staszów, woj. świętokrzyskie). W pracach wykorzystano dane EGiB (PODGiK w Staszowie) oraz dane ALS w postaci 2 zestawów chmur punktów ALS o gęstości: 2 pkt/m2 (RZGW Kraków; XI.2009r.) oraz 4 pkt/m2 (ISOK; XI.2012r.). Detekcję wtórnej sukcesji leśnej przeprowadzono stosując 4 warianty różniące się wysokością roślinności (odpowiednio: 0.4m, 1.0m, 2.0m oraz 3.0m ponad wygenerowanym NMT). Uzyskane wyniki wskazują, iż w każdym wariancie, na 50% liczby działek z użytkiem rola („R”; 60.54% całego obszaru) koncentrowało się ponad 70% wtórnej sukcesji leśnej. W zależności od jej wysokości nad gruntem, pokrywała ona od 61.05% do 31.38% klasoużytku „R” oraz od 67.03% do 34.93% pastwisk („Ps”) co świadczy o dynamicznych przemianach zachodzących na tym terenie. Cykliczne pozyskiwanie danych ALS w odpowiednich porach roku (zestaw danych ISOK wykazywał znaczący brak informacji o zadrzewieniach liściastych gatunków) bądź też stosowanie alternatywnych technologii (np. stereo-matching ze zdjęć lotniczych czy zobrazowania radarowe), stwarza szanse na zarządzanie i monitorowanie zmian zachodzących na obszarach rolniczych w Polsce. Jest to istotne ze względu na sporządzanie miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego czy też wdrażanie Krajowego Programu Zwiększania Lesistości (KPZL), zakładającego osiągnięcie poziomu 30% lesistości w Polsce w roku 2020 oraz 33% w roku 2050. Nie należy zapominać o ogromnym potencjale biomasy zgromadzonej na obszarach wtórnej sukcesji nie ujętej w bazach EGiB czy LMN PGL Lasów Państwowych a stanowiącej istotny czynnik w dobie handlu emisjami CO2 czy wdrażania dyrektyw UE o energiach odnawialnych.

EN

Dynamic economic and social changes taking place for the past 20 years in Poland, effects often of such loss of extensive agriculture and abandonment of agricultural activities particularly on small and narrow plots, usually on the soils of poor grading. Even before the Polish accession to the EU, set-aside and fallow areas cover approx. 2.3 million ha (in 2002), but in subsequent years the area drastically decreased from 1.3 million ha (in 2004), by 1.0 million ha (2005) to 0.4 million hectares (2011). As a result of cessation of mowing meadows, grazing pastures and agricultural measures, we can observed the phenomenon of secondary forest succession (plant communities of a forest properties) leading to changes in land use and land cover classes structure. Recording changes in the agro-forestry space, update reference registers of the land and building (EGiB) and control granted to farmers subsidies (direct EU payments) requires an efficient and automated technology acquisition, processing and analysis of spatial data. In addition to the used by ARiMR (in the LPIS system) vector data and aerial orthophotomaps, there is still a need to strengthen the decision-making process such as update of current ranges of land-use classes. One of the GI technologies that could be a real breakthrough is the Airborne Laser Scanning (ALS). The study area cover 137.17 ha in the village Tuklęcz (commune Rytwiany, Staszów County, Świętokrzyskie Voivodeship). The EGiB geodata came from PODGiK in Staszów. They were two ALS point cloud data sets: one provided by the RZGW in Krakow (from airborne campaign Nov. 2009; density ~2 pts/m2) and the second from ISOK project (Nov. 2012; density ~4 pts/m2). The Terrasolid and FUSION (USDA Forest Service) and ArcGIS Esri software were used in the study. Detection of vegetation was carried out in 4 variants differ in the “height above ground” of the class "succession" (thresholds: from 0.4m, 1m, 2m and 3m). The results indicate that in each scenario (variant), in the area of arable land ("R")- class (covering 60.55% of the analyzed area) were over 70% of all detected secondary forest succession polygons, covering more than 50% of agricultural land. Secondary succession occupied from 31.38% to 61.05% the land-use "R" and from 34.93% to 67.03% of the land-use Pastures’ ("Ps"), which shows the high economic transformations taking place in the area. The use of wide-scale ALS data in Poland, has been made possible by the ISOK project assuming execution to the end of 2013 for an area of about 191.000 km2 of classified ALS point cloud (cloud density: 4 pts/m2 – Standard I for agricultural areas; 12 pts/m2 - Standard II for urban areas), digital terrain model (DTM) and the digitals (topographic) surface model (DSM). In addition, the aerial photographs are obtained in the ISOK project for coloring of ALS point clouds or for orthophoto generation purpose. Observed in the years 2002 -2010 decrease by 26% the number of farms in Poland (up to 1 ha area) is some indication that the problem of abandonment of agricultural land has not yet been closed. Regular ALS campaigns or the use of alternative technologies such as stereo-matching of aerial photographs or radar technologies, it gives a good chance to manage and monitor the changes in rural areas. This retrieved data can be used in the construction of development plans of communes or management plans of Natura2000, which largely depend on properly conducted agricultural economy (Special Protection Areas - SPA) means eg mowing overgrown meadows and pastures. On the other hand, since 1995, the National Afforestation Programme (KPZL) exist, which implies achieving 30% forest cover in Poland in year 2020 and 33% in year 2050.

14

Pomiary GNSS w przestrzeni leśnej przy wykorzystaniu różnej klasy odbiorników oraz wybranych trybów pomiaru

Szostak M, Wężyk P.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. 25

217--231

EN

The main aspect of the study was to evaluate the use of GNSS technology for measurement possibilities and obtaining the required position accuracy of objects in a forest area: point (eg. the location of tree trunks, landmarks), linear (eg. roads, paths) and surface (eg. the area of various plant types). The objects position with different measurement modes and various GPS receivers was done, starting from receivers for tourists, cartographs and modern multifrequency and multichannel (NAVSTAR-GPS+ GLONASS) GNSS receivers designed to work with network of reference stations. The measurements were assessed measuring the required number of sessions conducted in different measurement modes, to obtain an accurate position (defined by Forest Management Guide) of objects in the forest. Test sessions were analyzed in 100, 300, 600 seconds or even hours. Tests performed on different days, months, in different weather conditions, in the open area and under canopy, and for different phenological phases of vegetation (trees with leaves and without leaves). Evaluation of DGPS position determination was carried out in relation to the results obtained from RTK measurements (lots of hours of observation in the open area), measurements of total station and terrestrial laser scanning (precisely determined positions of tree trunks and course of the drainage ditch).

PL

Głównym przedmiotem badań było określenie możliwości stosowania technologii GNSS w leśnictwie, w zakresie realizacji pomiarów obiektów przestrzeni leśnej o charakterze: punktowym (np. pnie drzew, graniczniki, pomniki przyrody), liniowym (np. drogi, ścieżki, wizury) oraz powierzchniowym (np. wydzielenia, oddziały, zbiorowiska roślinne, obszary pożarów). Lokalizację przestrzenną wyznaczano przy wykorzystaniu różnej klasy odbiorników GNSS, pracujących w różnych trybach pomiaru. Wykorzystano odbiorniki klasy: turystycznej, kartograficzne oraz nowoczesne wieloczęstotliwościowe, wielokanałowe (NAVSTAR-GPS + GLONASS) odbiorniki, współpracujące z siecią stacji referencyjnych ASG-EUPOS w trybie RTK oraz postprocessingu. Ocenie pod kątem możliwości wyznaczania pozycji podlegały sesje pomiarowe złożone z: 100, 300, 600 epok a nawet prowadzone ponad godzinę. Testy wykonano losowo w różnych porach dnia, miesiąca, w różnych warunkach atmosferycznych, w przestrzeni otwartej (drogi leśne, zręby, luki) jak i pod okapem drzewostanu oraz w rożnych fazach fenologicznych drzewostanu (okres bez liści – spoczynku oraz z liśćmi – w pełni sezonu wegetacji). Wyznaczone metodami GNSS pozycje obiektów, zostały odniesione do wyników referencyjnych, uzyskanych na podstawie pomiarów RTK (wielogodzinne obserwacje w terenie otwartym) oraz pomiarów tachimetrycznych, a także przetworzonych chmur punktów, pochodzących z naziemnego skanowania laserowego (precyzyjnie wyznaczone pozycje pni drzew oraz przebieg rowu melioracyjnego).

15

Mapa zmian pokrycia terenu małopolski 1986-2011 wykonana w oparciu o klasyfikację obiektową obrazów satelitarnych Landsat oraz RapidEye

Wężyk P., Wójtowicz-Nowakowska A., Pierzchalski M., Mlost J., Szafrańska B.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. 25

273--284

EN

Changes in land use / land cover are the result of interaction between natural processes and human activity. Using GIS analysis to estimate the dynamic of these changes we can detect former trends and their simulation in the future. Diagnosed directions of changes can be used e.g. to create local plans of spatial management or region growth policy. Main goal of this study was to diagnose main trends of changes in land use / land cover in Malopolska voivodeship in last 25 years (1986-2010). Results were shown as statistics and map compositions. Project was created based on RapidEye and LANDSAT 5 TM satellite data and aerial imagery from 2009-2010. The best way to process huge amount and various data was to use Object Based Image Analysis (OBIA). As the results of classification we received 10 classes of land use for both terms of analyses (1986-1987 and 2009-2010). Identified classes were: bare soil, grass-covered areas, urban areas, rivers and watercourses, coniferous forest, leaf forest, peatbog, and other areas. Results show, that especially 2 classes arisen much: forest (4.39%) and urban areas (2.40%), mostly at the expanse of agricultural (-3.60%) and grass-covered areas (-1.18%). Based on results we can say, that changes detected in past 25 years in Malopolska region, which we can also notice today, agree with general trends of landscape changes, that we can observe in Poland for the last 3 decades. These general changes are: renewed succession of forest on areas where agricultural production discontinued; also intense development of road infrastructure. Object Based Image Analysis allowed to realize these study for area of more than 15 000 km2 for only a few weeks.

PL

Zmiany pokrycia terenu i użytkowania ziemi są rezultatem wzajemnego oddziaływania na siebie złożonych procesów przyrodniczych oraz społeczno-ekonomicznych. Analizy przestrzenne GIS dynamiki tych zmian umożliwiają wykrycie występujących w przeszłości trendów i procesów oraz ich symulację dla nadchodzącego okresu. Zdiagnozowane kierunki przemian krajobrazu mogą zostać wykorzystane m.in. przy tworzeniu lokalnych planów zagospodarowania przestrzennego, czy generalnie kreowaniu polityki rozwoju regionów. Celem prezentowanego opracowania było zdiagnozowanie głównych trendów przemian pokrycia terenu województwa małopolskiego na przestrzeni ostatnich dwudziestu pięciu lat (19862011) oraz ich statystyczne i graficzne zaprezentowanie w postaci kompilacji map numerycznych. Projekt wykonano w oparciu o dane teledetekcyjne: zobrazowania satelitarne RapidEye i LANDSAT TM oraz lotnicze ortofotomapy (PZGiK) z lat 2009 - 2010. Duża ilość i różnorodność danych wymusiła zastosowanie obiektowego przetwarzania danych teledetekcyjnych, tj. klasyfikacji OBIA (ang. Object Based Image Analysis). W wyniku przeprowadzanej klasyfikacji otrzymano 10 klas pokrycia i użytkowania terenu dla dwóch terminów badawczych (1986-87 oraz 2010-11), tj.: grunty orne, użytki zielone, tereny zurbanizowane, rzeki i cieki, zbiorniki wodne, lasy iglaste, lasy liściaste, zadrzewienia i zakrzewienia, tereny różne oraz torfowiska. Wykazano, iż na obszarze Małopolski wystąpiło znaczne zwiększenie powierzchni lasów (wzrost o 4.4%) oraz terenów zurbanizowanych (wzrost o 2.4%), głównie kosztem powierzchni gruntów rolnych (ubytek o 3.6%) oraz trwałych użytków zielonych (ubytek o 1.2%). Otrzymane wyniki pozwoliły wysunąć wniosek, iż zmiany jakie zachodziły w przeciągu 25 lat oraz te, z którymi wciąż mamy do czynienia w województwie małopolskim, pokrywają się z ogólnymi kierunkami i trendami przemian krajobrazu obserwowanymi w Polsce w ostatnich trzech dekadach, tj. procesami sukcesji wtórnej zbiorowisk leśnych na gruntach, na których zaprzestano produkcji rolnej oraz związanych z inwestycjami infrastruktury drogowej i kolejowej. Zastosowanie automatycznej klasyfikacji obiektowej oraz analiz przestrzennych GIS pozwoliło na realizację opracowania dla obszaru ponad 15.000 km2 w ciągu zaledwie kilku tygodni.

16

Określenie biomasy sosny zwyczajnej (pinus sylvestris l.) w Puszczy Niepołomickiej na podstawie przestrzennego rozkładu chmury punktów naziemnego skaningu laserowego

Wężyk P., Szostak M., Tompalski P.

Roczniki Geomatyki

|

2012

|

T. 10, z. 5

79--89

PL

Najnowocześniejsze technologie teledetekcyjne takie jak naziemny skaning laserowy (TLS) umożliwiają pomiar 3D rzeczywistej struktury obiektów przestrzeni w tym drzew. Dane dostarczone przez TLS - bardzo gęste chmury punktów - reprezentują kształty i powierzchnie obiektów oraz ich rodzaj (np. z wykorzystaniem intensywności wiązki laserowej). Ekosystem leśny odgrywa ważną rolę w aspekcie regulacji zawartości dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze jak również w zakresie sekwestracji węgla. Węgiel w lesie jest kumulowany w biomasie drzewnej: pnie drzew, gałęzie, Korzenie, liście (igły) oraz w materii organicznej w glebie. W modelowaniu sekwestracji węgla w krajobrazie z wykorzystaniem analiz przestrzennych oraz w zarządzaniu przestrzenią leśną informacja 2D wydaje się nie być wystarczająca. Potrzebna jest informacja 3D tj. rozkład przestrzenny biomasy i objętości drzewostanu. Jest to ważne nie tylko dla zarządzających przestrzenią leśną, ale i w aspekcie polityki energetycznej oraz konwencji międzynarodowych. Dla określenia przestrzennego rozkładu biomasy przeprowadzono badania w Puszczy Niepołomickiej (Regionalna Dyrekcja Lasów Państwowych w Krakowie, pododdział 153f) w drzewostanie sosnowym (Pinus sylvestris L.). Średni wiek drzewostanu wynosił 147 lat, średnia wartość pierśnicy D = 42 cm i wysokości H = 27 metrów (wg SILP). Kołowa powierzchnia badawcza (r = 18 m; powierzchnia 1017.88 m2) składała się z 16 sosen (średnia: D 46 cm; H = 26.0 m), które zostały zeskanowane przy użyciu skanera laserowego FARO PHOTON 80. Wykonano 4 skany (1 pozycja centralna i 3 dodatkowe wokół) aby uzyskać pełną reprezentację pni i koron drzew (gałęzie z igłami). Dla określenia biomasy została wybrana testowa sosna zwyczajna o pierśnicy 52.7 cm, wysokości 28.3 m, długości korony 8.6 m oraz szerokości korony 9.3 m. W celu uzyskania referencji dla analiz chmury punktów TLS zostały w terenie pomierzone średnica i obwód pnia w sekcjach co 1 m. W terenie zebrano: 490.0 kg gałęzi, 109.3 kg pędów z igłami oraz 13.5 kg jemioły. W sumie biomasa mokrej korony wyniosła 612.8 kg (96.3 t/ha). Badania laboratoryjne przeprowadzono na 6 próbkach pędów z igłami, które po wysuszeniu ważyły 53.3 kg, w tym: igły 34.0 kg, pędy 19.3 kg. Wartości z badań laboratoryjnych porównano do wyznaczonych wg wzoru empirycznego (Socha, Wężyk 2007), które wyniosły: dla pędów z igłami w stanie wilgotnym 104.1 kg. (-4.8% różnicy) i w stanie suchym 71.2 kg (33.5% różnicy). Na podstawie analizy chmury punktów TLS (woksele) został wyznaczony pionowy rozkład biomasy.

EN

The state of the art technology like Terrestrial Laser Scanning (TLS) allows measuring the 3D structure of real world objects, including trees. The data delivered by the TLS - very dense point clouds - represent shapes and surfaces of the objects and their type (e.g. using intensity of the laser beam). Forest ecosystem plays an important role in the regulation of the carbon dioxide (CO2) content in the atmosphere and in carbon sequestration as well. In forest, carbon is stored in wood biomass: tree trunks, branches, roots, foliage (needles and leaves) and in the organic material in soil. Using GIS spatial analyses for the carbon sequestration modeling, the 2D information seems to be not sufficient. 3D information of the spatial biomass and volume distribution is needed and is important not only for forest professionals, but also for energy policy and international conventions. The study was done in the Niepolomice Forest in the mature Scots pine (Pinus sylvestris L.) stand (Regional Forest Directorate Krakow. compartment 153f). The age of the stand was 147 years and mean values of DBH 42 cm and height 27 m. The study circular plot (r=18m; area ~1000sqm) consisted of 16 pines (mean: DBH 46 cm; H = 26.0 m) which were scanned using the FARO PHOTON 80. The 4 scans (1 central position and 3 additional around the central one) were made to get full representation of the tree stems and crowns (branches with needles). Tree number 13 (DBH 52.7 cm; H 28.3 m; crown length 8.6 m. crown width 9.3 m) was selected for the biomass study. The stem diameter and perimeter was measured every 1m (section) to get the references for the TLS analysis. The wet biomass of the selected tree parts was: 490.0 kg - branches. 109.3 kg shoots with needles 13.5 kg – mistletoe. The sum of the wet crown biomass was 612.8 kg (96.3 t/ha). The laboratory elaboration based of 6 samples from the crown allowed to receive the dry biomass of crown (53.3 kg) and its fractions: needles 34.0 kg, shoots 19.3 kg. The obtained results were compared to empiric formula (Socha, Wężyk 2007), which delivered results for the wet biomass of shots with needles 104.1 kg (4.8 % difference) and dry biomass 71.2 kg (33.5 % difference). Based on the voxel analysis of the TLS data the vertical characteristic of the volume and biomass distribution was determined.

17

Fotogrametryczne opracowanie skutków huraganu na obszarze nadleśnictwa Koszęcin

Boncol B, Wężyk P

Roczniki Geomatyki

|

2012

|

T. 10, z. 5

27--35

PL

Celem zaprezentowanej pracy było wykonanie fotogrametrycznego opracowania typu 3D (stereodigitalizacja) zdjęć lotniczych skutków huraganu z dnia 15 sierpnia 2008 roku, który uszkodził 545.7 ha lasów na terenie Nadleśnictwa Koszęcin (RDLP Katowice). Wykazano, iż wykorzystanie tradycyjnie generowanej ortofotografii lotniczej prowadzić może do mniej dokładnych wyników. Wektoryzacja materiałów fotolotniczych typu 2D: ortofotomapa lotnicza (metoda 2D; GSD 25cm) obarczona była błędem pominięcia 63.33 ha (-11.6%) uszkodzonych drzewostanów. Ortofotomapa satelitarna RapidEye (metoda 2D; GSD 5.0m) pozwoliła bardziej precyzyjnie ocenić rozmiar szkód tzn. uzyskano o 12.13 ha (+2.2%) więcej powierzchni niż z przyjętego za referencję opracowania 3D. Tradycyjne naziemne metody kartowania szkód obarczone były największym błędem przeszacowania o 148.80 ha (+27.27%). Praca zademonstrowała możliwości wykorzystania do kartowania szkód metod fotogrametrycznych polegających na stereodigitalizacji i ich wyższości nad „standardowymi” produktami stosowanymi w leśnictwie jak np. ortofotografia lotnicza.

EN

The aim of this elaboration was the photogrammetric assessment of the negative hurricane effects on the forest stand in the Koszęcin Forest District (Regional Directorate of Polish State Forest in Katowice). The hurricane, which happened on August 15th 2008, damaged aprox. 545 hectares of forest stands. This value was estimated based on the stereodigitizing of aerial photographs using 3D mapping techniques (SoftCopy station – DEPHOS). Other techniques led to less accurate results: vectorized aerial orthophotomap (so called “2D” method) about 63 ha less of damaged forest stands (-11.6%), photointerpretation of VHRS RapidEye orthophotomap (2D method) about 12 ha more (+2.2%) and traditional estimating methods – about 148 hectares more (+27.27%). The results of the 3D photogrammetric mapping method were considered as a reference to assess spatial distribution of damaged forest stands. The study was a successful demonstration of the capabilities of modern 3D- photogrammetric methods, and their superiority over the “standard” products used in forestry, such as aerial ortophotography, possible to use in case of a disaster (hurricane).

18

Zastosowanie narzędzi geoinformatycznych dla oceny poziomu zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi w rejonie ZGH "Bolesław" w Bukownie

Pająk M., Szostak M., Socha J., Wężyk P., Tompalski P., Mucha S., Lesiak M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2012

|

Vol. 23

315--325

PL

Celem badań było określenie stopnia zanieczyszczenia metalami ciężkimi ściółki i wierzchniej warstwy gleby (0 – 20 cm) na terenach leśnych w promieniu do 2 km od środka osadnika ZGH „Bolesław” w Bukownie. Do przetwarzania danych pochodzących z monitoringu środowiskowego zastosowano metody geostatystyki. Podstawą analiz była baza danych zawierająca oznaczenia zawartości metali ciężkich: Zn, Pb, Cd, Cu, Ni, Cr oraz współrzędne X i Y określające lokalizację poboru próbek gleby. Badano zasięg i stopień zanieczyszczenia gleb w rejonie osadnika. Oznaczono podstawowe charakterystyki zawartości metali ciężkich w ściole i glebie oraz wykonano analizy statystyczne dla ustalenia zależności koncentracji metali ciężkich od wybranych właściwości ściółki, gleby, cech drzewostanu, lokalizacji względem osadnika oraz ZGH „Bolesław”. Przy wykorzystaniu korelacji liniowych Pearsona określono zależności koncentracji pomiędzy poszczególnymi metalami ciężkimi zarówno w ściole, jak i w glebie. W analizach badano między innymi wpływ położenia stanowisk badawczych, który opisano w terenie za pomocą azymutu. Dokonując interpolacji danych pomiarowych sporządzono mapy rozkładu stężeń poszczególnych metali ciężkich w warstwie ścioły oraz gleby. Wyniki analiz wykazały bardzo wysokie stężenia takich pierwiastków, jak cynk, ołów i kadm zarówno w ściole, jak i w glebie. Koncentracje miedzi, niklu i chromu w przebadanych elementach środowiska kształtowały się na poziomie stężeń naturalnych. Wykazano zasadniczą różnicę pomiędzy wielkością zdeponowanych metali po stronie zachodniej osadnika a ich ilością po stronie wschodniej.

EN

The aim of this study was to determine the level of the heavy metals (Zn, Pb, Cd, Ni, Cr) pollution in the topsoil layer (0 – 20 cm) and in the duff of the woodland on the distance of 2 km from the centre of the sedimentation pond of MMW "Bolesław". For the processing of environmental monitoring data geostatistics tools were applied. A database containing the Zn, Pb, Cd, Cu, Ni, Cr content data and coordinates X and Y specifying the sample locations constituted a basis for the geostatistical analysis. The extent and degree of soil pollution in areas near of the sedimentation pond were analyzed. The basic characteristics of heavy metals in the duff and soil and the statistical analysis were performed to determine the concentration of heavy metals depending on the selected properties of duff and soil, stand characteristics and location of the sedimentation pond of MMW "Bolesław". Pearson's linear correlations were used to determine the concentration dependence between heavy metals both in duff and soil. The impact of the position research positions, which are described in the field with azimuth, was tested in the analysis. Maps of the distribution of individual heavy metal concentrations in the duff and soil were drawn with using the interpolation of measurement data. The researches and lab analyses showed a very high level of the accumulation of Zn, Pb, Cd in the duff and soil. The values of the Cu, Ni and Cr have been accumulated in the accepted norms. In the paper it is also pointed out the fundamental difference between the level of the metals accumulation on the west side of the sedimentation pond, and their accumulation on the east side.

19

Wzmocnienie procesu klasyfikacji obiektowej wielospektralnych ortofotomap lotniczych danymi z lotniczego skanowania laserowego

Wężyk P., Mlost J., Pierzchalski M., Wójtowicz-Nowakowska A., Szwed P.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2012

|

Vol. 23

467--476

PL

Klasyfikacja obiektowa (OBIA, ang. Object Based Image Analysis) jest nowatorską metodą analizy zobrazowań teledetekcyjnych, w której homogeniczne obiekty (segmenty), na które podzielony został obraz (za pomocą specyficznych algorytmów) poddawane są klasyfikacji. Dotychczasowe projekty wykazały, iż OBIA przeprowadzana na wysokorozdzielczych i wielospektralnych lotniczych ortofotomapach cyfrowych, wspierana modelami wysokościowymi, prowadzi do uzyskania bardzo dokładnych wyników. Stosunkowo niewiele prac koncentruje się na określeniu wpływu produktów pochodnych chmury punktów lotniczego skanowania laserowego (ang. Airborne Laser Scanning), takich jak wartość: odchylenia standardowego wysokości, gęstości punktów czy intensywności odbicia, na poprawę wyników klasyfikacji OBIA. W prezentowanej pracy poddano ocenie wzmocnienie procesu klasyfikacji OBIA danymi ALS na podstawie dwóch transektów badawczych („A” oraz „B”) o powierzchni 3 km2, położonych w okolicach Włocławka. Celem końcowym procesu analizy OBIA było uzyskanie aktualnej mapy klas pokrycia terenu. W opracowaniu wykorzystano lotnicze ortofotomapy cyfrowe oraz dane z lotniczego skaningu laserowego, pozyskane na przełomie sierpnia I września 2010 roku. Na podstawie punktów danych ALS wygenerowano warstwy pochodne takie jak: liczba odbić, intensywność, odchylenie standardowe, jak również wygenerowano znormalizowany Numeryczny Modelu Powierzchni Terenu (zNMPT). W wariancie pierwszym „I” wykorzystano dane uzyskane wyłącznie w nalocie fotogrametrycznym, tj. wielospektralne ortofotomapy lotnicze (kamera Vexcel) oraz indeksy roślinności (w tym NDVI i in.). Wariant drugi prac ”II” zakładał wykorzystanie dodatkowo danych z lotniczego skaningu laserowego. Określona dokładność klasyfikacji OBIA wykonanej w oparciu o cyfrową ortofotomapę lotniczą wyniosła 91.6% dla transektu badawczego „A” oraz 93.1% dla transektu „B”. Użycie danych ALS spowodowało podniesienie dokładności ogólnej do poziomu 95.0% („A”) oraz 96.9% („B”). Praca wykazała, iż zastosowanie danych ALS podnosi dokładność klasyfikacji segmentów o bardzo zbliżonych właściwościach spektralnych (np. rozróżnienie powierzchni dużych, płaskich dachów budynków od parkingów czy klas roślinności niskiej od średniej i wysokiej. Wprowadzenie warstw pochodnych ALS do procesu segmentacji poprawia także kształt powstających obiektów a tym samym klas końcowych. Analiza „surowych” danych ALS w postaci plików w formacie LAS otwiera dodatkowe możliwości, których nie daje wykorzystywanie rastrowych warstw takich jak zNMPT. Pojawiająca się w nowej wersji oprogramowania eCognition (TRIMBLE) możliwość operowania segmentami przestrzennymi jeszcze te możliwości klasyfikacji podnosi. Niewątpliwie sporym problemem w integracji informacji spektralnej (ortoobraz) oraz geometrycznej (ALS) jest efekt rzutu środkowego skutkujący przesunięciami radialnymi dla wysokich obiektów leżących w znacznej odległości od punktu głównego zdjęcia.

EN

Object Based Image Analysis (OBIA) is an innovative method of analyzing remote sensing data based not on the pixels, but on homogenous features (segments) generated by specific algorithms. OBIA based on high-resolution aerial orthophotography and powered by digital terrain models (nDSM) brings high accuracy analysis. Not many scientific papers brings implementation of ALS point cloud directly into OBIA image processing. Paper present study done on two test areas of approx. 3 km2, situated close to Wloclawek, representing different land use classes (transect “A” – urban area; transect “B” – rural and forest landscape). Geodata (digital aerial orthophotographs and Airborne Laser Scanning data) were captured almost at the same time (September 2010). Different raster layers were created from *. LAS file, like: intensity, number of returns, normalized elevation (nDSM). Two version (I and II) of OBIA classification were performed. First version (I) based only on aerial orthophotographs and different coefficients (like NDVI). Second variant of OBIA (wariant II) based additionally on ALS data. Total accuracy of variant I was 94.1% (transect “A”) and 92.6% (transect “B”). OBIA classification powered by ALS data provide to increase of the results up to 96.9% (transect “A”) and 95.0% (transect “B”) as well. Classification of objects with similar type of surface properties (like buildings and bare soil) was much better using ALS information. The ALS data improve also the shape of objects, that there are more realistic. Data fusion in OBIA processing brings new capabilities,. These capabilities are bigger thanks to processing based on 3-dimensional segments. The results of analysis would be more accurate, when orthoimages (“true ortho”) would be used, instead of standard orthophotographs. The running ISOK project in Poland will bring soon a huge data set (approx. 150 TB) of ALS and photogrammetry connected products. This situation requires suitable software to analyze it fast and accurate on the full automatic way. The OBIA classification seems to be a solution for such challenge.

20

Mapa zagrożenia erozyjnego gruntów rolnych w Małopolsce na podstawie klasyfikacji OBIA obrazów teledetekcyjnych oraz analiz przestrzennych GIS

Wężyk P., Drzewiecki W., Wójtowicz-Nowakowska A., Pierzchalski M., Mlost J., Szafrańska B.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2012

|

Vol. 24

403--420

PL

Zjawisko erozji wodnej należy do głównych przyczyn degradacji gleb w Europie. Stanowi ono również główny czynnik degradujący gleby na obszarze Małopolski - regionu o najwyższym stopniu zagrożenia erozyjnego w skali Polski. Występując lokalnie, w zależności od warunków fizjograficznych, może stanowić poważny problem gospodarczy i środowiskowy. Silne zróżnicowanie fizjograficzne oraz różne formy pokrycia i użytkowania terenu województwa małopolskiego, stanowiły główną potrzebę przeprowadzenia oceny zagrożenia erozyjnego i nasilenia stopnia degradacji gleb. Projekt realizowany dla Urzędu Marszałkowskiego Województwa Małopolskiego miał na celu identyfikację obszarów, które w największym stopniu narażone są na degradację(erozję potencjalną, czyli taką, jaka miałaby miejsce na polu użytkowanym jako czarny ugór bez stosowania zabiegów przeciwerozyjnych oraz erozję aktualną, czyli z uwzględnieniem aktualnej struktury użytkowania i stosowanych zabiegów przeciwerozyjnych) przez co w pierwszej kolejności wymagają wdrożenia skutecznych metod ochrony gleb użytkowanych rolniczo. W projekcie wykorzystano wysokorozdzielcze zobrazowania satelitarne systemu RapidEye z lat 2010-2011 oraz cyfrowe ortofotomapy lotnicze (RGB). Dane teledetekcyjne poddano zaawansowanej technologicznie klasyfikacji obiektowej (ang. OBIA - Object Based Image Analysis) w oprogramowaniu eCognition (Trimble Geospatial) wspartej analizami przestrzennymi GIS. Ocenę nasilenia erozyjnej degradacji gleb województwa małopolskiego przeprowadzono w oparciu o modelowanie z wykorzystaniem algorytmu USLE (ang. Universal Soil Loss Equation). Jest to najszerzej rozpowszechniony na świecie model erozyjny. W latach 90-tych XX wieku powstała nowa (zmodyfikowana) wersja modelu do określania erozji gleb, tj. (R)USLE. Ocena zagrożenia gleb województwa małopolskiego w aspekcie erozji potencjalnej wykazała, iż jedynie 15% powierzchni terenów użytkowanych rolniczo w województwie nie jest w zasadzie zagrożone erozją wodną. Na obszarze 28.6% terenów rolnych występuje natomiast potencjalnie średnie lub większe zagrożenie erozyjne - mogące skutkować trwałą degradacją profilu glebowego. Tereny zagrożone występują w największym nasileniu w południowej - górzystej części województwa. Ocena przeprowadzona w aspekcie erozji aktualnej pokazuje jednocześnie, iż rzeczywisty aktualny poziom zagrożenia erozyjnego jest znacznie niższy od potencjalnego. Ponad 40% terenów rolniczych nie jest obecnie narażonych na występowanie zjawisk erozji wodnej gleb, a erozja na poziomie średnim lub wyższym stwierdzana jest dla 10% powierzchni tych obszarów. Oznacza to, iż sposób prowadzenia gospodarki rolnej w znacznym stopniu ogranicza występowanie zjawisk erozyjnych. Podsumowując w przypadku województwa małopolskiego zagrożenie erozyjne użytków rolnych należy ocenić jako średnio-wysokie i dość mocno zróżnicowane terytorialnie. Zastosowana metodyka prac poza dużą oszczędnością czasu jaką przyniosła klasyfikacja obiektowa (OBIA) wykazała także możliwość wykorzystania modelu erozji (R)USLE dla jednostek administracyjnych o znacznej powierzchni, takich jak: powiat czy województwo.

EN

In 2011 the Marshal Office of Malopolska Voivodeship decide to evaluate the vulnerability of soils to water erosion for the entire region. The special work-flow of geoinformation technologies was used to fulfil this goal. First of all, the soil map had to be updated to include changes in land use and land cover which took place since 1960s, when most of them were made. The process of soil map updating had to be realised with very high degree of automation, because of the large area to be mapped (ca. 15 000 km sq.) and limited time period (ca. 3 months for complete erosion risk assessment). The approach used was based on the Object Based Image Analysis (OBIA) of orthophotomaps from both high resolution satellite images (RapidEye) and digital aerial photographs and applied GIS spatial analyses. Soil map with up-to-date land use and land cover information, together with rainfall data, detailed Digital Elevation Model and statistical information about areas sown with particular crops created the input information for erosion modelling in GIS environment. Soil erosion risk assessment was based on (R)USLE approach. Both, the potential and the actual soil erosion risk were assessed quantificatively and qualitatively. The soil erosion risk assessment for Malopolska Voivodeship showed that only 15% of the agricultural land in the region is generally free of the risk of water erosion. For the 28.6% of agricultural land the potential medium or higher risk of erosion exist - which can result in permanent degradation of the soil profile. The study was presented in forms of digital thematic maps and reports prepared for the entire area of Malopolska Voivodeship and each administrative district as well.