Využití hemisférických snímků pro studium ekologie lesů

Karel Matějka

 

Hemisférické fotografie (HF) představují relativně jednoduchý a přitom přesný nástroj pro studium struktury porostu a světelných poměrů pod tímto porostem. Existují některé předpoklady, které je potřebné splnit, aby tento nástroj splňoval očekávání. Především se jedná o přesné a známé umístění kamery v terénu. Toho je možno docílit použitím vhodného stativu v kombinaci s libelou (objektiv musí směřovat přesně vzhůru), buzolou (horní okraj fotografie musí být orientovaný k severu, případně v jiném známém směru) a s přístrojem GPS pro přesné zaměření souřadnic, což je zvláště důležité v případě, že v budoucnu bude požadováno opakované pořízení HF. Na pracovišti IDS se pracuje s fotoaparátem Canon EOS 6D s objektivem Sigma F3.5 EX DG fisheye, který je umístěn na stativu Vanguard Alta Pro 2 (viz obrázek vlevo). Vzhledem k prostorové variabilitě porostních poměrů je důležité pořízení většího počtu HF na různých (většinou náhodných) bodech. Počet by většinou neměl klesat pod 5.

Na každém fotografovaném bodě je standardně pořizován pár fotografií s různou výškou nad terénem - běžně 100 a 133 cm. Díky zpracování takového páru snímků lze vypočítat přesnou polohu každého bodu, který je identifikován na obou snímcích dle principů fotogrammetrie.

Pro zpracování HF je vyvíjen vlastní software CanopyPhotos. Jedná se o systém, který vytváří databázi HF, přičemž do databáze jsou zapisovány všechny důležité parametry ke každé HF (zvláště její umístění, použitá optika, orientace snímku) i výsledky zpracování. Prvořadým úkolem programu je klasifikace originální HF, tedy přiřazení každého jejího pixelu k jedné ze dvou tříd Canopy (koruny stromů, listoví, případně další zástin) a Sky (obloha, světliny). Klasifikace je prováděna poloautomaticky s tím, že výsledek klasifikace by měl uživatel zhodnotit, případně změnit parametry a klasifikaci provést znovu. Možná je i manuální úprava klasifikace.

Viz Nápověda a popis programu CanopyPhotos: zpracování hemisférických snímků

Algoritmus pro výpočet podílu dopadajícího difusního záření byl verifikován na základě vyhodnocení HF pořízených u meteorologických stanic měřících globální sluneční radiaci ve středních Čechách (Matějka 2021).

V roce 2018 bylo provedeno šetření na 36 trvalých výzkumných plochách a lokalitách (některé lokality zahrnují více ploch, které však byly hodnoceny společně) v různých lesích ČR. Výsledky shrnuje článek Matějka (2018).

 

Příklad hemisférické fotografie z výzkumné plochy P14 (NP Šumava). Vlevo originální snímek, vpravo snímek klasifikovaný.
 

Program CanopyPhoto dokáže vykreslit pohyb slunce na obloze ve zvolené dny, v tomto případě se jedná o 21. prosince až 21. června (v měsíčních intervalech) na jedné z fotografií na výzkumné ploše P14. Vykreslené křížky označují každou celou hodinu.
 

Výsledky

Matějka K. (2018): Struktura stromového patra a světelné poměry v porostech na výzkumných plochách.

Matějka K. (2021): Vliv okolí meteorologické stanice na měřené hodnoty globální radiace sledovaný pomocí hemisférických fotografií.

 

© Karel Matějka - IDS (2018-2021)