DETEKCE A MONITORING INVAZNÍCH ROSTLIN

Rostlinné invaze představují komplexní problém, který vyžaduje řešení na úrovni krajiny. Pravidelný a přesný monitoring, k němuž dálkový průzkum Země (DPZ) poskytuje efektivní nástroj, je nezbytný pro jeho řešení. 

Tuto problematiku řešíme v rámci projektu: Využití bezpilotních systémů (UAS) v monitoringu rostlinných invazí na různé prostorové i časové škále (InterCOST LTC18007 1.7.2018 – 30.9.2021)  Hlavním cílem projektu je popsat nové a inovativní techniky pro automatický monitoring rostlinných invazí pomocí UAS, a to včetně vývoje funkčního vzorku bezpilotního systému s vyšší prostorovou a spektrální přesností pro účely monitoringu, a dále pak využít UAS pro studium dynamiky invazních procesů podél vodních toků. Výstupem projektu pak budou nově popsané metody monitoringu invazí založené na dobré znalosti invazních procesů,moderních technologiích UAS, automatickém zpracování dat dálkového průzkumu a otevřeném softwaru, zmíněný bezpilotní systém optimalizovaný pro monitoring invazí, a prohloubení znalostí o faktorech podmiňujících šíření invazních druhů v krajině. Navrhovaný projekt má přímé napojení na probíhající akci COST HARMONIOUS, která se zabývá využitím UAS v zemědělství a monitoringu přírodních ekosystémů, s hlavním zaměřením na vodní toky, což je jedno z nejvíce invadovaných prostředí sloužící jako důležitý vektor šíření invazních druhů v krajině.

Projekt navazuje na ukončený projekt Detekce a monitoring invazních druhů s využitím bezpilotních leteckých prostředků hrazeného z prostředků TA ČR (TA04020455, 07/2014 — 12/2017), ve kterém vznikla metodika pro včasnou detekci a monitoring vybraných druhů invazních rostlin metodami dálkového průzkumu Země (DPZ). V projektu bylo testováno využití bezpilotního prostředku pro detekci modelových druhů: bolševník velkolepý (Heracleum mantegazzianum), křídlatka (k. japonská, Reynutria japonica; k. sachalinská, R. sachalinensis; a k. česká, R. bohemica), pajasan žláznatý (Ailanthus altissima) a trnovník akát (Robinia pseudoacacia). Všechny patří mezi sto nejhorších invazních druhů dle evropské databáze invazních druhů DAISIE a představují významná rizika pro naši společnost, jelikož ohrožují jak zdraví (způsobují popáleniny — bolševník, pajasan), tak i krajinu, ekosystémy a biodiverzitu (všechny zmíněné druhy).

V rámci projektu byl Leteckým ústavem VUT Brno vyvinut bezpilotní systém, zajišťující dostatečné prostorové rozlišení a zároveň poskytuje flexibilitu pro pořízení dat v různé výšce i fenologických fázích invazních rostlin. VUT ve spolupráci s firmou GISAT jsme testovali různé používané postupy pro předzpracování snímků a vybrali nejvhodnější metodu pro pořizování dat a jejich geometrickou a radiometrickou korekci. Parametry vzdušné i pozemní části bezpilotního systému jsou optimalizovány pro plnění misí definovaných v průběhu projektu. Ke srovnání jsou použity standardně dostupné satelitní a letecké snímky. Tak je pokryto široké spektrum rozlišení dat, a to jak prostorové (od méně podrobných satelitních dat, tj. Rapid Eye s 5m rozlišením, až po velmi podrobná bezpilotní data s rozlišením 0,2 m), tak i spektrální (barevné letecké snímky, multispektrální satelitní data se 4—10 kanály a bezpilotní snímky s RGB kanály a modifikovaným NIR kanálem) a časové (bezpilotní letoun nám umožňuje pořídit data zachycující rostliny v různých fenofázích, což umožnilo určit ideální dobu snímání pro přesnou a účinnou detekci druhu). Cílem bylo nalezení automatických či poloautomatických postupů detekce zájmových druhů za použití jak pixelově, tak i objektově orientované klasifikace obrazu a kombinace obou (hybridní přístup).

Výsledky a optimální postupy detekce jsou shrnuty v certifikované Metodice mapování invazních druhů za použití dat DPZ. Dalším výsledkem je bezpilotní systém optimalizovaný pro operativní získávání dat o invazních druzích. Ověření metodiky probíhalo v zájmových územích a vzniklé specializované mapy výskytu sledovaných invazních druhů mohou být dále využity státní správou pro podporu odborného rozhodování v oblasti ochrany přírody a krajiny. Cílem bylo, aby nově popsaná strategie detekce sledovaných druhů byla dále aplikovatelná v ochraně přírody a sloužila jak pro monitoring stávajících invazí, tak i ke včasnému zachycení hrozby v počátcích invaze, kdy jsou opatření proti šíření mnohonásobně efektivnější a levnější. Využití bezpilotních prostředků spolu s konvenčními daty poskytuje potenciál pro zpřesnění výsledků a nalezení nejvhodnější strategie mapování i u hůře detekovatelných druhů pro komerční účely (nejpřesnější a ekonomicky nejefektivnější). Další výhodou bezpilotních prostředků pro koncové uživatele je, kromě již zmíněné flexibility v praxi, cílené využití  na zájmové lokality (např. zvláště chráněné lokality a lokality soustavy NATURA 2000 nebo stanoviště vytipované na základě znalostí o chování druhu jako místa s velkým invazním potenciálem). Metodika je využitelná pro monitoring stávajících invazí a k včasnému zachycení hrozby v počátcích invaze, kdy jsou opatření proti šíření mnohonásobně efektivnější a levnější než v pozdějších invazních stádiích. Monitoring musí být dostatečně efektivní, a to jak z ekonomického  hlediska, tak i s ohledem na přesnost detekce. Výsledná kombinace bezpilotního systému a metod zpracování dat je základem nové služby, která zájemcům rychle a efektivně přinese výsledky monitoringu.