Nowoczesna teledetekcja wsparciem dla monitoringu środowiska

Jak sprawdzić, w jakim stanie jest siedlisko przyrodnicze? Zatrudnić eksperta od botaniki, który pojedzie na miejsce i wykona niezbędne analizy. To jednak czasochłonne i kosztowne. Rozwiązaniem staje się wykorzystanie metod teledetekcyjnych. Tak było w projekcie HabitARS realizowanym przez firmę MGGP Aero wspólnie z naukowcami z różnych jednostek, w tym Wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej.

Analiza zmian w zadrzewieniu i zakrzaczeniu na obszarze Ostoi Olsztyńsko-Mirowskiej (oprac. K. Osińska-Skotak)

Mapa gatunków sukcesji (oprac. A. Radecka, K. Osińska-Skotak)

Zdjęcia obrazujące zmiany w zadrzewieniu i zakrzewieniu na jednym z analizowanych obszarów (dane źró

Celem przedsięwzięcia było opracowanie innowacyjnego podejścia wspierającego monitoring nieleśnych siedlisk przyrodniczych Natura 2000. Wykorzystanie do tego teledetekcji miało zaoszczędzić czas i pieniądze, ale także pomóc uzyskać obiektywną i powtarzalną metodę, uniezależnioną wyłącznie od – skazanej na subiektywizm – oceny eksperta. Wyniki projektu mają ułatwić dbanie o bioróżnorodność, a więc także o stan siedlisk przyrodniczych. Polska – jako kraj członkowski Unii Europejskiej – ma taki obowiązek.

Badania prowadzono w 37 lokalizacjach: od Bagien Biebrzańskich i Puszczy Drawskiej na północy, po Bieszczady i Karkonosze na południu. Tak duża liczba obszarów wynikała z potrzeby uwzględnienia zmienności klimatycznej, a także wielości typów siedlisk.

Zaproszenie do współpracy

Projekt HabitARS obejmował kilka powiązanych ze sobą zadań. Pierwszym wyzwaniem było zintegrowanie pracy kilku sensorów na platformie teledetekcyjnej. Trzeba było także opracować metodykę identyfikacji nieleśnych siedlisk przyrodniczych Natura 2000 występujących w przestrzeni rolniczej, a następnie opracować metodykę identyfikacji w tych siedliskach zagrożeń przesuszeniem, sukcesją oraz występowaniem obcych inwazyjnych i rodzimych ekspansywnych gatunków roślin. Ostatnim etapem była optymalizacja metodyki inwentaryzacji i monitoringu.

Żeby zrealizować wszystkie zadania, liderująca konsorcjum firma MGGP Aero sp. z o.o. zaprosiła do współpracy uczelnie i instytuty, w tym Politechnikę Warszawską.

Walka z sukcesją

– Byliśmy liderem zadania dotyczącego opracowania metodyki identyfikacji zagrożenia sukcesją w nieleśnych siedliskach przyrodniczych Natura 2000 – wyjaśnia dr hab. inż. Katarzyna Osińska-Skotak, prof. PW, kierująca w projekcie zespołem z tej uczelni. – Opracowana przez nas metodyka jest w dużym stopniu zautomatyzowana. Na podstawie danych z lotniczego skanowania laserowego oraz zdjęć hiperspektralnych, zebranych w jednym przelocie (dzięki platformie teledetekcyjnej stworzonej przez firmę MGGP Aero Sp. z o.o.) wykonywana jest maska zasięgu drzew i krzewów. Później jest ona poddawana dalszym etapom analizy, dzięki którym uzyskujemy informację, czy są to obszary leśne, czy też drzewa i krzewy wkraczające na obszary siedlisk, a także określamy ich gatunki. Następnym etapem jest określenie stopnia zagrożenia danego obszaru lub siedliska procesem sukcesji.

W trakcie tego etapu analiz pojawiają się kolejne zagadnienia, istotne dla metodyki identyfikowania zagrożenia sukcesją. – Nie wszystkie gatunki drzew i krzewów są sukcesyjne, w różnych siedliskach te same gatunki mogą się zachowywać odmiennie: w jednym stanowić duże zagrożenie dla bioróżnorodności, a w drugim nie są żadnym zagrożeniem – zaznacza prof. Osińska-Skotak.

W jej zespole z Wydziału Geodezji i Kartografii PW byli specjaliści od fotogrametrii i teledetekcji, ale nie od botaniki. Dlatego zadanie projektowe było realizowane we współpracy z Uniwersytetem Łódzkim. – Tamtejsi eksperci byli odpowiedzialni za stronę botaniczną, aczkolwiek w weryfikacji wyników w terenie brały udział także pozostałe zespoły botaniczne realizujące projekt, czyli specjaliści z Instytutu Technologiczno- Przyrodniczego i Uniwersytetu Śląskiego – mówi prof. Osińska-Skotak.

Różne źródła w jednym celu

Poza aktualnymi danymi naukowcy korzystali też z archiwalnych zasobów. Najstarsze zdjęcia, jakie udało się pozyskać, pochodzą z lat 70. Dzięki takim materiałom możliwe było sprawdzenie, jak szybko na badanych obszarach postępowała sukcesja. Można było też prognozować, co może się dziać, jeśli nie zostaną wdrożone zapobiegające jej działania.

Jak zaznacza prof. Osińska-Skotak, teledetekcja nie ma zastępować ekspertów wykonujących badania w terenie, a ich wspierać. – Takimi metodami w sposób zdalny pozyskujemy wiele danych, dzięki którym możemy analizować różne cechy i właściwości danego obiektu – wyjaśnia badaczka. – W przypadku naszego projektu są to: geometria, kondycja czy gatunek drzewa lub krzewu. Mieliśmy ponad 200 zdjęć (tzw. kanałów spektralnych) tego samego obiektu wykonanych w tym samym czasie, ale w różnych, bardzo wąskich zakresach promieniowania. Dzięki temu byliśmy w stanie otrzymać szczegółowe informacje pozwalające na zidentyfikowanie gatunków drzew i krzewów. Na ich rozpoznanie ma wpływ szereg czynników, w tym termin wykonania nalotu. W ramach projektu analizowaliśmy także i ten element, ponieważ najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem byłoby wykonanie jednego nalotu do uzyskania mapy gatunków sukcesji dla danego obszaru.

Wykorzystanie metod teledetekcyjnych szczególnie ułatwia zarządzanie dużymi obszarami (takimi są także obszary Natura 2000) – wówczas wysokie koszty badań terenowych i długi czas ich prowadzenia udaje się znacząco ograniczyć.

W cały projekt HabitARS zaangażowanych było ok. 80 osób z siedmiu instytucji. Z efektów ich prac będą mogli skorzystać m.in. Generalna Dyrekcja Ochrony Środowiska, Regionalne Dyrekcje Ochrony Środowiska, parki narodowe i krajobrazowe, uczelnie, organizacje pozarządowe oraz inwestorzy.

Agnieszka Kapela (Biuro ds. Promocji i Informacji Politechniki Warszawskiej)