Interspect Kft.
Pilis-oldal Erdőrezervátum és Pilis-tető
Pinczés Patrik összefoglalója
Lék-faállomány kapcsolata és az időjárási körülmények hatása a légi felvételezésre
A vizsgálat célja
Az Interspect Kutatócsoport HRAMN (High Resolution Aerial Monitoring Network, magyarul: NRMH, nagyfelbontású repülőgépes monitoring hálózat) vizsgálatsorozata felkeltette a figyelmem, mivel számos tájrészletről szolgáltattak korábban izgalmas megfigyeléseket. Felkerestem Dr. Bakó Gábort a vizsgálatokat összefogó szakembert, akitől megtudtam, hogy aktuálisan kutatandó a szél hatása az erdőrezervátumokban zajló légi felmérésekre. A fák lombkoronáját mozgásba hozza a légmozgás, és ez torzító hatással bír a kiértékelés és a statisztikai értelmezés szempontjából. A területkijelölésben az Ökológiai Kutatóközpont munkatársai, elsősorban Dr. Horváth Ferenc segített, az újulatok és lékek közötti összefüggés értelmezésének irányításával. A Pilis-tető oldal Erdőrezervátumban végeztük el a vizsgálatokat, melyeknek elsődleges célja kideríteni, hogy milyen összefüggés van az újulat sűrűsége és az egyes környezeti adottságok között, illetve módszertani tanulmány készítése is a célok közé tartozik. A következtetések első sorban erdőrezervátumok és erdőgazdasági fenntarthatósági kísérletek során, valamin egyéb geometriai kiértékelést végző munkatársak számára nyújthatnak segítséget.
A mintaterület
Az erdőrezervátumok lehetővé teszik az erdei ökoszisztéma természetes folyamatainak lezajlását, valamint szolgálják az életközösségek biztonságát, emberi behatástól való mentességét, ezért kiemelt figyelmet fordítanak az ilyen területek védelmére (https://termeszetvedelem.hu/erdorezervatum-program). Egy erdőrezervátum mindig egy magterületből és az azt körbeölelő védőzónából áll, így kialakítva a magterület fokozott és állandó védelmét. Magyarországon ma az erdőrezervátum hálózathoz 63 terület tartozik, melyek közül a Pilis-oldal Erdőrezervátum összesen 168,1 hektár területet jelent, amiből 44,9 hektár a magterületet teszi ki (www.erdorezervatum.hu).
A vizsgálati területen az 1990-es években tértek át örökerdő-gazdálkodásra. Lényeges a faállomány lékdinamikájának monitoringja erdészeti szempontból, hiszen az alapvető célkitűzésük a minél magasabb fakitermelési érték elérése, a folyamatos erdőborítottság harmóniájában, az erdő, mint élőhely folyamatos fennmaradásának figyelembevétele mellett.
Az szálaló-erdőgazdálkodás egyik fő jellegzetessége, a facsoportokban, időszakosan szálalva kialakított lékek (1. ábra) (Csépányi 2008).
1. ábra: Erdei lék. A faállomány közti ”hézagok” fontos szerepet töltenek be erdészeti, ökológiai és biodiverzitás szempontból (Pinczés Patrik, 2022.10.24)
Tervszerinti vágások beiktatásával és megfelelő szakmai hozzáértéssel az erdőgazdálkodók, lék-fény tájolás alkalmazásával használják ki a közvetlen napfényt, amelyből a vegyeskorú állomány legfiatalabb tagjai is elegendő arányban részesülnek, így elkerülve a dominánsabb egyedek általi árnyékolást, biztosítva a kritikus újulatok megfelelő dinamikájú növekedését, természetes úton. Nem csak a napsugarakból érkezik jelentősebb mennyiség, de a talajszintbe jutó nedvesség is emelkedik, amely a termőtalaj biológiai értékét egyaránt növeli (Csépányi 2007). A szálalás hosszas tervezést igényel, mivel a lékeket különböző alak és méret szerint hozzák létre, ugyanis ezekkel a tényezőkkel is befolyásolják az újulat mennyiségét és minőségét, törekedve a gazdaságilag lehető legideálisabb módszerekre, a természetes egyensúly és a faállomány szerkezet elegyességének fenntartására. A lék méretét mindig a lehető legkisebb, de még optimális nagyságúra, úgynevezett ”kritikus lékméretre” szabják. A megfelelő átmérő és alakválasztás, előzőlegesen elvégzett matematikai számolást igényel. Geometrikus törvényeket alkalmaznak, ahol számításba veszik a domborzati adottságokat is (kitettség, felszín lejtése).
Az HRAMN módszersegítségével lehetőség adódik 0,5-5 cm terepi felbontás-tartományú felvételek készítésére a lombkoronákról. Ezen felvételek alapján vektorgragfikus téradatbázis készül, amely adatrögzítést meghatározott időnkénti ismételünk, összehasonlítunk a korábbi állapotokkal. A mesterséges intelligenciának köszönhetően pontos statisztikai adatgyűjtés és analízis lehetősége áll rendelkezésre. Repülőgépből, illetve nagy terepi felbontású felvételezésre alkalmas UAS-al, akár 800 méter terep feletti magasságból is szolgáltathatók az alaptérképek felvételei. Ilyen esetben a módszer kivitelezése nem számít zavaró tényezőnek a terület életközösségére nézve. Megfelelő mintavételi hálózattal modellezhető a klímaváltozás tájrészletre gyakorolt hatása.
Erdőrezervátum természeti érték, azon belül erdőgazdálkodási mintaterületről beszélünk (HRAMN/C kategória). A vizsgálat alá eső terület (2. ábra) magterületet körbeölelő védőzónában helyezkedik el, mely az esztergomi Két-bükkfa-nyereg túraterületen keresztül közelíthető meg. Nagysága 317 x 639 m, amelyben a faállományok közötti lékeket vizsgáljuk. Ehhez legalább 3 cm terepi felbontású téradatokra van szükségünk, mellyel könnyedén rögzíthető a vizsgálandó lékszerkezet. Kora őszi időszaknak köszönhetően, még élénk színekben pompázik a fák lombkoronája, így könnyebb lehatárolni a különböző tartományokat, és a felső lombkorona fafajai is gyorsan és pontosan detektálhatók.
2. ábra: A vizsgált terület elhelyezkedése a teljes mintaterület ortofotó-mozaikján (Interspect Kft.- 2018.11.16)
A felső lombkorona légi felmérések időjárás-függésének vizsgálata
Amennyiben nagyszámú területet magas időbeli sűrűséggel kell felmérni, különösen a domborzatilag kitett helyek esetében, számolnunk kell azzal, hogy az esetek többségében nem lesznek kedvezőek az időjárási viszonyok. Erős légmozgás akkor is előfordulhat, ha a látási viszonyok megfelelőek. A szél különösen a fásszárú vegetációval borított területeken nehezíti a felmérést. Mivel nem engedhetjük meg magunknak, hogy kizárólag szélcsendben dolgozzunk, meg kell vizsgálni a szél okozta limitáló hatásokat a felvételre nézve.
Elsősorban arra voltunk kíváncsiak, hogy milyen torzító hatása van a szélnek az erdőfelmérésnél, légi fotogrammetria esetében, ezért ellenőriztük a kritikus szélben zajló légi felmérések kiértékelési megbízhatóságát.
Az időjárásfüggés vizsgálatokat támogató repülés 2022.09.20-án ment végbe. A terület monitoringját nehezítő körülmény egyike, ha sűrű köd ereszkedik a tájra (4. ábra), erős szél vagy csapadék tapasztalható. A légtérben megjelenő sűrű páratartalom értékelhetetlenné teszi az ortofotót, zajossá a pontfelhőt. A pára mértékének vizsgálaait más mintaterületeinken vizsgáltuk, így ezúttal, a felvételezést naponta ismételve a szél hatásait elemeztük.
3. ábra: Első felvételezés ködben (Interspect Kft. - 2022.09.20)
Végül a második repülés (2022.09.21) felvételei voltak ideálisak a kísérlethez. A felvételeken ekkor már tiszta, eredeti színében látszik a faállomány, azonban a szél hatására az ortofotókon a lombkoronák elhelyezkedése változó, és ha áttetsző módon mozaikoljuk őket (Average mosaicing eljárás), az így nyert felvétel elmosódott részei vizualizálják a közvetlenül a lombkoronák felett tapasztalható légmozgást (4. ábra).
4. ábra: A szél torztó hatásainak vizsgálatára szolgáló második felvételezés (Interspect Kft. 2022.09.21)
A terület szélein statikusan jelenítjük meg a lombkoronákat, hogy mintegy léptékként mutassák a felvétel méretarányát. Összefolyt struktúrája miatt nem használható a lékszerkezet vizsgálati céljára, azonban a szél légi felvételezésre gyakorolt hatásának vizsgálatára kiválóan alkalmas, hiszen, ha hagyományos ortofotó-mozaikként generáltuk volna ki a térképet, a fák éles képen látszanának, de a lombkoronák borításai fals értékeket mutatnának. Utóbbi esetben az egyes lombkoronák elhelyezkedése és alakja, illetve ortogonális vetületéből adódó borítása a rögzítési pillanaton múlna.
A harmadik repülés (2022.09.21): a másodikat követően, a délutáni órákban ment végbe, amikor szélcsend volt, az Inerspect Kft. kidolgozta mindhárom felvételt, és az utolsón kristálytisztán elhatárolhatók egymástól a lékek és fák (5. ábra). Szélein kis tartományokban torzul (!), mivel ortofotó-mozaik csak az átfedő képrészeken lehet pontos, így a széleket elemzésre nem használjuk.
5. ábra: A harmadik, a lombkoronák borítását legjobban visszaadó felvételezés (Interspect Kft. 2022.09.21)
A lerepülést és a terepi geodéziai munkálatokat fotogrammetriai labormunka követte, amelynek során előállítottuk a sűrű pontfelhőt, a felületmodellt és az ortofotókat, illetve az ortofotó-mozaikokat.
Újulat vizsgálata lékekben
A terepi mintavételi terv elkészítésének első lépése, hogy kijelöljük a vizsgálatra szánt lékeket az ortofotón, majd terepre érkezéskor ezeket azonosítjuk. 10-10 zonálisan elhelyezkedő léket választottunk ki az ökológiai Kutatóközpont munkatársaival (6. ábra), a két zónát (A; B) széles út választja el egymástól. Ezek eltérő erdőrészletekbe esnek, amelyekben különbözik az állományok kezelésének, szálalásának története. Egy zónában 10 db, különböző méretű és szerkezetű, tetszőlegesen kiválasztott mintavételi hely van. A lékek mintavétel lokációjának válogatásánál ügyelni kell, hogy azok közül válasszunk, melyek elhelyezkedése az úttól (beleértve az ösvény jellegű utakat) legalább 15 méterrel beljebb esik. Erre azért van szükség, mivel ellenkező esetben fals adatok születhetnek az egyedszámról és körlapösszegről, ugyanis az út antropogén tartománynak számít, így nem hagyatkozhatunk a természetellenes jelenségek, beavatkozások kizárására (kivéve az erdőgazdasági vágást).
6. ábra: A lékszerkezet alapú vizsgálat alá eső mintavételi helyek
| A1 | 18°51.92′K,47°41.64′É | B1 | 18°51.95′K,47°41.71′É |
|---|---|---|---|
| A2 | 18°51.88′K,47°41.65′É | B2 | 18°51.96′K,47°41.71′É |
| A3 | 18°51.85′K,47°41.66′É | B3 | 18°51.94′K,47°41.75′É |
| A4 | 18°51.86′K,47°41.68′É | B4 | 18°51.93′K,47°41.76′É |
| A5 | 18°51.89′K,47°41.69′É | B5 | 18°51.91′K,47°41.76′É |
| A6 | 18°51.82′K,47°41.77′É | B6 | 18°51.91′K,47°41.77′É |
| A7 | 18°51.80′K,47°41.77′É | B7 | 18°51.93′K,47°41.78′É |
| A8 | 18°51.79′K,47°41.77′É | B8 | 18°51.93′K,47°41.78′É |
| A9 | 18°51.78′K,47°41.74′É | B9 | 18°51.89′K,47°41.79′É |
| A10 | 18°51.74′K,47°41.73′É | B10 | 18°51.88′K,47°41.80′É |
1. táblázat: A lékek koordináták szerint
Felmértük a körlapösszeget, számszerűsítettük az ép- és a rágott újulatot, valamint a holtfa mennyiségét. Elemeztük az újulatsűrűséget, változó adottságok mellett. A feltárt különbségeket első sorban a lék mérete, a lombkorona-záródás mértéke és az állomány kezeléstörténetének különbözősége, valamint egyéb tényezők határozzák meg.
Geoinformatikai értelemben célszerű belülről kifelé haladva lehatárolni a lombfoltokat, így elkerülhetjük az apróbb, de elemzésnél jelentősebb hibákat (7. ábta).
7. ábra: Lékek elemzése (A6;A7;A8 mintavételi helyek)
Felső és alsó lombkoronaszintet, valamint cserje és gyepszinteket különítünk el egymástól. Az alsó (AL%) és felső lombkoronaszint (FL%) borítása, a lombos állapot függőleges vetületeként értelmezhető, de a két szint jellemzően átfed, ezért az összegük gyakran meghaladja az összes záródás, AL% + FL% = ZÁR% (összes záródás). Az alsó és felső lombkoronaszintek (legtöbbnyire egymást átfedő) függőleges lombkorona vetülete, ami tehát legfeljebb 100% lehet (de többnyire kevesebb), ZÁR% </= 100%. A viszonyítási terület egy 25-30 m sugarú kör, melyet több mintavételi helyeket tartalmazó tartományban mérünk.
Az erdészeti technikák közül a fakészlet becslésére használt szögszámláló próba segítségével, mellmagasságban lévő, meghatározott vastagságú törzsátmérőket számlálhatunk, majd ezt az értéket megduplázva kapjuk a kívánt eredményt, a körlapösszeget, mely az egy hektárnyi területre jutó vágáslap m2-ben megadott értékét fejezi ki (m2/Ha).
8. ábra: Rágott és ép újulat (Pinczés Patrik, 2022.10.24)
Eredmények
Az "A" és "B" zóna átlagos újulatszáma nagy mértékben különbözik. Míg az "A" zónában ez 45,9 megszámolt újulat, addig a "B" zónában csak 34,2. Nagy különbség tapasztalható a körlapösszegben (22,8 m2/ha és 28,6 m2/ha), valamint a lékeke méretében (52,7 m2 és 34,5 m2). Az "A" nagyobb újulatsűrűsége tehát nagyobb lékekkel és kisebb körlapösszeggel párosul, mint a "B" zóna újulatsűrűsége. Ez a szálalástörténet különbségeire vezethető vissza, azonban jelen periódusban részletesebb elemzést nem végeztünk. Az újulat rágottsága mindként zónában nagyon hasonlóan magas, ami érthető is abból a szempontból, hogy a vadsűrűség és vadnyomás mindkét zónánál egyformán jelentkezik.
Ez a gyorsfelmérés az Ökológiai Kutatóközpont vizsgálataihoz hozzájáruló periodikus lerepülést készíti elő, így a területről részletes publikációk majd az Ecolres.hu és az Erdőrezervátum Program honlapokon lesznek elérhetők.
9. ábra: Háromdimenziós pontfelhő a faállományról és lékekről
10. ábra: A szél torzításának hatása és mérése. (B9-es lék; 18°51.89′K,47°41.79′É)
Pontosan értékelhetjük, mekkora mértékben változik szélfújás alatt a lombozat síkrajzi geometriája. A 10. ábra bal oldalán a szélcsendben készült ortofotón interpretált lombkontúr látható. Középen a szélben készült ortofotóra megnyiott vektorgrafikus fájl látható. Megállapítható, hogy mekkora távolságban mozdul el a faállomány lombja, miután összehasonlítottuk a meglévő poligonnal. Először a szélső kitérések átlagát számítottuk ki, majd a jobb oldali képen látható felületi torzítás mértékét elemeztük.
Három torzítási kategóriába soroltuk az eredményeket. Kis torzulást jelent az 1 méter alatt lévő eltolódás. Az ennél hosszabb, de 2 méternél nem nagyobb távolságú, közepes eltolódásnak számít. A 2 méternél nagyobb kitérés nagy mozgási osztályba sorolandó.
| ~ Torzítás értéke (m2) | Eltolódás (m) | ||
|---|---|---|---|
| Mérések | Határérték | ||
| 0,7 | 0,241 | Kicsi (<1 m) |
|
| 1 | 0,896 | ||
| 3 | 0,907 | ||
| 1 | 1,162 | Közepes (1-2 m) |
|
| 4 | 1,746 | ||
| 4 | 1,865 | ||
| 6 | 1,925 | ||
| 2 | 2,343 | Nagy (>2m) |
|
| 10 | 2,393 | ||
| 8 | 2,916 | ||
| 15 | 4,582 | ||
| Átlag | 4,973 m2 | 1,907 m | |
2. táblázat: Szél torzítása és az eltolódás mértéke különböző mérési pontokon
Az összes kimért távolsági eltolódás átlaga megközelítőleg 2 méter. Lombkoronánként átlagosan 5 m2 eltérést tapasztaltunk, mely nagyban megváltoztatja a vizsgált terület értékelését. A vizsgálat teljességéhez figyelembe kell venni az eltolódás irányát is, mivel az a lerepülés ideje alatt sem állandó. A fő légáramlatok dél-kelet, illetve észak-nyugat felől érkeztek, ám légörvények keletkeztek. A légörvények hatására egyszerre több irányban mosódik el az állomány lombkoronája. A Beaufort-skála szerint, a kismértékű eltolódást okozó szél sebessége 13-19 km/h. A közepes mértékű elmozdulásért a 20-28 km/h sebességű szél a felelős, míg a nagyobb elmozdulás a 29-38 km/h szélsebességnek köszönhető. Befolyást gyakorol a szélárnyékot biztosító tényezők jelenléte is, ugyanis ezek lassítják a szél sebességét, így kevésbé torzítja az egyes lombkoronákról kapott képet.
Következtetések alapján a szél hatása erősen befolyásolja a légifelvételezés megbízhatóságát, gondot jelenthet a területmérések adatainak felhasználása, mivel a lombkoronák mérettartományával korrelál az átlagos torzítási érték, így előfordulhat, hogy lombkorona felületek esnek ki, vagy duplázódnak az eredmény borítás adataiban. Ennek ismerete esszenciális a vizsgálatok időzítése szempontjából. Szeles időben készült ortofotó-mozaik és pontfelhő nem alkalmas kisméretű élőhely, lombkorona záródás, vagy lék vizsgálatára. Legjobb esetben is számolni kell hektáronként 20 m2 torzítással.
Wind can have a significant impact on the airborne forest canopy survey in terms of its outcome. Due to the high degree of canopy distortion, few research studies are suitable for recordings taken under adverse weather conditions. The canopy displacement varies from place to place, so that reliable vegetation analysis studies cannot be carried out.
Kutatómunkám fő támogatója volt az Óbudai Egyetemen oktató belső konzulensem, Dr. Demény Krisztina, illetve külső konzulensem és egyben az Interspect Kft. társigazgatója, Dr. Bakó Gábor, akitől elsajátítottam a térinformatika mechanikáját. Az erdőgazdálkodási módszertanban nagy segítségemre volt az Ökológiai Kutatóközpont csoportvezetője, Dr. Horváth Ferenc. Szeretném megköszönni munkájuk hozzájárulását a kutatási eredmények létrejöttében.
A mintaterület hosszú-távú vizsgálata azonban a fenntarthatósági vizsgálatokat szolgálja. Így meg kell említeni a teljes kutatás résztvevőit is.
A résztvevők
Arday András - Interspect Kft.
Dr. Bakó Gábor - Interspect Kft.
Burai Csaba - Roger.Wilco. Bt.
Dr. Demény Krisztina - Óbudai Egyetem
Dr. Horváth Ferenc - Ökológiai Kutatóközpont
Molnár Zsolt - Interspect Kft.
Dr. Ódor Péter - Ökológiai és Botanikai Intézet
Pinczés Patrik - Óbudai Egyetem
Felhasznált irodalom
Csépányi, P. (2007): A természetközeli erdőgazdálkodás és a szálalóerdő. – Erdészeti Lapok 142(9): 281–284.
Csépányi, P. (2008): A tölgy és a folyamato s erdőborítás. – Erdészeti Lapok 143(10): 294–297.
Horváth Ferenc et al. (2014): A Pilis-oldal Erdőrezervátum, ER-01 FAÁSZ és ÚJCS felmérés adatlapjai; Kézirat, Vácrátót
https://termeszetvedelem.hu/erdorezervatum-program
www.erdorezervatum.hu
A felmérések során készülő adatbázis
A mintaterület légifelvételei, ortofotója és kiértékelt adatbázisai oktatási, kutatási célokra szabadon felhasználhatók. Minden felhasználás, publikálás, illetve az állományok segítségével létrehozott termékek publikálásakor közölni kell, hogy "az Interspect Kft. HRAMN adatbázisának és/vagy távérzékelt állományainak felhasználásával készült”, illetve az adatbázis utolsó "Originator" mezőiben található résztvevőket is jelezni kell.
A fájlok hozzáféréséhez, illetve a terület vizsgálatában való részvételre az oldal alján található elérhetőségeken lehet jelentkezni.
A felmérés során készülő formátumok
Az állományok üzleti célú felhasználása során díj illeti meg az adott termék előállításában résztvevő valamennyi szereplőt.