Informace poskytované NIL jsou získávány na základě opakovaného terénního šetření na inventarizačních plochách rozmístěných po celém území ČR. Výstupem jsou odhady předem daných parametrů (vlastností lesa, respektive krajiny jako celku) a to pro úroveň celé ČR nebo zvolené podoblasti (například kraje, regiony biogeografického členění apod.). Přesnost výsledků NIL je vyjádřena formou intervalových odhadů.
V rámci NIL je na vybraných lokalitách (inventarizačních plochách) přímo v terénu zjišťována pestrá škála údajů, které jsou následně vyhodnocovány metodami výběrových šetření. Data z terénního šetření mohou být kombinována s veličinami zjišťovanými dálkovým průzkumem Země (DPZ). Cílem takového postupu je zvýšení přesnosti odhadů. Metodika vyhodnocení NIL, bez ohledu, zda dochází k využití dat DPZ nebo nikoli, garantuje nestrannost (správnost) poskytovaných výsledků. Jejím nositelem jsou právě údaje terénního šetření, které považujeme za prakticky bezchybné.
Terénní šetření druhého cyklu Národní inventarizace lesů v ČR (NIL2, 2011–2015) proběhlo na 23 199 inventarizačních plochách, z nichž převážná část byla zařazena do kategorie pozemků les.
Sběr dat v rámci NIL2 probíhal paralelně ve dvou inventarizačních sítích. Inventarizační síť určuje způsob rozmístění inventarizačních bodů (inventarizačních ploch) v rámci celé ČR. Síť je definována tak, aby bylo celé zkoumané území rovnoměrně pokryto inventarizačními body, čímž je dosaženo větší přesnosti (spolehlivosti) výsledků NIL.
V síti založené při prvním cyklu Národní inventarizace lesů v ČR (NIL1, 2001–2004, dvě inventarizační plochy ve čtverci 2 × 2 km) se po deseti letech v rámci NIL2 provedlo opakované inventarizační šetření (fotogrammetrická interpretace leteckých snímků následovaná sběrem dat v terénu). Tím bylo, mimo jiné, umožněno vyhodnocení dynamických veličin jako například výše těžby, přírůstu a změny zásoby dříví. Zároveň byly získány informace nezbytné pro analýzu příčin změn lesnatosti ČR.
V rámci NIL2 byla založena nová inventarizační síť, která lépe vyhovuje potřebě kombinovat informace z pozemního šetření (jeden bod ve čtverci 2 × 2 km) a fotogrammetrické (FTGM) interpretace v zahuštěné inventarizační síti (jeden bod ve čtverci 500 × 500 m). Výsledné odhady mnoha důležitých cílových parametrů NIL mohou být díky tomuto kombinovanému postupu publikovány častěji, případně pro území menší rozlohy (efekt zvýšení přesnosti). To je výhodné především z pohledu kontinuálního způsobu provedení NIL, kdy jeden inventarizační cyklus plynule přechází v další. S cykly kontinuální NIL lze efektivně provázat procesy a nástroje plánování rozvoje lesů na celostátní a regionální úrovni.
Během NIL2 byl striktně nastaven časový plán FTGM interpretace i pozemního šetření – sběr dat probíhal v podsítích, které v každé sezóně cyklu (jarní a podzimní) pokrývaly celé území ČR. Tím je garantováno, že údaje NIL2 vyhodnocené pro různé části území ČR budou vzájemně porovnatelné (vztahují se ke stejnému období). To má význam zejména u změnových charakteristik např. odhadů těžby, přírůstu, změny zásoby dříví, změny plochy lesa apod., kdy je žádoucí dodržet časový odstup mezi šetřeními na dané lokalitě v rámci dvou po sobě následujících inventarizačních cyklů.
V rámci NIL je nejprve analyzován krajinný pokryv jako celek a teprve poté je možné výběrové šetření zaměřit na cílovou kategorii pozemků les, jejíž výskyt není jakkoli předem paušálně dán (stavem katastru nemovitostí, stavem podle lesních hospodářských plánů a osnov apod.). Mohou tak být poskytovány cenné informace pro sektor ochrany přírody, krajiny a životního prostředí obecně. Mezinárodním trendem posledních let v oblasti NIL je plánovité zjišťování vybraných údajů o ostatních kategoriích pozemků mimo les i o krajině jako celku.
Z těchto skutečností se vycházelo při návrhu sytému FTGM interpretace v rámci NIL2, kdy jsou kromě inventarizačních bodů hodnoceny také inventarizační transekty. S relativně malým dodatečným nákladem na FTGM interpretaci transektů došlo ke značnému prohloubení informačního záběru NIL2.
Veškerá data pořízená v rámci NIL2 (terénní i FTGM šetření) jsou spravována v databázi (DB) PostgreSQL s nadstavbou PostGIS (ukládání, analýza a správa geografických dat). Ve zmíněné databázi je vytvořena rozsáhlá funkcionalita, která zajišťuje správnou souslednost a logickou provázanost všech činností v rámci sběru, kontroly, ukládání a vyhodnocení veškerých dat NIL.
K databázi se připojují klientské aplikace, navržené a – s výjimkou aplikace FONIL (FTGM interpretace, Topol Software, s. r. o.) – též implementované pracovníky NLI. Tyto aplikace jsou obsluhovány konkrétními specialisty NIL. Celý systém DB se všemi klientskými aplikacemi nazýváme managementem toku a kontroly dat NIL (MTK). Klíčové součásti MTK tvoří buďto FOSS (Free and Open Source Software), nebo vlastními prostředky vyvíjené aplikace pro konkrétní účel (např. aplikace DRNIL pro registraci dat pozemního šetření a exporty podkladů kontrol NIL, aplikace KONIL pro kontroly v DB již zaregistrovaných dat terénního šetření, aplikace GPSNIL pro kontrolu a registraci souřadnic GPS atd.).
Vyhodnocení výstupů NIL je opět řešeno na straně zmíněné databáze. V DB jsou implementovány funkce, které připravená data předávají softwarové knihovně est4nfi, jež provádí samotný výpočet odhadů (výsledků) NIL. Tato knihovna, v současnosti implementována v jazyce C++, je od roku 2012 vyvíjena pracovníky ACNIL (Analyticko-metodického centra Národní inventarizace lesů) při pobočce NLI v Kroměříži.
Kombinace dat terénního šetření a dálkového průzkumu Země (DPZ) se stala standardním metodickým přístupem NIL mnoha zemí. Fotogrammetrická (FTGM) interpretace digitálních leteckých měřičských snímků (LMS) v zahuštěné inventarizační síti snižuje náklady pozemního šetření a zpřesňuje odhady důležitých cílových parametrů NIL. Na výsledky FTGM interpretace navazují automatizované postupy tvorby digitálních mapových vrstev s využitím leteckých či satelitních snímků.
V rámci druhého cyklu Národní inventarizace lesů (NIL2) byla provedena fotogrammetrická (FTGM) interpretace inventarizačních bodů ve čtvercové síti 0,5 × 0,5 km (inventarizační síť NIL2, jeden bod ve čtverci) a nezávisle též v síti 2 × 2 km (inventarizační síť NIL1, dva body ve čtverci). Na území ČR tak bylo interpretováno více než 350 tis. inventarizačních bodů, z nichž mnohé byly z kontrolních důvodů hodnoceny opakovaně (revize FTGM interpretací).
Hlavní přínosy FTGM interpretace pro NIL lze shrnout takto:
Šetření na inventarizačních bodech se provádí na podkladě digitálních leteckých měřičských snímků (LMS), které umožňují provoz plně digitální zpracovatelské linky se všemi výhodami. Digitální obraz je pořízen kamerou současně ve čtyřech kanálech, z nichž tři jsou citlivé ve viditelné části elektromagnetického spektra (tj. v pravých barvách RGB) a jeden v blízkém infračerveném pásmu (NIR). Přítomnost NIR kanálu výrazně rozšiřuje možnosti hodnocení stavu vegetace.
Ucelenější přehled o využití fotogrammetrie – zejména leteckých měřičských snímků – v rámci projektu NIL2 nabízí prezentace Ing. Filipa Hájka, Ph.D. (vedoucí specializovaného pracoviště fotogrammetrie a DPZ).
Fotogrammetrická interpretace probíhá současně na šesti operátorských stanicích vybavených aplikací FONIL (ÚHÚL ve spolupráci s Topol Software, s.r.o.). Tato aplikace poskytuje GUI (grafické uživatelské rozhraní), které provádí operátory jednotlivými kroky postupu. Řízení celého procesu FTGM interpretace zajišťuje funkcionalita databáze PostgreSQL, kterou navrhli a vyvinuli specialisté ÚHÚL. Plán práce v rámci celého cyklu NIL, postup šetření na konkrétním inventarizačním bodě, kontrolní mechanizmy, uložení výsledků, automatizovaná příprava podkladů pozemního šetření – to vše je implementováno na straně databáze PostgreSQL. Tímto je dosaženo propojení na všechny další činnosti prováděné v rámci každého cyklu NIL. Veškerá projektová logika, kontroly a data jsou spravovány na jednom místě – v databázi PostgreSQL.
Prvním krokem celého postupu je interpretace bodového pole uvnitř tzv. interpretačního čtverce 51 × 51 metrů. Ve čtverci je rovnoměrně rozmístěno 16 bodů, na nichž je zjišťována nadmořská výška a zaznamenán typ povrchu (strom jehličnatý, strom listnatý, keř, povrch terénu a ostatní). V rámci NIL2 bylo na celém území ČR tímto způsobem zhodnoceno přibližně 5,7 miliónů bodů.
Další postup směřuje k zařazení inventarizačního bodu do kategorie pozemků podle FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) FRA (Global Forest Resource Assessment). Pro zařazení do kategorie pozemku dle NIL jsou použity dvě skupiny kritérií:
Definice kategorií pozemků vychází z pravidel FAO FRA, upravených pro evropské poměry sdružením ENFIN (European National Forestry Inventory Network). Rozlišujeme celkem pět kategorií FAO FRA: les (Forest), nelesní porosty dřevin (OWL, tj. Other Wooded Land), ostatní pozemky pokryté stromy (OLwTC, tj. Other Land with Tree Cover), ostatní pozemky (Other Land) a vodní plochy (Water Bodies). Inventarizační bod je zařazen do některé z uvažovaných kategorií podle charakteru porostu a využití zjištěných v době šetření, a to nezávisle na stavu katastru nemovitostí, na údajích lesních hospodářských plánů, mapových podkladech apod.
Fotogrammetrická klasifikace inventarizačních bodů do kategorií FAO FRA probíhá principiálně podle stejného rozhodovacího schématu jako v případě pozemního šetření [1, s. 649–657]. Rozdíl je pouze v tom, že operátoři mohou zařadit daný inventarizační bod do kategorie „neklasifikovatelné“ (velmi vzácné případy nekvalitního leteckého snímku, případně výskytu oblačnosti) nebo nemusí jednoznačně rozhodnout o převažujícím zemědělském nebo městském využití. Kritérium skutečného využití někdy nebývá na leteckých snímcích zcela zřejmé. V takových případech je inventarizační bod zařazen do zvláštní kategorie utvořené kombinací kategorií FAO FRA, které v dané části rozhodovacího systému přicházejí v úvahu.
Na inventarizačních bodech zařazených do kategorie les se pokračuje šetřením dalších charakteristik [4, s. 42]. Všechny zaznamenávané parametry jsou vztažené na konkrétní porostní segment, v němž je umístěn inventarizační bod. Zde se hodnotí:
Kromě klasifikace podle FAO FRA jsou inventarizační body zařazovány do kategorií pozemků podle LULUCF (pro potřeby emisních inventur; Land Use, Land-Use Change and Forestry) [5, kap. 2.2]. V tomto případě jsou rozlišovány následující kategorie: les (se stejnou definicí jako podle FAO FRA), kultivované pozemky, travní porosty, vodní plochy a mokřady, sídla, ostatní.
Kromě inventarizačních bodů jsou fotogrammetricky interpretovány také krajinné transekty – linie s náhodnou orientací a délkou 500 m. Každý krajinný transekt má stejnou orientaci s jemu odpovídajícím transektem pozemního šetření (délka 300 m). Střed každého transektu se kryje s inventarizačním bodem, který náleží do inventarizační podsítě 1 × 1 km. Metodicky je šetření krajinných transektů pojato dvěma způsoby:
Hlavním cílem šetření na krajinném transektu je zaznamenat rozptýlenou vegetaci, která nespadá do některé z vybraných kategorií pozemků NIL (les, OWL, OLwTC, požadavky na minimální šířku 20 m a plochu porostu 0,5 ha). Typicky jde o aleje, břehové porosty (šířka do 20 m), solitérní stromy a malé skupinky stromů (plocha pod 0,04 ha), malé plošné porosty dřevin (plocha pod 0,5 ha) apod.
Fotogrammetrická interpretace krajinných transektů byla zahájena se zpožděním v roce 2014 (interpretace inventarizačních bodů byla zahájena již v roce 2009). Z kapacitních důvodů a s ohledem na předpokládanou nižší dynamiku rozptýlené vegetace v krajině bylo rozhodnuto prodloužit délku cyklu fotogrammetrické interpretace krajinných transektů z pěti na deset let. Každoročně je tak interpretována jedna desetina všech krajinných transektů (v síti 1 × 1 km).
[1] Adolt, R., Kučera, M., Zapadlo, J., Andrlík, M., Čech, Z., Coufal, J. (2013): Pracovní postupy pozemního šetření NIL2. Brandýs nad Labem: Ústav pro hospodářskou úpravu lesů Brandýs nad Labem (ÚHÚL), 657 s., ISBN 978-80-905423-2-7.
[2] Barabesi, L., Marcheselli, M. (2008): Improved strategies for coverage estimation by using replicated line-intercept sampling. Environ Ecol Stat 15:215-239, DOI 10.1007/s10651-007-0048-6.
[3] Gregoire, T. G., & Valentine, H. T. (2008): Sampling strategies for natural resources and the environment. Chapman and Hall/CRC (kapitola 9), 474 s.
[4] Hájek, F., Adolt, R., Tomančák, O., Kantorová, M., Kučera, M. & Čech, Z. (2016): Metodika a pracovní postupy fotogrammetrického šetření NIL2. Brandýs nad Labem: Ústav pro hospodářskou úpravu lesů Brandýs nad Labem (ÚHÚL), 161 s., ISBN 978-80-905995-8-1.
[5] Penman, J. a kol. (2003): Good Practice Guidance for Land Use, Land-Use Change and Forestry. Institute for Global Environmental Strategies (IGES) for Intergovernmental Panel on Climate Change (IPPC), 590 s., ISBN 4-88788-003-0.
Kvalitní provedení terénního šetření v potřebném rozsahu je nezbytným předpokladem pro dosažení cílů NIL – tj. poskytnutí nestranných a dostatečně přesných informací o stavu lesů v ČR a jejich vývoji.
Od druhého cyklu Národní inventarizace lesů v ČR (NIL2, 2011–2015) probíhá terénní i fotogrammetrické šetření v každé sezóně (jarní a podzimní) po celém území ČR. Sběr dat v rámci NIL2 probíhal paralelně ve dvou inventarizačních sítích – v síti NIL1 založené v prvním inventarizačním cyklu (NIL1, 2001–2004) a v nově zakládané síti NIL2. Terénní šetření druhého cyklu Národní inventarizace lesů v ČR (NIL2, 2011–2015) proběhlo na 23 199 inventarizačních plochách, z nichž převážná část byla zařazena do kategorie pozemků les.
V rámci pokračujícího „Sledování stavu a vývoje lesních ekosystémů“ (SSVLE, 2016–2020) probíhá šetření již jen v inventarizační síti založené v období NIL2. Při SSVLE jsou však navíc zakládány další inventarizační plochy – tzv. podsíť s2b, která vznikla dodatečným výběrem z ploch sítě 1 × 1 km (pro NIL2 byla v blocích 2 × 2 km náhodně zvolena jedna ze čtyř ploch podsítě 1 × 1 km, síť s2b vzniká dodatečným výběrem jedné plochy ze tří zbývajících). Výsledná hustota podsítě pozemního šetření SSVLE činí 0,5 inventarizační plochy na čtvereční kilometr, což odpovídá hustotě inventarizační sítě založené před zahájením NIL1 (dvě inventarizační plochy potenciálně šetřené v každém čtverci 2 × 2 km).
Sběr dat se provádí pomocí aplikace Field-Map Data Collector (FMDC), nainstalované do terénního počítače. Na tuto aplikaci se připojují digitální přístroje:
Elektronické přístroje jsou samozřejmě doplněny dalšími pomůckami (výtyčky, obvodové pásmo, sada čísel pro dočasné označení kmenů, přírůstový nebozez, kladivo, mačeta, šablony pro posouzení výčetních tlouštěk hraničních kmenů, polní lopatka, skládací metr apod.).
Šetření na inventarizačních plochách probíhá ve dvou časově navazujících fázích:
Rozsah šetření a výčet zjišťovaných údajů v závislosti na příslušnosti IP k inventarizačním podsítím se mezi inventarizačními cykly upravuje podle aktuálních potřeb a s ohledem na efektivitu nákladů NIL. Detailní informace o postupu šetření v terénu lze nalézt v pracovních postupech pozemního sběru dat zveřejňovaných pro každý inventarizační cyklus.
Na každou inventarizační plochu (inventarizační bod) připadá určitá část z celkové velikosti vyhodnocovaného území – tzv. reprezentativní plocha. Informace zjištěné na jednotlivých inventarizačních bodech uvnitř vyhodnocovaného území jsou do odhadu NIL přeneseny vahou (výběrová váha), která koresponduje s velikostí příslušné reprezentativní plochy. Tato úvaha je esencí nejzákladnějšího postupu vyhodnocení NIL.
Stručný úvod do problematiky výběrových šetření používaných NIL lze najít v prezentaci Metodické principy NIL, která byla přednesena u příležitosti 80letého výročí založení ÚHÚL. O stupeň podrobnější přednáška pojednávající o principech matematicko-statistického vyhodnocení NIL je přístupná formou prezentace pro studenty Fakulty lesnické a dřevařské Mendelovy univerzity v Brně.
Čtenářům s hlubším zájmem o výběrová šetření mohou sloužit prezentace na téma funkce lokální hustoty a jednofázových odhadů (pro populace kontinua). V rámci mezinárodního projektu USEWOOD bylo zorganizováno školení na téma statistických metod v NIL, během kterého zazněla prezentace o tzv. dvoufázových odhadech (v angličtině). Výše zmíněné prezentace sloužily jako materiál k šířeji zaměřeným přednáškám. Z tohoto důvodu je v nich větší spektrum metod, které zpravidla neodpovídají zcela konkrétní situaci při vyhodnocení NIL2.
Metodika statistického vyhodnocení je dostupná v el. podobě:
K této metodice byly zpracovány dva expertní posudky:
Oba tyto posudky ve svém závěru konstatovaly správnost použité metodiky vyhodnocení NIL2.
V období od zavedení kontinuální NIL, tj. de facto od okamžiku spuštění projektu Sledování stavu a vývoje lesních ekosystémů v roce 2016, je počítáno s požadavky na vyhodnocení pro kratší časová období (např. pro konkrétní rok) a/nebo pro menší geografická území, např. konkrétní přírodní lesní oblast. S ohledem na sníženou velikost výběru (počet inventarizačních ploch měřených v daném období či na daném území) nelze tyto požadavky naplnit jinak než s použitím pomocných zdrojů dat, typicky pořízených metodami dálkového průzkumu Země.
Proto byla rozpracovávána metodika regresních odhadů, která byla poprvé využita při řešení projektu H2020 Diabolo. V rámci projektu byl navržen a implementován prototyp informačního systému (nFIESTA – new Forest Inventory Estimation and Analysis), jenž byl úspěšně otestován provedením případové studie (odhady nadzemní biomasy nad integrovanou databází francouzské, německé, švýcarské a české NIL). Kompletní přehled stavu a vývoje systému nFIESTA a související metodiky lze nalézt v příslušném reportu z projektu Diabolo.
