Előfizetés a lapra

Élőhelytérképezés lézerrel

A hét kutatója, Balaton, élőhely, interjú, lézer, ökológia, számítástechnika

2015/06/03

Mi lehet a közös pont a lézerekben, a nádasokban, a Balatonban és a számítástechnikában? Zlinszky András, az MTA Ökológiai Kutatóközpont Balatoni Limnológiai Intézet tudományos munkatársa és kollégái új módszereket alkalmaznak gyepek és nádasok felmérésére: repülőről tapogatják le a terepet, majd számítógépes modellt hoznak létre az így nyert adatokból. Ez többek között a Natura 2000-es természetvédelmi területek állapotának nyomon követésére is alkalmas, de a módszer minden valószínűség szerint nagy jövő elé néz.

Bajomi Bálint felvétele

– Mit értünk távérzékelés és lé­zer­szken­ne­lés alatt?

– Távérzékelésnek nevezünk minden olyan mérési eljárást, ahol nincsen fizikai kontaktus a mérőeszközünk és a mért tárgy között. Ezek általában optikai eljárások, de az ultrahangtól kezdve rengeteg másik módszer létezik, amely a távérzékelés témakörébe tartozik. A lézerszkennelést nagy felbontású részletes domborzati térképezésekre fejlesztették ki valamikor a kilencvenes években. Úgy működik, hogy a műszer egy lézeres impulzust bocsát ki, és ennek a futásidejét méri, amíg az eljut a tárgyhoz és onnan visszaverődik. Mivel a fénysebesség állandó, ebből nagyon jól lehet távolságot számítani. A lézerszkennelésnek az egyik, leggyakrabban használt válfaja a légi lézerszkennelés, amikor repülőgépre telepítjük a szenzort, és a repülőgép alatt jobbra-balra pásztázva másodpercenként több százezer mérés készül. Egy sáv mentén méri fel a terepet a műszer. Ezt a topográfiára, tehát terepi, domborzati modellezésre, domborzati térképezésre fejlesztették ki. Az a nagy előnye a módszernek, hogy mivel saját magunk bocsátjuk ki azt a fényt, amivel dolgozunk, le lehet látni a lombkorona alá. Tehát, ha a folt területén a levélzet nem teljesen zárt, hanem azon átjut a fény egy része, akkor pontot tudunk generálni nem csak a növényzet felszínéről, hanem a talajfelszínről is. Így válik lehetségessé a talajfelszín, a sziklák, a domborzat térképezése erdő alatt is. Amikor ezt elkezdték használni, akkor a növényzetet mint fölösleges zajt szűrték és eltávolították a jelből. De aztán egyre inkább elterjedt az, hogy a növényzet magasságára is következtettek, elsősorban erdészeti alkalmazásoknál.

– Mi a terméke egy ilyen felmérésnek?

– Ez érdekes téma, mert nem egy kép készül. Itt el kell szakadni fejben az ismert képalkotó eljárásoktól. A műszer egyenként mér pontokat, és rögzíti ezeknek a pontoknak a helyzetét, a koordinátáját. Minden egyes kibocsátott lézerimpulzushoz tartozik néhány pont, és minden ilyen pontnak van néhány tulajdonsága, amit mérni tudunk. Ezek közül a legfontosabb, hogy a felszín milyen erősen verte vissza a lézersugarat. A lézer valamilyen fényhullámhossz-tartományban működik, általában a közeli infravörösben, és az, hogy egy felszín milyen erősen ver vissza ebben a tartományban, sok mindennel összefügg: milyen anyagú ez a felszín? Ha növényzet van rajta, akkor az zöld, vagy pedig száraz? Ez alapján is lehet aztán a pontokat osztályozni. A pontok egy háromdimenziós modellé állnak össze. Egy gyakori pontsűrűség, amivel dolgozni szoktak: egy pont per négyzetméter. El tudjuk képzelni a körülöttünk lévő világot, ha az négyzetméterenként elhelyezett pontokból állna. Ebből már elég sok érdekes részlet kirajzolódna. Most már nem elérhetetlen a tíz-húsz, sőt akár száz pont sem négyzetméterenként.

Térbeli modell egy erdőről

– Mennyire elterjedt a lé­zer­szken­ne­lés módszere?

– Rohamosan terjed, elsősorban azért, mert egy ilyen pontfelhőnek nagyon sokféle alkalmazása van. Az egyik fontos alkalmazás az országos, vagy regionális léptékű domborzati térképezés. Egy jó domborzati modell szükséges ahhoz, hogy valaki torzításmentes légi felvételeket készítsen. A legtöbb ország ezért repteti le a saját területét, de mivel ez alapján hidrológiát, különböző veszélyeket, csuszamlásokat, lefolyást lehet modellezni, katasztrófavédelmi szempontból is érdekes. Például az utóbbi években Lengyelországban ezzel a céllal repülték le az ország egész területét. A másik pedig, hogy sokkal nagyobb felbontásban, sokkal finomabb léptékben építési munkálatok előkészítésére használják, hiszen egy geodéziai felmérésnél sokkal gyorsabb, és mégis részletesebb egy ilyen repülés eredménye. Az autópályák, vasútvonalak, olajvezetékek tervezésénél most már rutinszerű, hogy lerepülik a területet lézerszkennerrel.

– Milyen eszközökkel dolgoznak? Hogyan működik a gyakorlatban a módszer?

– A méréseknek az időzítése kulcsfeladat, tehát olyankor kell mérnünk, amikor a növényzet a méréshez a lehető legjobb állapotban van. Ez egy szikes gyepben egyáltalán nem könnyű, mert az aktuális időjárás, hogy esett-e az eső, befolyásolja azt, hogy mikor érdemes repülni. Ha van valaki a terepen, aki figyel, és néhány napra előre meg tudja mondani, hogy elérkezett az idő, akkor felszáll a gép a szenzorral. Általában egy pilóta és egy operátor van a gépen, az utóbbi kezeli a műszert. A mi esetünkben azonban csak egy pilóta volt. Annyira kicsik most már ezek a műszerek, és annyira rutinszerűen alkalmazzák őket, hogy egy nagyon kicsi gép is elegendő. Egy néhány személyes, kis fogyasztású gép – amely nem igényel nemzetközi repülőteret – is ki tud szolgálni egy ilyen műszert.

– Mostanában divatosak a drónok. Ezekre is rá tudják tenni az eszközt?

– Magát az eszközt igen, sőt ez a pontosság tekintetében sem feltétlenül jelent kompromisszumot. Tehát ugyanez a néhány centiméteres pontosság most már drónról is elérhető, viszont akkor a lefedett terület kisebb lesz. Egy drónról nem látunk akkora területet, amit egy magasabban szálló repülőről.

Távérzékeléses módszerrel létrehozott vegetációs térkép

– Tehát van egy repülőgép, vagy esetleg egy drón, azon van egy lézert kibocsátó eszköz, és egy detektor.

– Igen. Tartozik még hozzá egy GPS, ami a gépnek a pozícióját méri, és egy inerciális navigációs rendszer is. Ez utóbbi egy olyan műszer, ami a gépnek a gyorsulását méri a tér három irányába, és így meg lehet állapítani azt, hogy éppen milyen irányba dőlt, éppen milyen irányban állt. Segítségével a kibocsátott lézernek az iránya is nagyon pontosan visszakövethető.

– Milyen területekkel dolgoznak a gyakorlatban?

– Repültünk a közelmúltban a püspökladányi szikesek fölött, ez volt egy aktuális kutatási területünk, ami azért érdekes, mert a gyepek térképezése és osztályozása a távérzékelésben egyfajta fehér foltnak, egy ritkán kutatott területnek számít. 2010-ben pedig volt egy több műszert is alkalmazó repülésünk a Balaton teljes partvonalán. Itt gyepeket és nádasokat vizsgálunk.

– Hogyan kapcsolódik a kutatásuk a Natura 2000-es hálózathoz?

– A Natura-hálózat azért igényel távérzékelést, mert a védett területek nagyon nagy területet foglalnak el. Magyarországon ez nagyjából az ország húsz százalékát jelenti. Minden egyes EU-tagország kötelezettséget vállalt arra, hogy ezeknek a élőhelyeknek az állapotát – tehát nemcsak egy élő­hely­tér­ké­pet, hanem egy állapotfelmérést is – hatévente jelenti az Európai Bizottság felé. Ahhoz, hogy ezek a felmérések elkészüljenek, nagyon nagy segítséget jelent a távérzékelés. Fejlesztettünk erre egy módszert, amellyel ezeknek a gyepeknek nem csak a térképe készíthető el, tehát nem csak azt tudjuk megmondani, hogy hol milyen társulás, milyen élőhely van, hanem az állapotukat befolyásoló tényezőket is fel tudjuk mérni – a túllegeltetést, az alullegeltetést, földutakat, a különböző beavatkozások nyomait, vagy pedig a gyomosodást, az invazív növényeket.

– Mik a jövőbeni terveik?

 – Jó lenne ezt a módszert nagyobb területekre, akár egész régiókra, országokra is alkalmazni. Így meg tudnánk nézni, hogy országos léptékben hogyan lehet döntéstámogatásra használni a lézerszkennelést.

 BAJOMI BÁLINT

2015/16