שימוש ב- GIS כדי לחקור ייעור עירוני
מקור: מעבדות של מרגרט וורקמן וקימברלי פריי - אוניברסיטת דפול
יערות עירוניים כוללים פארקים עירוניים, עצי רחוב, שדרות מטופחות, גינות ציבוריות, טיילות נה…
1. איסוף נתונים עם מקלט GPS וקלטת dbh
- במיקום חיצוני פתוח, הפעל את מקלט ה- GPS על-ידי לחיצה על לחצן ההפעלה. המתן 2-3 דקות בזמן שהרסיבר מתחבר למינימום של שלושה לוויינים.
- עבור אל אזור הסקר לאיסוף נתונים. סקר מקטע אחד של בלוק עיר בכל פעם ומספר את עצי הפארק בגליון נתונים (איור 1), איפוס המספור בתחילת כל מקטע בלוק.
- בכל עץ בסקר, מינים שיא, כתובת דואר (למשל,1253 W. ליל), וקואורדינטות גיאודזיקליות (קו אורך / קו רוחב) המסופקות על ידי מקלט ה- GPS(איור 1). ודא שנקודות ציון גיאודזיקיות נאספות מאותו כיוון בכל עץ(למשל,בצד הצפוני של כל עץ).
- למדוד את הקוטר של כל עץ בגובה 41/2 רגל מעל הקרקע ולרשום את הקוטר בגובה השד (dbh).
- שים לב לכל תנאי עץ על ידי הערכה חזותית וניקוד בהתאם לקריטריונים (טבלה 1). סכם את הנקודות עבור ציון כולל אחד עבור כל עץ והקצה כל עץ לקטגוריות הבריאות המתאימות. הקלט מצב תקינות בגליון הנתונים.
2. הזנת נתונים לתוך GIS
- GIS באמצעות Google Earth: הקלד את קואורדינטות העץ ושמור אותם בתיקיה "המיקומים שלי" באמצעות התכונה "הוסף Placemark". תן שם לכל עץ לפי שם מין. לאחר שמירת כל נקודות הנתונים של העץ כסימן מיקום, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על השם המיקומים שלי, בחר "שמירה בשם" ושמור בכל מיקום.
- GIS באמצעות ESRI ArcGIS 10.2: כדי לייבא לתוך ArcGIS, ודא שלכל כותרות העמודות אין רווחים; יש להחליף את כל הרווחים בדגשים תחתונים. אם הקואורדינטות הן בקו רוחב/קו אורך, הן צריכות להיות בתבנית מעלות עשרוניות (DD) לפני הייבוא ל- ArcGIS. יש להמיר תחילה מיקומים בתבנית מעלות, דקות ושניות (DMS) או דקות עשרוניות (DM) ל- DD. ישנם ממירים זמינים באינטרנט (http://www.fcc.gov/encyclopedia/degrees-minutes-seconds-tofrom-decimal-degrees).
- שמור/יצא את הנתונים כקובץ טקסט המופרד באמצעות פסיקים (תבנית CSV).
- צור "שכבה" על-ידי הוספת קובץ .csv ל- ArcMap באמצעות הכלי הוספת נתונים, על-ידי הרחבת תפריט המשנה תחת קובץ> הוספת נתונים או על-ידי לחיצה על הכלי הוספת נתונים בסרגל הכלים הרגיל (איור 2).
- לחצו לחיצה ימנית על השכבה החדשה ובחרו 'הצג נתוני XY'. ודא שהשדות X ו- Y נבחרו כראוי על-ידי ArcMap - הם צריכים להיות נכונים אם השמות שנבחרו משקפים את מיקומי הקואורדינטות (צפון ומזרח או x ו- y).
- לחץ על העריכה... ולאחר מכן בחר... כדי לבחור את מערכת הקואורדינטות עבור הנקודות, הוסף... ובסדר (3x). ניתן לקבל את מערכת הקואורדינטות הנכונה לשימוש מיחידת ה- GPS (תחת הגדרת מפה או יחידות). עבור נתונים אלה, בחר לתאם מערכות > מערכות קואורדינטות גיאוגרפיות > העולם > WGS1984.prj (דטום GPS ברירת מחדל).
- כעת אמורה להיות שכבת נקודה בחלק העליון של תוכן העניינים עם שם זהה לשם קובץ .csv והמילה אירועים בסוף השם (איור 3). זהו "ערכת נושא לאירוע" והוא שכבה זמנית. לקבלת עותק קבוע יותר, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על השכבה ובחר נתונים > ייצוא נתונים... בחר מיקום פלט - מחלקת תכונות של בסיס נתונים גיאוגרפי או ספריה עבור קובץ צורה - והזן שם קובץ. שנה את השם מ"Export_Output" המוגדר כברירת מחדל Urban_Forestry_Survey. לחץ על אישור.
3. מחשבון הטבות עץ לאומי
- באמצעות תוכנה זו, ניתן לחשב את היתרונות של עצים בצד הרחוב. זה כולל את היתרונות השנתיים של עץ לניהול מי סערה, ערך הנכס, יעילות אנרגטית, הפרדת פחמן. ראה את הווידאו זיהוי עץ: כיצד להשתמש במפתח דיכוטומי לקבלת הוראות לשימוש במחשבון הטבות עץ.
איור 1. תוצאות מייצגות לעצי רחוב נמצאו בלוק אחד.
איור 2. הכלי הוספת נתונים בסרגל הכלים הרגיל.
איור 3. הצבע שכבה בחלק העליון של תוכן העניינים בשם זהה לקובץ ה- CSV.
|
מצב תא המטען צליל ומוצק חלקים של קליפה חסרים ריקבון נרחב וחלול |
ציון תנאי 5 3 1 | ||
|
קצב גדילה (קחו בחשבון מינים) יותר מ 6 " התארכות ענף התארכות ענף בגודל 2-6" התארכות ענף של פחות מ-2" |
3 2 1 | ||
|
מבנה קול גפיים מרכזיות/מספר גפיים קטנות מתות, שבורות, נעדרות 2 גפיים מרכזיות או יותר מתות, שבורות, נעדרות |
5 3 1 | ||
|
חרקים ומחלות אין מזיקים 1 מזיקים מתנה 2 מזיקים או יותר נוכחים |
3 2 1 | ||
|
פיתוח כתר מלא ומאוזן מלא אך לא מאוזן לא מאוזן וחסר כתר מלא |
5 3 1 | ||
|
תוחלת החיים מעל 30 שנה 15-20 שנה פחות מ-5 |
5 3 1 | ||
|
מחלקת תנאי: מעולה: 26-23 טוב: 22-19 הוגן: 18-14 עניים: 13-10 עני מאוד: 9-6 |
טבלה 1. טבלה לחישוב מחלקת התנאי של עץ. כל ציון תנאי תואם לתיאור שלו בכל קטגוריה, ואז כל ששת הציונים מסתכמים בסכום סופי – מחלקת התנאי.
יערות עירוניים הם משאבים יקרי ערך, ודורשים טיפול וניהול כדי להבטיח את בריאותם. ניתן למפות את תפוצת העצים, מצבם וקנה המידה והצורה של יערות עירוניים באמצעות תוכנת GIS, או מערכת מידע גיאוגרפית.
עצים באזורים עירוניים עשויים לנוע בין עצי רחוב פשוטים לשדרות מעוצבות, שבילים ירוקים, גינות ציבוריות או כאלה באתרי שדה חום תעשייתיים. יחד, יערות עירוניים אלה הם מרכיבים חיוניים בתשתית העיר. ייעור עירוני משתמש בשיטות חדשות כדי לתת מענה לצרכים ולאתגרים הייחודיים לעצים עירוניים.
יערות עירוניים ממלאים נישות סביבתיות יקרות ערך, פועלים לניקוי אוויר ומים, שליטה במי סערה, מניעת סחף, הפחתת רעש ושימור אנרגיה. בנוסף, יערות עירוניים יכולים לספק בתי גידול חשובים לבעלי חיים, לספק מחסה לקינון או לשמש כמסדרונות נסיעה לחיות בר. הערך שלהם יכול להיות גם חברתי, לחבר את התושבים העירוניים לטבע, לשפר את הארכיטקטורה ולספק הזדמנויות חינוכיות ללמוד על הטבע.
ניתן לכמת את המבנה, המגוון והערך האקולוגי הנובע מכך של יערות עירוניים באמצעות תוכנת GIS, או מערכות מידע גיאוגרפיות. GIS מאפשר איסוף וניהול נתונים נרחבים, המהווה מסגרת אידיאלית לאיסוף נתוני יערות עירוניים. GIS מאפשר למשתמשים לשלב נתונים גיאוגרפיים וסקרי עצים כדי לייצר מפות מדויקות של יערות עירוניים.
סרטון זה ימחיש את תהליך איסוף נתוני סקר העצים, שילוב נתונים אלה בפלטפורמת GIS והערכת הערך הסביבתי של עצים מעניינים.
סקרי יער עירוניים עשויים להתבצע במגוון מקומות. בדרך כלל, מתועדים עצי פארקוויי הנטועים בין מדרכות לשפת המדרכה. הנתונים נאספים בדרך כלל לפי גוש עירוני, ומתעדים את מיקום העצים, המין, הבריאות, השימוש בקרקע והקוטר בגובה החזה, או DBH.
מצב העץ הוא הערכה חזותית המבוססת על שש קטגוריות. אלה הם מצב תא המטען, שלוקח בחשבון גורמים כולל קליפה חסרה או ריקבון; קצב צמיחה, בחינת התארכות הזרדים ואורך הצמיחה של השנה הנוכחית; ומבנה, תוך שימת לב לגפיים מתות או שבורות. מציינים חרקים ומחלות; התפתחות כתר, המעריכה עצים למראה מאוזן של ענפים, עלים ומבני רבייה; ולבסוף תוחלת החיים, המבוססת על תוחלת החיים של המין, בניכוי הנזק הקיים.
כל קטגוריה נושאת מערכת דירוג, המבוססת על כמות תכונות העץ הלא בריאות המסוכמות יחד, אשר ביחד נותנות ציון מצב כולל לעץ. ניתן לייחס זאת למדידת בריאות עץ קטגורית הנעה בין מעולה למטה דרך טוב מאוד, טוב, הוגן, גרוע ועד גרוע מאוד.
מקלט GPS, המשתמש במיקום לווייני המשודר לשפופרת, מאפשר למשתמש להקליט קואורדינטות גיאודזיות של קו רוחב ואורך. המיקום מצוין גם על ידי כתובת הדואר. לאחר האיסוף, ניתן להזין נתונים לתוכנת GIS, המאפשרת ניתוח סטטיסטי מרחבי וגיאו-מרחבי של עצים ומאפייני עצים. ישנן מספר תוכניות כאלה זמינות, כולל ArcGIS או Google Earth.
מחשבון הטבות העצים הלאומי הוא כלי תוכנה מקוון חינמי המשמש לספק הערכה כלכלית של היתרונות הכספיים הניתנים על ידי עצים עירוניים ופרבריים. כאן, משתמשים יכולים לבחור את אזור הסקר שלהם, ולבחור מתוך רשימה של עצים באזור זה. הזנת כמה פרטים פשוטים כולל קוטר גזע העץ וסוג השימוש בקרקע, תיתן הערכה של ערך העץ במספר תחומי מפתח, כולל ערך הנכס, איכות האוויר ובקרת מי סערה.
כעת, לאחר שאנו מכירים את הרעיון של סקרי יערות עירוניים ואת העקרונות העומדים מאחוריהם, בואו נסתכל כיצד הם מתבצעים בשטח.
כדי להתחיל בסקר, בחר מיקום חיצוני מתאים והפעל את מקלט ה-GPS. המתן עד שהוא יתחבר ללוויינים ויזהה את המיקום. המשך לתחילת אזור הסקר שנבחר לאיסוף נתונים. סקר קטע בלוק עירוני אחד בכל פעם. בכל עץ שנתקלתם בו, רשמו את המין באמצעות הסרטון של האוסף הזה על זיהוי עצים. רשום גם את קווי האורך והרוחב המסופקים על ידי מקלט ה-GPS וכתובת הדואר.
לאחר מכן, מדוד את הקוטר של כל עץ בגובה 4.5 רגל מעל פני הקרקע, שנלקח כקוטר בגובה החזה, או DBH. הקצה לכל עץ מספר, ואפס את המספור בתחילת כל קטע בלוק.
התבונן במצבו של כל עץ על ידי הערכה חזותית וניקוד על פי הקריטריונים המוצגים בטבלה המוצגת. סכם את הנקודות כדי לקבל ציון כולל עבור כל עץ, והקצה לכל אחד קטגוריית בריאות מתאימה.
שתי תוכנות שניתן להשתמש בהן כדי לאסוף נתוני GIS הן Google Earth או ArcGIS. באמצעות תוכנות אלה, ניתן לסמן עצים בנפרד או להתאים את הקואורדינטות שלהם לקובץ יחיד ולהעלות.
כדי להשתמש בתוכנית ה-GIS של Google Earth, מקלידים את קואורדינטות העץ ובוחרים סימן מיקום חדש, באמצעות התכונה 'הוספת סימן מיקום'. תן שם לכל עץ לפי שם המין, וברגע שכל נקודות הנתונים של העץ נשמרות כסימני מיקום, לחץ לחיצה ימנית על התווית "המקומות שלי", בחר "שמור בשם" ולאחר מכן שמור בכל מיקום.
כדי להשתמש בתוכנית ArcGIS, בעת ייבוא נתונים, כל כותרות העמודות ריקות מרווחים. ניתן להשתמש בקו תחתון במקום. אם הקואורדינטות הן בתבנית קו רוחב ואורך, יש להמיר אותן לתבנית מעלות עשרוניות לפני הייבוא ל-ArcGIS.
שמור את הנתונים כקובץ CSV מופרד באמצעות פסיקים. לאחר מכן, צור שכבה על ידי הוספת קובץ ה-CSV ל-ArcMap באמצעות הכלי Add Data, תחת קובץ: הוסף נתונים, או על ידי לחיצה על הכלי "הוסף נתונים" בסרגל הכלים הרגיל.
לחץ לחיצה ימנית על השכבה החדשה ובחר "הצג נתוני XY". ודא שהשדות X, או קו האורך, ו-Y, או קו הרוחב, נבחרו כהלכה על-ידי ArcMap.
לאחר מכן, לחץ על "ערוך", ואז על "בחר" כדי להדגיש את מערכת הקואורדינטות עבור הנקודות, ואז על "הוסף" ו"אישור". ניתן להשיג את מערכת הקואורדינטות הנכונה לשימוש מיחידת ה-GPS עצמה.
כעת אמורה להיות שכבת נקודה בראש תוכן העניינים עם שם זהה לזה של קובץ ה-CSV, והמילה "אירועים" בסוף השם. זהו "נושא אירוע", ומהווה שכבה זמנית. כדי ליצור עותק קבוע, לחץ לחיצה ימנית על השכבה ובחר "נתונים" ולאחר מכן "ייצוא נתונים". בחר מיקום פלט והזן שם קובץ. שנה את השם מברירת המחדל "ייצוא פלט" ל-"Urban_Forestry_Survey" ולחץ על "אישור".
נתונים שיוזנו לתוכנית ArcGIS יפיקו מפה של נתוני יערות עירוניים. ניתן להשתמש במפות אלה במספר דרכים, כולל זיהוי דפוסים של גדלי DBH, או קביעה אם עצים באזור מסוים אינם מגיעים לתוחלת חיים.
פתח את כלי התוכנה iTree for Education. עבור כל עץ, הזן את הנתונים הרלוונטיים, ורשום את היתרונות הסביבתיים עבור כל עץ. ניתן לחשב את היתרונות המשוערים של עצים עירוניים ולהקצות להם ערכים כספיים. זה כולל את היתרונות השנתיים של העץ לניהול מי סערה, ערך הנכס, יעילות אנרגטית וקיבוע פחמן.
תוצאות הניתוח עם מחשבון תועלת העצים הלאומי יכולות לתת סיכום של הערך הכלכלי והסביבתי של העצים שנסקרו. זה יכול לאפשר למתכננים עירוניים להחליט על הסרת עצים, או נטיעות משלימות שעשויות להועיל לאזור הנסקר.
ניתן להשתמש במפות יערות עירוניות במגוון יישומים, וחלקם נחקרים כאן.
באזורי מגורים עירוניים או פרבריים, לייעור עירוני יהיו לרוב דרישות שונות מעצים מאשר באזורים מסחריים או קמעונאיים. עצים עשויים להיות מוגנים או נבחרים לשתילה על סמך מאפיינים אקולוגיים דומים כגון מחסומי רוח או רעש, או חששות לניהול מים. עם זאת, ערך אסתטי עשוי לשחק תפקיד גדול יותר בייעור למגורים.
מערכות מידע גיאוגרפיות יכולות לשמש גם למיפוי תופעות רבות אחרות, טבעיות או מעשה ידי אדם. ניתן גם להרכיב מפות GIS של מדידות טבעיות של רמות עופרת בקרקע ולהשתמש בהן לקביעת רמות זיהום, או אזורים בטוחים לעומת אזורים לא בטוחים לשתילת גידולי מזון.
זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE ליערנות עירונית באמצעות GIS. כעת עליך להבין את החשיבות של ייעור עירוני, כיצד להשתמש ב-GIS כדי ליצור מפות לחקר עצים עירוניים, וכיצד להשתמש במחשבון תועלת העצים הלאומי כדי לברר את ערכם של עצים שנסקרו. תודה שצפית!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What environmental benefits do urban forests provide to cities?
Urban forests clean air and water, control storm water runoff, prevent erosion, reduce noise, and conserve energy. They also provide wildlife habitats, nesting sites, and travel corridors for animals. Socially, urban forests connect residents to nature, enhance architecture, and offer educational opportunities about the natural world.
Q2: How is tree condition assessed during an urban forestry survey?
Tree condition is evaluated using six visual assessment categories: trunk condition, growth rate, structure, insects and disease presence, crown development, and life expectancy. Each category receives a rating based on unhealthy features. The combined scores produce an overall health score ranging from excellent to very poor.
Q3: What is diameter at breast height and why is it measured in tree surveys?
Diameter at breast height, or DBH, is the tree trunk diameter measured 4.5 feet above ground. This standardized measurement is recorded during urban forestry surveys because it directly correlates with a tree's ability to provide ecosystem services. Larger trees with greater leaf area deliver more environmental benefits.
Q4: How does GIS software help manage urban forestry data?
GIS allows extensive data collection and management by combining geographical and tree-survey data to produce accurate maps of urban forests. Programs like Google Earth and ArcGIS enable spatial analysis of tree characteristics, pattern identification, and quick database updates. This framework supports decision-making for tree removals and supplementary plantings.
Q5: What information does the National Tree Benefit Calculator provide?
The National Tree Benefit Calculator is a free online tool that estimates monetary benefits of urban trees. Users input tree trunk diameter and land-use type to receive economic valuations across key areas including property value, air quality improvement, and storm water control benefits.
Q6: How do you record tree location data during a field survey?
A GPS receiver records geodesic coordinates of latitude and longitude for each tree location. Postal addresses are also noted. Once collected, this location data is entered into GIS software programs for spatial analysis. GPS coordinates should be converted to decimal degrees format before importing into ArcGIS.
Q7: What data should be collected when surveying trees in urban areas?
Urban tree surveys record species, location coordinates, postal address, diameter at breast height, health condition score, land use type, and trunk diameter. Species identification can be assisted by using a tree identification dichotomous key. Data is typically collected by city block, with each tree assigned a number for tracking.