1.3: Wykorzystanie systemu GIS do badania leśnictwa miejskiego

1. Zbieranie danych za pomocą odbiornika GPS i taśmy dbh

1. W otwartej lokalizacji na zewnątrz włącz odbiornik GPS, naciskając przycisk zasilania. Odczekaj 2-3 minuty, aż odbiornik połączy się z co najmniej trzema satelitami.
2. Przejdź do obszaru badania w celu zebrania danych. Zbadaj jeden segment bloku miejskiego na raz i ponumeruj drzewa parkowe na karcie danych (Rysunek 1), resetując numerację na początku każdego segmentu bloku.
3. Przy każdym drzewie w badaniu zapisz gatunek, adres pocztowy (e.g., 1253 W. Lill) oraz współrzędne geodezyjne (długość/szerokość geograficzna) podane przez odbiornik GPS (Rysunek 1). Upewnij się, że współrzędne geodezyjne są zbierane z tego samego kierunku dla każdego drzewa (e.g., północna strona każdego drzewa).
4. Zmierz średnicę każdego drzewa na wysokości 41/2 stopy nad ziemią i zapisz średnicę na wysokości pierśnicy (dbh).
5. Obserwuj stan każdego drzewa, wizualnie szacując i oceniając zgodnie z kryteriami (Tabela 1). Zsumuj punkty, aby uzyskać jeden ogólny wynik dla każdego drzewa i przypisz każde drzewo do odpowiednich kategorii zdrowia. Zapisz stan zdrowia w arkuszu danych.

2. Wprowadzanie danych do GIS

1. GIS za pomocą Google Earth: Wpisz współrzędne drzewa i zapisz je w folderze "Moje miejsca" za pomocą funkcji "Dodaj oznaczenie miejsca". Nazwij każde drzewo nazwą gatunku. Po zapisaniu wszystkich punktów danych drzewa jako oznaczeń miejsc, kliknij prawym przyciskiem myszy nazwę Moje miejsca, wybierz "Zapisz jako" i zapisz w dowolnej lokalizacji.
2. System GIS korzystający z ESRI ArcGIS 10.2: Aby zaimportować dane do systemu ArcGIS, upewnij się, że wszystkie nagłówki kolumn nie mają spacji. Wszelkie spacje należy zastąpić podkreśleniami. Jeśli współrzędne są podane w szerokości/długości geograficznej, przed zaimportowaniem do systemu ArcGIS powinny być w formacie stopni dziesiętnych (DD). Lokalizacje w formacie stopni, minut i sekund (DMS) lub minut dziesiętnych (DM) należy najpierw przekonwertować na DD. W Internecie dostępne są konwertery (http://www.fcc.gov/encyclopedia/degrees-minutes-seconds-tofrom-decimal-degrees).
3. Zapisz/wyeksportuj dane jako plik tekstowy rozdzielany przecinkami (format CSV).
4. Utwórz "warstwę", dodając plik .csv do aplikacji ArcMap za pomocą narzędzia Dodaj dane, rozwijając podmenu w obszarze Plik> Dodaj dane lub klikając narzędzie Dodaj dane na pasku narzędzi Standardowy (Rysunek 2).
5. Kliknij prawym przyciskiem myszy nową warstwę i wybierz opcję Wyświetl dane XY. Upewnij się, że pola X i Y zostały poprawnie wybrane przez aplikację ArcMap — powinny być poprawne, jeśli wybrane nazwy odzwierciedlają położenie współrzędnych (północ i wschód lub x i y).
6. Kliknij przycisk Edytuj..., a następnie wybierz Wybierz..., aby wybrać układ współrzędnych dla punktów, Dodaj... i OK (3x). Prawidłowy układ współrzędnych można uzyskać z jednostki GPS (w obszarze Ustawienia mapy lub jednostki). Dla tych danych wybierz Układy współrzędnych > Układy współrzędnych geograficznych > Świat > WGS1984.prj (domyślny punkt odniesienia GPS).
7. Na górze spisu treści powinna teraz znajdować się warstwa punktowa o tej samej nazwie co plik .csv i słowie Zdarzenia na końcu nazwy (Rysunek 3). Jest to "motyw wydarzenia" i jest to warstwa tymczasowa. Aby uzyskać bardziej trwałą kopię, kliknij warstwę prawym przyciskiem myszy i wybierz polecenie Dane > Eksportuj dane... Wybierz lokalizację wynikową — klasę elementów geobazy lub katalog pliku shape — i wprowadź nazwę pliku. Zmień nazwę z domyślnej "Export_Output" na Urban_Forestry_Survey. Kliknij przycisk OK.

3. Kalkulator Świadczeń z Drzew Narodowych

1. Za pomocą tego oprogramowania można obliczyć korzyści płynące z zadrzewień przyucznych. Obejmuje to roczne korzyści drzewa w zakresie zarządzania wodą deszczową, wartości nieruchomości, efektywności energetycznej i sekwestracji dwutlenku węgla. Zobacz film Identyfikacja drzewa: Jak korzystać z klucza dychotomicznego, aby uzyskać instrukcje dotyczące korzystania z kalkulatora korzyści z drzew.

Rysunek 1. Reprezentatywne wyniki dla drzew ulicznych wykazały jeden blok.

Rysunek 2. Narzędzie Dodaj dane na pasku narzędzi Standardowy.

Rysunek 3. Warstwa punktowa w górnej części spisu treści o tej samej nazwie co plik CSV.

Tabela 1. Tabela służąca do obliczania klasy warunku drzewa. Każdy wynik warunku jest skorelowany z jego opisem w każdej kategorii, a następnie wszystkie sześć punktów jest sumowanych w celu uzyskania końcowej sumy – klasy warunku.

Lasy miejskie są cennymi zasobami i wymagają opieki i zarządzania w celu zapewnienia ich zdrowia. Rozmieszczenie drzew, ich stan oraz skalę i kształt lasów miejskich można odwzorowywać za pomocą oprogramowania GIS, czyli System Informacji Geograficznej.

Drzewa na obszarach miejskich mogą obejmować zarówno proste drzewa uliczne, jak i bulwary krajobrazowe, zielone drogi, ogrody publiczne lub te na przemysłowych terenach poprzemysłowych. Łącznie te lasy miejskie są istotnymi elementami infrastruktury miejskiej. Leśnictwo miejskie wykorzystuje nowatorskie metody, aby sprostać potrzebom i wyzwaniom charakterystycznym dla drzew miejskich.

Lasy miejskie wypełniają cenne nisze ekologiczne, przyczyniając się do oczyszczania powietrza i wody, kontrolowania wód burzowych, zapobiegania erozji, zmniejszania hałasu i oszczędzania energii. Ponadto lasy miejskie mogą stanowić ważne siedliska dla zwierząt, zapewniać schronienie dla gniazd lub pełnić rolę korytarzy turystycznych dla dzikich zwierząt. Ich wartość może być również społeczna, łącząc mieszkańców miast z naturą, wzbogacając architekturę i zapewniając możliwości edukacyjne w zakresie poznawania przyrody.

Strukturę, różnorodność i wynikającą z niej wartość ekologiczną lasów miejskich można określić ilościowo za pomocą oprogramowania GIS, czyli Systemów Informacji Geograficznej. System GIS pozwala na obszerne gromadzenie danych i zarządzanie nimi, co stanowi idealną platformę do kompilacji danych dotyczących leśnictwa miejskiego. System GIS umożliwia użytkownikom łączenie danych geograficznych i danych dotyczących drzew w celu tworzenia dokładnych map lasów miejskich.

Ten film zilustruje proces zbierania danych z badań drzew, włączania tych danych do platformy GIS i oceny wartości środowiskowej interesujących drzew.

Badania lasów miejskich mogą być prowadzone w różnych miejscach. Powszechnie odnotowuje się drzewa parkowe posadzone między chodnikami a krawężnikami. Dane są zwykle zbierane według kwartałów miejskich i rejestrują lokalizację drzew, gatunki, zdrowie, użytkowanie gruntów i średnicę na wysokości pierśnicy lub DBH.

Stan drzewa to ocena wizualna oparta na sześciu kategoriach. Są to stan pnia, który uwzględnia takie czynniki, jak brak kory lub próchnica; tempo wzrostu, badające wydłużenie gałązek i długość wzrostu w roku bieżącym; i struktury, zwracając uwagę na martwe lub złamane kończyny. Odnotowuje się owady i choroby; rozwój korony, który ocenia drzewa pod kątem zrównoważonego wyglądu gałęzi, liści i struktur rozrodczych; i wreszcie oczekiwana długość życia, w oparciu o oczekiwaną długość życia gatunku, pomniejszoną o obecne szkody.

Każda kategoria ma system ocen, oparty na liczbie zsumowanych cech drzewa w złej kondycji, które razem dają ogólny wynik stanu drzewa. Można to przypisać kategorycznemu pomiarowi stanu zdrowia drzew, od doskonałego przez bardzo dobry, dobry, sprawiedliwy, słaby do bardzo słabego.

Odbiornik GPS, który wykorzystuje pozycjonowanie satelitarne przesyłane do słuchawki, pozwala użytkownikowi na rejestrację współrzędnych geodezyjnych szerokości i długości geograficznej. Lokalizacja jest również podana za pomocą adresu pocztowego. Po zebraniu dane można wprowadzić do oprogramowania GIS, które umożliwia przestrzenną i geoprzestrzenną analizę statystyczną drzew i ich charakterystyki. Dostępnych jest kilka takich programów, w tym ArcGIS czy Google Earth.

Kalkulator korzyści z drzew krajowych to bezpłatne narzędzie programowe online, które służy do ekonomicznego oszacowania korzyści pieniężnych zapewnianych przez drzewa miejskie i podmiejskie. W tym miejscu użytkownicy mogą wybrać region badania i wybrać z listy drzew w tym obszarze. Wprowadzenie kilku prostych szczegółów, takich jak średnica pnia drzewa i rodzaj użytkowania gruntu, pozwoli oszacować wartość drzewa w kilku kluczowych obszarach, w tym wartości nieruchomości, jakości powietrza i kontroli wód opadowych.

Teraz, gdy znamy już koncepcję badań leśnictwa miejskiego i zasady, które za nimi stoją, przyjrzyjmy się, jak są one przeprowadzane w terenie.

Aby rozpocząć badanie, wybierz odpowiednią lokalizację na zewnątrz i włącz odbiornik GPS. Poczekaj, aż połączy się z satelitami i wykryje lokalizację. Przejdź do początku obszaru badania wybranego do zbierania danych. Badaj jeden segment bloku miejskiego na raz. Przy każdym napotkanym drzewie nagraj gatunek, korzystając z filmu z tej kolekcji na temat identyfikacji drzew. Zapisz również długość i szerokość geograficzną podaną przez odbiornik GPS oraz adres pocztowy.

Następnie zmierz średnicę każdego drzewa na wysokości 4,5 stopy nad ziemią, która jest przyjmowana jako średnica na wysokości pierśnicy lub DBH. Przypisz każdemu drzewu numer, resetując numerację na początku każdego segmentu bloku.

Obserwuj stan każdego drzewa, wizualnie szacując i oceniając zgodnie z kryteriami przedstawionymi w przedstawionej tabeli. Zsumuj punkty, aby uzyskać ogólny wynik dla każdego drzewa i przypisz każdemu z nich odpowiednią kategorię zdrowia.

Dwa programy, których można używać do kompilowania danych GIS, to Google Earth lub ArcGIS. Za pomocą tych programów drzewa mogą być indywidualnie oznaczane lub ich współrzędne zapisywane w jednym pliku i przesyłane.

Aby skorzystać z programu GIS Google Earth, wpisz współrzędne drzewa i wybierz nowe oznaczenie miejsca, korzystając z funkcji "Dodaj oznaczenie miejsca". Nazwij każde drzewo nazwą gatunku, a gdy wszystkie punkty danych drzewa zostaną zapisane jako oznaczenia miejsc, kliknij prawym przyciskiem myszy etykietę "Moje miejsca", wybierz "Zapisz jako", a następnie zapisz w dowolnej lokalizacji.

Aby korzystać z programu ArcGIS, podczas importowania danych wszystkie nagłówki kolumn są wolne od spacji. Zamiast tego można użyć podkreśleń. Jeśli współrzędne są w formacie szerokości i długości geograficznej, przed zaimportowaniem do systemu ArcGIS należy je przekonwertować na format stopni dziesiętnych.

Zapisz dane jako plik CSV rozdzielany przecinkami. Następnie utwórz warstwę, dodając plik CSV do aplikacji ArcMap za pomocą narzędzia Dodaj dane w obszarze Plik: Dodaj dane lub klikając narzędzie "Dodaj dane" na standardowym pasku narzędzi.

Kliknij prawym przyciskiem myszy nową warstwę i wybierz "Wyświetl dane XY". Upewnij się, że pola X (długość geograficzna) i Y (szerokość geograficzna) zostały poprawnie wybrane przez aplikację ArcMap.

Następnie kliknij "Edytuj", następnie "Wybierz", aby podświetlić układ współrzędnych dla punktów, a następnie "Dodaj" i "OK". Prawidłowy układ współrzędnych można uzyskać z samego urządzenia GPS.

Na górze spisu treści powinna teraz znajdować się warstwa punktowa o tej samej nazwie co plik CSV oraz słowo "Zdarzenia" na końcu nazwy. Jest to "motyw wydarzenia" i jest to warstwa tymczasowa. Aby utworzyć trwałą kopię, kliknij warstwę prawym przyciskiem myszy i wybierz "Dane", a następnie "Eksportuj dane". Wybierz lokalizację wyjściową i wprowadź nazwę pliku. Zmień nazwę z domyślnej "Eksportuj wyjście" na "Urban_Forestry_Survey" i kliknij "OK".

Dane wprowadzone do programu ArcGIS stworzą mapę danych dotyczących leśnictwa miejskiego. Mapy te mogą być wykorzystywane na wiele sposobów, w tym do identyfikowania wzorców rozmiarów DBH lub określania, czy drzewa na danym obszarze nie osiągają oczekiwanej długości życia.

Otwórz narzędzie programowe iTree for Education. Dla każdego drzewa wprowadź odpowiednie dane i zapisz korzyści dla środowiska dla każdego drzewa. Szacunkowe korzyści z drzew miejskich można obliczyć i przypisać im wartości pieniężne. Obejmuje to roczne korzyści drzewa w zakresie zarządzania wodą deszczową, wartości nieruchomości, efektywności energetycznej i sekwestracji dwutlenku węgla.

Wyniki analizy za pomocą Krajowego Kalkulatora Korzyści z Drzew mogą dać podsumowanie wartości ekonomicznej i środowiskowej badanych drzew. Może to pozwolić urbanistom na podjęcie decyzji o usunięciu drzew lub dodatkowych nasadzeniach, które mogą przynieść korzyści badanemu obszarowi.

Mapy leśnictwa miejskiego mogą być wykorzystywane w różnych zastosowaniach, a niektóre z nich omówiono tutaj.

Na miejskich obszarach mieszkalnych lub podmiejskich leśnictwo miejskie często ma inne wymagania dotyczące drzew niż te na obszarach komercyjnych lub handlowych. Drzewa mogą być chronione lub wybierane do sadzenia w oparciu o podobne właściwości ekologiczne, takie jak bariery przeciwwiatrowe lub akustyczne lub kwestie związane z gospodarką wodną. Jednak walory estetyczne mogą odgrywać większą rolę w leśnictwie mieszkaniowym.

Systemy Informacji Geograficznej mogą być również wykorzystywane do mapowania wielu innych zjawisk, naturalnych lub spowodowanych przez człowieka. Mapy GIS naturalnych pomiarów poziomu ołowiu w glebie mogą być również kompilowane i wykorzystywane do określania poziomów zanieczyszczenia lub bezpiecznych i niebezpiecznych regionów do sadzenia roślin spożywczych.

Właśnie obejrzeliście film JoVE wprowadzający do leśnictwa miejskiego z wykorzystaniem systemu GIS. Powinieneś teraz zrozumieć, jak ważne jest leśnictwo miejskie, jak używać GIS do tworzenia map do badania drzew miejskich oraz jak korzystać z Krajowego Kalkulatora Korzyści z Drzew w celu ustalenia wartości badanych drzew. Dzięki za oglądanie!