“Smartfón“ – pomocník lesníka?

Julián Tomaštík ml.

„Smart“ technológie - telefóny, tablety, ale už aj rôzne iné doplnky (napr. hodinky) – patria v súčasnosti k najdynamickejšie sa rozvíjajúcim technologickým fenoménom. Ide o zariadenia s viac či menej otvoreným systémom, ktorý umožňuje tvorbu aplikácií podľa požiadaviek užívateľa. Súčasťou takmer všetkých „smart“ zariadení je aj technológia na určovanie polohy pomocou Globálnych Navigačných Satelitných Systémov (GNSS). Práve tá je v súčasnosti zrejme najčastejšou oblasťou použitia smartfónov v lese. Údaje o výmere, priebehu líniových prvkov alebo navigácia na rôzne miesta môžu lesníkovi výrazne pomôcť pri rozhodovaní sa a riadení činností v lese. Preto sme sa zamerali na zhodnotenie použiteľnosti tejto technológie, najmä s ohľadom na dosiahnuteľnú presnosť určovania polohy.

Ako to funguje?

S pojmom GPS sa zrejme stretol už každý. V súčasnosti je tento pojem najmä v odbornej verejnosti nahradzovaný označením GNSS (Globálne Navigačné Satelitné Systémy). Dôvodom je, že okrem amerického systému NAVSTAR GPS je už plne funkčný aj ruský systém GLONASS, pričom sú postupne do prevádzky uvádzané aj iné systémy. Vo všeobecnosti ide o satelitné systémy umožňujúce určovanie polohy a času kdekoľvek na Zemi. Meranie spočíva v určovaní vzdialeností medzi satelitmi a prijímačom, následne je poloha prijímača určená pretínaním týchto vzdialeností. Z tohto princípu vyplýva výrazná výhoda GNSS oproti „klasickým“ geodetickým metódam – nezávislosť na existujúcom geodetickom bodovom poli. Táto výhoda naberá ešte väčší význam v lese, kde je bodové pole výrazne redšie ako v urbanizovanej krajine. Ale tak ako pri mnohých iných meračských metódach, neprehľadné a komplikované lesné prostredie negatívne vplýva aj na presnosť a efektívnosť merania pomocou GNSS. Hlavnými príčinami zníženia presnosti sú úplné blokovanie signálu spôsobené samotným lesom a terénom (ktorý je v lese často členitejší v porovnaní s inými typmi krajiny) a efekt tzv. mnohocestného šírenia signálu. Tento predstavuje jedno - alebo viacnásobný odraz signálu od rozličných predmetov a môže byť čiastočne eliminovaný použitím kvalitnejšej antény. Napriek čiastkovým riešeniam je presnosť GNSS meraní v lese pri použití porovnateľného spôsobu merania niekoľkonásobne nižšia ako na voľnej ploche a to aj pri použití najmodernejšieho vybavenia.

V smartfónoch je technológia na určovanie polohy súčasťou „chipsetu“, ktorý predstavuje základnú platformu pre hardvérové súčasti prístroja. Dominantní sú cca. 3-4 výrobcovia „chipsetov“, ktorí svoje riešenie pre určovanie polohy často používajú v celej generácii chipsetov bez ohľadu na ich cenu (drahšie sú iné súčasti, napr. procesor). Z toho vyplýva, že aj keď typov „smart“ zariadení je nepreberné množstvo, často používajú to isté hardvérové riešenie pre určovanie polohy. Typickým pre oblasť „smart“ zariadení je používanie tzv. asistovaného GPS (A-GPS), ktoré využíva mobilné dátové pripojenie. Pomocou tohto pripojenia sú do telefónu stiahnuté údaje o približnej polohe satelitov, takže prijímač nemusí prehľadávať celé spektrum satelitov, ale iba tie, ktoré by z daného miesta mali byť viditeľné. Tým sa výrazne skracuje čas prvého určenia polohy. Okrem hardvérových súčastí meranie ovplyvňuje aj softvér. Z hľadiska presnosti nie je až tak dôležitá použitá aplikácia (tú si užívateľ môže vybrať podľa vlastných preferencií), ale najmä použitá verzia operačného systému. Tá môže ako súčasť nastavení obsahovať rámce akceptovateľných presností, spôsob a zdroje získavania asistenčných údajov a pod. Celkovo je smartfón v porovnaní napr. s turistickým GPS univerzálnejšie použiteľný, ale zároveň aj výrazne komplikovanejší (hardvérovo a softvérovo). Zlá alebo aj neoptimálna funkcia jednej časti takéhoto zariadenia často ovplyvňuje aj iné časti, v našom prípade určovanie polohy pomocou GNSS.

Presnosť určovania polohy

Pri testovaní presnosti sme použili geodetické bodové pole so 74 bodmi v lesnom prostredí a 17 bodmi na otvorenom priestranstve (na lúke). Zahrnuté boli rôzne podmienky v lese – mladý porast, dospelý porast, cesta, okraj porastu a pod. Celkovo šlo o zmiešané porasty s podielom ihličnatých drevín cca 30%. Meranie bolo vykonané vo vegetačnom období aj mimo vegetačného obdobia. Hodnotili sme „real-time“ presnosť, takže bola porovnávaná okamžitá poloha bodov bez priemerovania meraní. Ako porovnávací základ sme použili polohy určené elektronickým tachymetrom (teodolitom), ktorý je rádovo presnejší ako skúmané zariadenia. Pre testovanie boli použité tri smartfóny (jeden z nich s dvoma rozličnými verziami operačného systému), tablet, starší mapovací GNSS prijímač a geodetický GNSS prijímač.

Počas vegetačného obdobia bola stredná chyba určenia polohy pre „smart“ zariadenia v lese približne 7,5 m. Pri použití porovnateľnej metodiky merania bola táto chyba pre starší mapovací prijímač na úrovni cca 10 m a 1,5 metra pre geodetický prijímač. Okrem strednej chyby je veľmi dôležitá aj variabilita (rozptyl) chýb okolo strednej hodnoty, ktorá bola vo vegetačnom období najvyššia. Podmienky plného olistenia boli zároveň jediné, kde sa preukázali štatisticky významné rozdiely medzi niektorými „smart“ zariadeniami. V mimovegetačnom období stredné chyby klesli na 5,3 m pre „smart“ zariadenia; 5,9 m pre mapovací a 1,2 m pre geodetický prijímač. Podobne klesla aj variabilita. V podmienkach bez olistenia sa už nepreukázali žiadne štatisticky významné rozdiely medzi „smart“ zariadeniami, odlišný nebol dokonca ani smartfón starší o zhruba 2-3 generácie oproti ostatným. Podobne sa významné rozdiely neukázali ani v podmienkach otvoreného priestranstva, kde sa chyba „smart“ zariadení pohybovala okolo 2 m, 1,6 m pre mapovací a 0,06 m pre geodetický prijímač.

Celkovo sa opäť potvrdil nepriaznivý vplyv lesného prostredia na meranie pomocou GNSS. Veď aj geodetický prijímač, ktorý na voľnej ploche dosiahol presnosť 6 cm, v lese dosiahol presnosť len 1,2 – 1,5 m (pri porovnateľnej metóde merania s veľmi krátkou dobou observácie). Je teda nutné meranie pomocou GNSS v lese používať s maximálnou zodpovednosťou a uvedomovať si limity technológie. Pri použití „smart“ zariadení boli rozdiely vnútri lesa s ohľadom na rozličné podmienky len minimálne (porast mladý – dospelý, zmiešaný – ihličnatý, lesná cesta a pod.). Ako významne presnejšie sa ukázalo iba meranie na vonkajšom okraji porastovej steny, kde rozdiel bol približne 30-40% oproti vnútru porastu. Tento poznatok sme využili pri zameraní väčších kalamitných plôch, vzniknutých pri víchrici „Žofia“, kde sa v niektorých prípadoch podarilo určiť plochu (a tým pádom aj objem kalamitného dreva) až o 40% presnejšie v porovnaní s okulárnym odhadom. Vzhľadom na presnosť technológie a spomínaný „okrajový efekt“ by výmera takto meranej plochy mala byť aspoň 0,5 ha.

Budúcnosť?

Smartfóny si už v súčasnosti nachádzajú miesto v lesníckej praxi. Či už ide o korporátne riešenia (napr. WebGIS používaný Lesmi SR) alebo riešenia založené na iných bežne dostupných softvérových produktoch, poskytujú lesníkovi cenné priestorové informácie, ktoré môžu výrazne zefektívniť rozhodovanie a prácu v lese. Nakoľko ide o progresívnu technológiu, plánujeme túto problematiku zaradiť aj do niektorého z predmetov vyučovaných na Katedre Hospodárskej úpravy lesov a geodézie Lesníckej fakulty TU vo Zvolene.

Presnosť do 10 metrov síce nie je dostačujúca pre mapovanie v klasickom zmysle slova (t.j. tvorba máp, kde sú normy a štandardy presnosti výrazne prísnejšie), ale môže byť dostačujúca pre navigáciu pod clonou porastu, predbežné zisťovanie výmer, trasovanie líniových prvkov a podobne. Možností pre zlepšenie presnosti je niekoľko. Už aj v súčasnosti je možné a používané priemerovanie meraní, týkajúce sa ale viac-menej bodových prvkov. Pri líniách alebo plochách je nutné ich vytvoriť až následne, pospájaním priemerovaných bodov. Do budúcnosti je ďalším možným riešením použitie diferenciálneho GNSS, ktoré je v súčasnosti doménou geodetických prijímačov a novej generácie mapovacích (GIS) prístrojov. Tu sú ale zatiaľ limitujúce technologické obmedzenia „smart“ zariadení. Možnosťou tiež môže byť integrácia rôznych iných senzorov prítomných v takýchto zariadeniach (akcelerometre, gyroskopy). Súčasné snahy výrobcov sú ale smerované najmä na „indoor“ navigáciu, čiže navigáciu v uzavretých priestoroch, takže v najbližšom období zrejme výraznejšiu technologickú zmenu nemožno očakávať. Avšak v „uzavretých“ podmienkach lesného prostredia snáď bude možné použiť aj niektoré postupy „indoor“ navigácie.

Okrem aplikácií postavených na možnostiach určovania polohy si „smart“ zariadenia hľadajú a určite nájdu uplatnenie aj v iných činnostiach. Veľkou výhodou môže byť napr. schopnosť online komunikovať s centrálnymi servermi a vysoký výpočtový výkon. Je možno len otázkou času, kedy niekto naprogramuje napr. priemerkovací zápisník, kde namerané údaje budú diktované cez Bluetooth mikrofón, smartfón ich rozpozná, zaradí, spojí s objemovými tabuľkami a následne pošle do centrálnej evidencie...

Ing. Julián Tomaštík, PhD.
Katedra HÚL a geodézie,
Lesnícka fakulta, TU vo Zvolene
tomastik@tuzvo.sk