MODELOVÁNÍ MORFOLOGIE KOMÁŘÍCH LÍHNIŠŤ POMOCÍ GEOSTATICKÝCH NÁSTROJŮ

Diplomová práce

Vedoucí práce: Mgr. Karel Macků Ph.D.
Autor: Bc. Jan Dedič

CÍLE

Cílem diplomové práce je ověřit použitelnost vybraných interpolačních metod (založených především na metodě kriging) pro potřeby modelování průběhu komářích líhnišť. Klasifikace líhnišť ve stanoveném zájmovém území dle jejich tvarových charakteristik. Následné modelování průběhu líhnišť interpolačními metodami dle různých scénářů – při měnícím se vodním stavu a s přidáváním doplňujících geodetických měřeních. Porovnání modelovaných tvarů s dostupnými referenčními daty a vyhodnocení přesnosti jednotlivých modelových situací. Vyhodnocení kvality interpolace v různých scénářích a vytvoření doporučení pro řešení podobných úloh v závislosti na vstupních podmínkách.

obr1

VÝSLEDKY


  • Vliv tvaru tůně: Bez ohledu na tvar tůně má největší vliv na přesnost interpolace šířka tůně, na to navazuje rádius, počet sousedů a anizotropie.
  • Nejlepší interpolační metody: Z testovaných metod vykazoval nejlepší výsledky EBK, případně OK, velký rádius, více sektorový, vyšší počet sousedů, anizotropie. Z toho důvodu byla tato interpolace vybrána i do automatizačního skriptu.
  • Vliv přidaných bodů: Přidání bodů na dno tůně výrazně zlepšuje přesnost interpolace. Pro tůň tvaru C alespoň dva až tři body. Pro obdélníkové stačí i jeden bod. Pro kulaté stačí jeden bod.
  • Sektory vs. anizotropie: Čtyř sektorová interpolace dosahovala lepších výsledků než jedno sektorová, přičemž anizotropie měla pozitivní vliv na přesnost interpolace.
  • Transformace: K-Bessel transformace vykazovala u všech hodnot tůní nejhorší RMSE.

  • Pro jednotlivé typy tůní lze doporučit:
  • Protáhlé tůně: EBK s vysokým rádiusem, počtem sousedů, anizotropií a více sektorů.
  • Půlměsícovité tůně: EBK s vysokým rádiusem, počtem sousedů, anizotropií a více sektorů.
  • Kulaté tůně: Kombinace EBK pro svažující se část a OK pro dno tůně.

  • Výsledky ukazují, že volba správné interpolační metody a jejích parametrů výrazně ovlivňuje přesnost výsledného modelu terénu, přičemž různé tvary tůní vyžadují specifický přístup k interpolaci. Nicméně výsledné nejlepší interpolace a jejich parametry (EBK, OK a případně i určité metody RBF) mají mezi sebou milimetrové rozdíly, proto už záleží na uživateli, jestli pro interpolace chce použít EBK nebo OK.

SKRIPT

V rámci práce byl vytvořen automatizační Python skript pro detekci a zpracování dat v oblasti komářích líhnišť. Skript umožňuje procházet adresáře s obrazovými daty a analyzovat jejich pixelovou strukturu pro identifikaci relevantních oblastí.


Kliknutím na obrázek níže zobrazíte část zdrojového kódu skriptu.

Python skript vizualizace

Python skript pro analýzu obrazových dat v oblasti komářích líhnišť

ZÁVĚR

Tato diplomová práce se zabývala ověřením použitelnosti vybraných interpolačních metod pro modelování terénu komářích líhnišť a klasifikací líhnišť dle jejich tvarových charakteristik. Cílem bylo vytvořit metodiku pro efektivní a přesné modelování tůní, což má význam pro plánování zásahů proti komárům a hlubšímu porozumění fungovaní interpolací na modelování terénu pod vodní hladinou.


V rámci práce byly splněny následující cíle:

  • Byla ověřena použitelnost různých interpolačních metod, především metod založených na krigingu, pro modelování terénu komářích líhnišť. Ačkoliv bylo zjištěno, že tvar tůně ovlivňuje optimální parametry interpolačních metod, ukázalo se, že vliv tohoto faktoru na celkovou přesnost interpolace nebyl natolik významný, aby vyžadoval odlišné metodické postupy pro jednotlivé tvary (protáhlé, půlměsícovité, kulaté).
  • Byla provedena klasifikace líhnišť dle jejich tvarových charakteristik (metrik), což umožnilo zohlednit vliv tvaru na optimální volbu interpolační metody.
  • Byl vyvinut automatizovaný skript pro efektivní interpolaci terénu vodních tůní, který umožňuje uživateli rozdílnou parametrizaci dle vlastností terénu.
  • Byla vyhodnocena přesnost interpolace v různých scénářích a vytvořena doporučení pro řešení podobných úloh v závislosti na vstupních podmínkách.

Mezi nejdůležitější dosažené výsledky patří:

  • Kvantifikace vlivu tvaru tůně na přesnost interpolace.
  • Určení optimálních parametrů interpolačních metod pro různé tvary tůní.
  • Prokázání pozitivního vlivu doplňujících terénních měření (zejména bodů na dně tůní) na přesnost interpolace.
  • Vytvoření automatizovaného nástroje pro efektivní zpracování a interpolaci dat z leteckého laserového skenování.

Tato práce přispívá k hlubšímu pochopení možností a omezení interpolačních metod při modelování specifického typu terénu, jakým jsou komáří líhniště, respektive zaplavené terénní deprese, a poskytuje praktické nástroje a doporučení pro jejich efektivnější využití.

SUMMARY

This master thesis focused on verifying the usability of selected interpolation methods for modeling the terrain of mosquito breeding ponds and classifying breeding ponds according to their shape characteristics. The aim was to create a methodology for effective and accurate modeling of ponds, which is significant for planning interventions against mosquitoes and for a deeper understanding of the functioning of interpolations in modeling terrain below the water surface.


The following objectives were achieved within the scope of the thesis:

  • The usability of various interpolation methods, especially kriging-based methods, for modeling the terrain of mosquito breeding ponds was verified. Although it was found that the shape of the ponds affects the optimal parameters of the interpolation methods, it turned out that the influence of this factor on the overall accuracy of the interpolation was not significant enough to require different methodological approaches for individual shapes (elongated, crescent-shaped, round).
  • A classification of breeding ponds according to their shape characteristics (metrics) was carried out, which made it possible to consider the influence of shape on the optimal choice of interpolation method.
  • An automated script for the efficient interpolation of the terrain of ponds was developed, which allows the user different parameterization according to the terrain properties.
  • The accuracy of the interpolation was evaluated in various scenarios, and recommendations were created for solving similar tasks depending on the input conditions.

The most important achieved results include:

  • Quantification of the influence of the shape of the ponds on the accuracy of the interpolation.
  • Determination of the optimal parameters of interpolation methods for different shapes of ponds.
  • Demonstration of the positive influence of supplementary terrain measurements (especially points at the bottom of ponds) on the accuracy of the interpolation.
  • Creation of an automated tool for the efficient processing and interpolation of data from airborne laser scanning.

This thesis contributes to a deeper understanding of the possibilities and limitations of interpolation methods in modeling a specific type of terrain, such as mosquito breeding ponds, or rather flooded terrain depressions, and provides practical tools and recommendations for their more effective use.