Metody a postup zpracování
Hlavními cíli bylo navrhnout postup pro detekci FVE z leteckých ortofotosnímků, a navržený postup následně zautomatizovat. Postup pro detekci byl navržen pro ArcGIS for Desktop verze 10.2 a vyšší. Následně byl zautomatizován do podoby nástroje, který byl zrealizován pomocí prostředí ModelBuilder. Nástroj byl vytvořen s ohledem na požadavky na jeho budoucí nasazení na KÚOK, a s ohledem na finanční, technologické a datové možnosti. Vznikl tak toolbox s několika modely. Modely jsou navrženy tak, aby na sebe navzájem navazovaly, a výstup prvního modelu byl vstupem druhého modelu, atd.
Do celého postupu zpracování vstupuje několik skupin dat. Hlavními vstupními daty jsou letecké ortofotosnímky. Dále vstupují data z RÚIAN (Registr územní identifikace, adres a nemovitostí), data ÚAP, a trénovací plochy vytvořené uživatelem. Výstupem jsou samostatné vektorové vrstvy prvků FVE, parcel RÚIAN, na kterých FVE leží, a vrstva agregovaných ploch FVE.
Nástroj byl navržen, sestaven a testován na vlastním notebooku s těmito parametry: CPU Intel Core i7-5500U 2.4 GHz, RAM 8GB DDR3, HDD 1GB (7200 ot. /min), GPU nVidia GeForce 940M, Windows 10 Home 64 bit. Verze ArcGIS for Desktop byla 10.3.1.
Testování nástroje na pilotním území proběhlo na KÚOK na stolní počítačové sestavě s těmito parametry: CPU Intel Core i5-4400S 2.8 GHz, RAM 4GB DDR3, HDD 500 GB (7200 ot. /min), Windows 7 Professional 64 bit. Verze ArcGIS for Desktop na tomto počítači byla 10.3.1.
Postup zpracování
Pro zpracování diplomové práce bylo nejprve nutné seznámit se s danou problematikou, a požadavky na výstupy práce s ohledem na její budoucí nasazení. Z toho důvodu byla jako první realizována schůzka s konzultantem z KÚOK Mgr. Libuší Dobrou. Po konzultační schůzce přišlo na řadu seznámení s problematikou a tématikou FVE. Bylo důležité seznámit se především s jejím vývojem v České republice a v Olomouckém kraji s ohledem na cíl práce, kterým bylo vytvořit praktický nástroj pro jejich detekci z leteckých ortofotosnímků.
Po seznámení s problematikou FVE následoval výběr vhodné metody pro zpracování vstupních obrazových dat, a společně s tím byla svázána i volba software pro realizace celého postupu zpracování a následně praktického nástroje. Vzhledem k návaznosti KÚOK na technologie Esri byl jako vhodný software vybrán ArcGIS for Desktop. Tato volba byla provedena i s ohledem na způsob zpracování vstupních dat. Pro jejich zpracování byla vybrána metoda objektově založeného zpracování obrazu. Nástroje pro tuto metodu zpracování obrazových dat již obsahuje i software od Esri od verze 10.2. Tento produkt tak byl logickou volbou.
Po výběru metody zpracování obrazových dat a software byl navržen samotný postup pro detekci FVE z leteckých ortofotosnímků. Tato fáze navrhování, sestavování a testování probíhala na notebooku výše uvedené konfigurace. Při sestavování postupu detekce FVE byly využívány letecké ortofotosnímky od ČÚZK (Český úřad zeměměřický a katastrální), která jsem obdržel pro účely diplomové práce na základě zaslané žádosti. Během navrhování postupu byly testovány nástroje a funkce z ArcToolbox softwaru ArcMap 10.3.1. Výčet použitých nástrojů a funkcí je v podkapitole Použité metody.
Celý postup byl navrhován tak, aby mohl být posléze automatizován. K tomu bylo využito prostředí ModelBuilder, které umožňuje jednotlivé funkce a nástroje sestavit do automatických modelů. Automatizováním celého postupu vznikl nástroj v podobě toolboxu FVE_tool_simonik, který obsahuje celkem sedm modelů. Z nich jsou dva vnořené, a pět modelů slouží přímo pro zpracování dat. Tyto modely na sebe vzájemně navazují a při zpracování dat je třeba spustit od prvního modelu po poslední.
Do prvního modelu vstupují pouze letecké ortofotosnímky. V dalších modelech vstupují další vrstvy pro filtrování objektů, a výstupem celého nástroje jsou tři vektorové vrstvy (prvky FVE, parcely RÚIAN, na kterých FVE leží, a agregované plochy FVE). Náhled na sestavené modely je k dispozici ve volné příloze (Příloha 2 – Náhled na vytvořené modely v ModelBuilderu). Podrobně je celý postup v kapitolách 5 a 6.
Použité programy
V současnosti je na trhu k dispozici mnoho produktů pro zpracování obrazových dat. Pro tuto diplomovou práci však byl software vybrán na základě požadavků KÚOK, finančních, technologických a datových možností, a s ohledem na jeho budoucí nasazení. Proto tak byl vybrán ArcGIS for Desktop od společnosti Esri, který těmto požadavkům a možnostem nejlépe vyhovuje. Pro aplikaci vytvořeného nástroje je potřeba mít tento software verze 10.2 a vyšší, s aktivovanou extenzí Spatial Analyst a příslušnou licencí pro tuto extenzi. Při zpracovávání diplomové práce bylo pracováno s verzí 10.3.1.
Použitá data
Pro účely návrhu a prvotního testování postupu detekce FVE bylo využíváno leteckých ortofotosnímků od ČÚZK z roku 2012 (45 mapových listů) a 2014 (45 mapových listů), které jsem obdržel pro účely své diplomové práce na základě zaslané žádosti. Mapové listy byly vybrány tak aby pokryly největší možné území, kde se nachází fotovoltaické elektrárny. Později pro účely testování vytvořeného nástroje na pilotním území bylo využíváno leteckých ortofotosnímků na KÚOK, které pocházely od ČÚZK z roku 2012. Úřad disponuje snímky pro území celého kraje, a pro testování bylo využito dat na území obcí Držovice, Kralice na Hané, Mostkovice, Prostějov, Určice, Vřesovice, a Výšovice. Tyto obce byly vybrány záměrně z důvodu výskytu nejvíce elektráren. Obec Prostějov pak byla vhodným příkladem pro testování filtrace prvků husté zástavby. Letecké ortofotosnímky disponují prostorovým rozlišením 0.25 metrů na pixel, což je dostatečné rozlišení pro účely diplomové práce.
Pro filtrování vektorových dat byly v diplomové práci použity data RÚIAN. Tato data lze zdarma stáhnout pomocí VDP (Veřejný dálkový přístup), a s pomocí VFR (Veřejný formát RÚIANu) Import Tool od ARCDATA Praha převést na vektorová data typu Feature Class. Během postupu detekce FVE jsou z dat RÚIANu využívány vrstvy administrativních hranic obcí, parcel, ulic, a stavebních objektů.
Dále byla pro filtrování používána také data výroben elektrické energie z dat ÚAP Olomouckého kraje, která jsem obdržel pro účely diplomové práce od KÚOK na základě žádosti.
Posledními daty, které vstupují do postupu detekce FVE jsou trénovací plochy pro klasifikaci obrazových dat. Tyto plochy však musí vytvořit během postupu zpracování uživatel. Postup tvorby trénovacích ploch je popsán v kapitole 5.2.2.
Použité metody
Pro zpracování obrazových dat bylo v diplomové práci využito objektově založeného přístupu klasifikace dat. Byly k tomu využity funkce a nástroje ArcMap z extenze Spatial Analyst, nástroje sady pro segmentaci a klasifikaci obrazu. Tuto sadu nástrojů obsahuje tento produkt pouze od verze 10.2 výše.
Zpracovaná obrazová data byla poté převedena na data vektorová, a vektorová data byla dále podrobena dalšímu zpracování a filtrování. Pro tyto účely bylo použito několik funkcí selektivního výběru podle polohy nebo atributů, funkce agregování polygonů podle polohy nebo atributů. Zpracovaná data byla poté vyexportována do nových samostatných vrstev, a atributově upravena pomocí funkcí pro přidání, úpravu, a smazání atributů. Uspořádání jednotlivých funkcí a nástrojů je ve volné příloze (Příloha 2 – Náhled na vytvořené modely v ModelBuilderu).