1. Argumentácia
Celá problematika diaľkového prieskumu Zeme je pre mňa naozaj zaujímavá a inšpirujúca,
vďaka tomu je aj samotnou súčasťou môjho štúdia. Téma tejto práce, vlnová analýza časových radov
zosilnenie a expanzia plantážneho poľnohospodárstva v Brazílii pomocou snímkou zo skeneru
MODIS, som si vybral na základe svojej seminárnej práce. Tento text je však len malým náhľadom
do problematiky vlnovej analýzy časových radov obrazových družicových dát a následne
vypočítaných vegetačných indexov k použitiu v poľnohospodárstve a lesníctve.
Vlnová analýza časových radov zosilnenie a expanzia plantážneho poľnohospodárstva
v Brazílii pomocou snímkou zo skeneru MODIS
1. Úvod
V dnešnej dobe sa mnoho pôvodných land-use mení na obrovské polia, kde sa pestuje
predovšetkým dobre predajné plodiny, akými sú sója, kukurica a ryža. V rokoch 1990 – 2000 sa
produkcia sóji zdvihla takmer štvornásobne, predovšetkým vďaka mechanizácii (CONAB, 2004). V
štáte Mato Grosso sú jedny z najväčších plantáží na svete (Skole & Tucker, 1993). Plantáže sa tu sójou
rozrastajú o 19,4% ročne od roku 1999. V roku 2004 tu bolo cez 5 miliónov hektárov plantáží so
sójou, čo je asi 6% rozlohy Mato Grosso (CONAB, 2004). Od 70. let 20. storočia sa pozoruje územie
brazílskej Amazonky pomocou družice Landsat.
2. Metódy a prístupy
Hlavné metódy sú založené na WFCP. Majú 4 základné kroky: 1) spracovanie dát, 2)
identifikácia land-use, 3) verifikácia polí, 4) chybová analýza
2. 1. Študovaná oblasť
Bola vybraná oblasť s rýchlymi zmenami v ornej pôde, v štáte Mato Grosso. Oblasť má
40 100 km2. Ročné zrážky sú tu v rozmedzí 1 800 – 2 200 mm a sezóna sucha je tu v júli a auguste a
dažďová sezóna je tu od novembra do apríla. V pôde sa nachádza okolo 15 – 25% ílu. Pôvodná
vegetácia je tu cerradao (zalesnená savana) a cerrado (savana).
2. 2. Provozné údaje
Práca v teréne prevádzaná v júli 2005 poskytla pozemne kontrolované body na 41 km2, kde
bola detailne skúmaná história poľnohospodárstva v priebehu tejto štúdie. Pomocou GPS boli

2. zmapované tri rôzne jednotky s rozdielnou poľnohospodárskou históriou. História zahŕňala informácie
o typoch land-cover a land-use pred plantážnickým poľnohospodárstvom, načasovanie premeny na
plantáže a cropping patterns pre každý rok. Väčšina prírodnej vegetácie bola premenená v roku 2002
alebo 2003. Prvé dva až tri roky to boli single crops a potom double crops.
2. 3. Vytváranie časových rad
Diaľkovo snímané dáta vytvárajú detailnú klasifikáciu ornej pôdy pomocou detekcie dôležitých
charakteristík zmien land-cover a land-use pomocou zhladenej časovej rady vegetačného indexu (VI).
Pre túto prácu použili MOD09 (V004), 8-denný, 500m povrchová odrazivosť. Enhanced Vegetation
Index (EVI) bol odvodený zo štandardnej formulácie: EVI bol vybraný, pretože má väčší dynamický
rozsah než NDVI a tím pádom aj lepšie dokáže zachytiť fenológiu plodín v tomto regiónu (Sakamoto
et al., 2006).
2. 4. Spracovanie dát
Spracovanie dát poškodených pixlov spočíva v 2 krokoch. 1) Detekciu pixlov, v ktorých sa
objavuje oblačnosť a šum. 2) Presunúť špatné dáta pomocou lineárnej interpolácie. Spracovanie dát
opraví každý pixel ako jednodimenzionálnu časovú radu. Bod, ktorý mal v treťom kanále odrazivosť
vyššiu než 10% bol odstránený. Dáta, ktoré mali zmenu prahu 0,15 v EVI v predchádzajúcom
časovom kroku, boli taktiež vymazané.
2. 5. Vytvorenie zhladenej vlnovej časovej analýzy EVI
Pre výpočet časovej analýzy boli použité vzorce pre diskrétnu vlnovú transformáciu.
Hlavnými parametrami vlnovej funkcie je oscilácia, konečná energia a na druhej strane rovnice sa
nachádza nulová hodnota. V ďalších vzorcoch sa počíta so vstupným signálom, ktorý je hlavnou
vlnou. V tejto rovnici je šírka vlny determinovaná mierkovým parametrom a, zatiaľ čo stred je
determinovaný parametrom b. Premenná t reprezentuje časový krok v jednodimenzionálnej časovej
sérii, cez ktorú sa prevádza integrácia. Vlnová transformácia má výhodu, v tom, že zachováva
informácia ohľadne šírky (stupnice) a umiestenia (čas) z prvkov predstavujúci s(t).

3. Obr. 1 – Časová rada (postupné zhladzovanie)
2. 6. Fenológia a land cover / land use
Tieto cropping patterns alebo čísla plodín pestovaných každý rok boli zistené z vyhladenej
vlny časových rad EVI. Každá plodina je charakterizovaná jedným maximom vo vyhladenej vlnovej
časovej rade EVI. Zistili sme, že ak pixel ornej pôdy mal jeden alebo dva cropping patterns , tak
vrástol počet miestnych maxím v jednom roku vyhladených vlnových časových rad EVI.
Vyhladenú vlnu časových rad EVI sme rozdelili do piatich pestovateľských rokov od augusta do júla
na obdobie 2000-2005 a sú identifikované ako zberný rok: 2001, 2002, 2003, 2004 a 2005 (Sakamoto
et al., 2006).
2. 7. Analýza chýb
Urobili sme štatistické analýzy kriviek pomocou rezíduí a Root Mean Square (RMS) chyby.
Vypočítali sme zvyškovú chybu RMS (rozdielom medzi časovými radami EVI a vyhladenými
vlnovými časovými radami). Chyba RMS udáva veľkosť chyby krivky.
Analyzovali sme chyby v land-cover a land-use triedach a porovnali cropping patterns nájdené
vo vyhladenej vlnovej časovej rade s pozorovanými cropping patterns vo vstupných dátach.
Zostavili sme chybu matice pre triedy, aby sme mohli spočítať celkovú presnosť, producentskú
presnosť, presnosť užívateľa ako aj Khat hodnotu z KAPPA analýzy.

4. 3. Výsledky
3. 1. Poľnohospodárska extenzifikácia
Obilné polia v študovanej oblasti sa zvýšili z 6255 km2 vo vegetačnom období v roku 2001 na
9535 km2 v roku 2005 daného vegetačného obdobia. Výpočet bol prevedený z detekcie ornej pôdy na
základe ročnej smerodajnej odchýlky. Predstavuje to 34% nárast pokrytia celkovej plochy v
kultivačnom poľnohospodárstve.
3. 2. Detekcia plodinových vzorov
Štatistická analýza detekcie chýb ukazuje celkovo dobré výsledky vyplývajúcich
z vyhladených vlnových časových radov.
Chyba matice ukazuje, že väčšina pixlov sa nezaradila (viac ako dve plodiny neboli zistené).
Z výsledkov chybovej matice môžeme určiť našu presnosť. Vynechávanie a provízie chýb sú
odvodené z chýb matice pre každú klasifikáciu.
4. Záver
Cieľom tejto štúdie bolo využiť časové rady pre analýzu čiže na detekciu rýchlych zmien
v Land-cover a land-use (single crops a double crops). Úlohou tejto štúdie bolo nájsť cropping
patterns v poľnohospodárskych pôdach. Testovali sme vlnové transformácie pre filtrovanie hlučnej
časovej rady EVI (Sakamoto et al., 2006).
Anotácia:
Od roku 2000 sa juhozápadná časť brazílskej Amazonky stretáva so zmenou prírodnej vegetácie na
plantážnom poľnohospodárstve. Cieľom práce je, pomocou skeneru MODIS, zistiť expanziu
poľnohospodárstva v tomto regióne. MODIS poskytuje dáta od februára 2000 do súčasnosti. Pri štúdii
bola vybraná oblasť okolo Comodra, Mato Grosso, pretože tu došlo k rapídnemu nárastu plantážneho
poľnohospodárstva a sú k dispozícii dáta, ktoré zachytávajú využitie pôdy v minulosti. Bola vybraná
päťročná časová rada. Zo zhladených časových rad sa vytvorili fenologické znaky single crops (na
jednom poli vyrastá ročne len jedna plodina) a double crops (na jednom poli vyrastajú ročne dve
plodiny). Odhaduje sa, že viac ako 3200 km2 bolo premenené z prirodzenej vegetácie a pastvín na
poľnohospodársku plochu od roku 2000 do roku 2005 v oblasti zahrňujúca 40 000 km2. Bolo zistené,
že po dobu pozorovania sa 2000 km2 single crops zmenilo na double crops.

5. Kľúčové slová:
MODIS, EVI, Časová rada, Vlnová analýza, Zmeny v Land-use a Land-cover, Radové
poľnohospodárstvo, Land-use v Brazílii
Použitá literatúra:
[1] SKOLE, D., & TUCKER, C. (1993). Tropical deforestation and habitat fragmentation
in the Amazon: Satellite data from 1978 to 1988. Science, 260(5116),
1905−1910.
[2] CONAB. Companhia Nacional de Abastecimento[online]. 2004 [cit. 2012-12-20]. Dostupné z:
www.conab.gov.br
[3] SAKAMOTO, T., NGUYEN, N. V., OHNO, H., ISHITSUKA, N., & YOKOZAWA, M. (2006). Spatio-
temporal distribution of rice phenology and cropping systems in the Mekong Delta with special reference to the
seasonal water flow of the Mekong and Bassac rivers. Remote Sensing of Environment, 100, 1−16.
Hodnotenie zdrojov:
[1] Autori práce sú vysoko kvalifikovaný v oblasti diaľkového prieskumu Zeme. Monografia bola
vydaná síce úž v roku 1993, ale základy tohto oboru, ktoré sú v tejto knihe uvedené, sú stále aktuálne
platné. O informáciách sa dá teda s istotou tvrdiť, že sú spoľahlivé a objektívne.
[2] Stránky spoločnosti CONAB poskytujú geoinformačné služby so základom v diaľkového
prieskumu Zeme. Do textu je čerpaná z časti, ktorá popisuje monitorovanie a detekciu
poľnohospodárskych plodín a ich expanziu pomocou družicových systémov, družíc a ich vybavení a
teda i skener MODIS. Informácie sú aktuálne a objektívne. Autor nie je uvedený, čo v tomto prípade
vôbec nevadí v prípade jeho kvalifikácie.
[3] Článok popisuje základné postupy a metódy práce o časopriestorovej distribúcii, fenológii
a sadiacich systémoch v oblasti delty Mekong zameraným na sezónny vodný tok, pričom tento článok
slúži ako vzor pre výskum sezónnych zmien v oblasti brazílskej Amazonky pri plantážnom
poľnohospodárstve. Autori vydali článok v roku 2006, ale v tomto prípade môžeme považovať
informácie za stále platné.