Aká je modelová architektúra rastového simulátora SIBYLA ?

Základná koncepcia simulátora SIBYLA vychádza z rastového simulátora SILVA 2.2 (Pretzsch et al. 2002). SIBYLA sa skladá z niekoľkých základných modelov, ktorých činnosť na seba nadväzuje (obr.1).

Generátor štruktúry Produkcia lesa Biomasa lesa Biodiverzita lesa Výnosy z lesa Náklady na les Mortalitný model Kalamitný model Prebierkový model Konkurenčný model Rastový model 3D-model štruktúry

Obr.1 Modelová architektúra rastového simulátora SIBYLA


 Na čo slúžia jednotlivé modely rastového simulátora SIBYLA ?

Generátor štruktúry

Modeluje neznáme alebo chýbajúce údaje o jednotlivých stromoch na simulačnej ploche. Simulačná plocha je reprezentatívna vzorka lesného porastu, najčastejšie štvorcového alebo obdĺžnikového tvaru s rôznou veľkosťou. Najčastejšie sa využíva štvorec veľkosti 0,25 ha. Plocha môže byť rovinná alebo môže byť reprezentovaná modelom terénu vo forme pravidelnej siete. Na túto simulačnú plochu je potrebné umiestniť jednotlivé stromy známych parameterov. Pre stromy je teda potrebné určiť charakteristiky ako sú: druh dreviny, hrúbka stromu, výška stromu, parametre korún stromov (výška nasadenia koruny, najširší priemer koruny, tvar koruny), horizontálne karteziánske súradnice umiestnenia stromu na ploche, vertikálna súradnica päty stromu, kvalita stromu, poškodenie stromu a jeho hospodársky stav (odumretý strom, živý strom označený do prebierky, živý strom označený ako budúci rubný, resp. živý neoznačený strom). V prípade ak niektoré z týchto charakteristík nie sú známe, generátor štruktúry má za úlohu ich na základe zabudovaných algoritmov vygenerovať (dopočítať). Ako vstupné údaje sa pritom môžu používať rôzne zdroje údajov od menej detailných až po detailnejšie: napríklad údaje z opisu porastov platné pre celý porast alebo jeho časť, údaje z výberovej maloplošnej inventarizácie lesa vo forme zápisníkov hrúbkových početností a popisu výškových kriviek alebo detailné stromové údaje z trvalých výskumných plôch. Čím menej detailné sú vstupné údaje tým menej presné je generovanie štruktúry lesných porastov.  

3D-model štruktúry

Slúži na vizualizáciu lesa v priestore. Priestorová konštelácia má veľký význam predovšetkým pre konkurenčné vzťahy a prebierkové postupy. Model vizualizuje les vo forme statického schematického obrázku s možnosťou základných operácii posunu a natáčania lesa v 3-D perspektíve alebo vo forme komplexnej virtuálnej reality, ktorá zabezpečuje možnosť interaktívneho pohybu v lese (princíp počítačových hier typu "first person" a "third person").

Kalkulačný model

Počíta všetky dôležité agregované výstupy na úrovni plochy (priemerné a hektárové veličiny). Sú to veličiny charakterizujúce produkčný stav porastu (napr. stredná hrúbka, stredná výška, zásoba, kruhová základňa, hustota porastu), hodnoty biomasy a obsahu prvkov v dreve, kôre, koreňoch a asimilačných orgánoch, ďalej rôzne indexy biodiverzity lesa (druhovej aj štrukturálnej), výnosy z lesa vo forme sortimentového zloženia porastovej zásoby (v objeme a aj v hodnote) a napokon náklady na základné ťažbovo-dopravné procesy. Výsledky sú diferencované podľa drevín a typu porastovej zložky (hlavný, združený a podružný porast, mortalita, budúce rubné stromy).

Mortalitný model

Jeho účelom je vybrať stromy v jednotlivých periódach rastovej simulácie, ktoré odumrú prirodzeným spôsobom. Prirodzená mortalita závisí od hustoty porastu, ktorá nesmie prekročiť maximálnu možnú a od individuálnej náchylnosti jednotlivých stromov. Náchylnosť každého stromu závisí od hrúbky stromu, prírastku na kruhovej základni stromu ovplyvneného konkurenčným tlakom stromu, štíhlostným koeficientom stromu a bonitou ovplyvnenou stanovištnými premennými (klimatickými a pôdnymi).

Kalamitný model

Jeho účelom je vybrať stromy v jednotlivých periódach rastovej simulácie, ktoré odumrú pod vplyvom náhodných škodlivých činiteľov. Modeluje mortalitu stromov vplyvom vetra, snehu, námrazy, podkôrného a drevokazného hmyzu, hmyzu asimilačných orgánov, drevokazných húb, imisií, sucha, požiaru, krádeže. Odumreté stromy sa vyberajú na základe rizika kalamity a predpovedaného množstva kalamity. Tie závisia od množstva ponechaných odumretých stromov v poraste, od klimatických výkyvov, lokalizácie porastu, geomorfológie porastu a náchylnosti porastu meranej širokou škálou porastových charakteristík. Výber individuálnych stromov sa potom riadi na základe typu šírenia škodlivého činiteľa v poraste (difúzne, ohniskové, plošné).

Prebierkový model

Jeho účelom je napodobňovať zásahy lesného hospodára do lesa. Cieľom modelu je vybrať stromy do ťažby ako sú napríklad prebierkové zásahy. Zároveň vyberá hospodárom podporované stromy, tzv. budúce rubné stromy ak je to potrebné. Model umožňuje použiť rôzne druhy zásahov: podúrovňová, úrovňová a neutrálna prebierka, metóda cieľových stromov, metóda cieľových dimenzií, metóda cieľovej frekvenčnej krivky, metóda obnovného prvku a interaktívna prebierka.

Konkurenčný model

Jeho účelom je výpočet konkurenčného tlaku stromov pomocou konkurenčného indexu. Konkurenčný index je trojrozmerný a distančne závislý, to znamená, že zohľadňuje umiestnenie okolitých stromov vo všetkých smeroch okolo hodnoteného stromu. Index je terénne senzitívny, pretože berie do úvahy aj charakter terénu pod stromom a v jeho okolí. Index je druhovo senzitívny, pretože počíta aj s rôznym druhovým zložením okolitých konkurentov. Index zároveň zohľadňuje aj symetriu, resp, asymetriu rozmiestnenia konkurentov.

Rastový model

Je to hlavný model, ktorého účelom je stanovenie prírastku veličín jednotlivých stromov v perióde simulácie. Základom je model prírastku hrúbky a výšky stromov. Ten je založený na redukcii rastového potenciálu. Rastový potenciál je definovaný na základe ekologickej bonitácie. Ekologická bonitácia vychádza z klimatických a pôdnych charakteristík. Rastový potenciál je potom modifikovaný na základe konkurenčného tlaku stromov a vitality stromov. Vitalita stromu je určená veľkosťou koruny stromu. Model je zároveň nezávislý na veku, pretože v prípade ak je vek stromu neznámy, tak je odvodený z rastového potenciálu a aktuálnej výšky stromu na začiatku rastovej periódy.

Model obnovy lesa

Má slúžiť na modelovanie prirodzenej a umelej obnovy lesa. Je to jediný model, ktorý zatiaľ ešte nie je dokončený a teda ani aktivovaný !!!

 


Aká je softwarová architektúra rastového simulátora SIBYLA ?

Architektúra programového kódu

Rastový simulátor SIBYLA bol naprogramovaný v prostredí DELPHI 5 v jazyku Object Pascal. Zdrojový kód využíva modulovú výstavbu, pričom jednotlivé moduly majú objektovo orientovaný charakter. Zdrojový kód sa skladá z viac než 140 modulov, ktoré majú spolu viac než 3000 kB, skladajú sa z viac než 400 000 znakov a tvoria viac než 250 strán formátovaného textu. Základné moduly (UNITS) zdrojového kódu sú:

názov modulu (UNIT) zdrojového kódu účel modulu
biomass.pas výpočet obsahu biomasy a chemických prvkov v stromoch
common.pas základné konštanty a transformačné funkcie
competition.pas výpočet konkurenčných parametrov stromov
damage.pas stanovenie odumretých stromov pod vplyvom škodlivých činiteľov
increment.pas výpočet prírastku stromov
mortality.pas stanovenie prirodzene odumretých stromov
site.pas modul ekologickej bonitácie, výpočtu rizika, druhu a množstva kalamity na základe stanovišťa 
stav.pas celkové riadenie rastovej simulácie
strugen.pas generovanie štruktúry lesa
thinnings.pas stanovenie prebierkových a budúcich rubných stromov
vitality.pas výpočet parametrov korún stromov

Okrem zdrojového kódu obsahuje programový kód aj externé programové komponenty:

názov komponentu typ komponentu popis komponentu
štandardné Delphi VCL komponenty Delphi Visual Components základné komponenty Delphi na tvorbu aplikačného rozhrania
DelphiX Delphi Visual Components komponenty pre využitie grafických funkcií typu DirectX
MapLT ActiveX Component MapObjects LT 2 firmy ESRI na tvorbu mapových aplikácií
blaxxunCC3D ActiveX Component tvorba aplikácií na báze virtuálnej reality firmy Blaxxun
IpixX ActiveX Component tvorba aplikácií pre prezeranie sférických fotografií firmy iPIX

Aplikačná architektúra

Aplikácia SIBYLA Suite sa skladá z jednotlivých modulov. Moduly sú vzájomné nezávislé, pričom každý z nich má špecifickú funkciu. Ich funkčnosť na seba nadväzuje, tak ako je to znázornené na obr.2. Nezávislosť modulov je zabezpečená komunikáciou s centrálnou databázou typu Microsoft Access s relačnou štruktúrou. Každý modul obhospodaruje určené databázové tabuľky. Moduly sa delia na:

typ modulov zoznam modulov
interné Generátor, Médium, Lokalizátor, Kultivátor, Prorok, Kalkulátor, Prieskumník, Analytik, Expert, Lektor
externé Agent, Kartograf
virtuálne Agresor

Interné moduly sú priamou súčasťou inštalácie SIBYLA Suite Standard uvoľnenej ako freeware. Účel jednotlivých modulov je popísaný v príručke. Externé moduly sú súčasťou inštalácie SIBYLA Suite Professional určenej pre členov vývojového tímu. Účel modulov je popísaný v časti určenej užívateľom. Virtuálne moduly sú moduly, ktoré majú virtuálnu funkčnosť. Ich súčasťou je modul Agresor, ktorý má za úlohu nastaviť druh, riziko a množstvo kalamity. 

Moduly môžu fungovať v dvoch formách:

Obr.2 Softwarová architektúra rastového simulátora SIBYLA


© Copyright doc. Ing. Marek Fabrika, PhD.