Z dr. hab. Krzysztofem Stereńczakiem, prof. IBL, zastępcą dyrektora ds. naukowo-badawczych Instytutu Badawczego Leśnictwa, kierownikiem Zakładu Geomatyki IBL, rozmawia Jerzy Bojanowicz.
– Jak kierowany przez Pana Zakład Geomatyki, który integruje informatykę ze środowiskiem leśnym, sytuuje się w Instytucie Badawczym Leśnictwa?
– Obecnie pracuje w nim 18 osób i jest jednym z większych jego Zakładów. Powstał w efekcie realizacji kilku projektów geomatycznych, które udało się zdobyć.
I tak, w ramach Programu Life, który skończył się w zeszłym roku, monitorowaliśmy dynamikę drzewostanu Puszczy Białowieskiej, a w ramach Programu Biostrateg analizowaliśmy aspekty związane z pochłanianiem węgla przez lasy oraz opracowaliśmy m.in. metodę ich inwentaryzacji z wykorzystaniem danych lotniczego skanowania laserowego. Oba projekty, których byłem głównym autorem i kierownikiem, uzyskaliśmy niemal w tym samym czasie, w latach 2013–2014, co wymagało zbudowania realizujących je zespołów. Było to ponad 30 osób, które weszły w skład stworzonego później Zakładu Geomatyki. Ale w IBL grupa geomatyczna funkcjonuje od kilkudziesięciu lat. Często była związana z Zakładem Urządzania Lasu, później powstał Zakład Informatyki i Modelowania, który następnie został włączony do Zakładu Zarządzania Zasobami Leśnymi, z którego ostatecznie się wydzielił w 2018 r.
Jako Zakład tworzymy rozwiązania automatyzujące proces przetwarzania dużych zbiorów danych przestrzennych – teledetekcyjnych, rozwijamy narzędzia, szczególnie związane z analizami lotniczego skanowania rastrowego, czyli systemu złożonego z LIDAR-a (Light Detection And Ranging): urządzenia wysyłającego z określoną częstotliwością wiązki świetlne w kierunku ziemi, pokrywając (skanując) określony pas terenu. LiDAR może być podczepiony na platformie helikoptera lub samolotu, a także umiejscowiony na statywie na ziemi.
Obecnie, we współpracy z Lasami Państwowymi, wdrażamy metodę stworzoną w Instytucie we współpracy z zespołem prof. Stanisława Miścickiego z Instytutu Nauk Leśnych Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, która umożliwi szacowanie zarządzanych przez Państwowe Gospodarstwo Leśne Lasy Państwowe lasów zajmujących 80% powierzchni Polski, z wykorzystaniem lotniczego skanowania laserowego. Dajemy rozwiązania metodyczne i oprogramowania.
– Kto jest autorem tych danych teledetekcyjnych, które cyfrowo przetwarzacie?
– Na rynku są firmy fotogrametryczne, które pozyskują np. dane lotniczego skanowania laserowego np. dla konkretnego nadleśnictwa. Natomiast my dajemy leśnikom metodę – aplikację, która pozwoli im zastosować jakieś rozwiązanie „konsumujące” te dostępne na rynku dane.
Nie chcę zajmować się rozwojem urządzeń, od czego są już inne instytuty czy jednostki. Jako Zakład chcemy w miarę uniwersalny sposób konsumować te dane, niezależnie od tego jaki skaner je zebrał, by „chmura punktów” została odpowiednio przetworzona, a samo rozwiązanie wdrożone w praktyce.
– A GIS-u, czyli systemu informacji geograficznej, z którego również korzystacie?
– Różnie. Ważne jest to, że mamy kilka poziomów danych. W przypadku danych skanowania lotniczego dostarczyciel „chmury punktów” może je w jakiś sposób przetworzyć i dostarczyć nam np. numeryczny model terenu czyli ukształtowanie powierzchni gruntu, czy numeryczny model pokrycia terenu itd. My jednak tą „chmurę” sami zaczynamy przetwarzać i tworzymy warstwy tematyczne, czyli „gisowe”, które są danymi wyjściowymi do późniejszych analiz.
Wiemy, że w Polsce wiele instytucji również tworzy te dane. I jeśli są dostępne, a niezbędne do naszych analiz, to je również pozyskujemy.
– Czemu one służą?
– Prawie każdy element działań wykonywanych w gospodarce leśnej może być nimi wspierany.
Dziś, ze względu na zmiany klimatu, bardzo ważnym zagadnieniem jest ochrona lasów, gdyż długotrwała susza, mrozy czy silne wiatry, wpływają negatywnie na roślinność – osłabiając czy uszkadzając ją, w efekcie wyzwalając np. gradację korników czy innych owadów lub chorób grzybowych. Staramy się rozwijać metody, które przyspieszą detekcję problemu w jego początkowej fazie. Duże fragmenty zaatakowanego lub uszkodzonego drzewostanu leśnicy widzą. Ale gradacja kornika zaczyna się często od pojedynczych zainfekowanych drzew. Obrazy teledetekcyjne umożliwiają rejestrację i detekcję początkowych etapów na ogromnych obszarach i leśnik może to zagrożenie usunąć.
Kiedy przed laty za sprawą kornika drukarza o Puszczy Białowieskiej było głośno, realizowaliśmy projekt Life+ForBioSensing, w ramach którego m.in. wskazywaliśmy pojedyncze martwe drzewa zarejestrowane w danych teledetekcyjnych. W ramach tego projektu tworzyliśmy niezbędne mapy prezentujące stan pojedynczych drzew, a następnie badaliśmy to zjawisko w kontekście jego dynamiki czasowej i przestrzennej. Jednocześnie Ministerstwo Klimatu i Środowiska poprosiło nas o ekspertyzę i pokazanie gdzie wzdłuż szlaków komunikacyjnych istnieje potencjalne zagrożenie martwym drzewem. Wykonaliśmy tą ekspertyzę, która później wykorzystywana była w zarządzaniu Puszczą Białowieską. Martwe stające drzewa są dużym problemem, dlatego że nie wiemy czy, kiedy i w jakim kierunku się przewróci! A zgodnie z obowiązującymi przepisami zarządzający lasem odpowiada za stan sanitarny lasu i jest zobowiązany do usuwania takich drzew. Gdy przewraca się zdrowe, np. w wyniku huraganu, to jest kwestia losowa, której często nie można przewidzieć.
Obecnie zajmujemy się też zagadnieniami związanymi z urządzaniem lasów, czyli dziedziną leśnictwa, w ramach której m.in. szacujemy wielkość zasobów leśnych na gruncie i planujemy działania na najbliższe 10 lat, bo co tyle lat wykonywane są w Polsce plany urządzania lasów. Przy pracach związanych z tworzeniem planów część cech drzew i drzewostanów mierzymy, a część doświadczony taksator ocenia w terenie.
Nasze prace mają na celu zautomatyzowanie i zobiektywizowanie pomiarów lasów, tak by specjaliści mogli koncentrować się na planowaniu przyszłych działań i sposobie prowadzenia konkretnych drzewostanów.
– Jakie z realizowanych przez Zakład zadań uważa pan za najbardziej przydatne w gospodarowaniu środowiskiem leśnym?
– Zaliczę do nich cztery. Zacznę od opracowania i analiz hydrologicznych wykonywanych w latach 2016–2019 ramach międzynarodowego projektu WAMBAF finansowanego przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego w ramach Interreg Region Morza Bałtyckiego oraz – w części krajowej – IBL. Dotyczył zagadnień związanych z funkcjonowaniem i konserwacją urządzeń odwadniających, wpływu tam bobrowych na jakość wód, gospodarki leśnej w sąsiedztwie wód powierzchniowych i nowoczesnych narzędzi wspomagających gospodarowanie wodą w lasach. Jego wyniki wykorzystano w projekcie WAMBAF Tool Box (2019–2021), w ramach którego wdrażano do leśnictwa rozwiązania umożliwiające redukcję dopływu zanieczyszczeń i szkodliwych substancji eksportowanych z lasów przez cieki do wód Morza Bałtyckiego.
Kolejnym ważnym zadaniem jest projekt „Big data w monitoringu ruchu turystycznego i waloryzacji kulturowych usług ekosystemowych na terenach leśnych w obrębie metropolii warszawskiej i wiedeńskiej” finansowany przez Narodowe Centrum Nauki (NCN). Zadania projektu obejmują m.in.: identyfikację czynników wpływających na rekreacyjne wykorzystanie terenów leśnych; waloryzację kulturowych usług ekosystemowych (CES); zmapowanie czasowo-przestrzennego rozmieszczenia aktywności na terenach leśnych; wskazanie kierunków przemieszczania się społeczeństwa z miejsca zamieszkania do wybranych kompleksów leśnych; opracowanie metodyki przetwarzania i analizy Big Data w zakresie ich wykorzystania na potrzeby CES. Analiza przestrzennego i czasowego wykorzystania lasów przez ludzi pomaga wskazywać najbardziej atrakcyjne obszary oraz poprawiać ich infrastrukturę czy atrakcyjność.
– … stawiając np. kosze na odpady!
– Dokładnie. Beneficjentem realizowanego w ramach współpracy Lead Agency Procedure w programie Weave i finansowanego przez NCN w ramach konkursu „OPUS 22” projektu kierowanego przez dr. inż. Mariusza Ciesielskiego, adiunkta w moim Zakładzie, jest Konsorcjum składające się z Instytutu Badawczego Leśnictwa – Lidera (dostaliśmy 1,04 z 1,58 mln zł dofinasowania) i Politechniki Warszawskiej (partnera polskiego) oraz Uniwersytetu Przyrodniczego w Wiedniu (Lidera części austriackiej projektu).
Dużym zdaniem realizowanym praktycznie od początku istnienia zespołu jest rozwój zdalnych metod monitorowania kondycji lasów, które można realizować z wykorzystaniem różnych danych i metod. W ramach projektu Life+ ForBioSensing „Kompleksowy monitoring dynamiki drzewostanów Puszczy Białowieskiej z wykorzystaniem danych teledetekcyjnych” realizowanego w latach 2014–2022 przetestowaliśmy dużą liczbę różnego rodzaju danych teledetekcyjnych tworząc szereg metod umożliwiających wieloczasową analizę dynamiki zamierania drzew wykorzystującą koncepcję „precyzyjnego leśnictwa”.
Ostatnią grupą zadań realizowanych w Zakładzie jest rozwój metodyki szeroko rozumianej inwentaryzacji zasobów drzewnych z wykorzystaniem danych lotniczego skanowania laserowego oraz metod obliczania ilości zakumulowanego w ekosystemach leśnych węgla. W tym zakresie odpowiadamy za wdrażanie w Lasach Państwowych innowacyjnych metod i narzędzi informatycznych umożlwiających praktyczne ich wykorzystanie przez leśników.
– Instytuty, w tym IBL, uczestniczą w wielu projektach badawczych. W jakich aktywny jest pan Zakład?
– Obecnie realizujemy kilka. Poza wspomnianym projektem „Big data…” uczestniczymy w akcji COST (European Cooperation in Science and Technology), integrującej ludzi zajmujący się teledetekcją bliskiego zasięgu – 3DForEcoTech. W ramach tego finansowanego przez Komisję Europejską projektu staramy się zebrać dostępną wiedzę i ocenić gdzie jesteśmy w rozwoju nowoczesnych technologii umożliwiających pomiar i ocenę pojedynczych drzew. A w ramach projektu „Rozbudowa metody inwentaryzacji urządzeniowej stanu lasu z wykorzystaniem efektów projektu REMBIOFOR”, finansowanego przez Dyrekcję Generalną Lasów Państwowych, zmieniamy sposób inwentaryzacji zasobów leśnych w ramach urządzania lasów i wdrażamy metody bazujące na wykorzystaniu lotniczego skanowania laserowego.
Oczywiście tworzymy i staramy się o kolejne projekty.
– Do współpracy zaprosił Pana IDEAS NCBR Sp. z o.o., by wspierał rozwój doktorantów i młodych naukowców realizujących prace w obszarze wykorzystania sztucznej inteligencji (AI) w leśnictwie precyzyjnym. Na czym ma ona polegać?
– IDEAS NCBR można porównać z niemieckim Instytutem Maxa Plancka: mamy kilku liderów zespołów lub grup badawczych, tworzących tzw. permanentne pozycje, ale w ramach pewnego kierunku badawczego wyszukujemy doktorantów i postdoców na czasowe stanowiska.
Doktorant kontynuuje studia w szkole doktorskiej, z którą mamy podpisane porozumienie, ale IDEAS zatrudnia go na etacie i przez 4 lata dostaje ekstra wynagrodzenie, poza stypendium. Dzięki temu koncertuje się tylko na doktoracie dotyczącym informatyki, a dokładnie – sztucznej inteligencji. Z postdockami, podpisujemy 2-letni kontrakt, który możemy przedłużyć o 9 miesięcy. Realizują oni dedykowane projekty wpisujące się w agendę grupy bądź zespołu badawczego.
– A co Pan sądzi o AI, bo opinie o niej są diametralnie różne, że wręcz może nam zagrozić!
– Działam w obszarze, w którym AI nie jest niebezpieczna. Szukam rozwiązań w obszarze, w którym chciałbym pomóc ludziom, czyli zastąpić nią pomiary manualne, będące podstawą do wszelkiego typu wnioskowania, szacowania itd. To proces trudny, pracochłonny, czasami subiektywny, bo w lesie każde drzewo, nawet tego samego gatunku, w zależności od wieku i tego gdzie rośnie – na jakim siedlisku i w jakim otoczeniu, jest inne.
Z mojego punktu widzenia, nie widzę zagrożeń ze strony AI, a wręcz przeciwnie – duże szanse wsparcia w zastąpieniu człowieka w pracochłonnych działaniach aktualnie wykonywanych dużym nakładem sił i środków. Wtedy eksperci wykonujący prace urządzeniowe będą mogli więc czasu poświęci na odpowiednie zaplanowanie czynności niezbędnych do wykonania w lesie w następnych latach. Z AI jest jak z Internetem, którego można używać do realizacji dobrych i złych celów.
Ważnym aspektem związanych z wykorzystaniem np. ChatGPT jest zabezpieczenie interesu twórców, unormowanie praw autorskich, bo w tym zakresie mamy dużo nieścisłości. Tego procesu nie zatrzymamy, ale powstały problem trzeba rozwiązać, bo przecież AI na razie nie podaje źródeł cytatów publikacjach naukowych. Pokrzywdzonych jest już wiele grup ludzi: twórców, artystów.
– Jakie są najbliższe plany IBL?
– Swą rolę widzimy przede wszystkim jako aplikacja rozwiązań naukowych, czyli próbę przeniesienia często teoretycznych prac do tzw. realu i tworzenia rozwiązań dla szerokiego grona osób zarządzających przyrodą – głównie leśnymi obszarami. W wyniku prowadzonej przez nas szerokiej współpracy naukowej tworzymy niezbędne podstawy, które, we współpracy z interesariuszami, doprowadzą do tworzenia nowych i innowacyjnych, bazujących również na sztucznej inteligencji rozwiązań praktycznych.
Oczywiście cały czas piszemy jakieś projekty, starając się znaleźć finansowanie naszych pomysłów, bo tylko kilkanaście procent budżetu IBL, który ma w aktualnej ocenie kategorię A, stanowi subwencja, więc braki musimy uzupełniać na rynku.
– A jak Pan widzi przyszłość lasów w Polsce?
– Polskie leśnictwo, nie tylko moim zdaniem, jest przykładem umiejętnego godzenia różnych potrzeb ludzi. Rośnie populacja dużych drapieżników: wilków, niedźwiedzi i rysi. Żubry trzeba przenosić w inne lokalizacje, bo pojemność ich dotychczasowych siedzisk jest już niedostateczna. Polacy przyzwyczaili i pogodzili się z bogatą bioróżnorodnością polskich lasów, a to w dużej części zasługa polskich leśników.
Natomiast oceniając działania Lasów Państwowych trzeba jednak zdawać sobie sprawę z faktu, iż do wieku rębności dochodzą drzewostany w większości sadzone po II wojnie światowej. Od tamtych lat lesistość w Polsce wzrosła z 20–21% do prawie 30%, a przyjmując niektóre definicje zagraniczne – nawet 33%, natomiast ilość drewna, miąższości rosnącej na 1 ha lasów, wzrosła prawie dwukrotnie. Pamiętajmy, że w Polsce mamy model leśnictwa gdzie wielu lasom gospodarczym pozwalamy długo rosnąć! Odwiedziłem wiele miejsc na świecie gdzie istotną formą produkcji drewna są plantacje drzew szybko rosnących, które po 20–30 latach są wycinane, a w ich miejsce sadzone nowe drzewa.
– Dziękuję za rozmowę.
