Pohled shora

ČSÚ se připravuje na vylepšení zemědělské statistiky prostřednictvím satelitního snímkování zemského povrchu.

Vesmírné technologie lze úspěšně využívat i pro účely statistiky. Příkladem může být statistický úřad v Polsku, který na základě snímků zemského povrchu pořízených družicemi odhaduje druhy a výnosy zemědělských plodin na polích. Podobná technologie by mohla v budoucnu sloužit i u nás.

Při úvahách o implementaci technologie používané v Polsku do české statistiky je nutné mít na paměti, že situace v obou zemích se liší. Zdejší zemědělství není tak rozdrobené a na zemědělské půdě hospodaří většinou velké firmy. Data o osevních plochách konkrétních plodin jsou navíc za převážnou většinu podniků včas a v dostatečné přesnosti dostupná z administrativních zdrojů. S odhadováním výnosů by však satelitní snímky pomoci mohly.

Experti z ČSÚ proto začali testovat zdroje, které by se daly pro tento účel využít. Těch existuje celá řada. Jako nejvhodnější nakonec byla vybrána data pořizovaná družicemi Sentinel-1 a Sentinel-2 z evropského programu pro dálkový průzkum Země Copernicus. Tyto družice sledují zemský povrch v různých spektrech elektromagnetického záření – viditelném, mikrovlnném i radarovém. Snímky našeho území pořizují zhruba v týdenním intervalu.

Sentinel-2 při každém průletu snímá pruh na Zemi široký 290 km a pořizuje fotografie ve 13 spektrálních pásmech.
Zdroj: ESA, program Copernicus

Využití strojového učení a AI

Družicové snímky samozřejmě přímo neukazují, zda na daném poli roste pšenice, řepka, nebo brambory a jaká je úroda, poskytují však řadu informací, z nichž lze požadované údaje s dostatečnou mírou přesnosti odvodit. Z družicových dat je možné například získat informace indikující množství vody v půdě a v rostlinách, množství různých látek tvořících biomasu, hustotu zakrytí povrchu rostlinami apod. Na jejich základě se pak provádějí příslušné výpočty a odhady. A tady vstupuje do hry umělá inteligence.

Počítač nevyhodnocuje snímky podle vizuálního vjemu jako lidské oko. Pro stroj se jedná o soubor digitálních dat, jejichž závislosti je třeba správně odhalit a vyvodit z nich nové závěry. Vzhledem k obrovskému objemu dat bylo nutné v ČSÚ zajistit server s dostatečnou kapacitou pro jejich zpracování. Nyní speciální program porovnává snímky s daty ze zemědělských šetření nebo z administrativních zdrojů a postupně, s využitím metod strojového učení z nich získává informace, o které mají statistici zájem. Do zpracování je přitom třeba zahrnout mnoho faktorů. Výsledek totiž nezávisí pouze na tom, jaká plodina na daném poli roste, ale také například na kvalitě půdy, nadmořské výšce, průběhu počasí, použitých agrotechnických opatřeních apod. Z tohoto důvodu nelze převzít metodiku z Polska a jednoduše ji upravit na české poměry. Vzhledem k odlišnosti prostředí i převažujícího způsobu hospodaření je nutné vytvořit model speciálně pro tuzemské podmínky.

Praha a její blízké okolí, jak je vidět z družice Sentinel-2.
Zdroj: ESA, program Copernicus

Vedle uvedených detailů týkajících se konkrétních plodin a ploch je třeba počítat i se situacemi, kdy třeba část plochy zakrývá oblačnost nebo území postihla nějaká nepředvídaná událost, např. krupobití, blesková záplava apod. To všechno musí systém správně vyhodnotit a zohlednit ve výstupech. Vytvoření programu a jeho „učení“ tak, aby výsledky odpovídaly realitě s dostatečnou přesností, může trvat několik let. V Polsku fáze vývoje trvala více než pět let, v Česku by s využitím již existujících zkušeností mohla být znatelně kratší.

Výhody pro všechny

Hlavním přínosem využití družicových snímků pro účely zemědělské statistiky by mělo být urychlení a zpřesnění odhadů sklizní zemědělských plodin bez nutnosti aktivního zapojení zemědělců. V současné době odhady sklizní probíhají jako standardní výběrové zjišťování s matematicko-statistickým dopočtem na základní soubor (stratifikace dle plochy obhospodařované zemědělské a orné půdy, dle pěstování speciálních plodin, příslušnosti podniků k výrobním podoblastem a konkrétnímu kraji). Oslovení zemědělci od června do září v rámci své zpravodajské povinnosti poskytují ČSÚ na základě aktuálního stavu a postupující sklizně odhad průměrného hektarového výnosu pěstovaných plodin. Snímky z družice oproti vybranému vzorku zemědělců mohou území České republiky pokrýt kompletně (nebo alespoň z převážné většiny) a jsou k dispozici v elektronické podobě, aniž by je někdo musel zapisovat do výkazů. Tím se eliminují chyby, které mohou nastat při ručním zaznamenávání, a zkracuje doba potřebná pro jejich dodání do ČSÚ.

Snímek zobrazuje index listové plochy na polích ve středních Čechách.
Zdroj: ESA, program Copernicus

Rychlejší a přesnější odhady sklizní najdou uplatnění například při přípravě skladovacích a zpracovatelských kapacit, při obchodování pro predikci budoucího cenového vývoje nebo při plánování osevních postupů pro příští období. Zemědělci by navíc mohli být zbaveni povinnosti posílat do ČSÚ některá hlášení a statistici by získali objektivní zdroj dat, který není závislý na vyplňování člověkem a nezatěžuje respondenty další administrativou.

Pozn.: Úvodní obrázek zobrazuje porosty různých zemědělských plodin na mapě České republiky. Výsledný obrázek je složený z více než tisíce snímků pořízených družicemi Sentinel-1 a Sentinel-2.
Zdroj: ESA, program Copernicus