ENVIRO PLUS

Názov projektu: Podpora výskumno-vývojových aktivít jedinečného riešiteľského tímu

Kód projektu v ITMS2014+: 313011BVY7

Názov a sídlo prijímateľa: Ústav krajinnej ekológie SAV v.v.i., Štefánikova 3, P.O.Box 254, 814 99 Bratislava

Partner 1: Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre

Partner 2: ESPRIT spol. s r.o.

Výška poskytnutého NFP: 1 222 400 EUR

Obdobie realizácie projektu: 03/2022 – 09/2023

Miesto realizácie projektu: Banská Štiavnica, Nitra, Bratislava – mestská časť Staré Mesto

Operačný program Integrovaná infraštruktúra

Doména inteligentnej špecializácie: Zdravé potraviny a životné prostredie

Základným cieľom projektu je podpora výskumno-vývojových aktivít jedinečného riešiteľského tímu nepodnikateľských výskumných organizácií UKE SAV a UKF v Nitre a podniku ESPRIT spol. s r. o. obsahovo zameraných do znalostnej oblasti environmentálne inžinierstvo.

Témy projektu sú zamerané na produktové línie v doméne Zdravé potraviny a životné prostredie:

Systémy ochrany poľnohospodárskej a lesnej pôdy pred znehodnotením
Systémy a technológie pre predchádzanie negatívnych dopadov klimatickej zmeny v poľnohospodárstve a lesníctve

Projekt sa bude realizovať prostredníctvom 5 aktivít:

0H1 Rozvoj nových metodických postupov a algoritmov pre efektívne hodnotenie prírodného kapitálu krajiny s cieľom zabezpečenia jeho trvalo udržateľného využívania na báze geosystémového výskumu krajiny

Aktivita je zameraná na nezávislý výskum a jej cieľom bude vytvorenie novej metodiky, postupov a algoritmov pre tvorbu hodnotení zameraných na ocenenie prírodného kapitálu krajiny za účelom jeho trvalo udržateľného využívania. Tieto metódy budú navrhnuté tak, aby mohli využívať aktuálny progres v tvorbe priestorových dát, ako aj možností, ktoré dáva výpočtová technika v spojení s technológiami GIS pre priestorové analýzy, syntézy ale i modelovanie.

Základným výsledkom výskumnej aktivity, ktorý sa očakáva pri jej ukončení, bude vyvinutie algoritmu metodického postupu pre hodnotenie prírodného kapitálu, efektívne využívanie zdrojov a potenciálov územia krajiny. Bude definovať základné metodické kroky, ktoré je potrebné vykonať na vyjadrenie hodnoty prírodného kapitálu a optimalizáciu využívania zdrojov a potenciálov územia. Metodický postup bude postavený tak, že bude na základe modifikácie použiteľný pre akékoľvek územie. Budú zadefinované základné parametre, ktoré musia vstúpiť do hodnotenia. Výsledkom testovania a overovania na území Slovenska bude vytvorená komplexná digitálna priestorová databáza krajinnoekologických podkladov a identifikácia operačných jednotiek pre optimalizačný proces. Vytvorená databáza bude jednak podkladom pre ostatné aktivity a zároveň bude údajovou a poznatkovou bázou pre webové geoprocesingové služby.

V rámci aktivity bude realizovaný nezávislý výskum zameraný predovšetkým na nasledovné oblasti:

mapovanie a hodnotenie vlastností ako i priestorovej distribúcie abiotických zložiek krajiny
mapovanie a hodnotenie vlastností ako i priestorovej distribúcie biotických zložiek krajiny
tvorbu metód hodnotenia vzťahov medzi jednotlivými prvkami geosystému (medzi vlastnosťami jednotlivých zložiek krajiny) – podporujúce sa limitujúce sa indiferentné
tvorbu komplexných krajinnoekologických jednotiek, ktoré budú predstavovať operačné jednotky pre optimalizačný proces – geoekosystémov
výskum a overovanie metód hodnotenia služieb a úžitkov poskytujúcich jednotlivými typmi geoekosystémov
vypracovanie formalizovaných exaktných metód pre jednotlivé definované metodické kroky

0H2 Rozvoj nových metodických postupov a algoritmov na hodnotenie ochrany, ohrozenia a degradácie prírodného kapitálu krajiny – flexibilita

Človek svojim aktivitami výrazne zasahuje do využívania prírodného potenciálu krajiny. Pôsobenie človeka v krajine má bipolárny charakter, na jednej strane sú to aktivity, ktoré zhodnocujú a zveľaďujú daný prírodný kapitál, na druhej strane sú to aktivity ohrozujúce hodnotu prírodného kapitálu krajiny a spôsobujúce jeho degradáciu. Teda hodnota prírodného kapitálu je na jednej strane zachovávaná a tiež zveľaďovaná formou ochrany prírody a krajiny, ako i ochranou prírodných zdrojov, kde sa na ochranu krajinného kapitálu, ako i jeho jednotlivých zložiek vyhlasujú rôzne stupne ochrany. Čím vyšší stupeň ochrany je vyhlásený, tým je zabezpečené efektívnejšie využívanie prírodného kapitálu. Na druhej strane človek svojimi aktivitami ohrozuje a degraduje krajinný kapitál a jeho zložky. Mnohé ľudské aktivity pôsobia vo vzťahu k prírodným zložkám ako stresové faktory. Ich pôsobenie sa prejavuje primárnymi efektami, ktoré spôsobujú priamy záber prírodných ekosystémov i prírodných zdrojov, najmä pôdnych, ale aj sekundárnym pôsobením, spôsobujúcim degradáciu kvalitatívnych vlastností prírodných zdrojov.

V rámci aktivity bude realizovaný výskum zameraný predovšetkým na nasledovné oblasti:

analýzu a interpretáciu ochrany prírody a biodiverzity vo vzťahu k hodnote kapitálu krajiny
analýzu a interpretáciu ochrany prírodných zdrojov vo vzťahu k hodnote kapitálu krajiny
analýzu a interpretáciu primárnych stresových faktorov vo vzťahu k ohrozovaniu a degradácie prírodného kapitálu
analýzu a interpretáciu sekundárnych stresových faktorov vo vzťahu k ohrozovaniu a degradácie prírodného kapitálu
stanovenie súčasného stupňa ekosozologickej významnosti prírodného kapitálu krajiny – syntéza zhodnotenia legislatívnej ochrany prírody a prírodných zdrojov a ich dopadu na hodnotu prírodného kapitálu krajiny
stanovenie súčasného stupňa ohrozenia a degradácie prírodného kapitálu krajiny – syntéza zhodnotenia pôsobenia primárnych a sekundárnych faktorov a ich dopadov na hodnotu prírodného kapitálu krajiny

1H3 Hodnotenie vhodnosti krajiny pre realizáciu socioekonomických aktivít

Realizácia každej ľudskej aktivity je spojená s nárokmi na prírodné zdroje a tiež má určité priestorové nároky čo môže obmedzovať alebo limitovať realizáciu ostatných socioekonomických aktivít. Poznanie nárokov, požiadaviek, ale i negatívnych dôsledkov realizácie je nevyhnutnou podmienkou optimalizačného procesu využívania krajiny. Realizácia ľudských aktivít sa v krajine prejavuje:

Budovaním nových technických objektov, čím sa vytvárajú nové umelé ekosystémy na úkor prirodzených a poloprirodzených ekosystémov, t.j. vplyv na krajinu sa prejavuje priamou likvidáciou prirodzených ekosystémov.
Veľkoplošným využívaním prírodných ekosystémov spojením s ich intenzívnym pretváraním – veľkoplošné lesné hospodárenie a veľkoplošné poľnohospodárstvo a pod.
Vyhlasovaním a vyčleňovaním rôznych funkčných zón za účelom ochrany určitých typov ekosystémov, prípadne ich zložiek, ktoré často vo vzťahu vystupujú ako prírodné zdroje. Možno sem zaradiť všetky typy chránených území. Tieto zóny predurčujú využívanie jednotlivých ekosystémových služieb, predovšetkým ide o ekologické ekosystémové služby, nakoľko svojimi zákazmi a reštrikciami obmedzujú až limitujú využívanie niektorých ekosystémových služieb, najmä produkčných.
Produkciou cudzorodých látok, ktoré vo vzťahu k jednotlivým ekosystémom vystupujú ako tzv. stresové faktory. Pôsobenie stresových faktorov ohrozuje a znižuje kvalitu prírodného potenciálu pre realizáciu jednotlivých socioekonomických aktivít.

V rámci aktivity bude realizovaný výskum zameraný predovšetkým na nasledovné oblasti:

Špecifikácia, analýza a parametrizácia vlastností krajiny vo vzťahu k jednotlivým ľudským aktivitám
Výskum metód hodnotenia účelových vlastností pre optimalizačný proces, stanovenie limitujúcich a podporujúcich faktorov pre realizáciu ľudských aktivít
Stanovenie a hodnotenie limitov a potenciálov pre socioekonomické využívanie krajiny na území Slovenska na základe vlastností geosystémov
výskum a overovanie metód pre komplexné posúdenie vhodnosti operačnej jednotky pre realizáciu danej aktivity na základe potenciálu poskytovania ekologických úžitkov pre spoločnosť

2H4 Výskum možností softvérovej realizácie metód a algoritmov pre hodnotenie prírodného kapitálu krajiny

Aktivita bude zameraná na priemyselný výskum a bude nadväzovať na teoretické a empirické poznatky o stave a procesoch v krajinnom priestore získané v rámci aktivít 0H1,0H2,1H3. Cieľom aktivity bude na základe navrhnutých metodických postupov a algoritmov vyvíjať špecifické analytické a modelovacie softvérové nástroje pre hodnotenie prírodného kapitálu a jeho ekologicky optimálneho využívania založené na exaktných metódach environmentálneho a geografického modelovania so zameraním na vývoj modelov umožňujúcich kvantifikovať účinky a dopady rôznych scenárov resp. opatrení. Súčasne budú vyvíjané nástroje na modelovanie resp. simulovanie vybraných prírodných a antropogénnych javov a procesov a reakcie geoekosystémov na ne. Metodické postupy a algoritmy vytvorené v aktivitách 0H1,0H2,1H3 budú priebežne testované pomocou vyvinutých modelovacích a analytických nástrojov a bude overovaná ich vhodnosť pre použitie v lokálnej a regionálnej mierke. Pre overovanie algoritmov bude kľúčové vytvorenie komplexnej priestorovej databázy v rôznych mierkových úrovniach integrujúcej analytické údaje-faktory a interpretované vrstvy rizík a potenciálov územia odvodené pomocou metód priestorovej analýzy a modelovania. Metodický postup bude pozostávať z kombinácie rôznych metód a metodických postupov (krajinnoekologické, geografické, geoštatistické, metódy, metódy priestorového modelovania, metódy ekonomického oceňovania a pod.) navrhnutých v paralelných aktivitách. V nadväznosti na jednotlivé metodické výskumné kroky budú spracované databázy priestorových údajov ako vstupy pre jednotlivé nástroje integrované do aplikácie a budú vyvinuté nadstavbové softvérové služby.

V rámci výskumu bude potrebné realizovať nasledovné metodické kroky:

Analýza dostupnosti a kvality podkladových databáz
Analýza a návrh architektúry a celkovej funkcionality systému integrujúceho nástroje a modely určené na modelovanie vybraných prírodných procesov, odozvy a správanie sa geosystému, správu údajov, spracovanie a vizualizáciu výstupov z jednotlivých krokov ekologickej optimalizácie využitia krajiny.
Návrh a parametrizácia veličín vstupujúcich do procesu modelovania a vyhodnocovania. Tvorba nástrojov pre potrebný preprocessing vstupných dát.
Návrh dátového modelu integrujúceho priestorové reprezentácie vybraných prvkov krajiny a atribútových údajov reprezentujúcich kvantifikované a kvalitatívne vyjadrenia vlastností krajiny – parametrov, pre účely modelovania a simulácie
Spracovanie integrovanej priestorovej databázy podkladových údajov pre modelovanie prírodného kapitálu krajiny a potenciálov územia. Spracovanie databázy sa bude opierať o metódy geosystémového výskumu krajiny, ktorý je založený na ponímaní krajiny ako integrácie prírodných zdrojov v určitom priestore. Vzhľadom na značnú heterogenitu krajinného prostredia, a tým aj priestorovú diferenciáciu parametrov, bude tieto v mnohých prípadoch nutné odvodiť z charakteristík prostredia, ktoré je možné v príslušnej mierke získať z existujúcich podkladov metódam. Budú rozvíjané a testované metódy „de-generalizácie“ založené na predpoklade, že procedúrou integrácie je možné spresňovať a detailizovať mapovanie priestorovej diferenciácie jednej tematickej vrstvy na základe referenčných vrstiev, ktorých informačná hustota a vierohodnosť je vyššia.
Programovanie samotnej funkcionality a algoritmizácia matematického aparátu procesov pre účely počítačového modelovania. Stanovenie programovej logiky a funkčnosti systému. Programovanie a testovanie možností jednotlivých požadovaných nástrojov
Návrh funkcionality a vytvorenie nástrojov na postprocessingové spracovanie jednotlivých modelov. Vizualizačné a štatistické nástroje na kvalitatívne a kvantitatívne vyjadrenie a interpretáciu výsledkov modelovania

Testovanie a ladenie jednotlivých funkčných celkov počítačového modelovania so spätnou väzbou vyplývajúcou z aktivity paralelných aktivít

2H5 Experimentálny vývoj web GIS systému pre participatívne plánovanie ako nadstavby nad vytvorenými digitálnymi priestorovými databázami.

Aktivita bude zameraná na experimentálny vývoj a bude v súbehu s aktivitou 2H4. Cieľom bude vyvinutie prototypu komplexného experimentálneho systému na podporu rozhodovania využívajúceho GIS a webové technológie, integrujúceho geoprocesingové, štatistické, modelovacie, a vizualizačné nástroje s vytvorenou databázou podporných údajov, ktorý bude umožňovať – zrozumiteľné a užívateľsky prispôsobené komfortné sprístupňovanie informácií o prírodnom kapitáli krajiny.

V rámci vývoja bude potrebné realizovať nasledovné metodické kroky:

Analýza a návrh architektúry a celkovej funkcionality systému integrujúceho databázy, nástroje a modely.
Vývoj optimalizovaných dátových, mapových, geoprocesingových a reportovacích služieb a funkcionalít pre experimentálnu web GIS aplikáciu s vysokým potenciálom využitia pre čo najširší okruh používateľov. Tieto služby budú integrovať softvérové nástroje, založené na algoritmoch vyvinutých v rámci projektu.
Vývoj integračných nástrojov na externé dátové služby
Návrh funkcionality a vytvorenie nástrojov na postprocessingové spracovanie jednotlivých modelov. Vizualizačné a štatistické nástroje na kvalitatívne a kvantitatívne vyjadrenie a interpretáciu výsledkov modelovania.
Návrh dizajnu aplikácie a vývoj užívateľských rozhraní na efektívnu analýzu, distribúciu a využívanie údajov
Testovanie služieb, funkcionalít, rozhraní nad dátovou základňou

Informácie o Operačnom programe Integrovaná infraštruktúra 2014 – 2020 nájdete na www.opii.gov.sk.

Detail projektu na stránke ITMS2014+