Vízhatás térképezése MI módszerekkel

A vízhatás alatt álló területeken tapasztalt kihívásokra közösen keresett mesterséges intelligencián alapuló modellt és módszertant a Lechner Tudásközpont és a HUN-REN Számítástechnikai és Automatizálási Kutató Intézet (HUN-REN SZTAKI). Az együttműködés az Európai Űrügynökség (ESA) finanszírozásával megvalósult meg, amelynek zárásaként 2025. október 17-én a potenciális felhasználók megismerhették az eredményeket egy fórum keretében, amelynek a Tudásközpont adott otthont.

A Lechner Tudásközpont Nonprofit Kft., valamint a HUN-REN Számítástechnikai és Automatizálási Kutató Intézet (HUN-REN SZTAKI) közösen indított projektet az Európai Űrügynökség (ESA) finanszírozásával, amely az adatgyűjtés és -elemzés oldaláról támogatja a táji vízmegtartásra irányuló törekvések megvalósulását. A projekt zárásaként 2025. október 17-én a Lechner Tudásközpont felhasználói fórumot rendezett, amelyen előadott a HUN-REN SZTAKI részéről Prof. dr. Benedek Csaba kutatáskoordinációs igazgatóhelyettes, Sipos Ferenc általános igazgatóhelyettes képviselte a Kiskunsági Nemzeti Park Igazgatóságot, Schmotzer András kutatási szakreferens a Bükki Nemzeti Park Igazgatóságot, a Lechner színeiben pedig Dr. Belényesi Márta távérzékelési vezető szakértő, valamint Simon Máté Péter távérzékelési szakértő ismertette az eredményeket. Az esemény keretében a potenciális felhasználók az észrevételeiket is megoszthatták.

A projektben olyan, mesterséges intelligencián alapuló módszertan és modell került kifejlesztésre, amely alkalmas a vízhatás alatt álló területek azonosítására és időbeli jellemzőik (pld. a vízhatás gyakorisága, tartóssága) kinyerésére, térképezésére. A módszer optikai és radar űrfelvétel-idősorokra és egyéb téradatokra épül, fejlesztése és tesztelése két mintaterületen történt: (i) a Bükki Nemzeti Park Igazgatóság (BNPI) Dél-Hevesi tájegységének területén, valamint (ii) a Felső-kiskunsági szikes tavak környékén (KNPI), a Kiskunsági Nemzeti Parkban (1. ábra). 

A módszertan kidolgozása során több alkalommal is validálásra kerültek a részeredmények és a visszacsatolások alapján folyamatosan finomodott a módszertan. Az eredmények validálásában nagy szerepet vállaltak a nemzeti parkok szakértői, akik a két mintaterületről összesen 21 terepi napon felvett 1116 pontból szolgáltattak ehhez információt. Emellett az eredmények pontossága több módon, különféle statisztikai módszerekkel is ellenőrzésre kerültek. 
Az egy időpontú belvíztérképek (2. ábra) a Sentinel–2 optikai- és Sentinel–1 radar-űrfelvételek alapján, előre betanított konvolúciós neurális hálózati modell segítségével kerültek előállításra, amelyből további feldolgozással, a radar- és optikai felvételek eredményeinek egyesítésével ötnapos gyakoriságú, nyolc kategóriát tartalmazó térkép-idősor készült.

Mivel a projekt gyepekre, vizes élőhelyekre és szántóföldekre fókuszál, a nem releváns területeket (erdők, beépített területek, vonalas infrastruktúrák) a kollégák kitakarták (maszkolták). Ezek a területek a végleges térképeken „nem érintettként” lettek osztályozva. 

A térképezés pontosságának növelése érdekében az egyes időpontok eredményeiben azonosított anomáliákat és hibákat különböző utófeldolgozási technikákkal, az idősoros adatok felhasználásával lettek korrigálva. 

A távérzékelési szakértők az idősoros vízhatás-jellemzők kiszámításához az egy időpontú térképek osztályait az elemzés megkönnyítésére „vizes” és „száraz” kategóriákba csoportosították, majd további idősoros szűrés után különböző időszakokra vonatkozó relatív gyakorisági és maximális tartóssági mutatókat származtattak belőlük, az alábbiak szerint:

Vizsgált időszakok:
    Teljes gyakoriság/tartósság (4 év alapján: 2021–2024)
    Évenkénti gyakoriság/tartósság (2021, 2022, 2023, 2024)
    Havi gyakoriság/tartósság (naptári hónapra minden vizsgált évben)
    Havi gyakoriság/tartósság 4 évre vetítve (az egyes évek megfelelő hónapjainak adatait felhasználva)
    Hidrológiai félévenkénti gyakoriság/tartósság
    Téli félév: november 1. – április 30.
    Nyári félév: május 1. – október 31.

A gyakorisági térképek (3. ábra) pixelértékei azt jelzik, hogy a vizsgálati időszak alatt a megfigyelések hány százalékában tapasztalható vízhatás. Ezzel a módszerrel megkülönböztethetők az állandóan vízzel érintett, időszakosan vízzel érintett és vízzel nem érintett területek. 

A tartósság (4. ábra) pixelértékei megmutatják a vizsgált időszakokban (hónap, félév, év stb.) fellépő leghosszabb vízhatás hosszát (maximum tartósságát), amely során az adott pixel vízzel érintettnek detektálható.

Több hazai, belvíz- és vízhatás-térképezésben érdekelt intézményből álló felhasználói csoport minősítette az eredményeket, számos alkalmazási területre vonatkozóan. Összesítve, az egy időpontú térképek 4, a gyakorisági térképek 4,7 és a tartóssági térképek 4,8-as minősítést kaptak az ötfokozatú skálán. Ez részben annak köszönhető, hogy a hosszú távú stratégiai tervezés fontos szerepet játszik a vizsgált intézmények munkájában. 

Bár ez a projekt lezárult, a munka nem ért véget. A záróeseményen elhangzott visszajelzések rávilágítottak arra, hogy számos kapcsolódási pont van az egyes szakterületek között a vízhatással érintett területeken tapasztalható kihívások terén. Fontos és célravezető a különböző tudomány- és szakterületek szorosabb együttműködése számos vízzel kapcsolatos probléma megoldása érdekében. A jelenlegi eredmények és tapasztalatok ígéretes irányokat vázolnak fel a jövőbeli kutatás és fejlesztés számára. Az egyik ilyen irány lehet az egy időpontú térképek előállítási módszertanának finomítása, az osztályozási pontosság javítása, illetve a helyben megjelenő vizek eredetének vizsgálata, melyhez már eddig is számos és hasznos információ gyűlt össze, megalapozva egy nagyobb kutatást.