Lidar, ve své podstatě laserový radar, jehož označení vzniklo z anglického „Light Detection and Ranging“ (detekce světla a měření vzdálenosti), známe především z jeho původního uplatnění v souboru metod pro měření a kontrolu znečištění atmosféry nebo stavu ozonové vrstvy. V posledních letech ale dostává novou funkci při leteckém laserovém skenování, kde přináší novou tvorbu trojrozměrného digitálního modelu snímaného terénu, využitelnou v celé řadě oborů, včetně architektury, urbanistiky, archeologie nebo ekologie. Navíc k současnému rozšíření systému může přispět stále levnější laserová technika i lepší dostupnost nosičů systémů s využitím nejen letadel, ale i helikoptér a dronů. Při průzkumech se užívá lidar s pulzním laserem s vyzařováním většinou v oblasti infračerveného spektra, zavěšený na už zmiňovaném letounu, helikoptéře nebo dronu. Vysílané laserové paprsky, emitované přes zrcadlo optiky pod různým úhlem k zemskému povrchu, se na své cestě prostředím odrážejí na první překážce, na kterou dopadnou, a kterou může být u atmosférických šetření třeba oblak aerosolu nebo při leteckém snímání pozemního reliéfu krajina se vším, co se na ní nachází. Při obvyklé výšce letu 500 m nad terénem dosahuje průměr laserové stopy na zemském povrchu přibližně 30 cm a paprsek může tak odrážet při jednom pulzu i několik objektů najednou. Část záření se tedy může odrazit od vegetace, část paprsků pronikne dále i korunami stromů a poslední se vrací až po odrazu na zem. Je pak úlohou dostatečně citlivých detektorů, světlocitlivých diod spektrálně synchronizovaných na stejnou vlnovou délku, jako je vysílané vlnové záření, rozlišit jednotlivé odrazy. Sledováním časových rozdílů mezi vysíláním impulzu a přijetím jeho odrazu lze přesně určit polohu bodů, od nichž se signál odrazil. Vyhodnocením prvních odrazů vzniká model povrchu včetně vegetace, vyhodnocením posledních odrazů model holého terénu, ze kterého mohou být speciálními algoritmy také odfiltrovány nežádoucí objekty. Doplněním skeneru o přijímač GPS a inerciální navigační systém roste význam systému při rychlém sběru dat na velkých plochách. Lidar, jehož předností je tak schopnost vidět i „skrz“ vegetaci, dokáže s pomocí algoritmů vytvářet digitální trojrozměrný model, dále upravený podle zadání úkolu. Kupř. v zájmu šetření rostlinných ekosystémů, což bývá dnes pro letecké laserové skenování častým úkolem a provádí se i u nás, je možné při mapování lesních ploch získat odraz jak od svrchní části koruny stromů, tak i od jednotlivých pater vegetace až po vlastní terén. Archeologické průzkumy V poslední době celý svět šokují poznatky leteckého laserového skenování zvláště při archeologických průzkumech, které z různých míst přinášejí natolik překvapující objevy, že mohou v mnoha případech změnit i náš pohled na historii. V archeologii se tak lidaru počíná dokonce přisuzovat revoluce podobná té, kterou způsobil Hubbleův dalekohled v astronomii poskytnutím nových poznatků o vesmíru. Asi ty největší archeologické objevy se datují hned k počátku letošního roku, kdy se laserovým leteckým skenováním podařilo mezinárodní expedici odhalit v džungli ve středoamerické Guatemale na rozloze více než 2 100 km2 rozsáhlou síť pozůstatků mayských měst. Výzkumníci nalezli více než 60 tisíc dříve neznámých struktur včetně pyramid, královských hrobek, paláců, silnic a obranných opevnění, ukrytých v deštném pralese. Jedním ze skrytých nálezů je i sedmipatrová pyramida, která je tak pokryta vegetací, že při prvním pohledu připomínala terénní vyvýšeninu. Dalším objevem, který archeology překvapil, byla složitá síť příkopů, spojujících všechna mayská města v oblasti nebo vyvýšené silnice, které umožňovaly snadný průchod i během období dešťů. Podle archeologů je tento objev mayské kultury největším úspěchem za posledních 150 let a jeho zachovalost je způsobena tím, že na rozdíl od jiných civilizací, jejichž pole a stavby zničily kultury, které přišly po nich, zůstala v případě Mayů značná část uchována právě díky vegetaci, která ji léta před zraky lidí ukrývala a která svá tajemství vydala až díky nové moderní laserové technice. Přesto letošní objevy nejsou od zavedení metody leteckého laserového skenování v archeologii prvními. Na 1 900 km2 bylo už v roce 2016 probádáno v Kambodži, kde se podařilo v džungli objevit několik středověkých měst, která utvrzují archeology v tom, že objevili největší říši celého světa 12. století a že nový objev může zásadně změnit naše chápání historie jihovýchodní Asie a pohled na dějiny Khmerské říše. A již v roce 2013 odhalil laser při leteckém průzkumu v Hondurasu pod příkrovem pralesa ruiny města s dlážděnými ulicemi, parky, pyramidami a velmi rozsáhlým zavlažovacím systémem, které podle odhadu mohlo být postaveno někdy kolem roku 500 n. l. Ještě nikdy předtím nenarazili archeologové v této oblasti na stopy po tak vyspělé předkolumbovské civilizaci. Užití lidaru při archeologickém průzkumu je dnes často náplní mezinárodních projektů. V Guatemale tak vedle domácích vědců působili i odborníci z USA a Evropy. V samotné Evropě, vedle zemí, kde má tato technologie své kořeny, jako jsou Anglie, Německo nebo Rakousko, přicházejí zprávy i ze Slovinska, Polska nebo Dánska, kde nedávno objevili např. tisíce let starou kruhovou pevnost Vikingů, a tak nové překvapující objevy na sebe ani v budoucnosti nenechají dlouho čekat. V České republice se metodou leteckého laserového skenování v oblasti dokumentace a průzkumu krajiny zabývají na Katedře archeologie Fakulty filozofické Západočeské univerzity v Plzni. Ekologické průzkumy Archeologie není samozřejmě jedinou disciplínou, která dnes dokáže profitovat z vývoje metody laserového leteckého skenování. Už v úvodu byla zmínka o jejím využití při šetření různých ekosystémů a studiu biodiverzity při dálkovém průzkumu, kde ekologické studie prokázaly pozitivní vztahy mezi rozmanitostí rostlin, zvláště pak lesních porostů, pro stabilitu systému. U lesních porostů je vždy část impulsu laserového paprsku odražena od vrchních partií korun stromů, část přechází do nižších pater a z těchto odrazů lze pak určovat při vhodném algoritmu další parametry lesa – objem, poškození, druhové zastoupení, výšku porostu nebo i počet stromů. Metoda se hodí i pro prozkoumání prostorové skladby a struktury jednotlivých vegetačních pater, což může mít značný efekt při studiu růstu lesů a jeho vnitřních zákonitostí. Výhodu několikanásobného odrazu paprsku je možné využít i u biometrické analýzy a měření objemu biomasy v lesních porostech a vysoká efektivita leteckého skenovacího průzkumu, kombinovaná s prostorovým rozlišením s vysokou přesností, dává předpoklady pro efektivní algoritmy morfologické i fyziologické analýzy. Pro názornost dnes představíme metodu, s kterou přišli v poslední době na univerzitě v Curychu. Pomocí kombinovaného laserového skenování a zobrazovací spektroskopie vytvořili prostorový regionální model morfologie a fyziologie lesního terénu na smíšeném lesním ekosystému v oblasti Laegernu. Rozmanitost snímaných dat vykazuje v počítačových modelech konzistentní změny v souvislosti s environmentálními faktory, topografií, změnou podmínek růstu na odlišném terénu, včetně horského masivu s drsnými podmínkami prostředí. V budoucnu lze takovou metodu využít jako globální postup pro kontrolu biodiverzity nejen v omezeném regionu, ale i na libovolně širokém území ekosystémů. Jiří Šmíd
