Dataset Open Access

CzechVeg-ESy: Expert system for automatic classification of vegetation plots from the Czech Republic

Chytrý, Milan; Tichý, Lubomír; Boublík, Karel; Černý, Tomáš; Douda, Jan; Hájek, Michal; Hájková, Petra; Hédl, Radim; Kočí, Martin; Krahulec, František; Kučera, Tomáš; Landucci, Flavia; Láníková, Deana; Lososová, Zdeňka; Navrátilová, Jana; Petřík, Petr; Preislerová, Zdenka; Řezníčková, Marcela; Roleček, Jan; Sádlo, Jiří; Šumberová, Kateřina; Vítková, Michaela; Zelený, David

Expertní systém pro automatickou klasifikaci fytocenologických snímků z České republiky 
[popis a instrukce v češtině jsou uvedeny níže]

***************************************************************************************************************

CzechVeg-ESy is an expert system for automatic classification of vegetation plots from the Czech Republic to the vegetation types defined in the monograph Vegetation of the Czech Republic (Chytrý 2007-2013). It is delivered in two main versions: The main version 1 (v1) is the original version used for the vegetation classification in that monograph, described in detail in its English Summary (Chytrý 2007). Its subversions (indicated by dates) contains corrections of minor errors and species nomenclature. This version only classifies vegetation to the phytosociological associations. The main version 2 (v2) uses the same classification system as accepted in the Vegetation of the Czech Republic, but includes more advanced functions to provide more accurate classification. Moreover, it is hierarchical, performing classification not only to associations but also to alliances and classes (for the plots not classified at lower levels).

Each version is delivered in two variants. The basic variant (CzechVeg-ESy-basic-v1.txt) assigns vegetation plots to associations following their formal definitions created using the Cocktail method (Bruelheide 2000) modified by Kočí et al (2003). These definitions are based on the presence of sociological species groups and the dominance of selected species. The expert system evaluates individual vegetation plots and assigns them to the associations. A classification process is considerably faster when the basic variant is used, as opposed to the full variant. The full variant (file CzechVeg-ESy-full-v1.txt) performs the same functions as the basic variant, but in addition, it can also assign the plots not classified by formal definitions based on their numerical similarity to the plots that fulfil the requirements of the formal definitions. Most of such plots can be considered as untypical from the phytosociological point of view, i.e. with poor correspondence to any of the defined vegetation types, in most cases because of the lack of ecologically specialized species. The method of similarity-based assignment is the Frequency-Positive Fidelity Index (FPFI) described in Kočí et al. (2003) and Tichý (2005).

Instructions for using CzechVeg-ESy version 1

  1. Vegetation plots have to be stored in the TURBOVEG 2 program (https://www.synbiosys.alterra.nl/turboveg/) with the species list Czechia-Slovakia-2015 (contained in the file TurbovegSlBackup_Czechia_slovakia_2015.zip), which is largely compatible with the older species lists called Czechia-Slovakia-2012 and Central-Europe.
  2. Export plots from TURBOVEG 2 to a CC! file (Export / Other formats / JUICE input files) and import this file to the JUICE program (https://www.sci.muni.cz/botany/juice/) using the species list in the file Checklist-Danihelka-et-al-2012-ver-2019-07-06.txt, which converts the plant nomenclature to correspond with the Checklist of vascular plants of the Czech Republic (Danihelka et al. 2012).
  3. Select Analysis / Expert system in the JUICE program.
  4. Upload the expert system file (either CzechVeg-ESy-basic-v1.txt or CzechVeg-ESy-full-v1.txt) by pressing Load ES File button.
  5. Modify species nomenclature by pressing the Modify Species Names button.
  6. If there are juvenile species in the herb layer in the plots to be analysed, delete them by pressing Delete Juveniles button.
  7. In some cases, narrow species concepts were changed to broader concepts, resulting in repetitions of the same names in the table. These must be merged using the Merge Same Spec. Names button. This will also merge records of the same species in different vegetation layers because the expert system assumes that each species name is contained only once in the same plot.
  8. When using the full version of the expert system, a threshold similarity value for similarity-based assignment must be specified in the field in the bottom right part of the form. The higher the value, the fewer plots will be assigned, while only those plots will be assigned that have a high similarity to the association. If the threshold value is set to 0, all the plots will be assigned, but some of them may be very dissimilar to the associations which they are assigned to.
  9. Run expert system using the Classify Relevé button (a plot marked by a previous mouse click will be classified) or Classify [colour] Relevés button (all the plots of the selected colour will be assigned).
  10. If a single plot is classified, species groups present in this plot and the assignment of the plot to an association will be shown. If the plot is not classified, no association will be listed. Occasionally, a plot can be assigned to more than one association. If the full version of the expert system is used, the table will contain a list of associations ranked by decreasing similarity to the plot.
  11. If multiple plots are classified, association codes will appear in the header of those plots that were assigned based on the formal definitions. The legends for the codes can be found in a printed version of the Vegetation of the Czech Republic, in its online version (https://pladias.cz/en/vegetation/) or in the expert system txt file. Plots not assigned to any association will be marked with ? and those assigned to more than one association will be marked with +. If the full version of the expert system is used, the output will contain the most similar associations for those plots which have remained unassigned to associations or were assigned to more than one association.
  12. Using the formal definition, the expert system normally assigns some plots of a single vegetation stand to a certain association while other plots of the same stand remain unassigned. This means that the stand consists of patches with species composition typical of the given association and patches with a less typical species composition. If different plots from a single relatively homogeneous stand are assigned to different associations, it is appropriate to interpret the stand as transitional between these associations.

This electronic publication of CzechVeg-ESy was supported by the Czech Science Foundation (grant no. 17-15168S).

***************************************************************************************************************

CzechVeg-ESy je expertní systém pro automatickou klasifikaci fytocenologických snímků z České republiky do vegetačních typů definovaných v monografii Vegetace České republiky (Chytrý 2007-2013). Existují dvě hlavní verze tohoto expertního systému: Hlavní verze 1 (v1) je originální verze použitá pro klasifikaci v této národní vegetační monografii, která je podrobně popsaná v její metodické kapitole. Její dílčí verze (označené datem) obsahují opravy drobných chyb a nomenklatury druhů. Tato verze klasifikuje fytocenologické snímky pouze do fytocenologických asociací. Hlavní verze 2 (v2) používá stejný klasifikační systém, jaký byl použit ve Vegetaci České republiky, ale používá pokročilejší funkce umožňující přesnější klasifikaci. Tato verze také provádí hierarchickou klasifikaci nejen do asociací, ale také do svazů a tříd (pro snímky nezařazené do nižších jednotek).

Každá verze má dvě varianty. Základní varianta (soubor CzechVeg-ESy-basic-v1.txt) přiřazuje fytocenologické snímky do asociací na základě jejich formálních definic vytvořených metodou Cocktail (Bruelheide 2000) v úpravě podle práce Kočí et al (2003). Tyto definice jsou založeny na prezenci sociologických skupin druhů a dominanci vybraných druhů. Expertní systém vyhodnocuje každý jednotlivý fytocenologický snímek v datovém souboru a řadí jej do asociace. Klasifikace pomocí základní varianty je výrazně rychlejší než klasifikace pomocí plné varianty. Plná varianta (soubor CzechVeg-ESy-full-v1.txt) zajišťuje stejné funkce jako základní varianta, ale navíc klasifikuje i snímky neklasifikované formálními definicemi, a to na základě jejich numerické podobnosti ke skupinám snímků, které vyhovují podmínkám formálních definic asociací. Většinu takových snímků lze považovat z fytocenologického hlediska za netypické porosty, tj. takové, které plně neodpovídají definovaným vegetačním typům, zpravidla kvůli absenci ekologicky specializovaných druhů. Klasifikace na základě podobnosti se počítá pomocí indexu FPFI (Frequency-Positive Fidelity Index), který definovali Kočí et al. (2003)Tichý (2005).

  1. Fytocenologické snímky určené k analýze musí být uloženy v databázi v programu TURBOVEG 2 (https://www.synbiosys.alterra.nl/turboveg/) s druhovým seznamem Czechia-Slovakia-2015 (soubor TurbovegSlBackup_Czechia_slovakia_2015.zip), který je kompatibilní s druhovými seznamy Czechia-Slovakia-2012 a Central-Europe.
  2. Snímky se exportují z programu TURBOVEG 2 do souboru CC! (Export / Other formats / JUICE input files) a tento soubor se importuje do programu JUICE (https://www.sci.muni.cz/botany/juice/) s použitím druhového seznamu v souboru Checklist-Danihelka-et-al-2012-ver-2019-07-06.txt, čímž se nomenklatura konvertuje do nomenklatury odpovídající Seznamu cévnatých rostlin květeny České republiky (Danihelka et al. 2012).
  3. V programu JUICE se zvolí menu Analysis / Expert system.
  4. Tlačítkem Load ES File se nahraje do paměti soubor s příslušným expertním systémem (buď CzechVeg-ESy-basic-v1.txt, nebo CzechVeg-ESy-full-v1.txt).
  5. Tlačítkem Modify Species Names se upraví nomenklatura druhů tak, aby odpovídala nomenklatuře používané expertním systémem.
  6. Obsahují-li snímky určené k analýze juvenilní dřeviny v bylinném patru, je potřeba je vymazat tlačítkem Delete Juveniles.
  7. Při převodu nomenklatury se v některých případech převedlo užší pojetí druhů na širší, čímž vznikly v tabulce druhové údaje vedené pod stejnými jmény. Ty je potřeba sloučit tlačítkem Merge Same Spec. Names. Přitom se sloučí i údaje stejného druhu v různých patrech, protože expertní systém předpokládá jen jeden výskyt stejného druhového jména v jednom snímku.
  8. Pokud je používána plná (Full) verze expertního systému, je potřeba v okénku vpravo dole nastavit prahovou hodnotu podobnosti pro přiřazování snímků k asociacím pomocí podobnosti. Čím vyšší hodnota, tím méně snímků se přiřadí, ale přiřadí se ty, které se dané asociaci více podobají. Při hodnotě 0 se přiřadí všechny snímky, ale některé budou dané asociaci velmi nepodobné.
  9. Spustí se běh expertního systému, a to buď tlačítkem Classify Relevé (bude se klasifikovat jeden snímek, na který se předtím kliklo myší) nebo Classify [colour] Relevés (budou se klasifikovat všechny snímky vybrané barvy).
  10. Při klasifikaci jednoho snímku se zobrazí v tabulce druhové skupiny, jejich zastoupení v daném snímku a asociace, do které byl snímek přiřazen pomocí formální definice. Pokud přiřazen nebyl, nezobrazí se žádná asociace. Snímek může být přiřazen i do více než jedné asociace. Při použití plné verze expertního systému se do tabulky vypíší asociace v pořadí klesající podobnosti ke snímku, a to u těch snímků, které nebyly přiřazeny do žádné asociace nebo byly přiřazeny do více než jedné asociace.
  11. Při klasifikaci více snímků se do záhlaví tabulky vepíší kódy asociací u těch snímků, které se přiřadily na základě formálních definic. Převod kódů na jména asociací lze dohledat v tištěné verzi Vegetace České republiky, v její online verzi (https://pladias.cz/vegetation/) nebo v textovém souboru expertního systému. U snímků, které se nepřiřadily k žádné asociaci, se v záhlaví zobrazí znak ?. U snímků přiřazených do více než jedné asociace se zobrazí znak +. Při použití plné verze expertního systému se do tabulky vypíší nejpodobnější asociace u těch snímků, které nebyly přiřazeny do žádné asociace nebo byly přiřazeny do více než jedné asociace.
  12. Expertní systém běžně přiřazuje pomocí formálních definic některé snímky v porostu nebo lokálně rozlišovaném rostlinném společenstvu do určité asociace a jiné do žádné asociace, což znamená, že se porost skládá z míst s druhovým složením typickým pro danou asociaci a míst s méně typickým druhovým složením. Pokud expertní systém přiřadí různé snímky z jednoho relativně homogenního porostu k různým asociacím, je vhodné porost interpretovat jako přechodný mezi těmito asociacemi.

Tato elektronická publikace expertního systému CzechVeg-ESy byla podpořena Grantovou agenturou České republiky (grant 17-15168S).

Files (25.3 MB)
Name Size
Checklist-Danihelka-et-al-2012-v2019-07-06.txt
md5:12dacfbe52fc9c92060a9fe6b4fe30d6
735.8 kB Download
CzechVeg-ESy-basic-v1-2020-01-12.txt
md5:9510a063a834846920dac2c33c9ed0e3
489.9 kB Download
CzechVeg-ESy-full-v1-2020-01-12.txt
md5:3213e4dc00d733dbe094197eddde409e
23.7 MB Download
TurbovegSlBackup_Czechia_slovakia_2015.zip
md5:2fdda452106fa947dac3fbf002fef2b0
320.7 kB Download
  • Bruelheide, H. (2000). A new measure of fidelity and its application to defining species groups. Journal of Vegetation Science, 11, 167-178. https://doi.org/10.2307/3236796

  • Chytrý, M. (2007). Project Vegetation of the Czech Republic: Preface and summary of methods. In: Chytrý, M. (ed.), Vegetace České republiky 1. Travinná a keříčková vegetace / Vegetation of the Czech Republic 1. Grassland and heathland vegetation, pp. 35-52. Praha, CZ: Academia. https://www.sci.muni.cz/botany/chytry/Vegetation-Czech-Rep-Summary.pdf

  • Chytrý, M. (ed.) (2007-2013). Vegetace České republiky 1-4 / Vegetation of the Czech Republic 1-4. Praha, CZ: Academia. https://www.sci.muni.cz/botany/vegsci/vegetace.php?lang=en&page=monograph

  • Danihelka, J., Chrtek, J. Jr., & Kaplan, Z. (2012) Checklist of vascular plants of the Czech Republic. Preslia, 84, 647–811.

  • Kočí, M., Chytrý, M., & Tichý, L. (2003). Formalized reproduction of an expert-based phytosociological classification: A case study of subalpine tall-forb vegetation. Journal of Vegetation Science, 14, 601–610. https://doi.org/10.1111/j.1654-1103.2003.tb02187.x - https://www.sci.muni.cz/botany/chytry/Koci_etal2003_JVS.pdf

  • Tichý, L. (2005). New similarity indices for the assignment of relevés to the vegetation units of an existing phytosociological classification. Plant Ecology, 179, 67–72. https://doi.org/10.1007/s11258-004-5798-8

357
116
views
downloads
All versions This version
Views 357357
Downloads 116116
Data volume 896.5 MB896.5 MB
Unique views 260260
Unique downloads 4242

Share

Cite as