Организация лесопатологического мониторинга экспедиционными методами с применением ГИС

МОНИТОРИНГ ЭКОСИСТЕМ

ОРГАНИЗАЦИЯ ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЭКСПЕДИЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИС

А.М. КРЫЛОВ,

Д.Ф. НАЛДЕЕВ

Начиная с 2007 г., в России формируется новая система лесопатологического мониторинга. Она включает лесозащитное районирование территории Российской Федерации, создание сети постоянных площадей мониторинга, ведение мониторинга дистанционными и экспедиционными методами.

Естественно, что при развертывании такой системы активно применяются новейшие цифровые технологии. При ФГУ Российский центр защиты леса (РЦЗЛ) создан мощный ГИС отдел, для всех филиалов и полевых партий были закуплены карманные портативные компьютеры (КПК) с функцией глобального позиционирования (GPS).

В ходе полевого сезона 2007 г. авторы принимали участие в проведении лесопатологического обследования экспедиционными методами в составе полевой партии ООО «Парковая реставрация», выполнявшей работы по заказу РЦЗЛ.

Программа лесопатологического мониторинга экспедиционными методами подразумевает сбор большого объема разносторонней информации о состоянии лесов. Основными его этапами являются: авиатаксация насаждений, наземная маршрутная таксация, закладка пробных площадей, учет численности вредителей леса. В соответствии с современными требованиями собранная информация должна оперативно обрабатываться и ежемесячно передаваться в РЦЗЛ. Достичь подобного уровня оперативности возможно только с применением современных цифровых технологий ее получения и обработки.

Ключевым техническим элементом процесса сбора информации является карманный персональный компьютер (КПК) с поддержкой технологии GPS. Технология сбора лесопатологической информации с использованием КПК включает ряд необходимых элементов - это картографическое обеспечение, программа для ввода и хранения

лесопатологических данных с наличием функций верификации и обеспечения целостности хранимых данных, программное обеспечение для сбора и первоначальной обработки полевых данных и формирования оперативной отчетности в полекамеральных условиях и программное обеспечение для камеральной обработки собранной лесопатологической информации.

Как показал опыт эксплуатации КПК в полевых партиях РЦЗЛ в течение полевого сезона 2007 г., при недостаточной проработке хотя бы одного из вышеперечисленных элементов, а также в условиях низкой компьютерной грамотности исполнителей, использование КПК существенно замедляет процесс сбора и обработки лесопатологической информации и вызывает негативное отношение сотрудников к внедрению в производство современных цифровых технологий сбора и обработки данных.

Мобильная ГИС для сбора лесопатологической информации должна соответствовать определенным требованиям, таким как поддержка пользовательских карт, возможность конвертации векторных данных из общепринятых ГИС форматов (ESRI Shape, MapInfo MIF), возможность отображения растровых данных, поддержка работы GPS и возможность сохранения координат точек учетов и маршрутов исследований.

Из протестированных нами программных продуктов полностью удовлетворяет вышеперечисленным требованиям только ESRI ArcPad.

Основой для сбора лесопатологической информации являются лесоустроительные данные. Для использования всех преимуществ GPS навигации необходимо наличие таксационных планов в электронном варианте. Их можно получить как в виде слоев векторной лесоустроительной ГИС, так и в виде отсканированных бумажных копий. В обоих случаях остро встает вопрос их пространс-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 1/2008

171

МОНИТОРИНГ ЭКОСИСТЕМ

твенной привязки и конвертации в формат мобильной ГИС. Это обуславливает необходимость следующего компонента.

В типичной ситуации в начале работ на руках исполнителя оказываются бумажные копии лесоустроительных планов. Для использования их в мобильной ГИС необходимо их сканирование, склейка, геометрическая коррекция, привязка в системе координат и конвертация в пригодный для мобильной ГИС формат. К сожалению, лесоустроительные планы чаще всего изготовляются с искажениями пространственного положения отдельных кварталов, просек, а часто и границ лесничеств и лесхозов.

Геометрическая коррекция и привязка таксационных планов требует использования дополнительной информации. Наиболее доступный способ - использование продукта ДЗЗ Landsat Geo^ver, обеспечивающего 15-метровую точность пространственной привязки.

Основными требованиями для ввода информации является удобство ввода, надежное хранение, верификация и легкий доступ к собранным данным для проверки и коррекции ошибок.

В этом году РЦЗЛ была предложена процедура регистрации собранных данных с использованием Spred CE. В результате опытной эксплуатации было установлено, что при данном способе регистрации затруднена коррекция, верификация, учет сделанной работы, а также высока вероятность потери полученных данных.

Были протестированы различные способы ввода данных с использованием программ Excel, Spred CE, Data on the Run. Как оказалось, ни одна программа не удовлетворяет всем предъявляемым требованиям. В качестве возможного для работы был выбран Microsoft Excel ввиду привычности интерфейса и удобства ввода данных, доступность данных для просмотра и редактирования, возможность последующей обработки в стандартном программном обеспечении без привлечения специализированных программ.

В отличие от технологии, предложенной РЦЗЛ, данные записывались не в отде-

льный для каждой пробной площади файл, а в единую таблицу, что делало возможным быстрый просмотр и коррекцию ранее сделанных записей. Формирование файлов в стандартном формате, предоставляемых в РЦЗЛ, а также функции верификации, проверки и коррекции полученных данных были перенесены на стадию полекамеральных работ. Это позволило снизить затраты времени на ввод данных в КПК и значительно снизить количество ошибочных данных.

Выбранное нами решение на основе Excel является не оптимальным, а следствием отсутствия качественного специализированного программного продукта.

Полекамеральная обработка заключалась в верификации, предварительном анализе и приведении данных полевых исследований в формы официальной отчетности.

Верификация включала проверку формальной допустимости значений по типам данных и проверку правильности привязки данных глазомерной таксации и детальных работ к таксационному выделу путем сравнения лесопатологической характеристики со средними значениями по страте.

РЦЗЛ в будущем планировал добавление части вышеперечисленных функций в АРМ «Лесопатолог», однако до выпуска новой версии сложно оценить пригодность нового продукта для обработки данных в полекамеральных условиях.

В ходе полевого сезона 2007 г. вышеперечисленные функции реализовались макросами собственной разработки к MS Excel (вкупе со знаниями программирования в Visual Basic). Возможно, более качественным решением было бы применение базы данных с поддержкой языка SQL (на примере MS SQL Server). Однако база данных требует тщательного конфигурирования и написания многочисленных утилит импорта и обработки информации, что, по меньшей мере, потребует введения в штат лесопатологической партии системного администратора, а это потребует дополнительных непроизводительных затрат.

Самым узким местом является процесс анализа лесопатологической информации. Существует точка зрения, что при сборе

172

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2008

МОНИТОРИНГ ЭКОСИСТЕМ

лесопатологической информации упор необходимо делать на заложенные по стандартной методике пробные площади, обрабатываемые по стандартным заложенным в программу алгоритмам и интерполируемым впоследствии по стратам на все насаждения района обследования. Однако в известной авторам литературе не был опубликован применимый в производстве формальный математический алгоритм обработки данных пробных площадей, способный по информации, собранной стандартной полевой партией за 1 полевой сезон, дать близкую к реальности картину состояния насаждений. Обычные статистические алгоритмы усреднения и интерполяции пробных площадей требуют для этого значительно большего количества детальных работ, чем предусмотрено действующими нормами и инструкциями. А увеличение объема трудоемких детальных работ в ущерб глазомерной таксации ведет к снижению количества обследуемых насаждений и тем самым к снижению достоверности собираемого материала. В свою очередь, для проведения качественной глазомерной лесопатологической таксации исполнителю необходимо уже в поле иметь перед глазами итоговые распределения по всем ранее заложенным пробным площадям и возможность в любой момент проверить свой глазомер моментально обрабатываемым беглым перечетом.

Поэтому напрашивается вывод о том, что в погоне за автоматизацией и стандартизацией процесса сбора лесопатологической информации нельзя создавать жесткую систему, ограничивающую лесопатолога установленными рамками и алгоритмами. В связи с этим конкретные методы анализа и оценки лесопатологической ситуации традиционно должны определяться начальниками полевых партий для каждого конкретного случая экспертным путем, исходя из местной специфики и многолетнего опыта работы. Применение программных средств не должно приводить к потере этой ценнейшей экспертной оценки и замене ее жестко алгоритмизированной процедурой. Поэтому программный продукт, используемый для анализа лесопатологической информации,

помимо расчета стандартной статистики и формирования стандартной отчетности должен, позволять создавать произвольные запросы для проверки различных гипотез о закономерностях состояния насаждений на обследуемой территории.

Таким образом, опыт полевого сезона 2007 г. показал, что применение КПК с установленной мобильной ГИС способно приводить к повышению качества и производительности работ только при соблюдении ряда условий. Это продуманная организация обработки лесопатологических данных, включая полекамеральную обработку, наличие в составе лесопатологической партии квалифицированного специалиста, владеющего ГИС инструментарием и основами организации баз данных, проведение большого объема подготовительных работ по получению и преобразованию к требуемому виду картографической и атрибутивной лесоустроительной информации. При несоблюдении хотя бы одного из этих условий применение КПК приводит к снижению производительности и качества работ. Полученный нами в течение полевого сезона 2007 г. опыт и сделанные на его основе выводы позволят улучшить процесс получения лесопатологической информации с использованием новейших цифровых технологий.

Библиографический список

1. Лесной кодекс РФ. 24.07.2007 г. - База данных «Гарант», 2007. - 64 с.

2. Инструкция по экспедиционному лесопатологическому обследованию лесов СССР. - М., 1983.

3. Правила санитарной безопасности в лесах. 2007 г. Материалы лесного форума Гринпис России http:// forestforum.ru

4. Сухих, В.И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве: учебник / В.И. Сухих. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005 - 392 с.

5. Malenovskэ, Z. Quantitative remote sensing of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.): Spectroscopy from needles to crowns to canopies/ Z. Malenovskэ/ - 2005 http://library.wur.nl

6. Wulder, M. A., Dymond, C. C., White, J. C., Leckie, D. G., Carroll, A. L.. Surveying mountain pine beetle damage of forests: A review of remote sensing opportunities/ M. A. Wulder, C. C. Dymond, J. C. White, D. G. Leckie, A. L. Carroll/ - 2006 http://www. sciencedirect.com

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2008

173