Автоматизация комплексной оценки лесных ресурсов и дистанционного мониторинга лесных экосистем

МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИЙ

Научно-практическая конференция «Молодые ученые - лесному хозяйству» была организована Федеральным агентством лесного хозяйства и проведена в ФБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства» 26-27 июля 2011 г. В конференции приняли участие молодые ученые из подведомственных Рослесхозу организаций, научно-исследовательских организаций, высших учебных заведений и других ведомств.

В докладах молодых ученых отражена тематика основных направлений их исследований. Результаты исследований, представленные в докладах, свидетельствуют о весомых достижениях молодых ученых в области лесной генетики и биотехнологии, экономики лесного хозяйства и лесоуправления, восстановления лесов и оценки их потенциала, управления тушением лесных пожаров, организации лесо-патологического мониторинга.

Сборник докладов издан во ВНИИЛМ. В него вошли все статьи молодых ученых. В нашем издании публикуем 2 доклада.

УДК 630.5

Автоматизация комплексной оценки лесных ресурсов и дистанционного мониторинга лесных экосистем

Д. В. Хлюстов, ФГУП «Рослесинфорг»

В статье рассмотрена инновационная технология лесоучетных работ на основе информационно-справочных систем.

Ключевые слова. Управление лесными ресурсами, лесоустройство, учет лесных ресурсов, информационная справочная система, дистанционное зондирование земли.

AUTOMATION OF FOREST RESOURCE INTEGRATED ASSESSMENT AND FOREST ECOSYSTEM REMOTE MONITORING

Khlustov D. - «Roslesinforg»

The paper addresses innovation technology of forest inventory operations on the basis of the information-reference systems

Key words: forest resource management, forest management, forest resource inventory, information-reference system, remote sensing

50

№ 1

По природно-ресурсному потенциалу Россия занимает лидирующее место в мире. Почти половина площади страны (771,1 млн га, или 45%) покрыта лесной растительностью. Объем древесного запаса составляет более 80 млрд м3, это - четверть мировых запасов древесины. В современных условиях детальный учет и оценка биологических ресурсов на такой огромной территории требует разработки и применения принципиально новых информационно-справочных систем, технологий и средств дистанционного зондирования, а также создания ГИС нового поколения.

В сложившихся политических и социально-экономических условиях перед лесной отраслью стоит серьезная задача - осуществить переход на качественно новый уровень управления, планирования и ведения лесного хозяйства.

Однако для грамотного управления ресурсами, стратегического и текущего планирования на государственном и региональных уровнях уполномоченным органам крайне необходимо знать точную и адресно привязанную информацию об имеющихся лесных ресурсах.

Действующая в России система лесоучет-ных работ была разработана в 70-80 годы 20 в. В свете новых технологий, технических средств и методов учета лесных ресурсов многие её элементы значительно устарели. Основными недостатками существующей системы учета являются:

а) крайне низкая информативность получаемых материалов;

б) отсутствие взаимосвязанного единства качественных экологических признаков (условий местопроизрастания и типов леса) с количественными признаками (таксационными показателями древостоев).

На сегодняшний день при проведении государственной инвентаризации лесов, лесоустройства, отвода и таксации лесосек используют 4 вида нормативов:

1) таблицы хода роста;

2) стандартные таблицы;

3) сортиментные таблицы;

4) товарные таблицы.

По ним определяется продуктивность отдельных деревьев и древостоев, их сортиментная и товарная структура.

В определенное время развития лесного хозяйства эти нормативы сыграли очень весомую и значимую роль в познании закономерностей роста, самоизреживания и продуктивности дре-востоев. Неоднократные попытки увязать их друг с другом, объединив в единый системный комплекс нормативов, успехов не имели. Утвердившиеся в теории таксации леса понятия и закономерности стали считать фундаментальными и незыблемыми. В связи с этим в мировом лесном хозяйстве таксационные нормативы не претерпевали существенных изменений в течение многих десятилетий.

Однако сегодня для лесоводов бесспорным является тот факт, что действующие в каждом лесном районе местные таблицы хода роста (ТХР) не отображают возрастной динамики роста конкретных насаждений. Этот норматив является статичным и условным, так как характеризует совокупность максимально сомкнутых, чистых по составу древостоев разного возраста. Особо следует отметить то, что в основном ТХР составлены по классам бонитета, которые абсолютно не отображают экологических условий произрастания лесов.

В связи с этим в научных кругах сформировалось твердое убеждение в том, что путь составления нормативов на бонитетной основе является схематичным и тупиковым. А самое главное - этот путь по своим научно-методическим принципам не в состоянии учесть всего разнообразия возрастной, вертикальной, горизонтальной и породной структуры насаждений.

Поставленная ещё в 80-х годах 20 в. задача по переводу нормативов с бонитетной основы на экологическую (почвенно-типологическую) до сих пор не решена.

Современный уровень развития науки и техники позволил получить инновационную технологию лесоучетных работ на основе информационно-справочных систем (ИСС), которые на несколько порядков информативнее прежних нор-

Рис. 1. Процесс ввода данных

Рис. 2. Таблица итоговых значений таксационных показателей и их распределение по элементам леса

Рис. 3. Выбор диаграммы для демонстрации распределений и таксационных закономерностей

мативов. Предлагаемая система вобрала в себя принципиально новые методические решения,

позволившие объединить все нормативы в единый комплекс.

ИСС представляет собой единую систему таксационных нормативов по элементам леса на экологической основе и предназначена для актуализации текущего состояния древостоев, их таксационного строения по элементам леса. Она включает в себя следующие компоненты:

^ многомерные модели взаимосвязи средних и верхних высот, средних диаметров элементов леса с типами лесорастительных условий, классом бонитета, полнотой, составом древостоев;

^ многомерные модели обезличенного объёма, объёма деревьев по категориям крупности, дровам и отходам в зависимости от толщины и высоты деревьев разного возраста;

^ многомерные модели биологической продуктивности деревьев по массе стволов, коры, ветвей, хвои (листвы), корням в зависимости от толщины и высоты деревьев разного возраста;

^ распределение числа деревьев, суммы площадей сечения, обезличенного запаса, запаса деловой, крупной, средней, мелкой древесины, дров и отходов, биомассы стволов, коры, ветвей, хвои (листвы), корням по толщине деревьев.

Работа с информационно-справочной системой проста и позволяет существенно ускорить решение многих практических и научных задач в инвентаризации лесов, лесоустройстве, экономике лесного хозяйства и лесной промышленности. На рис. 1-7 представлен интерфейс и фрагменты работы справочной системы.

Представленные в таблице отклонения значений таксационных показателей, полученных по ИСС, от фактических данных свидетельствуют о достаточно высокой точности новых нормативов, соответствующей требованиям натурной таксации древостоев.

Сочетание информационно-справочных нормативов нового поколения с современными технологиями дистанционного зондирования Земли - лазерной локацией, цифровой аэрофото-и видеосъемкой, спутниковой навигацией и геопозиционированием, интегрированных в геоинформационные системы, позволит существенно сократить затраты на инвентаризацию и дистан-

№ 1

52

ционный мониторинг лесных экосистем. При этом будет значительно повышена производительность работ по получению актуализированных данных, многократно повышена их информационная составляющая и точность.

На сегодняшний день наиболее точная, высокопроизводительная и относительно недорогая технология предлагается на базе авиасъемочного компьютеризированного комплекса «ГОМ-200». Указанный комплекс разработан компанией ¡СЛЯОБ ОЕОБУБТЕМБ и дополнительно включает в себя пакет сертифицированных программных продуктов.

Совмещение указанной технологии с используемыми в лесном хозяйстве геоинформационными системами позволяет получить весь необходимый набор данных для автоматического запуска предложенной информационно-справочной системы.

В результате дешифрирования изображений программным комплексом «ГОМ-200» и актуализации таксационных показателей с помощью информационно-справочной системы представляется возможным получить любое желаемое графическое изображение объектов и сформировать по ним информационную базу данных по всему известному в лесном хозяйстве спектру количественных и качественных показателей.

Дополнительно указанная технология дистанционного зондирования позволяет обеспечить:

1. Авиасъемку и обработку данных с производительностью до 400 км2 за 1 ч светового дня, а также создание ситуационных карт состояния лесной растительности на больших территориях в масштабном ряду от М 1:500 до М 1:10 000 с одновременным проведением съемки в видимом и тепловом диапазонах.

2. Определение по заданным алгоритмам отклонений в росте насаждений, выявление аномалий и ранних диагностических признаков заболеваний и повреждений деревьев и насаждений.

3. Своевременное получение данных о концентрации ресурсов для оперативной оптимизации расходов на выполнение мероприятий по защите, охране леса от пожаров и других стихийных бедствий.

Рис. 4. Графическое представление таксационных закономерностей

7Г

-

. НКЬ— " лшш

Рлспрйдагмнш ыщикрупкшйдэыъдадидрвнвсиыигчрии^счы Тфл1фши Дгр»*ч>»» ЛК* > 4Р4СГ1 ГО л*г {СЛМИ1 10 ПОТ

ННС нпли СРЕ£|-ЕИ № 14С11М1И ДР« Н Ы П I Н Г. ЯСС ! У ТОЛЩНЬЬг   ллл^лппх №-1  |гл*|4| * Юлат I ¿.1-1_ ..п .

Рис. 5. Графическое представление таксационных закономерностей

Рис. 6. Графическое представление таксационных закономерностей

Использование аэросъемочного комплекса «ГОМ-200» не требует специального переоборудования авиабортов и существенно отличается от спутниковых изображений своей актуальностью, высоким пространственным разрешением и точностью топопривязки полноцветных изображений.

Основной целью использования предлагаемой технологии является сбор, хранение и оперативная выдача информации для ее эффективного и своевременного использования на различных уровнях принятия и исполнения решений.

Таким образом, внедрение методов ДЗЗ нового поколения в сочетании с информационно-справочными системами многомерных лесотак-сационных нормативов позволит получить полную и достоверную информацию о древесных и недревесных ресурсах леса и их санитарного состояния. Наряду с этим, использование этой технологии позволит обеспечить высокую эффективность инвентаризации лесов, лесного планирования, контроля использования лесов, а также определить оптимальную стратегию управления лесами и тем самым сделать лесную отрасль более эффективной.

Отклонения средних высот и запасов по ИСС от фактических данных по Московской обл.

Элемент леса Число выделов Отклонения, %

по средней высоте по запасу

систематическая случайная систематическая случайная

Сосна 7470 0,022 6,96 -0,024 18,18

Ель 19512 -0,09 7.76 -0,04 20,87

Дуб высокоствольный 938 -0,03 8,79 0,04 18,43

Дуб низкоствольный 392 -0,02 8,69 -0,02 17,79

Липа 51 -0,02 5,77 0,09 23,28

Береза 5787 0,06 7,24 0,08 13,45

Осина 19596 -0,04 7,24 -0,06 21,09

Ольха черная 3450 0,03 7,16 0,09 13,74

Ольха серая 7935 -0,01 7.76 0,07 21,32

Ива древовидная 1130 -0,09 14,89 0,03 25,28

Распрмамнм Аифмксмитмил« «нес*» >епш»*ымртма  »•ЧИТИ ЛПЯ 1 НфКН » ЛП (ЫИ11] » Н Л*Т

Рис. 7. Графическое представление таксационных закономерностей

4. Оценку влияния пожаров и природных стихийных бедствий на состояние древесной растительности.

5. Выявление незаконной лесозаготовительной деятельности в лесах в установленные сроки.

6. Демонстрацию эффективности природоохранных проектов и обоснование выделения дополнительных средств на их реализацию.

54

№ 1