Исследование ГИС-технологий в планировании оптимального освоения лесного фонда

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В ПЛАНИРОВАНИИ ОПТИМАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ ЛЕСНОГО ФОНДА

Мохирев А.П., Оськина Н.А., Пономарева Н.К.

Designed methods for designing the network of the timber roads with use modern GIS-technol ogy.

Леса являются одним из основных факторов благополучного социально-экономического развития не только отдельных регионов, но и сохранения устойчивости динамического равновесия биосферы в целом. Для этого выработаны следующие критерии поддержания продуктивной способности лесных экосистем, их санитарного состояния и жизнеспособности; поддержание социально- экономических полезностей длительного характера; сохранение биологического разнообразия и др. Данные критерии отражают основы научного лесопользования, прежде всего, принцип постоянства пользования лесом, обеспечивающий его неистощи-тельность и непрерывность при обязательном повышении устойчивости.

Неразвитость транспортной инфраструктуры, ориентирование на временный характер главного пользования большинства ЛЗП в условиях использования лесо-сырьевых баз на 30-40% (транспортно доступных участков леса), а также сплошные концентрированные рубки приводят к истреблению наиболее продуктивных и ценных в хозяйственном отношении лесов.

В Сибири, при всем ее богатстве лесными ресурсами, экономически и транс-портно доступными является только не более половины этих ресурсов. Прокладка лесовозных дорог производится только для текущих потребностей без долгосрочного планирования и прогнозирования динамики развития и освоения лесоэксплуатационного фонда. Поэтому необходимо было решить целый комплекс задач, среди которых одной из важнейших является задача использования ГИС-технологий в планировании оптимального освоения лесного фонда. Географическая Информационная Система - или ГИС - это, прежде всего компьютерная программа, позволяющая искать, просматривать, редактировать и распечатывать картографическую и связанную с ней описательную информацию. Последнюю называют обычно атрибутивной. Второй составляющей ГИС являются базы данных -хранилища, которые содержат в себе информацию о границах лесных участков и их характеристики. Как правило, это результат деятельности лесоустроительных предприятий. В нашем случае, если наименьшим объектом на карте является выдел, то атрибутивная информация - это таксационные описания, если квартал - поквартальные итоги. Если объектами анализа в ГИС являются лесничества или лесхозы, то в описательной части, как правило, итоги государственного учета лесов.

Целью решения этой задачи является разработка метода и программного обеспечения оптимизации схемы освоения лесосырьевой базы, обеспечивающей минимальные технологические и эксплуатационные затраты. При ее решении мы руководствовались системным подходом с учетом взаимосвязей всех основных факторов.

В связи с определившейся целью была поставлена следующая задача: проанализировать и систематизировать методы планирования оптимального освоения лесного фонда, проектирования сети лесохозяйственных дорог и выбрать методику проведения эксперимента;

Новизна работы состоит в том, что использована новая методика проектирования сети лесовозно-лесохозяйственнызх дорог. Апробация математической модели, показала, что модель учитывает динамику лесного фонда, очередность освоения на длительную перспективу по возрастной и породной структуре, позволяет определить экономическую доступность лесных участков, по критерию учета соотношения затрат и прибыли от реализации товара с данного участка, минимизирует общую протяженность дорог.

В Лесосибирском филиале сибирского государственного технологического университета разработан алгоритм и прикладная программа, которая позволяет не только получить оптимальную схему, но и учесть наличие уже проложенных дорог, особенности рельефа местности, наличие рек, болот. Мы предлагаем программу, которая будет использовать исходные данные с ГИС технологий. Программа основана на теории графов. Большая часть исходных данных выполняется программой. Формируемый при этом файл результатов в цифровой форме отображает транспортную схему и необходимую очередность строительства отдельных ее участков. Специальная программа позволяет получить графическую схему. Кроме того, программное обеспечение для расчета и построения схемы позволяет определить экономическую доступность участков леса. Недостаток данной программы заключается в большом объеме подготовительных предпрограммных работ. Первоначально исследуются таксационные показатели объекта исследования, объект делится на участки, находится объем и стоимость продукции каждого участка, затраты на лесозаготовки и т.п.

Разработанная методика проектирования схемы сети лесных дорог и определения экономической доступности участков лесного фонда, позволяет оперативно планировать и прогнозировать его разработку в краткосрочную и долгосрочную перспективу. Программа позволяет учесть экологически доступные участки лесного фонда.

В качестве примера использования ГИС в лесной отрасли рассмотрим программное обеспечение ГИС ARC/INFO.

Программное обеспечение ARC/INFO является мощным набором программных средств для создания и редактирования географических баз данных, для целей пространственного анализа, поиска, представления и управления данными. Эти средства могут использоваться для поддержки разнообразных функций управления лесными ресурсами, таких как: разработка долговременной стратегии поставок древесины, пятилетние прогнозы запасов, выбор системы лесозаготовки, расчет строительства дорог с минимальными затратами, проведение визуального ландшафтного анализа с наложением делянок, решение споров относительно границ собственности, установление границ естественных местообитаний, моделирование сценариев распространения лесных пожаров, осуществление тактического планирования по подавлению пожаров и многое другое. Программное обеспечение ARC/INFO может играть ключевую роль в решении этой прикладной задачи.

ARC/INFO запоминает как географическую, так и численную структуру лесов и, с помощью макроязыка ARC AML, связывает пространственную базу данных с моделями планирования, предоставляя полный контроль пользователю через графический интерфейс. Поэтому конечный пользователь может без труда просматривать базы данных, устанавливать параметры модели, наблюдать за результатами. ARC/INFO дает эффективную возможность добавлять важные параметры, как временные, так и пространственные, в процессе планирования управления. В рамках кадастра и модели можно наблюдать, как может выглядеть лес в будущем через 5, 10, 25 или 100 лет.

Топологически структурированная база данных программного обеспечения ARC/INFO дает важную информацию для пространственного моделирования лесов. Пространственные модели лесов используют как абсолютные, так и относительные географические привязки лесных массивов в проектировании и проверке стратегий лесозаготовок как части процесса планирования лесного хозяйства. Так как учитывается размещение отдельных лесонасаждений, можно создавать графики лесозаготовок и будущие участки, которые легко преобразовывать в карты. Одновременно с этим относительная географическая привязка дает возможность учесть экономические и естественно-природные особенности.

Прикладные средства ARC/INFO дают возможность планировщикам лесозаготовок в динамическом режиме задавать сроки доступа и расходы на транспортировку древесины в имеющейся кадастровой базе данных для разных вариантов прокладки дорог. В соединении с другими характеристиками лесонасаждений, такими как видовой состав и объемы деловой древесины, становится возможным анализ выгодности проекта сети дорог с точки зрения стоимости заготовленной древесины.

Другие прикладные задачи, решаемые пользователями ARC/INFO при планировании подходов к лесу и дорог, включают:

• анализ устойчивости поверхности и склонов;

• расчеты выемок и насыпей;

• анализ видимости;

• расчеты уравнения и нивелирования;

• исследования коридоров движения;

• оценки воздействия на природную среду;

• интеграция данных съемок с применением ARC/INFO COGO;

•анализ стоимостей и потоков с применением ARC/INFO NETWORK;

графическое отображение затрат на создание дорог на основе характеристик рельефа, склонов и поверхностей. Графическое отображение затрат на создание дорог на основе характеристик рельефа, склонов и поверхностей.

Технологии ГИС для лесного хозяйства молоды, еще не сформировался сколько-нибудь обширный опыт их использования. Но у них есть большая перспектива использования для автоматизации внесения изменений в таксационные описания и оптимизации управления лесным фондом в целом. С позиции разработчиков видится, что основным направлением их развития в ближайшее время будет улучшение интерфейса пользователя программ, повышение их надежности и увеличение степени автоматизации.