СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫДЕЛА ЛЕСА ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛЕСНОЙ КАРТЫ
METHOD FOR MEASUREMENT OF FOREST ALLOTMENT FOR ELECTRONIC THEME FOREST MAP

Изобретение относится к экологическому и технологическому мониторингу лесов, в частности к информационному предпроектному обоснованию проекта освоения лесов, и может быть использовано в ходе дендроэкологического мониторинга при оценке древостоев различного возраста и качества. Способ может быть также использован для обоснования экологических требований и технологических требований к выбору рациональных технологических процессов рубок ухода за лесом, причем заблаговременно до проведения самих рубок. Применительно к экологическому мониторингу лесных территорий изобретение может быть также использовано при экологической сертификации особо охраняемых территорий (национальные парки, заповедники, зоны отдыха и туризма, природные памятники и др.).
Известен способ измерения дерева по патенту 2224418, МКИ А01G 23/02, включающий выбор базовой точки, измерение расстояния до дерева, выбор наблюдаемой характерной точки на дереве, вычисление угла поворота и угла наклона наблюдаемой характерной точки дерева от нуль-пункта, вычисление ширины и высоты до наблюдаемой характерной точки дерева от нуль-пункта, причем геодезическую привязку нуль-пункта выполняют относительно середины диаметра корневой шейки дерева, а координаты всех наблюдаемых характерных точек дерева измеряются относительно нуль-пункта по координатной сетке с началом, расположенным в середине диаметра корневой шейки.
Недостатком является невысокая точность привязки отдельных деревьев при построении тематической лесной карты выдела леса и невозможность взаимной увязки результатов измерений деревьев совместно с пнями, расположенными на выделе леса, так как после измерений теодолитом практически трудно увязать в единую координатную сеть деревья и пни на выделе. Результаты измерений дают высокую погрешность при нанесении на карту участка леса в виде выдела, и трудно получить общую электронную карту взаимного расположения оставленных после рубок деревьев и пней (через некоторое время делянка от рубки ухода снова становится частью выдела леса).
Известен также способ измерения растущих деревьев по патенту №2229127, G01N 33/46, А01G 23/00, включающий визуальный осмотр деревьев, закладку пробной площадки шириной не менее 20 м, на пробной площадке размечают ленты шириной не менее 10 м и количеством не менее 5 шт., на которых сосчитывают деревья и пни, измеряют расстояния между ними и другие таксационные показатели у деревьев, затем проводят анализ распределения значений таксационных показателей деревьев выявлением эмпирических зависимостей по лентам.
Недостатком является высокая трудоемкость и низкая точность измерений местоположений деревьев и пней на выделе леса и расстояний между ними. Высокая неопределенность пространственного положения деревьев и пней на выделе не позволяет составить тематическую лесную карту, требуемую по лесохозяйственному регламенту в соответствии с новым лесным кодексом России. Кроме того, недостатком также является неопределенность измерения всего выдела леса, так как места закладки постоянных (визирными столбами) или временных (колышками) пробных площадок выбираются в натуре визуально, а на электронной тематической лесной карте визуальный осмотр не позволяет точно определить как свойства всего выдела как единой лесной территории, так и местоположения выбираемых в геоинформационной системе (ГИС) данного выдела леса виртуальных (находящихся в памяти компьютера), временных (некоторых виртуальных пробных площадок, отобранных в ГИС и вынесенных на натуру геодезическими измерениями и забивкой колышков в вершинах лент временной пробной площадки) и постоянных (характерных виртуальных пробных площадок, вынесенных известными геодезическими измерениями в натуру с установкой хотя бы одного визирного столба) пробных площадок. Таким образом, в прототипе отсутствует пространственная привязка через ГИС временных и постоянных пробных площадок для экологического (слежение за лесной средой на таксационном выделе) или технологического (слежение за рубками леса в отдельных частях выдела леса и другими мероприятиями по разработанному лесохозяйственному регламенту) мониторинга.
Технический результат - повышение точности измерений пространственных местоположений временных и постоянных пробных площадок в натуре на территории таксационного выдела леса и повышение функциональных возможностей практического применения по лесохозяйственному регламенту электронной версии тематической лесной карты всего выдела.
Этот технический результат достигается тем, что способ измерения выдела леса для электронной тематической лесной карты, включающий визуальный осмотр деревьев и пней, закладку пробной площадки шириной не менее 20 м, разметку на пробной площадке лент шириной не менее 10 м и количеством не менее 5 шт., на которых сосчитывают деревья и пни, измеряют расстояния между ними и другие таксационные показатели у деревьев, отличается тем, что после визуального осмотра выдела измеряют местоположения различных природных и антропогенных объектов и по данным измерений и таксационных показателей выдела леса деревьев и пней составляют электронную тематическую лесную карту с текстовыми и цифровыми сведениями об отдельных участках и в целом о выделе леса, а также деревьев и пнях на каждом лесном участке выдела в виде существующих временных и постоянных пробных площадок, объединенных в виде геоинформационной системы на базе электронной тематической лесной карты, затем в масштабе электронной карты выбирают виртуальную пробную площадку в виде масштабной сетки с принятым количеством виртуальных лент, после этого виртуальную пробную площадь на экране компьютера размещают на электронной карте выдела или его части, причем около края лесной дороги или края выдела леса виртуальные пробные площадки размещают перпендикулярно оси лесной дороги или края выдела и его частей, после этого подсчитывают количества деревьев и пней на каждой ленте всех виртуальных площадок, созданных на базе прошлой информации о существующих на измеряемом выделе леса в натуре временных и постоянных пробных площадках, причем на приграничных лентах определяют часть площади ленты, занятой деревьями и пнями, и вычисляют плотность размещения деревьев и/или пней на этих лентах делением численности деревьев и/или пней на площадь ленты, занятой лесом, а при занятости лесом всей ленты площадь полных лент вычисляют как произведение ширины на длину ленты, после проведения всех вычислений на электронной карте и геоинформационной системе размещаются по всем неизмеренным частям выдела леса виртуальные пробные площадки, а из них выбираются те виртуальные пробные площадки, которые в полевых условиях будут вынесены геодезическими измерениями в натуру в виде дополнительных к существующим временных или постоянных пробных площадок на выделе леса для проведения во времени роста и развития деревьев последующих циклов измерений и испытаний растущих деревьев и пней.
За характерные точки на измеряемых геодезическими приборами и лазерным дальномером, а также приемниками спутникового наведения, местоположений дополнительных к существующим временных и постоянных пробных площадок, выносимых в натуру из отобранных на электронной карте выдела леса виртуальных пробных площадок, принимаются геодезические координаты на электронной тематической лесной карте угловых точек выбранных для выноса в натуру виртуальных пробных площадок, причем с последующей установкой на территории выдела леса визирных столбов.
Для образования геодезической сети всего выдела леса, а также последующего натурного расположения дополнительных временных или постоянных пробных площадок с лентами шириной не менее 10 м и количеством не менее 5 шт. на электронной тематической лесной карте виртуальные пробные площадки располагают также от краев лесных прогалин, опушек леса, участков леса в виде болот и лугов, водных объектов в виде озер, лесных речек и ручьев, ключей и прудов, лесных объектов в виде вырубок и посадок леса, хозяйственных построек с учетом их буферной зоны отчужденной лесной земли, а также хозяйственных построек и инженерных лесозащитных сооружений под пологом и вне полога растущих деревьев.
Для постепенного максимального заполнения территории выдела леса результатами измерений, вносимых в геоинформационную систему, виртуальные пробные площадки на участках выдела леса состыковывают на электронной тематической лесной карте друг с другом, а при отсутствии подробных данных о деревьях и пнях по виртуальным пробным площадкам указывают главную породу деревьев на выделе леса с показом на электронной карте рядов деревьев главной породы, причем эти ряды располагают в соответствии с расчетной плотностью размещения растущих деревьев главной породы по классу возраста древостоя, а после отбора виртуальных пробных площадок для выноса в натуру в виде временных или постоянных пробных площадок измерения деревьев и пней выполняют на этих вынесенных в натуру пробных площадках, причем при выносе в натуру временных пробных площадок на вершинах лент забивают колышки и устанавливают хотя бы один визирный столб в углу временной пробной площадки, а при выносе в натуру постоянных пробных площадок по четырем углам каждой постоянной пробной площадки устанавливают визирные столбы, кроме того, для последующих измерений деревьев и пней на территории лент временных и постоянных пробных площадок визуально отбирают базовые опорные точки в виде колышков среди растущих деревьев или базовых пней от ранее срубленных деревьев.
Над базовой опорной точкой в виде колышка или базового пня устанавливается штатив с триггером для выравнивания линий визирования в горизонтальной плоскости, затем на штатив с триггером монтируется станция спутникового наведения в виде GPS-приемника или отечественного ГЛОНАС-приемника, причем для одновременного точного измерения местоположений смежных базовых опорных точек устанавливаются не менее двух станций спутникового наведения в виде GPS-приемников, а после окончания процесса спутникового наведения и снятия GPS-приемников со штативов с триггерами на эти же штативы с триггерами устанавливают буссоли с лазерными рулетками, а на смежных с измеренными базовыми опорными точками еще не измеренных базовых опорных точках закрепляют дополнительно не менее двух штативов с триггерами, после этого процессы закрепления четырех штативов с триггерами с двумя GPS-приемниками и двумя комплектами буссоли с лазерным дальномером повторяют до тех пор, пока на выделе или делянке не будут охвачены измерениями все визуально выделенные базовые опорные точки в виде колышков или базовых пней.
После камеральной обработки табличные данные из всех журналов измерений деревьев и пней на всех временных и постоянных пробных площадках, а также измерений объектов, находящихся на выделе леса, вносят в электронные таблицы Excel в стандартной форме, затем в полученной таблице Excel рассчитывают координаты местоположений измеренных деревьев и пней в горизонтальной плоскости относительно северного геодезического направления, причем относительно каждой станции спутникового наведения на исследуемом участке площади выдела леса, по известным из геодезической практики зависимостям с учетом магнитного склонения и поправок на диаметры растущих деревьев и для того, чтобы вставить полученный массив данных в типовую геоинформационную систему «Карта 2000», создают модуль конвертации данных в компьютерной программе MS Access, в которой формируют текстовые документы обменного формата *.txf для создаваемой геоинформационной системы выдела леса, при этом на основе полученного файла цифровых и текстовых данных строят электронную тематическую лесную карту с нанесенными на ней деревьями, пнями и позициями станций GPS-приемников по каждому выделу или делянке, а также объектами на площади выдела леса, затем исходя из визуально выбранного по крайней мере одного характерного места на территории выдела леса на электронной карте наносят контуры каждой измеренной временной или постоянной пробной площадки с лентами леса, затем подсчитывают на каждой ленте каждой измеренной пробной площадки количество деревьев и пней, а также выявляют схему расположения на выделе леса биогруппы деревьев, расположения природных или антропогенных объектов, при этом по каждому измеренному дереву на каждой временной или постоянной пробной площадке вносят данные о диаметре его ствола и высоте, а также данные другой семантической информации, необходимой для дальнейшей работы по дендроэкологическому и технологическому мониторингу с использованием созданной геоинформационной системы выдела или групп выделов леса.
Сущность технического решения заключается в том, что по мере повторных измерений выдела и его частей совершенствуется электронная тематическая лесная карта и соответствующая ей геоинформационная система измеряемого выдела и множества выделов участкового лесничества.
Сущность заключается также в том, что вводится новое понятие виртуальная пробная площадь как геодезическое и одновременно таксационное отражение в масштабе электронной тематической лесной карты. При пространственном изображении измеряемый выдел превращается в модель лесного участка, причем легко можно получить и физическую модель в виде настольного макета выдела леса со всеми имеющимися в натуре природными и антропогенными объектами.
Сущность также заключается в том, что эти компьютерную и физическую модель можно постепенно совершенствовать, превращая виртуальные пробные площадки, после вынесения некоторых из них в натуру существующими лесоустроительными мерами, в дополнительные к существующим временные и/или постоянные пробные площадки. При этом виртуальные, временные и постоянные пробные площадки можно располагать не только перпендикулярно лесной дороге, как это было в прототипе, а под разным углом к любому объекту, имеющемуся на выделе леса или же на территории нескольких лесных выделов.
Положительный эффект заключается в высокой точности измерений выдела леса и находящихся на нем объектов, в том числе и местоположений деревьев и пней, спутниковым наведением и дополнением их наземными измерениями с помощью лазерного дальномера и других геодезических приборов. Работы по измерениям выполняются в статическом режиме циклами измерений во времени. При этом время на каждую станцию спутникового наведения типа GPS-приемника по определению координат окружающих эту станцию деревьев и пней составляет от 15 до 45 минут. Продолжительность съемки под пологом леса в большинстве случаев зависит от высоты расположения и сомкнутости крон деревьев, то есть чем больше просветов между кронами и чем меньше угол связи спутника и GPS-приемника, тем сбор информации по времени измерений осуществляется быстрее. Точность измерений повышается с одновременным использованием двух GPS-приемников и двух комплектов «буссоль + лазерный дальномер». Наилучшим вариантом является применение трех комплектов указанных приборов, которые позволят относительно быстро определять пространственные координаты любых находящихся на территории выдела или нескольких выделов леса природных и антропогенных объектов, в том числе деревьев и пней на неизмеренных временных или постоянных пробных площадках.
Совокупность отличительных признаков обладает новизной и положительным эффектом, а также простотой реализации в условиях лесничеств и их участковых лесничеств.
В научно-технической и патентной литературе материалов, порочащих новизну технического решения, не обнаружено.
На фиг.1 показана схема совмещения на части выдела, показанной на электронной тематической лесной карте, аналитической сетки виртуальной пробной площадки с лентами размером 10×20 м; на фиг.2 - то же на фиг.1 после совмещения аналитической сетки с измеряемой частью выдела на электронной карте измеренными местоположениями деревьев и пней; на фиг.3 показано условное представление деревьев ели второй группы возраста на электронной тематической лесной карте в ГИС "Карта 2000"; на фиг.4 - то же на фиг.3 деревьев сосны четвертой группы возраста; на фиг.5 - то же на фиг.3 деревьев ясеня пятой группы возраста; на фиг.6 приведен фрагмент электронной карты расположения деревьев и пней на части выдела (в увеличенном масштабе) в ГИС «Карта 2000» со станцией над базовым пнем и положение GPS-приемника геодезического класса «Stratus» спутникового наведения между пнями и деревьями; на фиг.7 приведена схема привязки двух базовых опорных точек для GPS-приемников с ориентацией с помощью буссоли относительно северного геодезического направления, причем с показом линии увязки по опорным точкам измерений лазерным дальномером; на фиг.8 изображено расположение лент виртуальной пробной площадки на электронной карте исследуемого участка выдела леса; на фиг.9 приведен общий вид электронной карты Кокшамарского лесничества Кокшайского лесхоза Республики Марий Эл; на фиг.10 приведена схема взаимосвязи таблиц таксационного описания древостоев различных выделов леса или же отдельных участков крупного выдела в базе данных Access.
Способ измерения выдела леса для электронной тематической лесной карты, например, на части выдела в виде делянки до рубки клейменных лесоводами и поэтому отведенных для удаления из леса деревьев включает следующие действия.
До применения предлагаемого способа выполнены измерения деревьев и пней на всем выделе 1 и определены участки выдела для отвода в виде делянок. После обработки всех данных из журналов результатов измерений построена электронная тематическая лесная карта, например, в ГИС «Карта-2000».
На электронной карте к части выдела, например, в виде отведенного в рубку участка леса, то есть делянки, подводится на экране компьютера виртуальная пробная площадка 2 шириной не менее 20 м, причем в частном случае она расположена перпендикулярно от края лесной дороги. Эта виртуальная пробная площадка заранее размечена на ленты шириной не менее 10 м и количеством не менее 5 шт. На краях выдела из-за неправильной геометрической формы могут оказаться ленты, не полностью заполненные территорией части таксационного выдела 3 и 4. Для таких участков леса определяется площадь ленты, которая будет меньше 0,02 га при точных размерах всех лент 10×20 м виртуальной пробной площадки. Поэтому в статистических расчетах принимается не количество деревьев или пней на ленте, а плотность распределения деревьев и пней по всем лентам виртуальной (а затем после выноса в натуру временной или постоянной) пробной площадки.
При условных обозначениях плотности распределений деревьев 5 внутри лент (фиг.3, фиг.4 и фиг.5), в зависимости от класса возраста древостоя по главной породе деревьев, образуются различные изображения этих деревьев. Такой случай будет характерным и частым на первых порах внедрения в участковых лесничествах лесохозяйственных регламентов и электронных тематических лесных карт. Вначале будет мало данных о каждом дереве на выделе, а число деревьев 5 и пней 6 на временных и постоянных пробных площадках будет явно меньшим общего количества деревьев и пней на всем выделе леса. Поэтому виртуальные пробные площади, на электронной карте размещаемые в любом месте на карте выдела, а не на готовых временных или постоянных пробных площадках, будут довольствоваться равномерным распределением деревьев так, как это показано на фиг.3, фиг.4 или фиг.5.
На временной или постоянной пробной площадке, уже имеющейся на выделе, для создания более подробной электронной карты используются GPS-приемники 7 с визирной линией 8 лазерного луча между ними от лазерного дальномера (фиг.6 и фиг.7).
На временных или постоянных пробных площадках, заложенных перпендикулярно от края лесной дороги, а после перенесения в натуру виртуальных пробных площадок под любым углом к лесной дороге и вдали от ее края, выполняют измерения деревьев и пней на всех заложенных временных и постоянных площадках на одном выделе леса. Для этого над выбранным базовым пнем устанавливается штатив с триггером, позволяющим выравнивать в горизонтальной плоскости лазерные лучи визирования лазерным дальномером. Затем на штатив с триггером устанавливается GPS-приемник 7 спутникового геодезического наведения, а после проведения измерений он заменяется на буссоль с лазерной рулеткой. Для повышения производительности измерений одновременно могут работать два GPS-приемника и два комплекта «буссоль + лазерный дальномер». Наилучшим вариантом точного определения местоположения станций GPS-приемника является использование комплекта из трех одновременно работающих GPS-приемников.
При наведении двумя GPS-приемниками (фиг.6) образуется линия 8 увязки станций спутникового наведения. При том координаты базовых опорных точек вычисляются с высокой точностью спутникового наведения двумя GPS-приемниками. После уточняющих поправок получаются точные координаты каждой базовой опорной точки с GPS-приемником.
Затем на электронной карте (фиг.9 и фиг.10) наносятся границы 2 виртуальной пробной площадки (фиг.6), причем на делянке может быть виртуально заложено достаточное множество пробных площадок с количеством лент не менее пяти. Причем эти площадки могут быть размещены не только около лесной дороги, но и в других местах выдела без строгой ориентации относительно оси лесной дороги.
При необходимости закладки временной пробной площади в натуре применяются известные геодезические приемы с забиванием колышек по вершинам лент, а при выносе в натуру постоянной пробной площади используются геодезические методы лесоустройства с закладкой на вершинах пробной площадки хотя бы одного визирного столба с отметками о сведениях по конкретной постоянной пробной площадке.
Способ измерения выдела леса для электронной тематической лесной карты реализуется, например, на части выдела с последующей закладкой постоянной пробной площадки с лентами размерами 10×20 м следующим образом.
Пусть по требованиям лесохозяйственного регламента и проекта освоения лесов необходимо заложить постоянную пробную площадку внутри выдела вдали от лесной дороги, причем без пространственной ориентации относительно лесной дороги.
Исходным условием становится наличие хотя бы грубой электронной тематической лесной карты данного измеряемого выдела леса. Такая предварительная электронная карта может быть составлена по имеющимся в конторе участкового лесничества таксационным данным о всех выделах каждого квартала леса по данным очередного лесоустройства.
Тогда на электронной карте выдела 1, на экране компьютера изображенной в некотором масштабе, выбирается место для размещения границ виртуальной пробной площадки 2, которая имеет такой же масштаб изображения на экране компьютера, как и весь выдел (фиг.1).
Если принять, что виртуальная пробная площадь имеет размеры 20×60 м, разделенная на шесть лент размерами 10×20 м, то возможно наложить на исследуемый участок выдела, на котором предполагается в последующем заложить постоянную пробную площадь, шестисекционную сетку (фиг.2).
Пусть на измеряемом выделе леса до построения электронной карты уже существуют временные и постоянные пробные площадки.
Для построения предварительной электронной карты после визуального осмотра выдела измеряют местоположения различных природных и антропогенных объектов и по данным измерений и таксационных показателей выдела леса деревьев и пней составляют электронную тематическую лесную карту с текстовыми и цифровыми сведениями об отдельных участках и в целом о выделе леса, а также деревьях и пнях на каждом лесном участке выдела в виде существующих временных и постоянных пробных площадок.
Вся имеющаяся информация объединяется в виде геоинформационной системы на базе электронной тематической лесной карты.
Затем в масштабе электронной карты выбирают виртуальную пробную площадку 2 в виде масштабной сетки с принятым количеством виртуальных лент, после этого виртуальную пробную площадь на экране компьютера размещают на электронной карте выдела или его части 1, причем около края лесной дороги или края выдела леса виртуальные пробные площадки размещают перпендикулярно оси лесной дороги или края выдела и его частей, после этого подсчитывают количества деревьев и пней на каждой ленте всех виртуальных площадок, созданных на базе прошлой информации о существующих на измеряемом выделе леса в натуре временных и постоянных пробных площадках, причем на приграничных лентах определяют часть площади ленты, занятой деревьями и пнями.
Затем вычисляют плотность размещения деревьев 5 и/или пней 6 на этих лентах делением численности деревьев и/или пней на площадь ленты, занятой лесом, а при занятости лесом всей ленты площадь полных лент вычисляют как произведение ширины на длину ленты, после проведения всех вычислений на электронной карте и геоинформационной системе размещаются по всем неизмеренным частям выдела леса виртуальные пробные площадки, а из них выбираются те виртуальные пробные площадки, которые в полевых условиях будут вынесены геодезическими измерениями в натуру в виде дополнительных к существующим временных или постоянных пробных площадок на выделе леса для проведения во времени роста и развития деревьев последующих циклов измерений и испытаний растущих деревьев и пней.
За характерные точки на измеряемых геодезическими приборами и лазерным дальномером, а также приемниками спутникового наведения, местоположений дополнительных к существующим временных и постоянных пробных площадок, выносимых в натуру из отобранных на электронной карте выдела леса виртуальных пробных площадок, принимаются геодезические координаты на электронной тематической лесной карте угловых точек, выбранных для выноса в натуру виртуальных пробных площадок, причем с последующей установкой на территории выдела леса визирных столбов.
Для образования геодезической сети всего выдела леса, а также последующего натурного расположения дополнительных временных или постоянных пробных площадок с лентами шириной не менее 10 м и количеством не менее 5 шт. на электронной тематической лесной карте виртуальные пробные площадки 2 располагают также от краев лесных прогалин, опушек леса, участков леса в виде болот и лугов, водных объектов в виде озер, лесных речек и ручьев, ключей и прудов, лесных объектов в виде вырубок и посадок леса, хозяйственных построек с учетом их буферной зоны отчужденной лесной земли, а также хозяйственных построек и инженерных лесозащитных сооружений под пологом и вне полога растущих деревьев.
Для постепенного максимального заполнения территории выдела леса результатами измерений, вносимых в геоинформационную систему, виртуальные пробные площадки на участках выдела 1 леса состыковывают на электронной тематической лесной карте друг с другом, а при отсутствии подробных данных о деревьях 5 и пнях 6 по виртуальным пробным площадкам указывают главную породу деревьев на выделе леса с показом на электронной карте рядов деревьев главной породы, причем эти ряды располагают в соответствии с расчетной плотностью размещения растущих деревьев главной породы по классу возраста древостоя, а после отбора виртуальных пробных площадок для выноса в натуру в виде временных или постоянных пробных площадок измерения деревьев и пней выполняют на этих вынесенных в натуру пробных площадках.
Причем при выносе в натуру временных пробных площадок на вершинах лент забивают колышки и устанавливают хотя бы один визирный столб в углу временной пробной площадки, а при выносе в натуру постоянных пробных площадок по четырем углам каждой постоянной пробной площадки устанавливают визирные столбы, кроме того, для последующих измерений деревьев и пней на территории лент временных и постоянных пробных площадок визуально отбирают базовые опорные точки в виде колышков среди растущих деревьев или базовых пней от ранее срубленных деревьев.
Над базовой опорной точкой в виде колышка или базового пня устанавливается штатив с триггером для выравнивания линий визирования в горизонтальной плоскости, затем на штатив с триггером монтируется станция спутникового наведения в виде GPS-приемника или отечественного ГЛОНАС-приемника, причем для одновременного точного измерения местоположений смежных базовых опорных точек устанавливаются не менее двух станций спутникового наведения в виде GPS-приемников, а после окончания процесса спутникового наведения и снятия GPS-приемников со штативов с триггерами на эти же штативы с триггерами устанавливают буссоли с лазерными рулетками, а на смежных с измеренными базовыми опорными точками еще не измеренных базовых опорных точках закрепляют дополнительно не менее двух штативов с триггерами, после этого процессы закрепления четырех штативов с триггерами с двумя GPS-приемниками и двумя комплектами буссоли с лазерным дальномером повторяют до тех пор, пока на выделе или делянке не будут охвачены измерениями все визуально выделенные базовые опорные точки в виде колышков или базовых пней.
После камеральной обработки табличные данные из всех журналов измерений деревьев и пней на всех временных и постоянных пробных площадках, а также измерений объектов, находящихся на выделе леса, вносят в электронные таблицы Excel в стандартной форме, затем в полученной таблице Excel рассчитывают координаты местоположений измеренных деревьев и пней в горизонтальной плоскости относительно северного геодезического направления, причем относительно каждой станции спутникового наведения на исследуемом участке площади выдела леса, по известным из геодезической практики зависимостям с учетом магнитного склонения и поправок на диаметры растущих деревьев и для того, чтобы вставить полученный массив данных в типовую геоинформационную систему «Карта 2000», создают модуль конвертации данных в компьютерной программе MS Access, в которой формируют текстовые документы обменного формата *.txf для создаваемой геоинформационной системы выдела леса, при этом на основе полученного файла цифровых и текстовых данных строят электронную тематическую лесную карту с нанесенными на ней деревьями, пнями и позициями станций GPS-приемников по каждому выделу или делянке, а также объектами на площади выдела леса, затем исходя из визуально выбранного по крайней мере одного характерного места на территории выдела леса на электронной карте наносят контуры каждой измеренной временной или постоянной пробной площадки с лентами леса, затем подсчитывают на каждой ленте каждой измеренной пробной площадки количество деревьев и пней, а также выявляют схему расположения на выделе леса биогруппы деревьев, расположения природных или антропогенных объектов, при этом по каждому измеренному дереву на каждой временной или постоянной пробной площадке вносят данные о диаметре его ствола и высоте, а также данные другой семантической информации, необходимой для дальнейшей работы по дендроэкологическому и технологическому мониторингу с использованием созданной геоинформационной системы выдела или групп выделов леса.
Пример. Для сводки и сопоставления данных лесоустройств 1994 г. и 2004-2006 гг. была выбрана наиболее современная географическая информационная система «Карта 2000» КБ «Панорама». По аналогии она подобна ГИС «TopoL_L», но с более мощным географическим интерфейсом обработки и представления векторных объектов электронной карты с использованием различных проекций. Возможности программирования при этом аналогичны системе «TopoL_L».
Наиболее сложной задачей по конвертации данных являются данные лесоустройства 1994 г. в АРМ «Лесфонд», обменные форматы которого представлены в текстовом формате кодировки MS-DOS. С этой целью в лаборатории УНИРС «Землеустройство и земельный кадастр» была разработана программа преобразования и подготовки этих данных в обменные форматы, используемые в ГИС «Карта 2000», а именно *.sxf (*.sit), *.mif/*.mid и *.shp. Из всего многообразия обменных форматов данной системы был выбран формат *.sxf, в котором можно хранить координатную информацию по объектам с различной типологией и локализацией (точечный, площадной, линейный, символ и т.п.).
По своей структуре обменный формат *.sхf или *.sit (более старый формат) картографической информации является текстовым документом с кодировкой в Windows. При этом авторами был разработан классификатор объектов электронной карты, позволяющий легко идентифицировать лесохозяйственные объекты в электронной карте по породному составу и группе возраста (фиг.3, фиг.4 и фиг.5), что является новшеством в сфере визуализации таксационной информации на электронной карте.
В Excel выполняется расчет координат Х и Y по деревьям и пням относительно каждой станции на исследуемой площадке по известным из геодезической практики зависимостям с учетом магнитного склонения и поправок на диаметры деревьев.
Для того, чтобы вставить этот массив данных в ГИС «Карта 2000» был создан модуль конвертации данных в MS Access, в котором производилось формирование текстового документа обменного формата *.txf для данной ГИС. На основе данного файла получается электронная карта с нанесенными на ней деревьями, пнями и позициями станций GPS-приемника (фиг.6).
С помощью двух и более GPS-приемников можно быстро картографировать расположение всех элементов на выделе. На определение координат одной точки в режиме «Кинематика» требуется 5-20 сек.
В таблице приведены расчетные значения времени, затрачиваемого на позиционирование деревьев.
Таблица 1
Время для съемки ситуации GPS-приемников спутникового наведения
Количество точек измерений
Время, сек
минимальное
максимальное
среднее
10
50
200
125
100
59
209
134
1000
68
218
143
2000
77
227
152
При этом нужно учитывать время, затрачиваемое на переход от одной точки к другой и зависящее от скорости перемещения по лесу наблюдателя и расстояния между позициями GPS-приемников.
Формула для вычисления времени измерений имеет вид:
где t - время, необходимое для перехода от одной точки к другой, сек;
L - расстояние между точками наблюдения, м;
V - скорость перехода наблюдателя от одной точки к другой, м/сек.
После этого измеренные опытные данные обрабатываются в специальной программе на компьютере для уточнения полученных пространственных координат точек. При определении координат одним приемником требуется дополнительное оборудование: лазерная рулетка и буссоль либо электронный тахеометр.
В данном примере с помощью одного GPS-приемника возможно определение только опорных точек в течение 20-50 мин. Лазерной рулеткой и буссолью измеряются соответственно горизонтальные проложения и магнитные азимуты.
Координаты точек получаются в процессе камеральной обработки данных в электронных таблицах «Excel» по формуле
i
i
где х, у - координаты искомой точки, м;
0
0
x, y - координаты опорной точки, м;
Δx, Δy - линейные приращения координат, м, вычисляемые по формуле
где l - расстояние от опорной точки до исследуемого объекта, м;
Δl - поправка с учетом радиусов исследуемого объекта и опорной точки, м;
α - дирекционный угол, град.
Если на данном участке выдела были заранее измерены деревья и пни, то расстояние между любыми точками можно вычислить, решая обратную геодезическую задачу. Таким образом, на каждой ленте виртуальной пробной площади будет точное расположение всех исследуемых элементов насаждения, в частности растущих деревьев и пней (фиг.2).
Растущие деревья и пни неравномерно размещаются по территории площадки. Подсчет на каждой ленте количества деревьев до и после рубки, а также пней позволит вычислить различные показатели проекта освоения лесов, в частности освоения рубками ухода за лесом.
Определение координат точек GPS-приемником. Положение опорных точек в системе прямоугольных координат на исследумых площадках, пройденных рубками ухода (прореживание и проходные) и рубками обновления, определяется с помощью GPS-приемника геодезического класса «Stratus». На каждой пробной площадке закладывается 2-3 станции на расстоянии 20-40 метров друг от друга.
Работы выполняются в статическом режиме, поэтому время на каждую станцию по определению координат составляет от 15 до 45 минут. Продолжительность съемки под пологом леса в большинстве случаев зависит от высоты расположения и сомкнутости крон деревьев, то есть чем больше просветов между кронами и чем меньше угол связи спутника и GPS, тем сбор информации по времени осуществляется быстрее.
В связи с этим, работы на пробной площади выполняются сразу на двух станциях:
- на первой проводятся замеры расстояний и угол между направлением на север и центром дерева (пня) с помощью буссоли и лазерной рулетки;
- на второй - сбор данных по местоположению станции с помощью GPS-приемника.
При этом оба штатива с триггерами остаются на своих местах, а меняется только оборудование - GPS-приемник на буссоль и лазерную рулетку и наоборот.
Кроме определения направления и расстояний до деревьев и пней производилась привязка одной станции относительно другой с помощью буссоли для определения направления и лазерной рулетки для измерения расстояния до другой станции (фиг.7).
Затем данные с GPS-приемника через СОМ-порт передаются на компьютер в программу обработки данных «Spectrum Survey v3.3».
Для последующего моделирования размещения деревьев и пней необходимо разбить территорию пробной площади (виртуальной, временной или же постоянной) на равные прямоугольные ленты. В нашем случае их размеры составляют 10×20 метров. Данная процедура в ГИС «Карта 2000» выполняется при помощи имеющихся программных приложений (фиг.8). В итоге можно подсчитать на каждой ленте количество деревьев и пней, а также составить представление о существовавшей на площадке биогруппы деревьев.
В ходе конвертации картографических данных путем перерасчета координат в систему 42 года были получена карта Кокшамарского лесничества Кокшайского лесхоза Республики Марий Эл. Так, на фиг.9 представлен ее общий вид.
Конвертация таксационных данных по выделам из текстового формата таксационного описания проводилась при помощи программы, разработанной в MS Access.
При этом были получены следующие виды таблиц (фиг.10):
1) организации - наименования лесхозов и лесничеств, а также их идентификационный номер в коде объекта;
2) общая - таксационная информация выделов по площади, типу объекта, общему запасу на выделе и запасу древесины на 1 га с условием идентификации по коду объекта;
3) ярус - информация по ярусам древостоя на выделе, включающая такие показатели, как высота, породный состав, класс и группа возраста, бонитет, полнота, запас на 1 га, общий запас на выделе, объемы сухостоя, редин, единичных деревьев, захламленность общая и ликвидная с условием идентификации по коду объекта;
4) почва - информация по типу условий местопроизрастания (ТУМ) и типу леса с условием идентификации по коду объекта;
5) древостой - информация по каждой породе яруса по показателям: порода, возраст, высота, диаметр, класс товарности и запас на выделе с условием идентификации по коду объекта и ранжированию по записи.
Код объекта на выделе леса состоит из четырех составляющих и девяти разрядов (123456789): 789 - номер выдела; 456 - номер квартала; 3 - номер лесничества; 12 или 2 - номер лесхоза. Вся эта информация может быть включена в семантическое описание таксационных выделов.
По предварительно разработанным электронным тематическим лесным картам и ГИС выделов леса на основе применения предлагаемого технического решения появляется практическая возможность совершенствовать их по мере выноса виртуальных пробных площадок во временные, а затем и в постоянные пробные площади. Такая технология позволит оперативно проводить экологический и технологический мониторинг всей территории выдела по множествам циклов измерений в динамике роста и развития деревьев, причем с учетом активности (по абсолютным изменениям значений таксационных показателей) и интенсивности (по скорости изменений таксационных показателей на измеряемом выделе), а также идентифицировать устойчивые и математически описываемые закономерности поведения растущих деревьев по всем временным и постоянным площадкам на выделе леса и сравнивать с циклами фитопатологических испытаний растущих деревьев и пней.
Кроме этого ускоряется процесс выноса виртуальных пробных площадок в натуру с закладкой на выделе леса временных и постоянных пробных площадок для долговременного дендроэкологического мониторинга лесохозяйственного регламента и технологического мониторинга своевременного выполнения мероприятий по проекту освоения лесов.
Предлагаемый способ позволяет в динамичном режиме измерять таксационные выделы и их части с выносом на натуру временных и постоянных пробных площадок, а также учитывать в общей ГИС выдела и группы выделов леса результаты любых испытаний растущих деревьев и пней на изменения от последствий различных видов рубок, а также от влияния различных природных и антропогенных объектов, с сохранением сведений и результатов измерений об этих изменениях на дискретно уточняемой электронной карте и дискретно пополняемой ГИС выдела. Это и будет управлением ростом и развитием леса на выделе и на группе выделов с учетом влияния природных и антропогенных объектов.