Методика применения навигационного комплекса «Garmin» и геоинформационной системы «Mapinfo» для решения задач лесоустройства

Лесное хозяйство

МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ НАВИГАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА «ОАРМШ»

И ГЕОИНФОРМАЦИОННОй СИСТЕМЫ «МАРШРО»

для решения задач лесоустройства

н. в. Соболев,

аспирант, Уральский государственный лесотехнический университет,

А. В. чечин,

кандидат технических наук, доцент,

нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, А. Г. МАГАСУМОВА,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент,

Уральский государственный лесотехнический университет

Положительная рецензия представлена В. А. Усольцевым, доктором сельскохозяйственных наук, профессором, заслуженным лесоводом России (Ботанический сад УрО РАН).

Ключевые слова: таксация, лесоустроительные работы, перечет, санитарное состояние, пробные площади, мониторинг, геоинформационные базы данных.

Keywords: forest inventory (forest estimation), forest estimation Cinventiry work, forest estimation Cinventory work, forest inventoru, sanitary status, permanent inventory peots, monitoring geoinformative databate.

Цель работы — ознакомить с опытом использования навигационного комплекса «Garmin GPSMAP 62S» («Garmin GPSMAP 60CSX») — ГИС «Mapinfo» в лесоустройстве.

С появлением приказа № 32 от 08.02.2010 г. «Об утверждении состава проекта освоения лесов и порядка его разработки», в разделе «Освоение лесов для осуществления рекреационной деятельности» утверждается, что необходим полный перечет деревьев на арендуемом лесном участке площадью до 10 га, с нанесением их на план-схему размещения [5]. Все это вызывает необходимость создания новых методов натурного учета деревьев и автоматизированных систем обработки данных с использованием новейшего оборудования и программ обработки геоданных. Для позиционирования могут быть использованы такие спутниковые навигационные системы, как GPS (США) и ГЛОНАСС (РФ). Описанная ниже методика может также использоваться и при других лесоустроительных работах.

В состав лесоустроительных работ входит натурная таксация насаждений, при которой необходимо в определенной точке лесного фонда собрать информацию о качественных и количественных характеристиках насаждений в соответствии с лесоустроительной инструкцией [1, 2]. В дальнейшем создаются таксационные описания выделов.

Одним из основных методов изучения и описания лесных насаждений является метод пробных площадей, при котором происходит описание выборки деревьев, для получения детальной информации по таксационной характеристике выдела, его санитарного состояния, ландшафтным и другим характеристикам в зависимости от целей исследования, согласно ОСТ 56-69-83 [4]. В настоящей публикации рассмотрен алгоритм работ по закладке пробных площадей для определения таксационных показателей выдела и создания схем размещения деревьев с использованием навигационного оборудования «Garmin GPSMAP 62S» и дальнейшей обработке данных для создания карт и базы геоданных в гео-информационной системе «MapInfo».

Подеревный перечет и создание схемы размещения деревьев.

Рассмотрим основные этапы работ.

1. Подготовительный этап. При подготовке работ по полному перечету деревьев на лесном участке изучают материалы прошлого лесоустройства для определения границ лесного участка, размещения выделов и учета таксационных характеристик насаждений. Для удобства поиска участка на местности ключевые точки границ могут быть закодированы в виде путевых точек и загружены в GPS-навигатор.

2. Полевые работы. После определения границ лесного участка в натуре, производится съемка каждого дерева GPS-навигатором путем создания маршрутной точки. При этом каждому дереву автоматически присваивается порядковый номер.

В процессе сбора данных выполняется кодирование информации. В окне «Характеристика маршрутной точки» последовательно указываются необходимые таксационные показатели: порода, возраст, санитарное состояние, диаметр, высота. Запись в навигаторе может выглядеть следующим образом: С-48-2-22-20. Очень важно соблюдать последовательность записи в каждой точке и использовать разделитель. Тире, на наш взгляд, оптимальный вариант, т. к. оно находится в одном окне с цифрами в GPS-навигаторе. В процессе определения координат необходимо начинать и заканчивать блок измерений на открытом месте на одной выбранной точке.

Для повышения точности определения координат деревьев рекомендуется использовать следующие технологии:

а) при помощи технологии GPS определять координаты на открытых местах, а в лесном массиве использовать угловые и дальномерные приборы (теодолит, лазерный дальномер и т. д.), с обязательным замыканием линейно-углового хода на известные точки;

б) использовать стандартные технологии геодезических измерений: статические и кинематические съемки GPS, одновременно работающие базовые станции и роверы [8], исходные пункты триангуляции и полигоно-метрии, электронные тахеометры.

Высокая точность необходима при проведении работ по ГИЛ (государственная инвентаризация лесов). Однако, согласно приказу № 32 от 10.02.2010 г. «Об утверждении состава проекта освоения лесов и порядка его разработки», требуется схема размещения деревьев без точных привязок.

3. Обработка и импорт данных в ГИС «Mapinfo».

Маршрутные точки и маршруты (треки) в GPS-навигаторе «Garmin GPSMAP 62S» формируются в виде файлов gpx (маршрутные точки) и gdb (треки). Основным файлом, где хранится информация о деревьях, является файл «Маршрутные точки». Файл «Треки» сохраняет маршруты движения. Выгрузка информации с навигатора происходит в программу «MapSource». После открытия исходного файла «Маршрутные точки» выполняется его пересохранение в формат dxf для дальнейшего создания плана.

Далее полученные файлы маршрутных точек и треков импортируется в программу «Mapinfo». В процессе импорта задается проекция «Долгота-широта WGS84». В окне «DXF импорт» таблицы указывается «Перенести атрибуты» (из данного формата переносится только уникальный код точки). Импортированный слой сохраняется как копия под новым именем, например «ДЕРЕВЬЯ». Затем изменяется структура таблицы: название поля ID — на «Номер», сохранив тип поля «Целое». Создается еще одно поле — «Характеристика», тип поля — символьное, в соответствии с записью полей в GPS-навигаторе («Номер», «Характеристика»).

При создании своих слоев используется проекция: категория «UTM» — проекция Меркатора (WGS84), проекция «UTM» с соответствующей зоной (например Россия, Нижегородская область — 38 Северное полушарие (WGS84)) [9].

Для импорта атрибутов в созданный файл необходимо снова в программе «MapSource» исходный файл «Маршрутные точки» сохранить в формате txt, например, под именем «ПЕРЕЧЕТ». Открыть его в «Блокноте» и стереть описание шапок до «Header Name» (название колонок необходимо оставить без свободных строк). В полученном текстовом файле в последовательности кодирования, например «С-48-2-22-20», выполняется замена «-» на нужный разделитель (например «Tab», через меню «Правка > Заменить»). В первую строчку вставляются нужные столбцы через разделитель. Затем этот файл нужно открыть в «Mapinfo» с указанием «Заголовок в первой строке». В результате будет создан файл описания «Mapinfo TAB». Для изменения типа поля под названием ID как целое открытый текстовый файл необходимо закрыть и открыть созданный файл tab в «Блокноте», где рядом с полем «NAME» вместо «Char (3)» написать «integer».

Итак, созданы слой «ДЕРЕВЬЯ^Ь» и таблица «ПЕРЕЧЕТ^Ьж В первом файле отображено расположение точек (деревьев), т. е. графика, во втором — атрибуты для каждой точки (дерева): номер, характеристика, — полученные из записи: С-48-2-22-20, что соответственно означает: «Порода» — «Возраст» — «Санитарное состояние» — «Диаметр» — «Высота», — и другие атрибуты, зафиксированные GPS-навигатором, такие как координаты, абсолютная высота точек (деревьев).

Далее следует операция, при которой производится связь графики (файл «ДЕРЕВЬЯ^Ь») и атрибутов («ПЕРЕЧЕТ^Ь»). Через меню «Таблица» > «Обновить

Лесное хозяйство

колонку» в окне «Обновить колонку» устанавливаем: «Обновить таблицу» — «ДЕРЕВЬЯ», «Обновить колонку» — «Необходимая характеристика», значение извлекаем из «ПЕРЕЧЕТ», значение «Характеристика». Объединить колонки «ID» и «Номер». И так для каждой закодированной характеристики. В результате значения характеристик будут перенесены в слой деревьев с учетом кода объектов.

Для отображения нумерации деревьев на плане необходимо через меню «Карта» > «Управление слоями» указать галочку «lable» и через кнопку «Подписи» в графе «Из колонки» выбрать поле «Номер». Установить шрифт, размер и размещение подписи.

Затем, пользуясь формулами, можно приступить к вычислениям основных таксационных показателей насаждений лесного участка: средний диаметр, средняя высота, запас древесины, полнота [6, 7]. Для вычисления суммарных и средних значений по атрибуту используется меню «Таблица» > «Статистика колонки». Вычисление значений по нескольким полям и запись результатов в новый атрибут выполняется при помощи меню «Запрос» > «Обновить колонку». В появившемся окне задаются необходимые атрибуты и арифметические операции.

При необходимости данные могут быть экспортированы в программу «Excel» для выполнения специализированных расчетов. Для этого необходимо в меню «Таблица» > «Экспорт», в окне «Экспорт таблицы в файл», тип файла установить как ASCll с разделителем (*txt). В появившемся окне «ASCll-текст» установить точку в «Табулятор», поле «Заголовок в верхней строке» оставить без «v».

Аналогичным образом можно производить закладку пробных площадей разной целевой направленности: для изучения хода роста, изучения товарной и сортиментной структуры, другие пробные площади, определенные ОСТ-56-69-83, при лесопатологическом обследовании, различных научных исследованиях.

Натурная таксация.

1. Подготовительный этап.

Включает анализ аэрофотоснимков или космоснимков с целью определения выделов. Если лесной участок находится вблизи крупных городов и агломераций, можно воспользоваться программой «SAS.Планета». Необходимо помнить, что все космические снимки, находящиеся в общей доступности сети Интернет, могут иметь срок давности до 1-2 лет.

А. Формирование растра для Mapinfo. В программе «SAS.Планета» необходимо выбрать карту (меню «Карты» > «Выбрать издателя» («Google», «Yahoo», <^ndex» и т. д.)) исходя из качества снимка интересующего участка. Выбирается область интересующей территории. В зависимости от необходимой детализации выбирается масштаб. Уменьшается изображение для выделения границ интересующей территории. Кнопкой «Операции с выделенной областью» выделяется область. В появившемся окне вкладка «Загрузить» — задать масштаб необходимой детализации (самый крупный — 18). Снова выделяется интересующая область. В появившемся окне открывается вкладка «Склеить», контролируется выбранный масштаб детализации. Устанавливается «v» в окошке .tab (Mapinfo-файл). Нажимается кнопка «Начать». В открывшемся окне указывается папка для сохранения файла

333^ Аграрный вестник Урала № 4 (96), 2012 .

Лесное хозяйство

формата jpg (gif). В результате в указанной папке создаются два файла: снимок jpg (gif) и файл описания «MapInfo» tab.

Б. Создание фотопланшета. В программе «MapInfo» открывается созданный растр (космоснимок), создается новый слой (планшет) в проекции «Долгота-широта, WGS84». На нем наносятся и подписываются квартальная сетка, границы выделов и т. д. с использованием методов векторизации. Исходя из полученной картины намечаются маршруты таксации. Первичные маршрутные точки в центре каждого выдела. Определяются координаты этих точек и записываются в GPS-навигатор «Garmin GPSMAP 62S».

2. Полевой сбор информации.

Таксатор посещает каждый выдел. На местности ориентируется, где заложить реласкопические площадки.

Каждую реласкопическую площадку отмечает как новую маршрутную точку в GPS-навигаторе: в окне «Характеристика маршрутной точки» записываются таксационные характеристика выдела (реласкопической площадки). Например, 10-С-55-28-24-... (что значит: «Формула насаждения — 10С, возраст — 55 лет, средний диаметр — 28, средняя высота — 24 и т. д.).

3. Обработка и импорт данных в ГИС Мар1^о.

Экспорт данных происходит аналогично описанной выше методике обработки данных при перечете деревьев. На основании характеристик снятых маршрутных точек можно разрабатывать планшеты и тематические лесные карты, формировать базы данных.

Работу комплекса можно представить следующей блок-схемой:

GPS- Программа

навигатор «MapSource»

Garmin

MapInfo

Г рафика __________

---V2------

Атрибуты

Карты,

схемы,

расчеты,

отчеты

вывод.

Предлагаемая методика позволяет:

1. Сократить количество работающих при проведении лесоустроительных работ относительно норм выработки [3].

2. Увеличить точность таксационного хода во время проведения работ по натурной таксации.

3. Сократить расходы при оформлении постоянных пробных площадей, т. к. снимаются координаты каждого

дерева. Нет необходимости в маркировании деревьев, что позволяет сохранить, например, рекреационную привлекательность лесов.

4. Увеличить скорость обработки данных.

5. Получить цифровую геоинформационную базу данных деревьев и их характеристик, которую можно использовать для учета, анализа, мониторинга в дальнейших лесоустроительных работах.

литература

1. Временные рабочие правила проведения полевых работ по государственной инвентаризации лесов. М., 2008.

2. Лесоустроительная инструкция. Утверждена Приказом МПР от 6 февраля 2008 г. № 31.

3. Нормы выработки для инженерно-технических работников и рабочих на лесоустроительные работы. Ч. I. Нижний Новгород, 1996.

4. ОСТ 56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные» : введен Приказом (распоряжением) Государственного комитета СССР по лесному хозяйству от 23 мая 1983 г. № 72.

5. Об утверждении состава проекта освоения лесов и порядка его разработки : приказ МСХ РФ от 08 февраля 2010 г. № 32.

6. Пособие по обработке материалов лесоустройства в лесах Нижегородской области. Нижний Новгород, 2004. 46 с.

7. Технические указания по проведению полевых лесоустроительных работ. Горький, 1980.

8. Генике А. А., Побединский Г. Г. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. М., 2004. 352 с.

9. Никольский Е. К., Чечин А. В., Кащенко Н. А. Разработка требований к ГИС для анализа негативных воздействий на урбанизированные территории // Приволжский научный журнал. 2009. № 4 (12). С. 167-173.