Качественная оценка таксационно-дешифровочнх признаков лесных насаждений по цифровым аэроснимкам.

В последнее десятилетие в лесной отрасли Беларуси успешно развиваются и внедряются современные цифровые технологии обработки информации и геоинформационные системы. 22 июля 2012 года был запущен белорусский космический аппарат дистанционного зондирования Земли, который в ближайшем времени обеспечит заинтересованные отрасли Республики Беларусь данными космической съемки. В связи с этим разработка новых методов цифровой оценки количественных и качественных показателей лесного фонда, а также его изменений, является актуальным направлением.

Для дешифрирования аэро и космических снимков широко используются специализированные программные продукты, такие как ENVI, ERDAS IMAGING и другие, предназначенные в основном для пиксель–ориентированной обработки изображений, и практически не освещена возможность использования для измерительного лесотаксационного дешифрования геоинформационных систем.

С помощью средств ГИС можно в автоматизированном режиме выполнялось измерение таких показателей как густота, состав, диаметр крон деревьев, сомкнутость полога, средняя высота древостоя. Для этой цели пригодны практически любая геоинформационная система, позволяющая работать с растровой графикой и имеющая стандартные средства измерений длин линий и площадей, например, Quantum GIS Wroclaw версия (1.7.3) (Толкач И. В., Бахур О.С. ,БГТУ, г.Минск, РБ)..

На цифровых аэро- и космических снимках высокого пространственного разрешения на изображении полога древостоя достаточно хорошо выделяются кроны отдельных деревьев, что позволяет выполнить автоматизированную оценку состава и густоты древостоя, размеров крон, сомкнутости, а на их основе с использованием регрессионных моделей взаимосвязей дешифровочных и таксационных показателей, закономерностей строения и роста – запаса древостоя.

Измерительное дешифрирование выполнялось по цифровым цветным космическим снимкам 2007 года, сделанным с космического спутника Quickbird, с разрешением 0,6 м, выполненные в зеленом, красном и инфракрасном диапазонах (GRNIR).

Таксационная характеристика насаждений на ТДВ устанавливалась по данным выборочной таксации на КПП постоянного радиуса. Их величина и количество зависела от полноты и среднего диаметра древостоя.

При таксации древостоев на КПП применялась систематическая выборка. С помощью GPS-навигатора Garmin 60C определялись координаты центров КПП. Границы КПП отводились с помощью ультразвукового высотомера-дальномера VERTEX IV. В пределах КПП выполнялся сплошной перечет деревьев с измерением диаметров в двух направлениях (СЮ, 3В). При сплошном перечете по участию крон в формировании полога деревья делились на свободные, частично закрытые и закрытые деревья.

У ближайших к центру 5 учетных деревьев измерялась высота дерева, высота до наибольшего диаметра кроны и высота окончания кронs. Диаметр крон измерялся в двух взаимоперпендикулярных направлениях (1- наибольший диаметр крон, 2- перпендикулярно к нему), также описывалась густота и форма крон (по классификации Г. Г. Самойловича). Сомкнутость полога древостоя при натурной таксации насаждения измерялась линейным методом.

Проведенные исследования показывают, что можно рекомендовать использовать для оценки густоты – площадной способ или по среднему расстоянию между деревьями, сомкнутости полога – линейный или точечный способы.

Результаты исследований подтверждают выводы других авторов о существовании тесных взаимосвязей между таксационными показателями древостоя и его полога. Существует тесная связь между полнотой насаждения и сомкнутостью полога, на что указывает высокий коэффициент корреляции (0,875). Наиболее тесная связь наблюдается между диаметрами отдельных деревьев, диаметром крон, высотой и густотой, что подтверждает высокий коэффициент детерминации (98,59 %), а также между средним диаметром насаждения, средним диаметром крон, средним расстояниям между деревьями и сомкнутостью полога (коэффициент детерминации составляет 99,90 %).

Банк данных - это информационно-справочная система, основное назначение которой состоит в накоплении и содержании в рабочем состоянии совокупности сведений, составляющих информационную базу ГИС. В Беларуси ГИС разработаны РИЛУП “Белгослес” (А.П. Кулагин и др.) и БГТУ (О.А. Атрощенко и др.).

Геоинформационная система “Лесные ресурсы” создана на двух уровнях:

· на уровне лесохозяйственного предприятия (лесхоз и лесничества) с использованием отечественного продукта - ГИС FORMAP;

· на республиканском уровне (Минлесхоз, РИЛУП “Белгослес”) - в системах ARC/VIEW и ARC/INFO.

Она включает картографическую базу данных (электронные цифровые лесоустроительные планшеты М 1 : 10000) в формате DXF и повыдельную базу данных в формате DBF. ГИС предназначена для хранения, редактирования, актуализации и представления лесоустроительной информации.

Система позволяет представлять тематические карты по распределениям категорий лесных земель, площадей и запасов насаждений, лесную статистику, данные по учёту лесного фонда, для планирования лесосечного фонда и лесохозяйственных мероприятий, а также произвольные отчёты по запросам пользователя. Первая версия ГИС FORMAP разработана на Паскале под MS DOS и работает на любом компьютере с оперативной памятью 4 МБ и выше. Лесхоз площадью 100 тыс.га занимает в ГИС 16 МБ памяти. Вторая версия создана на DELPHI под ОС Windows 95, требует оперативную память 16 МБ и выше.

Особенностями второй версии является возможность привязки дополнительных баз данных, например, экологические данные к таксационным выделам, совместное селектирование картографической и повыдельной баз данных, широкое использование функций ОС Windows 95, в том числе сетевые возможности.

ГИС FORMAP непосредственно связана с известным программным пакетом MS Office-97, что позволяет выполнять анализ лесных ресурсов, оптимизацию размера лесопользования, прогноз динамики лесного фонда и возрастной структуры лесов, производить вычисления объёмов лесохозяйственных мероприятий, создавать и редактировать документы, обрабатывать различные изображения и оформлять презентации.

В системе «Картограф» печатаются цветные карты любого формата до АО. ГИС FORMAP имеет конвертор в ARC/VIEW, что позволяет использовать многообразные функциональные возможности мощных программных продуктов ARC/INFO, ERDAS и других, в том числе с обработкой и редактированием аэрокосмического изображения.

Основное применение ГИС «Лесные ресурсы» при непрерывном лесоустройстве - внесение текущих изменений в картографическую и повыдельную базы данных, актуализация лесного фонда, получение достоверной и оперативной информации о лесных ресурсах.

В Беларуси установлена в РУП «Белгослес» приёмная станция для приёма космических изображений с околоземных (российских, белорусских и иных) спутников, создаётся система интегрированного мониторинга лесов, информационная система управления лесными ресурсами на вычислительной платформе ОС Windows NT, ГИС “Лесные ресурсы” и СУБД ORACLE.

Использование лесоустроительной информации в народном хозяйстве. Применение лесоустроительной информации довольно широкое.

Она является основой для планирования лесопользования и развития производительных сил в регионах на разные сроки: от 1 года до времени оборота рубки. При пользовании лесоустроительной информацией, и рассмотрении перспектив развития лесоустроительной науки необходимо учитывать специфические особенности объекта исследования и ведения хозяйства (лес), самого лесного хозяйства и лесоустройства, которые сводятся к следующему:

· Длительное время лесохозяйственного производства, связанное с медленным ходом роста древостоев. Эта главная особенность лесного хозяйства обусловливает не только специфику лесоустройства, но и остальные особенности отрасли.

· Длительное время лесохозяйственного производства вынуждает держать на корню большие запасы древесины, намного превышающие размер ежегодного пользования. Эта особенность обусловливала развитие теории нормального леса и обусловливает поиски целевых (оптимальных) древостоев и лесов.

· Древесным запасам лесов свойственна незначительная концентрация, поэтому лесное хозяйство развивается на значительных площадях. Эта особенность требует специфических методов учета и планирования, определенного размещения древостоев в пространстве и во времени.

· В лесном хозяйстве процесс труда зависит от естественных процессов хода роста древостоев, от способности леса к самовосстановлению. Поэтому лесоустроительное моделирование (например, разработка разных таксационных таблиц) и поиски оптимальных решений должны строиться с учетом этой особенности.

· Характер лесов связан с их географическим размещением. От характера лесов и их географического размещения зависит степень комплексности лесохозяйственного производства. В связи с этим степень комплексного использования лесов (получение древесины и побочных продуктов, использование защитных, санитарно-гигиенических, эстетических свойств, организация охотничьего хозяйства) лесоустройство предусматривает с учетом характера лесов и их географического размещения.

Методы и задачи лесоустроительной науки зависят также от задач практического лесоустройства: инвентаризации, планирования, контроля.

Помимо использования материалов лесоустройства для планирования лесопользования и ведения лесного хозяйства (это главный объект применения этих материалов), они используются в следующих областях:

· в экологии (охрана природы) при организации особо охраняемых территорий;

· при контроле (мониторинге) состояния окружающей среды;

· при расчетах убытков и компенсаций, связанных со сводкой леса для сельского хозяйства, градостроительства и т.п;

· при кадастровой оценке земель;

· при охотустройстве;

· многое другое, что связано с лесом.

Материалы лесоустройства, как отмечают многие ученые, имеют перспективу более широкого использования. Так, в настоящее время недостаточно полно находит применение столь важный показатель как текущий и средний прирост. Не в полной мере учитывается возможность прогноза сортиментной структуры древостоев. Недостаточно полно находит применение столь важный показатель как текущий и средний прирост. Не в полной мере учитывается возможность прогноза сортиментной структуры древостоев. Недостаточно полно проводится экономическая оценка лесного фонда. Есть много других аспектов улучшения сбора, анализа и использования материалов лесоустройства, которые осветят новые поколения лесоустроителей и ученых.