Использование ГИС-технологий для функционально-экологической оценки лесов

Цель занятия
Целью занятия является формирование представления об использовании ГИС-технологий для функционально-экологической оценки лесов и проектирования лесопользования.

Сформировать общее представление о ГИС-технологиях;
Ознакомиться с системами учета лесов в Российской Федерации;
Дать представление о необходимости комплексной функционально-экологической оценки лесных территорий и лесных ресурсов;
Дать представление о видах использования лесов и проектировании мероприятий по использованию лесов в ГИС;
Продемонстрировать материалы ДЗЗ, получаемые при съемке с БПЛА.
Задачи занятия

Геоинформационные системы

ГИС - цифровая система создания, хранения, редактирования и анализа информации, имеющей пространственные координаты (географическую привязку к местности);
Основой является наличие картографических данных с интегрированными в них БД;
Таким образом, по определению, ГИС будет называться как специализированное программное обеспечение, так и собственно карта со связанной базой данных.

Системы координат
Все известные системы координат подразделяются на две группы:
Географические;
Спроецированные из географических.
Географические системы координат используют широту и долготу для определения местоположения тех или иных объектов на местности.
Спроецированные в свою очередь используют различные математические модели, которые предоставляют возможность с различной степенью детальности переносить информацию о местоположении объектов из географической системы координат.

Плоскостная система координат
Трехмерная система координат

ТРИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СЛОЕВ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Пространственные объекты (наборы точек, линий и полигонов);
Атрибуты;
Изображения.

Пространственные объекты

Атрибуты
Благодаря табличным и стилистическим данным (атрибутам) - пространственные объекты в ГИС приобретают смысловую нагрузку. Тем самым осуществляется интегрирование данных на уровне «объект-характеристика»

Изображение

ТЕМАТИЧЕСКИЕ РАСТРЫ

Многоканальность растров
r
g
b

Отражательные свойства различных объектов

Фрагмент растра в виде отдельного ближнего инфракрасного канала

Композит из красного, зеленого, ближнего ИК-канала

Композит из зеленого, ближнего ИК и красного канала

Принцип послойной организации данных в ГИС

Системы учета лесов в Российской Федерации

Ведущие организации, осуществляющие мониторинг лесов
ФГБУ «Рослесинфорг» - базовые источники информации о лесах;
ФБУ «Авиалесоохрана» - мониторинг пожарной обстановки в лесах;
ФБУ «Российский центр защиты леса» – мониторинг лесопатологической обстановки;
Единая государственная автоматизированная система мониторинга радиационной обстановки на территории Российской Федерации;

Базовые источники информации о лесах
1) Лесоустройство — система государственных мероприятий, направленных на обеспечение рационального использования, повышение продуктивности, воспроизводство, охрану и защиту лесов, а также повышение культуры лесного хозяйства.
2) Государственная инвентаризация лесов (ГИЛ) представляет собой мероприятия по проверке состояния лесов, их количественных и качественных характеристик.
Проводится в целях:
● своевременного выявления и прогнозирования развития процессов, оказывающих негативное воздействие на леса;
● оценки эффективности мероприятий по охране, защите, воспроизводству лесов;
● информационного обеспечения управления в области использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов, а также в области государственного лесного контроля и надзора.

Проблемы лесоустройства
Высокая стоимость проведения работ;
Низкая периодичность проведения работ;
Сложность консолидации материалов ввиду их разновременности;
Необходимость внедрения в лесоустроительную практику нормативов экологической оценки лесов.

Проблемы достоверности результатов ГИЛ
Необходимость достоверного научно-обоснованного районирования лесов Российской Федерации;
Проблема репрезентативности результатов получаемых при ГИЛ, вызванная ошибками методического характера;
Отсутствие нормативов оценки лесных ресурсов увязанных с экологическими факторами (в первую очередь климатическими и эдафическими).

Фрагмент наложения векторных слоев на космический снимок SPOT

Фрагмент наложения векторных слоев на космический снимок Sentinel-2a

Фрагмент тематической карты
(План лесонасаждений)

Вид заполненной карточки таксации

Схема ПП и показатели оцениваемые при ГИЛ

Локальный мониторинг лесных пожаров

Дистанционный мониторинг лесных пожаров

Локальный лесопатологический мониторинг

Радиационный мониторинг лесов

Необходимость комплексной функционально-экологической оценки лесных территорий и лесных ресурсов
Рамочная конвенция об изменении климата 1992 года (РКИК ООН)
Киотский протокол – принят 11.12.1997г., вступил в силу 16.02.2005г.
Парижское соглашение – соглашение в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата, регулирующее меры по снижению содержания углекислого газа в атмосфере с 2020 года.
Чем вызвана:
Главная цель – получение комплексной, достоверной информации о депонированном углероде, а также скорости его депонирования для последующей стабилизации уровня концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему планеты.

Проектирование лесопользования в ГИС

Виды использования лесов
Заготовка древесины;
Заготовка живицы;
Заготовка и сбор недревесных лесных ресурсов;
Заготовка пищевых лесных ресурсов и сбор лекарственных растений;
Осуществление видов деятельности в сфере охотничьего хозяйства;
Ведение сельского хозяйства;
Осуществление научно-исследовательской и образовательной деятельности;
Осуществление рекреационной деятельности;
Создание лесных плантаций и их эксплуатация;
Выращивание лесных, плодовых, ягодных, декоративных и лекарственных растений (выращивание лесного посадочного материала);
Осуществление геологического изучения недр, добыча полезных ископаемых;
Строительство и эксплуатация водных объектов (водохранлищ, речных сооружений, портов т.д.);
Строительство и эксплуатация линейных объектов;
Переработка древесины и иных лесных ресурсов;
Осуществление религиозной деятельности;
Иные виды в соответствии с частью 2 статьи 6 ЛК РФ.

Вариант формирования в ГИС плана подеревной инвентаризации лесного участка

Фрагмент сопоставления горного отвода разрабатываемого карьера и лесосечного отвода на арендованном лесном участке

Проектирование заготовки древесины
Расчетная лесосека - это разрешенный в установленном порядке предельный годовой объем заготовки древесины рубками в пределах определенной территории и хозяйственной секции.
Расчетная лесосека определяется для каждого вида рубки отдельно.
Виды рубок подразделяются на:
Рубки спелых и перестойных лесных насаждений (сплошные и выборочные);
Рубки ухода за лесами (осветления, прочистки, прореживания, проходные);
Санитарные рубки (сплошные и выборочные).
Хозяйственная секция определяется как правило на основе преобладающей породы и группы классов бонитета (показателя продуктивности древостоев).
Исходя из этого, получая информацию о распределениях площадей по хозяйственным секциям, группам возраста, а также запасах древесины посредством формирования SQL-запросов в ГИС определяются места проведения различных видов рубок и составляется ведомость выделов, в которых проектируются хозяйственные мероприятия.

Материалы ДЗЗ получаемые при использовании БПЛА

БПЛА компании Геоскан (101 борт)

Фрагмент ортофотоплана лесного полога
в естественных цветах (RGB)

Фрагмент снимка полученного с БПЛА в осеннее время года

Дешифрирование высотной характеристики лесного полога методами компьютерного зрения

Рассмотрение фрагмента лесного участка в профиль

Фрагмент результатов автоматизированного определения высот и площадей проекций крон в лесном насаждении

Сравнение космического снимка с аэрофотоснимком