Геоинформационные системы в лесном хозяйстве. Учебное пособие

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

И. И. Красиков

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия для студентов бакалавриата

по направлению подготовки 35.03.01 «Лесное дело» всех форм обучения

Красноярск 2018

1

УДК 004.94:630 (075.8) ББК 32.973.2:43я73

K78

Рецензенты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. А. СОКОЛОВ (Институт леса имени В. Н. Сукачева СО РАН);

кандидат биологических наук, доцент О. П. КОВЫЛИНА (Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева)

Красиков, И. И.

К78 Геоинформационные системы в лесном хозяйстве : учеб. пособие / И. И. Красиков ; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. – Красноярск, 2018. – 86 с.

Цель учебного пособия – ознакомление студентов с основами географических информационных систем (ГИС), используемых в лесном хозяйстве; создание основы для более детального их освоения применительно к конкретным задачам лесного хозяйства; формирование системы представлений о месте ГИС в профессиональной деятельности: производственно-техно- логической, организационно-управленческой, научно-исследовательской, проектной; воспитание творческого отношения к решению практических задач.

Предназначено для студентов бакалавриата по направлению подготовки «Лесное дело», а также может быть использовано студентами магистратуры.

УДК 004.94:630 (075.8) ББК 32.973.2:43я73

© СибГУ им. М. Ф. Решетнева, 2018 © Красиков И. И., 2018

2

3

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Возросшие требования к оперативности обработки и получения информации о лесном фонде обусловили необходимость использования новых информационных технологий. В этих целях появилась потребность в разработке и внедрении в производство геоинформационных технологий, в создании и систематическом обновлении информационных баз данных о лесном фонде и лесных ресурсах, обеспечивающих ведение государственного реестра лесного фонда, государственного кадастра, осуществление лесного мониторинга, контроль за лесоэксплуатацией.

Географические информационные системы (ГИС – геоинформационные системы) в лесном хозяйстве – современные автоматизированные системы, позволяющие соединить несколько баз данных (прежде всего таксационную и картографическую). Эти системы имеют расчетные и модельные функции для работы с базами и преобразования в пространстве картографической информации для принятия на ее основе разнообразных решений и осуществления контроля.

Образовательной программой дисциплина «Геоинформационные системы в лесном хозяйстве» относится к базовой части профессионального цикла дисциплин направления подготовки «Лесное дело» и изучается в VIII семестре очной формы обучения. Общая трудоемкость дисциплины составляет 108 часов, в том числе аудиторные занятия – 72 часа.

На сегодняшний момент специальная литература, посвященная данной дисциплине, устарела.

Поэтому успешное освоение материала учебного пособия способствует формированию у обучающихся следующих общепрофессиональных и профессиональных компетенций:

– овладение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, навыками работы

скомпьютером как средством управления информацией;

–готовность систематизировать и обобщать информацию по использованию и формированию ресурсов предприятия;

–способность применять современные методы исследования лесных и урбо-экосистем;

–готовность к участию в разработке проектов объектов лесного и лесопаркового хозяйства с учетом заданных технологических и экономических параметров с использованием новых информационных технологий.

5

1. ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

1.1. ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ, СВЯЗЬ С ДРУГИМИ КУРСАМИ

Географическая информационная система (ГИС) – это совокупность технических, программных и информационных средств, обеспечивающих ввод, хранение, обработку, математико-картографи- ческое моделирование и образное интегрированное представление пространственных и соотнесённых с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления.

Современное лесное хозяйство характеризуется многоцелевой направленностью, существенным возрастанием роли экологических факторов и социальной роли лесов. Лесное хозяйство – управляющая система, а лесные ресурсы выступают как объект управления. Лес – сложная живая система. Чтобы управлять сложным объектом, необходимо освоить современные подходы и инструменты. Инструментами управления служат средства вычислительной техники и автоматизированные системы.

Под автоматизацией понимается «применение технических средств, математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессе получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации». Все это сейчас получило название «информационные технологии».

Взависимости от степени автоматизации, например, процесса сбора, обработки и анализа лесоводственной информации системы подразделяют на автоматизированные и автоматические.

Влесном хозяйстве можно выделить три группы автоматизированных систем (АС).

1. Автоматизация научных исследований (АРМ-исследователя), автоматизированная система научных исследований (АСНИ):

– автоматизированное построение моделей роста древостоев;

– база данных пробных площадей (БДПП);

– имитационное моделирование роста древостоев;

– математическое моделирование лесоводственных закономерностей;

– интегрированная статистическая и графическая система STATGRAPHICS и др.

6

2) Автоматизация проектирования (АРМ-проектанта, таксатора):

–автоматизированная система управления лесными ресурсами (АСУЛР);

–автоматизированное рабочее место таксатора (АРМтаксатора);

–общеотраслевая система автоматизированного проектирования (САПР);

–автоматизированная информационная система лес (АИС-лес);

–система обработки лесоустроительной информации (СОЛИ);

–автоматизированные базы данных (АБД);

–система управления базами данных (СУБД-л).

3) Автоматизация ведения лесного хозяйства (АРМ-лесничего, ин-женера лесного хозяйства):

–материально-денежная оценка лесосек на ПК (МДОЛ);

–автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП);

–автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП);

–автоматизированная система управления производством на уровне предприятия (АСУП);

Автоматизированные системы служат:

–для обеспечения научной обоснованности управленческих решений;

–обеспечения возможности своевременно иметь актуальную ин-формацию об объекте управления;

–сокращения сроков и повышения уровня научных и проектных работ;

–совершенствования учебного процесса;

–интенсификации работ в лесном хозяйстве и т. д.

В век информатики необходимо, чтобы специалист лесного хозяйства представлял себе весь сложный процесс управления лесными ресурсами, знал и умел применять инструментарий существующих автоматизированных систем при решении конкретных научных и производственных задач.

На современном этапе научно-технического прогресса, когда в промышленности количество изделий удваивается за 15 лет, а их сложность за 10 лет, когда риск проектных решений очень велик, к специалистам лесного хозяйства предъявляются высокие требования в области компьютерной подготовки.

7

Специалист лесного хозяйства должен знать:

–методы математической статистики;

–основы численных методов;

–методы математического моделирования;

–основы системного анализа;

–автоматизированные системы научных исследований;

–автоматизированные информационные системы;

–методы научно-технического творчества;

–АРМ-таксатора, АРМ «ЛЕСФОНД» и др.;

–МДОЛ на ПК;

–АСУ-лесные ресурсы;

–пакеты прикладных программ отрасли;

–САПР предметной области.

Инженер лесного хозяйства должен уметь работать на персональных компьютерах с автоматизированными системами отрасли.

В качестве технических средств для лесной отрасли рекомендуется использовать современные персональные компьютеры.

ГИС связывается с науками о земле геологией, почвоведением, лесоведением, географией, экономикой, биологией и т. д. и располагается в одном ряду с методами (математическими, картографическими, дистанционного зондирования и др.).

Практически в любой сфере деятельности мы встречаемся с информацией, представленной в виде карт, планов, схем, диаграмм и пр. Это может быть план лесонасаждения, схема метро или план здания, карта экологического мониторинга территории или схема взаимосвязей между офисами компании, атлас земельного кадастра или карта природных ресурсов и многое-многое другое. ГИС дает возможность накапливать и анализировать подобную информацию, оперативно находить нужные сведения и отображать их в удобном для использования виде.

Использование системы позволяет получать ответы на ряд вопросов.

1.Что находится в этой точке? Каковы свойства объекта, находящегося в этой точке?

2.Что находится на этом участке территории?

3.Где находится конкретный объект и каковы его пространственные и атрибутивные характеристики?

4.Что находится рядом с этим объектом?

5.Какие объекты обладают определенными характеристиками и где они находятся?

8

6.Какие изменения на карте или плане произошли за некоторый период времени?

7.Какие участки территории удовлетворяют определенным критериям удаленности (близости)?

8.При включении в систему математических моделей можно получить ответы на вопросы типа «Что будет если...?».

Таким образом, применение ГИС-технологий позволяет резко увеличить оперативность и качество работы с пространственнораспределенной информацией по сравнению с традиционными «бумажными» методами.

1.2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В ЛЕСНОМ ДЕЛЕ

Процесс информатизации лесного хозяйства затрагивает все его сферы, связанные с получением, сбором, обработкой, анализом и созданием на их основе новой информации для принятия конкретных решений.

Разработана концепция информатизации лесного хозяйства страны, в которой определены и сформулированы четыре направления информатизации отрасли на перспективу.

1. Разработка научно-методических основ информатизации:

–при автоматизации организационно-хозяйственного управления лесным хозяйством;

–государственном контроле лесов;

–лесопользовании;

–борьбе с пожарами;

–лесозащите;

–лесоустройстве;

–оценке и прогнозе за состоянием северных лесов;

–разработке нормативной базы.

2. Разработка программно-технических средств:

1) разработка или адаптация ППП автоматизации организацион- но-экономического управления лесным хозяйством по разделам:

–лесопользование;

–охрана и защита леса;

–наука и техника;

9

–кадры;

–проектирование и капитальные вложения;

–материально-техническое обеспечение;

–внешние экономические связи;

2)разработка АРМов специалистов лесохозяйственных предприятий;

3)разработка САПР (лесоустройство, лесовосстановление, охрана и защита леса, лесомелиорация, строительство лесохозяйственных дорог);

4)разработка комплекса программ для автоматизированного составления карт;

5)разработка комплекса программ для введения повыдельного банка данных (ПБД);

6)разработка ППП для обработки информации при мониторинге

лесов;

7)развитие и разработка экспертных систем, интеллектуальных

ПППиИПС.

3. Создание инфраструктуры информатизации лесного хозяйства:

– система связи и передачи данных;

– локальные вычислительные сети;

– локальные базы данных и знаний;

– отраслевая вычислительная сеть;

– отраслевой фонд алгоритмов и программ (ОФАП);

– система обучения и подготовка кадров. 4. Информатизация мониторинга лесов. Создание:

– головных и региональных центров сбора, обработки и анализа информации при мониторинге лесов;

– совмещенных баз тематических и картографических данных;

– дистанционных систем изучения и картографирования лесов;

– системы экологического мониторинга лесов;

– системы лесопатологического мониторинга лесов;

– системы учета текущих изменений в лесном фонде (пожары, сти-хийные бедствия, антропогенные факторы и др.);

– системы аэрокосмического слежения за состоянием, динамикой лесного фонда и устойчивостью лесов в зонах экологической напряженности.

Традиционно ГИС-технологии применяются в земельном кадастре, кадастре природных ресурсов, экологии, сфере работы с недвижимостью и других областях, требующих оперативного управления

10