Геоинформационные системы в лесном хозяйстве. Учебное пособие

ресурсами и принятия решений. Сейчас все шире начинают внедряться ГИС-системы массового пользования, типа электронных планов города, схем движения транспорта и т. п. По некоторым оценкам до 80–90 % всей информации, с которой мы обычно имеем дело, может быть представлено в виде ГИС.

Таким образом, основное назначение ГИС состоит в формировании знаний о земле, отдельных территориях, местности и доведении необходимых и достаточных пространственных данных до пользователей с целью достижения наибольшей эффективности их деятельности.

Пожалуй, главным козырем ГИС является наиболее «естественное» (для человека) представление как собственно пространственной информации, так и любой другой информации, имеющей отношение к объектам, расположенным в пространстве (так называемой атрибутивной информации). Способы представления атрибутивной информации различны: это может быть числовое значение с датчика, таблица из базы данных (как локальной, так и удаленной) о характеристиках объекта, его фотография, или реальное видеоизображение.

Большинство перечисленных выше задач могут решаться и решались раньше и без использования ГИС-средств. Последние, однако, позволяют с большой эффективностью и удобством для пользователя организовать в единый комплекс операции ввода и обновления исходной информации, ее переработки и отображения результатов, решать задачи так называемого пространственного анализа.

Используя ГИС-технологии, мы получаем возможность:

– значительно повысить оперативность всех этапов работы с пространственно-распределенными данными, начиная от ввода исходной информации, ее анализа и до выработки конкретного решения; вам не потребуется разыскивать нужные сведения среди кип карт и планов: вы сможете получить их на экране вашего компьютера в течение нескольких минут;

–использовать для ввода и обновления информации в базе данных современные электронные средства геодезии и системы глобального позиционирования (GPS), а значит, постоянно иметь самую точную и свежую информацию;

–заручиться высокой компетенцией специалистов, разрабатывающих программное обеспечение для ГИС-систем; для того чтобы использовать, например, программы расчета распространения загрязнений, не нужно иметь математического образования.

11

Работая с ГИС, пользователь может выводить на экран компьютера одну или несколько интересующих его карт (схем, планов и т. д.) или любую другую информацию. Он может легко менять детальность изображения, увеличивая или уменьшая отдельные элементы карты. Например, выбрав на карте лесхоза (планшете, плане лесонасаждений) нужный квартал или выдел, можно вывести его крупным планом, отобразить на нем границы лесосек или другую ситуацию, при необходимости изменить границы выдела и т. п.

Работая в среде ГИС, можно управлять тематическим составом изображаемой на экране компьютера или на твердых копиях информации. Например, отключить видимость ненужных в данный момент горизонталей и речной сети, оставив между тем видимой дорожную сеть. Можно совместить на экране аэроили космическое цифровое изображение с картой или несколькими картами и использовать его в качестве «подложки». Изображения также вводятся в ГИС и присутствуют в ней в виде отдельных «слоев» (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Пример совмещения нескольких слоев в ГИС

Указав объект на карте, можно получить информацию о нем. Например, указав лесоустроительный выдел, можно узнать данные о составе пород, среднем возрасте насаждения и другие таксационные и лесоустроительные показатели. Геометрические характеристики объектов (параметры лесосеки, длину дороги, расстояние между объектами, площадь и др.) можно измерить непосредственно на экране, пользуясь средствами ГИС.

С другой стороны, вы можете использовать ГИС как поисковую систему. В этом случае вы составляете запрос, в котором перечисляете интересующие вас свойства объектов, а система выделяет на карте подходящие объекты. Например, можно потребовать показать на кар-

12

те насаждения, которые нуждаются в проведении рубок ухода, все спелые сосновые насаждения или спелые насаждения площадью не менее 1 га, с полнотой более 0,5, расположенные не далее 1 км от проектируемого лесного склада или не ближе 1 км от близлежащих водоемов и т. п.

Специальные средства позволяют проводить аналитическую обработку данных, а в более сложных случаях – моделирование реальных событий. Результаты обработки также можно увидеть на экране компьютера. Например, вы можете оперативно прогнозировать озникновения лесных пожаров, возможные места возникновения подтоплений вследствие нарушения гидрологического режима при строительстве дорог и трасс, проследить на карте возможную динамику этого процесса, проследить на карте пути распространения загрязнения и оценить вероятный ущерб природной среде, вычислить объем средств, необходимых для устранения последствий чрезвычайных ситуаций.

Другим примером может служить задача оптимизации размещения лесовозных дорог для минимизации стоимости перевозок леса с учетом затрат на создание транспортной сети, объема перевозок и других условий. Наиболее сложные технологические решения включают в себя экспертную поддержку и позволяют получать обоснованное заключение, пригодное для принятия конкретных решений.

Другим примером может служить задача оптимизации стоимости перевозок грузов между населенными пунктами с учетом характеристик транспортной сети, объема перевозок и других условий. Наиболее сложные технологические решения включают в себя экспертную поддержку и позволяют получать на выходе обоснованное заключение, пригодное для принятия конкретных решений.

1.3. СВЯЗАННЫЕ С ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Спутниковые навигационные системы. Глобальная система позиционирования (Global Positioning System − GPS) предназначена для определения местоположения (позиционирования). Это информационная технология определения положения объектов на земной поверхности. GPS обладают большими возможностями для интеграции с геоинформационными технологиями. Системы GPS позволяют

13

создавать геодезическое обоснование кадастровых планов, определять координаты точек контуров, например, для границ земельных участков и т. д.

До 1990-х гг. прошлого столетия не было универсальной навигационной системы, лишенной серьезных недостатков. Существенные изменения в этой области произошли после появления Глобальной системы позиционирования (GPS). Ядром этой системы являются 24 космических спутника. GPS действительно оправдывает свое название глобальной системы. В любой точке на Земле и в околоземном пространстве, в любое время суток она обеспечивает решение любых задач, требующих определения местоположения и параметров движения. США создали систему GPS, израсходовав 12 млрд долл., и сегодня поддерживают ее в работоспособном состоянии с помощью специальных наземных станций слежения, обеспечивающих регулярное определение параметров движения спутников и коррекцию бортовой информации о собственных орбитах. Непрерывно передавая радиосигналы, космические спутники создают вокруг земного шара «информационное поле». Сигналы улавливаются специальными GPSприемниками, которые и вычисляют местоположение своей антенны. В основу концепции GPS положена спутниковая дальнометрия. Это означает, что мы определяем координаты занимаемой нами позиции путем измерения дальностей до нескольких космических спутников. При этом спутники играют роль прецизионных опорных точек.

В настоящее время эксплуатируется спутниковая навигационная система (СНС) NAVSTAR, развернутая Министерством обороны США и введенная в эксплуатацию в 1988 г. Все приемники, принимающие сигналы СНС NAVSTAR, принято называть GPSприемниками. Эксплуатацию этой СНС, включая сеть контрольных станций, выполняет Министерство обороны США. Однако ею разрешено пользоваться бесплатно всем гражданским организациям, но только с ограничением по точности определения координат (так называемый селективный доступ). Это обеспечивается путем зашумления радионавигационного сигнала, используемого для измерений. Для точных измерений используется специальный дифференциальный метод. На российском рынке различными государственными и многочисленными коммерческими организациями предлагается GPSоборудование большинства западных производителей: Ashtech Inc. (США), Geotronics AB (Швеция), Leica AG (Швейцария), Magellan (CША), Sercel (Франция) и др.

14

Положение объекта на земле вычисляется по измеренному расстоянию до космического спутника. Для определения положения объекта нужно иметь результаты трех измерений. Расстояние до спутника определяется путем измерения времени прохождения радиосигнала от спутника до антенны GPS-приемника. Аппаратура спутников

иприемники генерируют одинаковые псевдослучайные коды в одни

ите же моменты времени. Время прохождения сигнала спутника определяется по задержке принятого кода относительно такого же кода, сформированного приемником. Основой точного измерения расстояния до спутников является прецизионный отсчет времени, что выполняется на спутниках благодаря использованию атомных часов. Приемники же не нуждаются в прецизионных часах, так как ошибки измерения компенсируются дополнительными тригонометрическими расчетами, для которых требуется измерение дальности до четвертого спутника.

Практически все виды GPS-приемников обеспечивают:

1)определение трех текущих координат (долготы, широты и высоты над уровнем моря), трех составляющих скорости объекта, а также точного времени с точностью не менее 0,1 с;

2)вычисление истинного путевого угла объекта;

3)прием и обработку вспомогательной информации.

Эти задачи являются основными. Различия в классах приемников начинаются там, где проявляются специфические требования, связанные с областью применения. При навигации подвижных объектов местоположение объекта определяется с точностью до нескольких десятков метров. Это высокая точность для большинства задач навигации. Кроме обычного использования на кораблях, самолетах и космических аппаратах, GPS-средства сейчас применяют в системах слежения за передвижением высокоценных грузов, например инкассаторских машин.

Измерение Земли и ее поверхности включает решение землеустроительных задач, привязки и координирования строительных проектов, картографии, дистанционного зондирования, геофизики, геологии и др. Наиболее мощные средства геодезического назначения представляют собой целые измерительно-вычислительные комплексы. Они снабжены линиями радиосвязи, внешними компьютерами и программами постпроцессорной обработки. Здесь точность измерений может доходить до долей сантиметра.

Информационно-измерительные системы строятся на основе сочетания возможностей GPS и других технических средств. При современной технологии производства интегральных схем GPS-

15

приемники являются достаточно миниатюрными и дешевыми устройствами. В связи с этим они находят широкое применение в быту. Любой человек может в любое время определять, где он находится, как достигнуть конкретного пункта и др.

Учитывая вышеизложенное, естественно рекомендовать использование GPS-приемников для решения широкого класса задач, обычного при практической реализации лесохозяйственных мероприятий и проведении лесоводственных и таксационных исследований. К ним можно отнести:

–отвод и таксацию лесосек;

–контроль правильности отведения лесосек;

–определение площади лесохозяйственных объектов; про- странст-венного расположения; контуров и площадей участков, передаваемых из лесного фонда лесничества другим землепользователям; площадей поврежденных насаждений в результате стихийных бедст-

вий (пожаров, ветровалов, буреломов); границ, площадей лесосек и других категорий земель (земель радиационного загрязнения) с последующим выводом тематических карт на печать;

–уточнение границ землепользователей для выявления случаев незаконного захвата земли, навигации на точку или объект, определенный на карте;

–привязку местоположения лесосеки на местности, противопожарных вышек и т. д.;

– разметку на технологической карте трелёвочных волоков и мест расположения складов древесины.

Аналогом GPS является Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС, GLONASS) − российская спутниковая система навигации, разработанная по заказу Министерства обороны РФ. Основой системы должны являться 24 спутника, движущиеся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19100 км.

Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Роскосмос и ОАО «Российские космические системы». ГЛОНАСС предназначена для оперативного навигационновременного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара, на основании указа Президента РФ, предоставляется российским и иностранным потребителям безвозмездно и без ограничений. Для

16

обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом постановлением Правительства РФ в июле 2009 г. был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы». Основное отличие от системы GPS состоит в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

Использование ИТ для ведения лесного реестра. На сегодняшний день основным документом пользования в лесничестве является таксационное описание, а основными формами отчетности являются формы Лесного реестра. Вся информация для построения этих форм находится непосредственно в лесничествах, и каждый год эту отчетность лесничества обязаны передавать в вышестоящие организации, что соответственно занимает много сил и времени с привлечением к этой работе практически всех сотрудников, так как этот процесс не автоматизирован. Автоматизация генерации форм на основе разработанной базы данных ускоряет и облегчает труд работников, а также исключает наличие ошибок и неточностей, которые могут возникнуть при неавтоматизированном способе заполнения форм.

1. Государственный лесной реестр представляет собой систематизированный свод документированной информации о лесах, об их использовании, охране, защите, воспроизводстве, о лесничествах

илесопарках.

2.В государственном лесном реестре содержится документированная информация:

– о составе и границах земель лесного фонда, составе земель иных категорий, на которых расположены леса (пункт в редакции, введенной в действие с 1 октября 2015 г. Федеральным законом от 29 июня 2015 г. № 206-ФЗ);

– о лесничествах, лесопарках, об их границах, их лесных кварталах и лесотаксационных выделах (пункт в редакции, введенной в

действие с 1 октября 2015 г. Федеральным законом от 29 июня 2015 г. № 206-ФЗ);

– о защитных лесах, об их категориях, эксплуатационных лесах, о резервных лесах, их границах; пункт в редакции, введенной в действие с 1 октября 2015 г. Федеральным законом от 29 июня 2015 г. № 206-ФЗ;

17

–об особо защитных участках лесов, об их границах, о зонах

сособыми условиями использования территорий (пункт в редакции, введенной в действие с 1 октября 2015 г. Федеральным законом от 29 июня 2015 г. № 206-ФЗ);

–о лесных участках и об их границах (пункт в редакции, вве-

денной в действие с 1 октября 2015 г. Федеральным законом от 29 июня 2015 г. № 206-ФЗ);

–о количественных, качественных, об экономических характеристиках лесов и лесных ресурсов;

–об использовании, охране, о защите, воспроизводстве лесов,

втом числе о лесном семеноводстве (пункт дополнен с 17 марта 2009 г. Федеральным законом от 14 марта 2009 г. № 32-ФЗ);

–о предоставлении лесов гражданам, юридическим лицам. Внесение документированной информации в государственный

лесной реестр и ее изменение осуществляются на основании документов, перечень, формы и порядок подготовки которых устанавливаются уполномоченным федеральным органом исполнительной власти (часть дополнительно включена с 31 декабря 2010 г. Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 442-ФЗ).

3.Документированная информация, содержащаяся в государственном лесном реестре, относится к общедоступной информации, за исключением информации, доступ к которой ограничен федеральными законами (информация ограниченного доступа).

4.Документированная информация, предусмотренная ч. 2 настоящей статьи, в обязательном порядке представляется:

– лицами, осуществляющими использование, охрану, защиту, воспроизводство лесов;

– органами государственной власти, осуществляющими управление в области использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов.

5.Перечень видов информации, предоставляемой в обязательном порядке, и условия ее предоставления устанавливаются уполномоченным федеральным органом исполнительной власти.

6.В течение пяти рабочих дней уполномоченный орган исполнительной власти предоставляет заинтересованному лицу выписку из государственного лесного реестра или в письменной форме направляет заинтересованному лицу мотивированный отказ в предоставлении такой выписки. Отказ может быть обжалован заинтересованным лицом в судебном порядке.

7.За предоставление выписок из государственного лесного реестра взимается плата. Размер указанной платы и порядок ее взимания устанавливаются Правительством Российской Федерации.

18

8.Документированная информация, предусмотренная ч. 2 настоящей статьи, предоставляется бесплатно органам государственной власти, а также иным лицам в предусмотренных федеральными законами случаях.

Необходимая для предоставления государственных или муниципальных услуг информация из государственного лесного реестра предоставляется уполномоченными органами государственной власти, органами местного самоуправления, осуществляющими функции по ведению государственного лесного реестра, по межведомственному запросу органов, предоставляющих государственные услуги, или органов, предоставляющих муниципальные услуги, либо подведомственных государственным органам или органам местного самоуправления организаций (часть дополнительно включена Федеральным законом от 1 июля 2011 г. № 169-ФЗ).

9.Ведение государственного лесного реестра, внесение в него изменений осуществляются органами государственной власти, органами местного самоуправления в пределах их полномочий, определенных в соответствии со статьями 81–84 настоящего Кодекса, по формам и в порядке, установленном уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти (часть в редакции, введенной в действие с 1 января 2009 г. Федеральным законом от 23 июля 2008 г. № 160-ФЗ; в редакции, введенной в действие с 31 декабря 2010 г. Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 442-ФЗ).

10.Уполномоченный федеральный орган исполнительной власти осуществляет обобщение документированной информации, содержащейся в государственном лесном реестре. Порядок представления в уполномоченный федеральный орган исполнительной власти документированной информации, содержащейся в государственном лесном реестре, органами государственной власти и органами местного самоуправления устанавливается уполномоченным федеральным органом исполнительной власти (часть дополнительно включена с 31 декабря 2010 г. Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 442-ФЗ).

Материально-денежная оценка лесосек. Материальная оценка лесосек заключается в определении общего запаса древесины, предназначенного для рубки, распределении его на деловую часть, технологические, топливные дрова и отходы, а также в разделении деловой древесины на категории крупности и деловые сортименты. В качестве нормативной основы применяют региональные сортиментные табли-

19

цы, утверждаемые федеральным органом исполнительной власти в области лесного хозяйства.

Кроме того, при материальной оценке лесосек вычисляется средний объем древесного хлыста. Расчеты проводят по каждой делянке в пределах лесосеки, а при наличии на делянке нескольких таксационных выделов – по каждому из них.

Денежная оценка лесосек проводится на делянке в целом по ставкам лесных податей и (или) по результатам лесных аукционов.

Однако при принятии решения об освоении лесного фонда требуется показатель эффективности лесосеки, который определяется предполагаемым размером прибыли от ее освоения.

Предлагается способ определения экономической оценки лесосеки при помощи географических информационных систем. На векторную карту лесного фонда нарезается лесосека, и компьютерная программа определяет затраты на разработку лесосеки и предполагаемую прибыль от ее освоения по приведенной выше методике.

В соответствии с наставлениями по отводу и таксации лесосек, правилами отпуска леса на корню в лесах страны выполнение этих работ и материально-денежная оценка лесосечного фонда возложена на работников лесохозяйственных предприятий. Объемы таких работ ежегодно составляют около 1 млн га. Для автоматизации задачи по материально-денежной оценке лесосек (МДОЛ) привлекались программисты и специалисты лесного хозяйства в научно-исследо- вательских институтах, вузах, на лесоустроительных предприятиях.

Анализ существующих комплексов программ по МДОЛ приводится в гл. 5 данного пособия.

Контрольные вопросы и задания

1.Дайте определение понятия «географические информационные системы (ГИС)». Перечислите возможности.

2.Укажите области применения ГИС в лесном хозяйстве.

3.Охарактеризуйте связанные с ГИС технологии.

4.Что представляют собой спутниковые навигационные системы?

5.Как производится материально-денежная оценка лесосек с помощью ГИС-технологий?

20