Бабошко О.И. КЛ_ИТвЛД

40

мель лесного фонда. Прогноз динамики лесного фонда необходимо разрабатывать на длительный период (вплоть до оборота рубки) с учетом лесохозяйственных воздействий и лесопользования. Это невозможно сделать без применения современных информационных технологии, включающих математическое моделирование, геоинформационные технологии (ГИС) и системы управления базами данных (СУБД) в лесном хозяйстве.

Информационный комплекс, объединяющий современные информационные технологии (математическое моделирование, ГИС и СУБД), разработан отделом биоразнообразия и устойчивости лесных экосистем ВНИИЛМа совместно с МГУЛом. Исходными данными для получения прогнозов динамики лесного фонда служат пространственная база данных (векторный слой выделов в ГИС) и связанные с ней атрибутные повыдельные базы данных. В настоящее время комплекс настроен на работу с ГИС «TopoL», которая используется Центральным лесоустроительным предприятием при лесоустройстве. Разработанный информационный комплекс дает возможность: прогнозировать динамику таксационных показателей модельного лесного массива лесничества, при разных сценариях ведения лесного хозяйства; анализировать полученные результаты с помощью средств ГИС-технологий; рассчитывать основные показатели динамики лесного фонда для модельной территории в целом и представлять данные о результатах моделирования средствами деловой графики.

Прогнозный модуль комплекса программы FORRUS-S имитирует прирост, изреживание и естественное возобновление древостоев, рассчитывает для каждого выдела моделируемых насаждений изменения, происходящие в породном, возрастном составе древостоя, осуществляет перерасчѐт запаса, классов бонитета и других таксационных показателей. Каждый шаг работы прогнозного модуля (один шаг — 5 лет) завершается формированием новых баз данных, включающих в себя таксационные описания выделов. Данные новых таксационных описаний являются выходными данными прогнозного модуля и одновременно входными программного модуля «Лесохозяйственные мероприятия». В основу алгоритмов работы модуля «Лесохозяйственные мероприятия» положены действующие в настоящее время лесохозяйственные нормативы. При назначении рубок учитываются следующие таксационные показатели: формула древостоя первого и второго ярусов, их возраст и полнота, а также формула и численность подроста.

Использование специального программного модуля, разработанного Д. А. Старостенко, и демоверсии ГИС «TopoL» дает возможность делить территорию модельного объекта на функциональные зоны, для каждой из которых можно предусмотреть свой сценарий ведения лесного хозяйства. Использование ГИС позволяет также получать прогнозные карты лесных насаждений, раскрашенные по любому полю таксационной базы данных в расчете на любой выбранный пользователем шаг моделирования.

Специальный модуль служит для подготовки прогнозных таксационных баз данных, определения суммарных показателей лесного фонда по функциональным зонам и в целом по лесничеству, а также для визуализации результатов

41

моделирования в виде таблиц, графиков и диаграмм. Моделирование древостоев проводится по трем сценариям ведения лесного хозяйства.

Первый сценарий. Естественная динамика древостоев при абсолютном исключении лесохозяйственных мероприятий. Этот вариант развития лесных насаждений наблюдается на территории заповедников или в заповедных зонах национальных парков.

Второй сценарий. Проведение полного цикла рубок ухода, включая рубки обновления и переформирования. Это вариант ведения лесного хозяйства для защитных лесов, который не всегда возможен в реальной жизни в связи с часто встречающимся в хозяйствах недостатком материально-технических ресурсов.

Третий сценарий. Значительные нарушения правил ведения лесного хозяйства, к которым относятся изъятие наиболее ценных пород при проведении рубок ухода. Сценарий предполагает проведение только «рубок дохода» и вполне возможен при передаче лесов в частную собственность, а также при ведении хозяйства с целью получения сиюминутной прибыли.

Рассмотрим некоторые итоги действия информационного комплекса на примере модельного объекта - Опытного лесного хозяйства «Русский лес». В результате вычислительных экспериментов получены повыдельные таксационные базы данных Данковского лесничества ОЛХ «Русский лес» на 40 шагов моделирования, т. е. сделаны прогнозы динамики лесного фонда на 200 лет. В качестве примера приведѐн прогноз изменения запасов и площади основных лесообразующих пород по трем сценариям ведения лесного хозяйства.

При моделировании естественного развития насаждений (первый сценарий) происходит плавное уменьшение запасов светолюбивых пионерных пород (березы, осины, сосны) в связи с замещением их елью и липой. Запас ели постепенно увеличивается до 24-го шага (через 120 лет) и далее выходит на плато, а липы плавно возрастает на протяжении всех 40 шагов (200 лет) Запас дуба, относящегося к светолюбивым породам, постепенно повышается к 23-му шагу, а затем начинает плавно снижаться, что можно объяснить постепенной сменой дуба липой и елью.

При моделировании по второму сценарию уже после 2-го шага начинается значительное снижение запаса мелколиственных пород. К 40-му шагу (через 200 лет) моделирования запас этой группы пород достигает минимальных значений. Этот эффект можно объяснить исключительно влиянием рубок ухода, в результате которых малоценные мелколиственные породы удаляются в первую очередь. Запас ели постепенно увеличивается к 14-му шагу (70 лет), дуба плавно возрастает к 28-му шагу. Запас сосны после постепенного снижения к 25-му шагу моделирования возрастает, что также связано с регулярным проведением рубок ухода, особенно в молодняках.

Третий сценарий приводит к более низкому по сравнению с предыдущими вариантами ведения лесного хозяйства запасу ценных пород (ели, дуба, сосны). Разрастание малоценных пород, входящих в состав подлеска, в расстроенных рубками насаждениях и на вырубках способствует постепенному увеличению его запаса. Сильное развития подлеска на вырубках угнетает возобновление мелколиственных пород, что к 20-му шагу моделирования приводит к посте-

42

пенному сокращению запаса этой группы. Суммарный запас лесных насаждений стабилизируется на более низком по сравнению с другими сценариями моделирования уровне. Это наряду с уменьшением запасов хозяйственно ценных пород свидетельствует об истощении лесосырьевой базы уже к 9—10-му шагу моделирования (через 45—50 лет).

Полученные в ходе моделирования данные позволили предсказать, как изменяются запасы основных лесообразующих пород и объем промежуточного пользования. По расчетам видно, что ведение лесного хозяйства в соответствии с действующими в настоящее время правилами (второй сценарий) должно обеспечить длительное неистощительное лесопользование. Помимо анализа таксационных показателей программный комплекс дает возможность получать прогнозы изменения целого ряда параметров биологического разнообразия лесных экосистем.

Указанная информационная технология позволяет предсказать динамику основных таксационных показателей лесных насаждений как на повыдельном уровне, так и на уровне лесничеств при разных сценариях лесопользования на длительную перспективу и адекватно оценить последствия тех или иных способов ведения лесного хозяйства. С помощью информационного комплекса можно проанализировать долгосрочные последствия воздействия изменений нормативов лесохозяйственных мероприятий на структуру и динамику лесного фонда.

На основе полученных в результате моделирования прогнозов можно выбрать оптимальные сценарии ведения лесного хозяйства и таким образом обеспечить на современном уровне поддержку принятия управленческих решений. Использование ГИС-технологий дает возможность пространственного представления прогнозов динамики лесного фонда.

Вопросы для самоконтроля:

1)Что называется вычислительным экспериментом?

2)Назовите наиболее распространѐнные прикладные программы, применяемые для обработки результатов экспериментальных исследований?

3)Каково назначение имитационной модели «Сосна» и программы

WOOD»??

4)В чѐм эффективность автоматизации расчѐтов результатов измерений на пробной площади?

5)Назовите основные модули программы PROBA 99?

6)Каково назначение и возможности программы ArcGIS?В чѐм преимущество этой программы ?

7)Каково назначение и возможности программного обеспечения ГИС

ARC/INFO?

8)Какова роль информационных технологий в прогнозировании динамики лесного фонда?

9)Каково назначение и возможности ГИС «TopoL»?

10)Основные возможности прогнозного модуля FORRUS-S?

43

ЛЕКЦИЯ 5 – АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕСНЫМ ХОЗЯЙСТВОМ

Вопросы лекции:

5.1 Автоматизированная система управления «Лесные ресурсы»

5.2 Автоматизация материально-денежной оценки лесосек

5.3Автоматизированная информационная система (АИС) «Контроль лесных ресурсов»

5.4Автоматизированное рабочее место инженера лесного хозяйства «Лесфонд»

Современное лесное хозяйство характеризуется многоцелевой направленностью, существенным возрастанием роли экологических факторов и социальной роли лесов. Лесное хозяйство является управляющей системой, а лесные ресурсы выступают как объект управления. Известно, что лес - это сложная живая система и, чтобы управлять этим сложным объектом, необходимо освоить современные подходы и инструменты. Инструментами управления служат средства вычислительной техники и автоматизированные системы.

Под автоматизацией отрасли понимается применение технических средств, математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессе получения, преобразования, передачи и использования информации.

В зависимости от степени автоматизации, например, процесса сбора, обработки и анализа лесоводческой информации, системы подразделяют на автоматизированные и автоматические. Автоматизированные системы служат:

-для обеспечения научной обоснованности управленческих решений;

-обеспечения возможности своевременно иметь актуальную информацию об объекте управления;

-сокращения сроков и повышения уровня научных и проектных работ;

-совершенствования учебного процесса;

-интенсификации работ в лесном хозяйстве и т.д.

5.1 Автоматизированная система управления «Лесные ресурсы»

Автоматизированная система управления «Лесные ресурсы» (АСУЛР) разработана в Карельском научно - исследовательском институте лесной промышленности в 1990 году на ПК, совместимых с IBM PC.

При разработке комплексов задач использовались действующие в отраслях (лесном хозяйстве и лесной промышленности) законодательные акты, инструкции, нормативы, правила, наставления и т.д. Кроме того, использовались ТПР АСУ по комплексам задач «Учет и оценка лесосырьевых баз предприятий», Информационно - справочная система (ИСС), «Лесосырьевые базы (лесной фонд)», «Учѐт и оценка лесосечного фонда предприятий» и ИСС «Лесосечный фонд».

44

Цель создания АСУЛР - комплексная автоматизация всех видов учета лесных ресурсов на единой информационно-методической основе и организация решения большого круга задач по учету и оценке лесных ресурсов, анализу их состояния и планированию лесохозяйственного и лесозаготовительного производства.

АСУЛР предназначена:

-для упорядочения учета всех видов лесных ресурсов на едино информационной основе путем создания соответствующих баз данных по минимальным единицам учета (таксационный выдел, делянка);

-для оперативного обеспечения достоверной информацией о характеристике лесных ресурсов и их реальном состоянии ИТР, связанных с учетом, оценкой и планированием их использования.

Целесообразность автоматизации функций управления лесными ресурсами на ПК заключается в следующем: трудозатраты инженерно-технических работников (ИТР) на ведение учета лесных ресурсов в связи с большим объемом учетной информации составляют до 50% фонда рабочего времени. Кроме того, ежегодно подлежит обработке большой объем информации при подготовке отчетных документов, большая часть которых базируется на одних и тех же исходных данных. Автоматизация учета лесных ресурсов позволит создать единую информационную базу данных при одноразовом ее вводе и периодической корректировке и многократном ее использовании при получении необходимых выходных данных.

При незнании реального состояния лесных ресурсов в межревизионный период лесоустройства возникает много ошибок, просчетов и несбалансированности в планировании объемов, размещении и использовании лесных ресурсов. Оторванность ИТР от информации по характеристике лесных ресурсов ограничивает возможности оперативного вмешательства в конкретный процесс производства в нестандартных ситуациях или при обнаружении ошибок в планировании. Организация прямого доступа пользователей к информации по лесным ресурсам и ведение этой информации позволит повысить ответственность ИТР за достоверность данных и оперативность в принятии правильных управленческих решений.

АСУЛР не является локальной человеко-машинной системой для группы специалистов из разных отделов комплексного лесного предприятия, связанных

суправлением лесными ресурсами. Работа каждой из них организуется в рамках автоматизированного рабочего места (АРМ). Автоматизации подлежат функции учета лесного, эксплуатационного и лесосечного фонда, реализуемые в трех комплексах задач на основе создания банка данных о лесных ресурсах.

Комплексы задач предназначены для предприятий и их подразделений (лесничества, лесопункты) и автоматизируют деятельность ИТР следующих отделов предприятия: лесного хозяйства (ОЛХ); производственно-технического (ПТО); планово-экономического (ПЭО). Автоматизации подлежат функции, выполняемые ИТР вышеперечисленных отделов предприятия: инженером лесного хозяйства (ОЛХ); инженером по лесным культурам (ОЛХ); инженером по лесфонду (ОЛХ или ПТО); инженером-экономистом (ПЭО).

45

При определении состава комплексов задач учитываются специфика различных видов учета, характер выполняемых каждым специалистом функций по конкретному виду учета и удобство организации и ведения информационной базы в пределах комплексов задач. Состав задач внутри комплекса определяется с учетом определенных функций, которые отображены в названиях задач. Кроме того, учитывались особенности технологии выполнения видов работ по каждой задаче (функции).

Комплекс задач «Учет и анализ состояния лесного фонда». Инженер лесного хозяйства решает следующие задачи: формирование и ведение норма- тивно-справочной информации; формирование повыдельной базы данных лесного фонда (с ЕС ЭВМ на ПК); ведение повыдельной базы данных лесного фонда; формирование и ведение базы данных по формам государственного учета лесов; ведение государственного лесного кадастра; расчет фонда площадей для рубок ухода за лесом.

Комплекс задач «Учет и анализ состояния лесосырьевых баз предприятий». Инженер по лесфонду использует и решает следующие задачи: формирование и ведение повыдельной базы данных эксплуатационного фонда лесосырьевых баз предприятий; расчет характеристик эксплуатационного фонда лесосырьевых баз.

Комплекс задач «Учет и оценка лесосечного фонда». Инженер лесного хозяйства и инженер по лесфонду используют и решают следующие задачи: формирование и ведение базы данных по характеристике лесосечного фонда; материально-денежная оценка лесосек; расчет характеристик годичных лесосек в разрезе делянок; формирование документов по характеристике лесосечного фонда.

В настоящее время используется ГИС «Лесные ресурсы», версия 2011 г. ГИС «Лесные ресурсы» позволяет получать интегрированную картографическую и повыдельную информацию для решения практических задач по учету лесного фонда, текущему планированию рубок леса, лесовосстановлению, противопожарных и лесозащитных мероприятий, создания тематических лесных карт распределений насаждений по категориям земель, породам, группам возраста, типам леса, эксплуатационному фонду и другим показателям по запросу пользователя; кадастровой оценке лесов; охране окружающей среды; мониторингу лесов и сохранению их биологического разнообразия; внесение текущих изменений в лесном фонде; получение в автоматическом режиме различных отчѐтов; подготовка и печать планово-картографических материалов; внесение, учѐт, печать лесосек на основе буссольной съѐмки; возможность создания на основе ГИС системы спутниковой навигации с использованием GPS (ГЛОНАСС)-приѐмников типа Garmin, Trimble и т.д.

Структурно ГИС организована в виде отдельных автоматизированных рабочих мест (АРМ) конкретных специалистов.

АРМ инженера лесного хозяйства позволяет решать следующие задачи: выполнение чертежей трасс и делянок вручную и по натурной съемке; разброска невязок при выполнении чертежа; вывод таксационных характеристик и товарной структуры древостоев выделов, вошедших в делянку, а также зада-

46

ваемых на карте выделов и кварталов; вывод различных отчетов, содержащих фрагменты карт, и сопровождающей информации; накопление изменений, внесенных в ЦКБД; корректировка слоев карты и повыдельной базы данных в системе; формирование и ведение нормативно-справочной информации; мате- риально-денежная оценка делянок.

АРМ лесопользователя предоставляет пользователю возможность решать следующие задачи: расчет характеристик эксплуатационного фонда; получение форм госучета; составление дислокации мест рубок, а также 5- и 10-летних планов рубок и подсочки леса; расчет товарной и сортиментной структуры эксплуатационного фонда; материально-денежная оценка лесосек; расчет характеристик поступающего в рубку лесосечного фонда и техни- ко-экономических показателей освоения лесосек; получение информации для организации технологии рубок на лесосеках и многие другие задачи.

5.2 Автоматизация материально-денежной оценки лесосек

В соответствии с наставлениями по отводу и таксации лесосек и правилами отпуска леса на корню в лесах страны выполнение этих работ и матери- ально-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 на- учно-исследовательских институтах, вузах, на лесоустроительных предприятиях. В настоящее время имеется множество вариантов программ для решения задачи по МДОЛ.

Первые разработки по автоматизации материально-денежной оценки лесосек (МДОЛ) на ЭВМ появились в ЛенНИИЛХ в 60-х годах. Использовались технические средства: «Проминь»(19б7 г.), «Минск-22»(1973 г), ЕС-1029, ЕС-1033(1976 г). С развитием технических средств и программного обеспечения задача по МДОЛ совершенствовалась.

Программа Турбо Таксатор построена в соответствии действующей в настоящее время методике определения запаса и сортиментного состава древостоя, и выполнения материально-денежной оценки лесосек в полном соответствии с требованиями Министерства лесного хозяйства республики Беларусь. Она предназначена для подготовки материалов отвода лесосек. В ней предусмотрено выполнение материально-денежной оценки, определение товарной структуры таксируемого древостоя, основных таксационных показателей, таксовой стоимости лесосеки, построение плана и вычисление площади лесосеки.

Основные возможности программы: выбор сортиментной таблицы, определение товарной структуры древостоя на лесосеке (выход дровяной и деловой древесины по категориям крупности и по породам; объем ликвидной древесины из кроны с разделением по породам; общий запас древесины на лесосеке); расчет основных таксационных показателей (определение разряда высот по данным измерений модельных деревьев; средний диаметр; средний объем

47

хлыста количество стволов на лесосеке; общий запас древесины на лесосеке и в пересчете на 1 га; сумма площадей сечения м1/1 га; класс товарности); расчет таксовой стоимости древесины (стоимость древесины в целом по лесосеке, по каждой породе, по категориям качества; сумма таксовой стоимости к оплате; средняя таксовая стоимость одного кубометра древесины); расчет площади лесосеки (построение плана лесосеки и определение ее площади по данным съемки; автоматический расчет угловой и линейной невязок, коррекция невязки съемки; расчет внутренних углов съемки лесосеки); моделирование строения сосновых насаждений (построение распределения стволов древостоя по классам диаметра на основе функции бета распределения по данным таксационного описания).

5.3 Автоматизированная информационная система (АИС) «Контроль лесных ресурсов»

В ноябре 2005 года в Санкт-Петербурге прошла Министерская конференция 45 стран мира по проблемам правоприменения и управления в лесном секторе Европы и Северной Азии. Основной тематикой конференции являлась «борьба с незаконными рубками и нелегальным оборотом древесных ресурсов». В январе 2006 года сотрудниками УИЛ «СИТ в ЛХ» и кафедры «Информатики и системного программирования» МарГТУ разработана система под названием АИС «Контроль лесных ресурсов», которая состоит из пяти подсистем. Подсистемы АИС, решают следующие задачи:

1)«АРМ Лесопользование — Лесничество»: материально-денежная оценка лесосек; ведение нормативно-справочной информации; документационное обеспечение лесопользования.

2)«АРМ Лесопользование — Лесхоз»: сбор данных по лесничествам; формирование базы данных лесорубочных билетов по лесхозу; ведение баз лесных такс и их архивов; информационное обеспечение аукционов; передача данных лесорубочных билетов на сервер ГИБДД.

3)«АРМ Лесопользование — Агентство лесного хозяйства», «АРМ Лесопользование — Минсельхоз»: формирование пакета программ для лесхозов; прием отчетов о лесопользование по лесхозам агентства; прием и формирование отчетов по аукционам и подведение итогов реализации древесины по агентству лесного хозяйства.

4)«АРМ Лесопользование — ГИБДД»: прием данных по лесорубочным билетам из лесхозов республики; предоставление требуемой информации пользователям в соответствии с уровнем доступа в реальном режиме времени; прием-передача данных о потоках древесины на постах ДПС и обслуживание мобильных групп ДПС.

Основой функционирования подсистем служат материалы отвода, таксации и материально-денежной оценки лесосек (МДОЛ). Выполнение этих работ осуществляют работники лесохозяйственных предприятий в соответствии с «Наставлениями по отводу и таксации лесосек в лесах Российской Федерации.

48

Автоматизация учета лесосечного фонда дает возможность создать единую информационную базу данных при одноразовом еѐ вводе, корректировке и многократном еѐ использовании при получении необходимых данных.

При определении состава АИС учитывали: специфику различных методов таксации лесосек, удобство организации и ведения информационной базы, потребность у работников различных уровней управления в оперативной информации о движении лесных ресурсов конкретной территории.

Состав задач внутри подсистем АИС формировался с учетом определенных функций, которые отображены в названиях метода таксации лесосек. Дополнительно учитывались особенности технологии выполнения видов работ по каждому методу и перечень необходимых данных для контроля за использованием древесных ресурсов на уровне субъекта федерации и лесохозяйственного предприятия. Исходной информацией для заполнения базы данных служат материалы таксации лесосек и содержание лесорубочных билетов.

В соответствии с решаемыми задачами и поддержкой функционирования АИС выделены следующие типы пользователей: Администратор системы; Агентство лесного хозяйства, Минсельхоз; Лесхоз; Стационарный пост ДПС; Мобильная группа ДПС; Дежурная часть ГИБДД.

АИС «Контроль лесных ресурсов» решает задачи МДОЛ, передачи и контроля данных по лесопользованию в электронном виде между лесхозами — агентством лесного хозяйства Республики Марий Эл — ГИБДД Республики Марий Эл. Передача данных в электронном виде осуществляется по каналам связи с использованием Интернет — технологий (рис. 6).

Рисунок 6 – Схема работы АИС «Контроль лесных ресурсов»

49

Кроме того, система предназначена для обмена данными о лесопользователях и транспортных средствах в РОВД МВД.

Контроль движения лесных ресурсов проводится в режиме реального времени, путем внесения данных из сопроводительных документов транспортных средств на контрольных пунктах ГИБДД в базу АИС «Контроль лесные ресурсы».

АИС имеет функции получения отчетов о работе постов ГИБДД за любой требуемый период времени. Получена возможность установления легальности заготовки конкретной транспортируемой партии древесины. Повысилась ответственность руководителей и работников лесозаготовительных предприятий и частных предпринимателей в части документооборота. Информация о конкретном лесорубочном билете теперь доступна личному составу ГИБДД, специалистам агентства лесного хозяйства в любой момент времени. Налажен ежедневный учет по транспортировке древесины.

5.4 Автоматизированное рабочее место инженера лесного хозяйства «Лесфонд» и автоматизированное рабочее место таксатора

АРМ «Лесфонд» предназначен для автоматизации повседневной деятельности специалистов лесного хозяйства с использованием персонального компьютера. АРМ «Лесфонд» разработали специалисты ТОО «Лабмастер» Кац С.С, Плаксин СВ., Луценко А.В. и др.

АРМ включает в себя набор баз данных по лесному фонду в соответствии с действующей инструкцией по лесоустройству в лесном фонде России. Комплекс программ предоставляет следующие возможности:

-осуществлять просмотр и печать поквартальных итогов по лесничеству, лесхозу или набору кварталов;

-получать на экране изображения выделов, кварталов, отобранных по заданному критерию поиска с помощью механизма QBE;

-производить отвод лесосек и трасс в выбранном таксационном выделе лесничества;

-производить материально-денежную оценку лесосеки по материалам лесоустройства, используя настраиваемые справочники лесных податей и товарных таблиц;

-изменять конфигурацию и таксационное описание выделов в связи с изменениями, произведенными в лесном фонде;

-получать отчеты «Государственного учета лесного фонда».

Исходными материалами для создания картографической части базы данных могут быть как готовые (и используемые в настоящее время) лесоустроительные планшеты, планы лесонасаждении, так и аэрофотоснимки, используемые при лесоустройстве. В качестве источника таксационных данных используются таксационные описания, создаваемые в процессе лесоустройства.