1.4. Лесные экосистемы, как объекты гис-проектирования

Целесообразность применения ГИС-технологий для управления лесами связана со следующими причинами:

- леса являются сложными системами, состоящими из взаимосвязанных элементов (деревьев, групп деревьев, экологических групп, ярусов растительности);

- леса являются пространственными объектами;

- современные требования к устойчивому управлению лесами подразумевают значительное увеличение объемов сведений об изучаемых объектах и процессах, оперативную и качественную их обработку.

Принципы ГИС-технологий отвечают указанным критериям –ГИС предназначены для описания и управления сложными пространственными объектами, могут средствами моделирования хранить, передавать и обрабатывать данные о компонентах лесных экосистем и их связях, учитывать системные свойства, выполнять прогнозирование изменений в лесном фонде. Данные качества важны для инвентаризации лесных ландшафтов, ведения лесного хозяйства, проектирования использования лесов.

Пространственные характеристики лесов имеют существенное значение при проектировании и ведении хозяйства. Это относится к взаимной близости лесных участков, положению участков в ландшафте (относительно сырых мест, изрезанных склонов, берегов рек, ручьев), распределению участков с определенными характеристиками по территории, их близости к элементам дорожной и гидрографической сети, форме выделов. Существенное значение для определенных географических районов играют составляющие рельефа (экспозиция, высота, вогнутость склонов, чередование форм микро и мезорельефа на территории и пр.). Подобную информацию сложно описывать и анализировать без использования средств и методов картографии.

Все современные направления устойчивого управления лесами РФ – инвентаризация лесов, планирование, мониторинг, контроль лесохозяйственной деятельности, сертификация лесов, подразумевают сбор и обработку, совместный анализ данных о лесах¹. Значительная часть сложностей, связанных с управлением лесами, сопряжена с недостатком современной, точной информации о лесных ресурсах – их качественных, количественных характеристиках, ограничениях использования.

Следовательно, управление лесам требует привлечения дополнительных объемов разнообразной информации (карт, снимков, индикаторов, справочных таблиц и пр.) к традиционным материалам лесоустройства. Для характеристики, анализа и управления этой информацией с учетом системных качеств лесов целесообразно использовать методы моделирования.

Необходимость дополнения традиционной лесоустроительной информации (таксационных характеристик) иными сведениями (почвенными описаниями, характеристиками рельефа, сведениями о геоботаническом покрове, климате, водном режиме, хозяйственной деятельности, экономическими особенностями подчеркивается) определяется актуальными задачами управления. Дополнительными картографическими материалами, облегчающими работы по планированию лесохозяйственной деятельности, могут служить космические или аэрофотоснимки, топографические карты. Желательно для практических работ по контролю состояния лесов, лесозаготовкам, транспортировке леса иметь картографические материалы о смежных с изучаемым лесным фондом территориях (поселках, соседних лесничествах), дорожной сети, степени проходимости отдельных участков (связанных с сезонной доступностью), близости пунктов переработки и хранения древесины. Современные мобильные устройства, оснащенные GPS-приемниками, позволяют ориентироваться в лесу (что важно в однородных участках без выраженных ориентиров), оценивать положение и размеры вырубок, делянок, ветровалов, пожарищ и затем наносить их на карты. Возможно решение обратных задач – перенесение в натуру точек, определенных в камеральных условиях (отвод лесосек, восстановление границ).

Наиболее совершенными и перспективными на данный момент информационными системами и технологиями для обработки, представления и анализа пространственных данных о лесах являются ГИС-технологии¹. ГИС позволяют сочетать традиционные методы описания и управления лесными ресурсами со средствами картографической визуализации, пространственного анализа, обработки атрибутивных и картографических данных. Также ГИС позволяют объединять и анализировать совместно с лесоустроительной информацией множество дополнительных пространственных и атрибутивных данных.

Преимущества ГИС, как инструментов хранения и обработки пространственной информации о лесах:

1. Возможность хранения, сравнения и вывода пространственных данных о лесных экосистемах, что важно для многих направлений лесного комплекса – лесоустройства, ведения лесного хозяйства, мониторинга.

Так разнообразные картографические материалы на изучаемую территорию (например, лесничество, арендуемые кварталы, национальный парк и т.д.) могут быть средствами ГИС преобразованы в цифровую форму², представлены в форме единого набора файлов (геоинформационного проекта, рабочего набора) в единой системе координат и проекций. В среде ГИС могут быть отражены и векторные данные (геоинформационные базы данных, картографические проекты, слои), полученные как в результате лесоустройства, так и экспортированные из других источников (организаций, связанных с кадастровой оценкой земель, проектированием строительства, изысканиями, смежными землепользователями и др.) и растровые (отсканированные топографические, тематические карты, космические, аэрофотоснимки, фрагменты планшетов и других лесных карт).

Возможность совместного хранения и представления картографических данных в ГИС может использоваться для решения следующих задач:

- получение дополнительной информации о лесных ландшафтах, не представленной на традиционных лесных картах (сведения о рельефе, о смежных с лесным фондом территориях – сельскохозяйственных угодьях, дорогах, населенных пунктах);

- получение сведений о пространственных связях между объектами, отраженными в базах данных (определение выделов, пересекаемых реками и дорогами, оценка транспортной доступности…)

- сопоставление материалов, относящихся к разному времени (места рубок, пожаров, изменение уровней воды в крупных водоемах)

- совместный просмотр, картографические измерения и анализ материалов, выполненных в разных масштабах и проекциях (данные дистанционного зондирования, топографические и лесные карты). Совмещенные в ГИС картографические материалы разного происхождения, разрешения, качества могут быть показаны вместе и использоваться для решения широкого круга задач управления лесами (уточнения границ, изменения контуров лесотаксационных выделов после лесохозяйственных мероприятий, внесения изменений в базы данных, ландшафтно-экологической оценки, проектирования мест рубок, рекреации, прогнозирования динамики лесного фонда …)

Для моделирования пространственных свойств лесных экосистем возможно использование послойного представления информации, применяемого в большинстве ГИС. Послойный принцип представления пространственной информации подразумевает разбиение данных о какой-либо территории на серию тематических слоев. При этом разделение пространственных объектов на отдельные слои может выполняться как по содержательным критериям (например, на одном слое отображаются все элементы гидрографической сети – реки, ручьи, озера, канавы, на другом – все инженерные сооружения, на третьем – растительность и т.д.), так и по типам объектов (только полилинии, подписи, растры, полигоны, символы). Послойное представление удобно для визуализации пространственных данных (показа избранных слоев, управления атрибутами слоев), управления (определения картометрических характеристик, выполнения пространственного анализа).

- возможность использования атрибутивных баз данных, как составляющих ГИС. Помимо набора обязательных таблиц, содержащих поля (столбцы) исходной лесоустроительной информации и нормативно-справочные сведения об изучаемой территории в атрибутивных базах данных лесного фонда, как правило, существуют гибкие возможности внесения дополнительных данных. К дополнительным атрибутивным данным, которые могут добавляться

2. Средства пространственного анализа ГИС позволяют решать сложные и трудозатратные задачи (например, на основе пространственных условий; оверлей слоев) с экономией времени

3. ГИС исторически разработаны как набор программ и технологий для управления природными объектами

Особое значение имеет мобильность и универсальность ГИС-данных. Так одни и те же данные о лесных экосистемах, представленные в распространенных форматах ГИС, могут экспортироваться в другие программы и применяться как для решения задач лесного сектора (инвентаризации лесов, проектирования лесопользования, планирования лесозаготовок, организации рекреации, мониторинга), так и для решения задач в других сферах – охране природы, строительстве, оценке ресурсов территорий, научных исследованиях.

Контрольные вопросы к главе 1:

1. Задачи использования информационных технологий при управлении лесами.

2. Геоинформатика.. Пространственные данные. Геоинформационные системы и технологии.

3. Отличия ГИС от других программ и технологий.

4. Функции и задачи ГИС.

5. Структура ГИС.

6. Направления классификации ГИС.

7. Лесные экосистемы, как объекты ГИС-проектирования.