Формирование системы мониторинга лесов на базе данных дистанционного зондирования и ГИС-технологий

Указом  Президента Российской Федерации "О  государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития" определены основные задачи,

связанные с сохранением, сбережением природных ресурсов, учетом и контролем их использования. Одной из таких задач является необходимость проведения инвентаризации резервных лесов на площади около 117 млн га, изученных в 1950-е годы на основе составления карт. Значительны объемы лесоустроительных работ, ежегодно проводимых на территории лесного фонда России.

За  последнее время в России принят ряд концептуальных, юридических и нормативных документов, создающих предпосылки для ускоренной разработки и реализации геоинформационных технологий в системе лесного управления. К ним относятся Лесной кодекс Российской Федерации, Концепция национальной безопасности Российской Федерации, Концепция устойчивого управления лесами в Российской Федерации, Концепция информатизации лесного хозяйства, Концепция развития лесного хозяйства Российской Федерации на 2003-2010 годы. В соответствии с этими документами, стратегические цели устойчивого управления лесами направлены на:

• охрану, защиту и воспроизводство лесов;
• сохранение биологического разнообразия;
• научно обоснованное, неистощительное и многоцелевое лесо 
  пользование;
• повышение экологического и экономического потенциала ле 
  сов;
• удовлетворение потребностей общества в лесных ресурсах;
• повышение доходности лесов;
• управление лесами на основе научно-технических достижений;
• совершенствование кадровой политики;
• развитие лесного образования;
• привлечение населения к принятию экологически значимых

решений.

Концепцией  развития лесного хозяйства России на 2003-2010 годы предусмотрено осуществление планомерного развития лесного хозяйства на основе внедрения достижений науки и техники, широкого использования геоинформационных систем и технологий для обеспечения интенсивного, комплексного использования лесных ресурсов при сохранении экологического и генетического потенциала лесов России.

Для выполнения этих государственных задач  требуется четкая работа системы  информационного обеспечения всех служб Министерства природных ресурсов Российской Федерации (МПР России), в том числе и Государственной лесной службы.

Информационное  обеспечение в системе лесного  хозяйства осуществляется с учетом:

выполнения  функции управления в части регулирования  использования, воспроизводства и защиты лесных массивов;

разработки  и реализации конкретных государственных программ по охране лесов от пожаров, борьбе с болезнями и вредителями леса, защитному лесоразведению, облесению пастбищ и др.;

осуществления контроля за лесопользованием;

охраны лесов  от нарушений лесного законодательства.

Функции информационной системы лесного хозяйства России (ИСЛР) включают возможность решения задач широкого спектра.

Функции общего назначения:

взаимодействие  с государственными и другими  информационными системами и сетями, передача данных внешним пользователям и предоставление информации другим государственным органам;

обслуживание  потоков информации при ее приеме и передаче;

контроль  информационного обмена и обеспечение  сохранности баз данных.

Информационно-расчетные функции:

хранение, обработка и анализ лесохозяйственной  информации;

хранение и  обновление нормативно-справочной документации;

хранение, обновление и анализ сведений по государственному учету лесного фонда, лесному  мониторингу и лесному кадастру;

предоставление  в оперативном режиме государственным  органам лесного хозяйства различных видов достоверной информации, необходимой для принятия управленческих решений, анализа ведения лесного хозяйства, оперативного составления справок и отчетов;

предоставление  пользователям информационных продуктов  и оказание им информационных услуг.

Оценочные и прогнозные функции:

оценка уровня ведения лесного хозяйства на основании материалов государственного учета лесного фонда и мониторинга текущих изменений в состоянии лесного фонда;

оценка и  прогноз лесохозяйственной деятельности на основе информации от всех специализированных видов лесного мониторинга: лесопожарного, лесопатологического, в зонах радиационного заражения лесов, на территориях техногенного загрязнения и т.п.;

использование баз данных ИСЛР для выполнения международных обязательств России в области лесного хозяйства, защиты биоразнообразия, регулирования климата, техногенных воздействий на леса;

информационное  обеспечение принятия управленческих решений на основе специализированных экспертных систем на федеральном уровне и на уровне органов управления лесным хозяйством субъектов Российской Федерации;

информационное  обеспечение принятия решений по компенсации ущерба, наносимого лесному фонду лесопользователями, стихийными бедствиями и различными видами антропогенного воздействия [9, 12].

Организационная структура информационной системы лесного хозяйства России включает в настоящее время следующие уровни: федеральный (МПР России), региональный (орган управления лесным хозяйством субъекта Федерации) и локальный (лесхоз) и обеспечивает функционирование потоков информации по всем вопросам ведения лесного хозяйства, лесоучетных работ, взаимодействия с органами власти, лесопользователями и т.д.

Одними  из основных компонентов информационной системы лесного хозяйства являются географические информационные системы и соответствующие им технологии.

В настоящее время ГИС-технологии широко внедряются и признаются в качестве современного инструмента для устойчивого управления лесами.

 

 

  7.2. Внедрение ГИС-технологий  в лесоустройство

 

7.2.1. Основные этапы геоинформатизации лесного хозяйства

Реализация  геоинформационных технологий в  системе управления лесами была начата в лесоустроительных предприятиях в конце 1980-х - начале 1990-х годов.

Российское  лесоустройство представлено 13 федеральными государственными лесоустроительными предприятиями, в состав которых входит 37 лесоустроительных экспедиций, во многих из которых разработаны технологии производства лесоустроительных работ на базе ГИС.

Во  времена СССР лесоустройство было централизованной службой, управляемой Всесоюзным объединением ВО "Леспроект". В тот период разработка технологий и программного обеспечения для лесоустройства проводилась централизованно, стандарты и нормативы были согласованы [32]. Объем лесоустроительных работ объединение ежегодно распределяло между предприятиями службы, большинство из них имело постоянные регионы деятельности.

После упразднения в 1993 г. ВО "Леспроект" лесоустроительные предприятия стали самостоятельными подразделениями. В настоящее время они действуют на основе внутреннего хозяйственного расчета и самостоятельно договариваются с лесными службами об объектах лесоустройства. Каждое из предприятий ежегодно проводит лесоустройство в нескольких лесхозах.

До  появления ГИС-технологий в лесном хозяйстве использовались и в настоящее время продолжают использоваться две базы данных, поставляемые лесоустройством - таксационная и картографическая.

Таксационная  база данных на бумажных носителях  представлена лесоучетными таблицами и ведомостями, характеризующими лесной фонд, и таксационными характеристиками отдельных выделов.

Картографическая  база данных в виде бумажных планшетов  и планов лесонасаждений, окрашенных по породам, дает сведения о пространственном размещении насаждений и группах возраста, а также других категорий земель, полученные на топографической основе в заданной системе координат.

Возросшие требования к достоверности и  оперативности информации о лесном фонде обусловили необходимость перехода на современные технологии при ее сборе и последующем использовании. Появилась потребность в разработке и внедрении в производство программных и аппаратных средств геоинформационных технологий, создании и систематическом обновлении информационной базы лесного фонда и лесных ресурсов, обеспечивающей ведение государственного учета лесного фонда, государственного кадастра, осуществление лесного мониторинга, контроля за лесоэксплуатацией.

Тесная  связь информационных процессов в лесоустройстве и ле-сохозяйственной деятельности поставила задачу разработки соответствующих программных средств, позволяющих решать весь комплекс задач общей компьютеризации лесного хозяйства.

Географические информационные системы в лесном хозяйстве - это современные автоматизированные системы, позволяющие соединить несколько баз данных (прежде всего, таксационную и картографическую).

Как картографическая, так и таксационная базы являются обязательными и главными составляющими ГИС лесоустройства.

Повыдельные (поучастковые) базы данных российского  лесоустройства содержат информацию примерно о 70 млн выделов, составляющих лесной фонд Российской Федерации. Таксационная информация о лесных участках хранится в БД двух форматов: СУБД-L (DOS) и PLP (Windows). Передача повыдельной информации из первого формата во второй обеспечивается специальной программой-конвертером. Картографический блок лесоустроительных компьютерных комплексов базируется на широко используемых геоинформационных системах, как отечественных, так и зарубежных.

В настоящее  время ГИС-технологии, применяемые  в лесной отрасли, особенно в лесоустройстве, интенсивно развиваются, вбирая в себя все лучшее в области прикладного программирования [32]. Ведущие программные продукты создаются в Windows, Windows NT.

Важным  моментом в нормативном обеспечении  ГИС-технологий лесного хозяйства явилась разработка и утверждение Рослесхозом в 1999 г. временной инструкции "Требования клееным электронным картам, совмещаемым с таксационной базой данных" [9]. С появлением отраслевого стандарта появилась возможность, во-первых, экспертно оценить созданные программные продукты и, во-вторых, формировать единую техническую политику геоинформатизации, опираясь на согласованные форматы, структуры и содержание компьютерных систем.

Одно  из ведущих направлений развития современных лесоустроительных ГИС - активизация использования дистанционных данных о лесном фонде. При этом особое внимание уделяется аэрофотосъемке, как наиболее информативному виду дистанционного зондирования применительно клееным объектам.

В настоящее  время лесоустроительные предприятия  принимают самостоятельные решения, какие информационные технологии использовать в производственном процессе.

Разрабатываемые и уже используемые ГИС в лесной отрасли применяют (табл. 2):

для целей лесоустройства и инвентаризации, создания лесных карт (на основе данных аэрофото-, космической съемки, материалов геодезической съемки, результатов таксации лесонасаждений);

для текущего планирования и проектирования хозяйственных мероприятий органами управления лесным хозяйством (лесхозами и лесничествами);

формирования  проектов ведения лесного хозяйства  на передаваемых в аренду участках лесного фонда, с использованием баз картографических и лесотаксационных данных, подготовленных лесоустроительными предприятиями;

для оперативной работы служб охраны лесов от пожаров и лесо-патологического  мониторинга (подчиненных федеральным  и региональным органам управления).

 

7.2.2. Источники данных для создания ГИС в лесном хозяйстве

Информация  о составе и состоянии лесного  фонда готовится государственными лесоустроительными предприятиями по результатам базового лесоустройства, периодичность которого составляет, как правило, один раз в 10 лет.

Первичные лесохозяйственные учетные единицы - таксационные выделы. Каждый таксационный выдел имеет характеристику в таксационном описании и изображается на планшетах лесоустройства. Таксационные характеристики насаждений по выделам и назначаемые хозяйственные мероприятия заносят в карточку, таксации [9]. Карточка таксации - первичный источник, по которому формируются тематические (атрибутивные) базы данных лесоустроительной информации.

В базе данных по каждому выделу и кварталу содержатся следующие сведения: номер выдела, площадь, характеристики рельефа, состав пород, возраст, высота, диаметр, полнота, запас, класс бонитета, тип леса, тип лесорастительных условий, описание элементов леса, класс товарности, степень повреждения насаждений и прочие. Соответствующая информация о СУБД, использующихся в лесном хозяйстве, представлена в табл. 3 [9].

Планово-картографические материалы, применяемые в лесном хозяйстве в настоящее время, составляются на основе данных натурных лесоустроительных работ и камерального дешифрирования аэрофото- и космических снимков.