Александр Кренке - Информационное обеспечение лесного хозяйства через интеграцию существующего лесоустройства и средств дистанционного зондирования

Александр КРЕНКЕ, научный сотрудник Института географии РАН, Петербургский Международный Лесопромышленный Форум 2015. Круглый стол «Информатизация лесного хозяйства» 29 сентября 2015

Transcript

1. Информационное обеспечение лесного хозяйства через интеграцию существующего лесоустройства и средств дистанционного зондирования: новые подходы Кренке А.Н. Пузаченко Ю.Г. Петров И.К. Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН
2. В случае управления лесом, основным источником информации являются данные лесотаксации или инвентаризации лесов. Нынешнее состояние лесотаксации не дает возможности эффективно использовать ее в целях интенсивного лесопользования и контроля за динамикой состояния лесов. С каждым годом практическое отсутствие крупномасштабных лесоустроительных работ и «формальная» актуализация, все больше отрывает инвентаризацию от реальности. Исследования экосистем из космоса, а также планирование хозяйственной деятельности по защите и освоению биологических ресурсов на основе данных космического зондирования, являются необходимыми инструментами, для обеспечения интенсивного лесопользования и уменьшению издержек. Тем не менее, существующие данные представляют собой незаменимый материал, обобщающий многолетние полевые работы и общее знание лесов сотнями специалистов.
3. • Создать способ актуализации лесной инвентаризации, опирающийся на реальные данные и способный давать все основные лесохозяйственные характеристики, а не только информацию о рубках, патогенах и т.д. • Разработать такие инструменты которые позволят существенно сократить необходимость полевых наблюдений, и сделать их сеть максимально оптимальной. • Обеспечить оперативность инвентаризации и возможность ее выполнения на любых территориях и в любых объёмах на единой методической основе. Задачи: В данном сообщении предлагается подход опирающийся на существующие данные инвентаризации, при этом позволяющий оценить их уровень соответствия реальности и получить актуальную информацию о состоянии лесов.
4. • Лесная таксация, не смотря на свои неточности, как правило отражает действительность не менее чем на 50%, т.е. дает адекватное представление о характере леса «в целом». • Существует доказанная функциональная связь между спектром отраженной солнечной радиации, фиксируемой ДДЗ, и характеристиками лесов – высота древостоя, состав древостоя, возраст, и т.п. • Используя отфильтрованные данные лесной инвентаризации можно получить коэффициенты этой функциональной связи для любого региона, и построить модель воспроизводящую по ДДЗ состояние лесов в любой точке страны, обеспеченной данными лесной инвентаризации. Рассматриваемый подход опирается на следующие теоретические основания:
5. Классификация разнообразия спектральных состояний рассматриваемой территории Автоматическая фильтрация существующих данных инвентаризации в местах «явных несоответствий», Автоматическое создание оптимальной сети полевых наблюдений покрывающих выявленное разнообразие и типические «проблемные зоны» Предварительная обработка Дискриминантный анализ Основные инструменты: Предлагаемый алгоритм решения задачи: Выявление формы функциональной связи между лесохозяйственными характеристиками и поглощением солнечной радиации Интерполяция лесохозяйственных характеристик на всю территорию 1 2 3 4 Процедура заключается в последовательном беспороговом разбиении всего множества значений по основанию два. 2^2 Данная процедура позволяет без привлечения посторонних соображений выделить всё разнообразие состояний растительности на заданном уровне детальности. Дихотомическая классификация ...2^8 1 Демонстрация реальной мозаики растительного покрова в пределах «однородных выделов». На данном лесном плане вообще не выделены мелкие озера. БОЛЬШИНСТВО ВЫДЕЛОВ ЛИШЬ В ОБЩИХ ЧЕРТАХ ОТРАЖАЮТ РЕАЛЬНОСТЬ. Внутри выдела могут быть леса разного состава и запаса. 2
6. • Оптимальным является использовании мультиспектральных снимков с разрешением 5-20 м, и количеством спектральных каналов не менее 5, за несколько сроков съемки, покрывающие период с февраля по сентябрь • Рассчитать модели можно для всех основных характеристик (запас, полнота, группы возраста и т.д.) Варьирование лесотаксационных переменных описанное дискриминантными функциями Среднее качество дискриминации по различным моделям колеблется около 60% (меньше для редких пород , больше для основных характеристик и пород) запас ель береза возраст первая ось 0.65 0.46 0.37 0.38 вторая ось 0.18 0.16 0.25 0.22 третья ось 0.06 0.07 0.1 0.12 четвертая ось 0.01 0.05 0.09 0.07 общее 0.9 0.74 0.81 0.79 Общий запас в пространстве двух осей запас 3
7. Пример решения задачи инвентаризации лесов для территории центрально лесного государственного биосферного заповедника.
8. • Рассматриваемая территория хорошо изучена. • В рамках многолетних исследований получено более 1,5 тысяч полевых наблюдений. • В данной работе использована часть этих описаний для верификации. Существующая для данной территории лесотаксация, несмотря на заповедный статус (т.е. особое качество исполнения) демонстрирует проблемы характерные для лесотаксации в целом: • Затруднения при проведении границ выделов; • Неточность обновлений; • Связанные с этим фактические ошибки (например доминант клен в некоторых выделах).
9. 1 2 3 4 5 V Бонитет 1 2 3 4 5 I Бонитет 1 2 3 4 5 II Бонитет 1 2 3 4 5 III Бонитет 1 2 3 4 5 IV Бонитет Группы возраста 1 - молодняки 2 - средневозрастные 3 - приспевающие 4 - спелые 5 - перестойные Запас Ошибка Общее распределение запасов и ошибок на гектар запас ошибка 0 650 0 1
10. 1 2 3 4 5 V Бонитет 1 2 3 4 5 I Бонитет 1 2 3 4 5 II Бонитет 1 2 3 4 5 III Бонитет 1 2 3 4 5 IV Бонитет Группы возраста 1 - молодняки 2 - средневозрастные 3 - приспевающие 4 - спелые 5 - перестойные Запас Ошибка Распределение запасов и ошибок по ели на гектар запас ошибка 0 520 0 1
11. 1 2 3 4 5 V Бонитет 1 2 3 4 5 I Бонитет 1 2 3 4 5 II Бонитет 1 2 3 4 5 III Бонитет 1 2 3 4 5 IV Бонитет Группы возраста 1 - молодняки 2 - средневозрастные 3 - приспевающие 4 - спелые 5 - перестойные Запас Ошибка Распределение запасов и ошибок по березе на гектар запас ошибка 0 370 0 1
12. •Полученные значения и ошибки в целом соответсвуют нормативам для наиболее ценных с лесохозяйственной точки зрения территорий. •Результаты могут быть получены как с сохранением существующих границ выделов, так и с их широкой коррекцией. •Результаты можно дополнительно улучшить через ограниченные полевые изыскания в целевых районах Окрашенная по доминирующей породе и группам возраста карта состояний лесов 11 Сосна Ель Береза Осина Ольха
13. • Метод уже был применен на крупных территориях европейской части России и дальнего востока. • Были решены различные задачи, от актуализации лесоустройства , до «блиц» анализа для бизнес-аналитики общего состояния лесов. • Преимущества метода – сравнительно низкая стоимость материалов и большая скорость работ. Можно получить содержательные результаты без полевых работ вообще, что дает возможность проводить анализ в любое время года. Результаты и применение подхода 1 1 2 2
14. // Спасибо за внимание