CC BY
35
УДК 630*582
О. А. Севко, доцент (БГТУ); В. В. Коцан, студент (БГТУ)
КАРТИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ ПОСТОЯННЫХ ПРОБНЫХ ПЛОЩАДЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
Предложена методика создания и обработки картографической и таксационной информации, собранной на постоянных пробных площадях с использованием ГИС-технологии. Последовательно описан процесс формирования различных слоев и видов географической информационной системы пробных площадей, представлены возможности ее использования для оценки влияния расстояния между объектами на различные показатели. Указаны возможности использования представленной системы для проектирования рекреационного устройства лесопарков и лесохозяйственных мероприятий.
A methodic of the creation as well as using of GIS technology for the development and processing of cartographical and forest mensuration information based on the data from permanent sample plots is described in the article. The process of the development of different layers and kinds of geographical information system of sample plots is logically described. Different approaches of how the results could be used for the estimation of the influences of the distances between objects on different indexes are given.
Введение. Ведение лесного хозяйства в настоящее время требует получения точной информации о древостое. Для назначения и проведения рубок ухода, особенно в рекреационных лесах и лесопарках, необходима детальная информация о расположении и качественных характеристиках каждого дерева.
В настоящее время при возрастающей роли рекреационных полезностей леса все большие требования предъявляются к рекреационному устройству лесных массивов, и следовательно, к детальной инвентаризации при проведении парколесоустроительных работ.
Точная оценка лесных массивов в данном случае невозможна без составления детальной картографии местности и получения точных координат расположения деревьев. Однако, обработка информации, полученной при проведении данных работ во время парколесоустрой-ства, является очень трудоемким процессом и в итоге представляется в виде двух совершенно разных информационных массивов: визуальной информации на детальных планах местности и баз данных на учтенные деревья.
Необходима разработка геоинформационной системы, включающей в себя картографическую информацию и дающей возможность хранения и обработки атрибутивной информации. Это позволит в автоматическом режиме получать лесотаксационные показатели древо-стоев, давать им точные ландшафтные оценки, наиболее точно проектировать и контролировать проводимые мероприятия по организации пространства в лесопарке.
Создание картографического материала с использованием ГИС-технологий, а именно пакета программ АгсУ1вм>, позволит значительно ускорить процесс обработки используемых данных. Данная система позволит и наиболее
точно проектировать и моделировать возможные изменения при проведении рубок ухода в древостоях, а также оценивать их влияние на оставшуюся часть насаждения.
Методика создания картографического материала. Разработка технологии создания детальных ГИС конкретных объектов проводилась на основе данных постоянных пробных площадей кафедры лесоустройства, заложенных в Негорельском учебно-опытном лесхозе. Пробные площади заложены в наиболее типичных насаждениях. Их основное назначение -мониторинг (контроль) состояния насаждений, а также использование в качестве эталонов при проектировании и проведении лесопарковых и лесохозяйственных мероприятий.
Так как одним из факторов, влияющих на таксационные и ландшафтные характеристики древостоев, является дорожно-тропиночная сеть, ее качество, густота, расстояние деревьев до нее, уровень вытоптанности напочвенного покрова и степень уплотнения почвы [1, 2, 3], для детальной проработки был выбран участок с интенсивной рекреацией и высокой плотностью дорожно-тропиночной сети. Определение влияния данного фактора на таксационные характеристики отдельных деревьев, эстетическую оценку, жизне-устойчивость, ширину кроны, связанную с предыдущими показателями и влияющую на объем зеленой биомассы, а также прирост по объему, возможно с использованием ГИС и построением уравнений соответствующих зависимостей.
На пробной площади в условной системе координат определялось местоположение деревьев, оценивались их таксационные и ландшафтные показатели. Все данные по стационару, собранные в полевых условиях, оформлялись в виде таблиц и заносились в файлы обработки информации (рис. 1).
7 квартал 50 выдел 24 площадь 0,6
В
Э 10 11 12 средние показатели растущего древостоя средние показатели сухостоя сумма проекци и крон
порода возраст D H на пп на 1га на пп на 1га
G число запас G число запас G число запас G число запас
65 30,2 22,9 8,308 116 90,6 13,846 193,33 150,9 0,172 6 0,9 0,287 10 1,4 3628,92
13 14 15 16 17 18 19 20 21 F 48 21,3 14,3 2,175 61 21,7 3,625 101,67 36,1 0,000 0 0,0 0,000 0 0,0 2149,17
Л 0 0,0 0,0 0,000 0 0,0 0,000 0 0,0 0,000 0 0,0 0,000 0 0,0 0,00
6 60 29,9 22,9 4,704 67 68,1 7,840 111,67 113,5 0,215 4 2,4 0,359 6,6666667 4,0 3537,52
ос 60 42,3 23,0 0,140 1 2,2 0,234 1,6667 3,6 0,000 0 0,0 0,000 0 0,0 102,96
олч 0 0,0 0,0 0,000 0 0,0 0,000 0 0,0 0,000 0 0,0 0,000 0 0,0 0,00
Всего 15,327 245 182 25,545 408,33 304 0,387 10 3 0,645 16,666667 5 9418,6
Ne дерева каординать порода возраст ствол крона рост
X У dc-ю dß-з dop h объем ствола dhic-Kj dhíB-з dKcp протяженность по Крафту категория дерева
28 29 30 31 32 1 70,75 0,35 Б 65 32,5 30,5 31,5 20 0,714 6,75 5,7 6,225 25 2 дел
2 69,95 2,5 Б 60 23 23,5 23,3 21,5 0,416 3 2,9 2,95 20 2 дел
3 64,1 4,2 С 65 24,5 27 25,8 21,5 0,497 3,56 3,83 3,695 20 2 дел
4 62,1 2,5 Б 60 28 31 29,5 19 0,598 8,19 15,68 11,935 30 2 дел
5 59,6 0,7 С 65 25,6 27,2 26,4 20 0,489 8,3 7,98 8,14 15 2 дел
Рис. 1. Файл обработки данных
При создании данной системы информация о деревьях каждой породы образует отдельные слои, чтобы иметь впоследствии возможность детальной обработки имеющихся данных. Для этого исходные данные должны быть отфильтрованы и сгруппированы по каждой породе с помощью средств пакета Microsoft, а именно Exel и Access.
Для создания слоя, отображающего дорожно-тропиночную сеть, необходимо последовательно определить координаты по ходу движения для одной из сторон дорог, затем то же проделать для другой стороны. Данные заносятся в строгом порядке в соответствующие слою таблицы (рис. 2).
Рис. 2. Последовательность снятия координат
Дальнейшая обработка данных и построение картографического материала производилась в ГИС ArcView, позволяющей создавать разновременные тематические карты с различ-
ного типа объектами и возможностью оперирования базами данных по ним.
При конвертировании данных, описывающих дорожно-тропиночную сеть из аблиц Microsoft Exel и Access в ArcView, создается тема Событие и в ней отображается имеющаяся ситуация. Для отображения линейных объектов подключается дополнительный модуль NWF/DEM Data Editing Extension. С его помо-щью точки соединяются в линию, являющуюся графическим объектом, и закрепляются за соответствующим слоем, на экране отображаются контуры дорожно-тропиночной сети, возможно отслеживание и точности определения ее координат (рис. 3).
Рис. 3. Вид окна слоя дорожно-тропиночной сети
Если система троп и дорог на исследуемом участке сложная, то каждый ее объект необходимо отображать отдельно. Для этого сеть разбивается на несколько частей, и по каждой составляется отдельная таблица координат.
Для того, чтобы созданные таблицы можно было использовать в ArcView GIS версии 3.2, таблицы должны иметь формат dbf. После сбора полной базы данных по исследуемому объекту возможно автоматическое картографирование
имеющихся деревьев и дорожио-тропиночнои сети в ArcView GIS. Чтобы осуществить географическую привязку, импортированные табличные данные присоединяются к данным слоя. Использование языка запросов SQL позволяет получить записи из базы данных с последующим отображением их в Виде.
Для создания пространственных данных непосредственно в ArcView можно воспользоваться существующими данными в качестве базы для создания новых данных или вводить их полностью с экрана дисплея, используя для этого мышь, а имея установленный модуль Дигитайзер - с планшета.
После создания слоя с описанием дорожно-тропиночной сети создается проект, в который загружаются экспортированные ранее таблицы, добавляются слои, которые отражают размещение деревьев. При экспорте из Access для предотвращения ряда ошибок следует сократить количество полей характеристик деревьев, оставляя такие показатели, как номер дерева, координаты, возраст дерева, средний диаметр, высота, объем, средний диаметр кроны.
При наличии в ArcView GIS данных о расположении деревьев отдельно по каждой породе проводится визуализация. Создается тема Событие, в которой координаты по породам задаются через отдельные таблицы.
Чтобы отобразить диаметры крон в выбранном масштабе, создаются буферные зоны с радиусом равным радиусу кроны деревьев, при этом наши кроны будут накладываться друг на друга, что нормально при вертикальной сомкнутости (рис. 4).
на условные обозначения каждой из них. Таким же способом обрабатываются данные по диаметрам стволов. Все перечисленные этапы дублируются по каждой породе, и при активизации всех созданных тем отображается вся снятая на стационаре ситуация (рис. 5).
Рис. 4. Визуализация крон деревьев
Полученная картографическая информация сохраняется в отдельный 8Ьр-слой. Цвет крон для различных пород выбирают, ориентируясь
Рис. 5. План части пробной площади
Созданный проект ArcView GIS позволяет быстро получить информацию о таксационных показателях любого дерева, находящегося на описываемой территории. При наведении курсора на нужный объект в соответствующем режиме и щелчке мышью появляется вся подвязанная к базе информация о нем (координаты, диаметры ствола и кроны, высота, протяженность кроны, возраст, объем ствола и др.).
Информацию из некоторых таблиц можно непосредственно отобразить в Виде, другие таблицы предоставляют дополнительную информацию, которая может быть связана с существующими пространственными данными. ArcView поддерживает следующие типы табличных данных: данные с серверов баз данных Oracle, файлы форматов dBASE III и dBASE IV, таблицы INFO, текстовые файлы, в которых в качестве разделителя полей используются символы пробел или запятая.
Как и любая ГИС, проект содержит информацию дух видов: картографическую и атрибутивную (таблицы). Также имеется возможность создавать различные запросы и экспортировать данные в другие программы и среды для дальнейшего анализа. По созданной выборке можно создавать требуемые сводные таблицы, строить диаграммы и задавать запросы для дальнейших расчетов и выявления связей между показателями.
Для проведения исследований по взаимному влиянию деревьев в проект включается до-
полнительный модуль find 10 nearest, который считает расстояние до ближайших десяти точек каждой точки темы или между темами. Результаты подсчетов представляются в таблице атрибутов (рис. 6). Данная информация позволяет определять уровень влияния деревьев друг на друга в древостое, а также контролировать изменения древостоя при проведений лесохо-зяйственных мероприятий в нем.
гЦ \
и
Рис. 6. Определение расстояний до 10 ближайших деревьев
Данная ГИС позволяет соединиться с сервером базы данных и выполнить SQL-запрос для поиска записей в базе данных. Если табличные данные хранятся не в файле на диске, то создается таблица в ArcView для хранения этих данных.
Существует возможность сортировки и запросов, получения итоговой статистики, построения уравнений взаимосвязи имеющихся показателей между собой и с внешними факторами, создания полноценной деловой графики (диаграммы и графики оценки и распределения) и визуализации данных.
Встроенные инструменты ArcView GIS позволяют делать быстрый и качественный анализ исследуемого насаждения, исправлять ошибки, составлять разновременные тематические карты с использованием цветовой шкалы и масштабирующих символов и многое другое.
Заключение. Данная методика поможет качественно и в быстрые сроки создавать планы парковых и лесопарковых территорий, иссле-
дуемых пробных площадей различной тематики и направленности и т. п.
Использование предложенной ГИС позволит оценить влияние дорожно-тропиночной сети на ландшафтно-таксационные характеристики древостоя. Оценивая оказываемое воздействие, можно оптимизировать долю и плотность дорог и троп в лесных массивах, рассчитывать допустимые рекреационные нагрузки, благоустраивать территории лесопарков, способствуя наиболее полному и рациональному использованию лесных насаждений и созданию оптимальных условий природопользования.
Точная оценка имеющихся ресурсов позволит правильно запроектировать всевозможные лесохозяйственные мероприятия и оценить допустимые рекреационные нагрузки, а также возможное влияние различных антропогенных факторов на древостой, их таксационные и ландшафтные характеристики (санитарную оценку, дигрессию и т. д.) [4, 5].
Предложенная методика может использоваться при моделировании хода роста древо-стоев, проектировании рубок ухода и оценки их влияния на растущую часть древостоя, оценки взаимного влияния между деревьями, выявления кругов конкуренции, определения и для оценки площади питания деревьев.
Это даст возможность более детально изучить лесные экосистемы с меньшими затратами времени и труда.
Литература
1. Тюльпанов, Н. М. Лесопарковое хозяйство / Н. М. Тюльпанов. - Л.: Стройиздат, 1975. - 159 с.
2. Ландшафтная таксация и формирование насаждений пригородных зон / В. С. Моисеев [и др.]. - Л.: Стройиздат, 1977. - 220 с.
3. Гальперин, М. И. Ландшафтная таксация лесопарковых насаждений / М. И. Гальперин, А. А. Николин. - Свердловск, 1971. - 85 с.
4. Строительство и реконструкция лесопарковых зон на примере Ленинграда / В. С. Моисеев [и др.]. - Л.: Стройиздат, 1990. - 288 с.
5. Шабанов, В. В. Оценка риска изменения ландшафта / В. В. Шабанов // Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика. - М.: МГУ, 2006. - Вып. 3. - С. 603-605.
Поступила 14.04.2010
