CC BY
18
УДК 630*181.62:630*531
Хвойные бореальной зоны. 2021. Т. XXXIX, № 4. С. 253-256
ОЦЕНКА ТАКСАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДРЕВОСТОЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДОВ
О. С. Артемьев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Использование дистанционных методов для оценки таксационных показателей позволит снизить стоимость таксационных работ. Один из дистанционных методов - оценка показателей леса по наземным цифровым снимкам. Предлагается использовать этот метод для определения диаметра растущего дерева сосны на различной высоте, для оценки густоты соснового древостоя и сомкнутости полога соснового древостоя. Применение предлагаемых методик позволит увеличить производительность таксационных работ.
Апробация предлагаемых методик по оценке таксационных показателей позволяет рекомендовать их для использования при таксации сосновых древостоев.
Ключевые слова: методика, растущее дерево, диаметр ствола, цифровой фотоснимок, точность измерений, сосна обыкновенная.
Conifers of the boreal area. 2021, Vol. XXXIX, No. 4, P. 253-256
ESTIMATION OF SCALPINE SCOTS PINE TAXING INDICATORS USING REMOTE METHODS
O. S. Artemjev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsk^ rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The use of remote methods for assessing taxation indicators will reduce the cost of taxation work. One of the remote sensing methods is the assessment of forest indicators based on digital terrestrial images. It is proposed to use this method to determine the diameter of a growing pine tree at different heights, to assess the density of the pine stand and the closeness of the canopy of the pine stand. The application of the proposed methods will increase the productivity of taxation works.
Approbation of the proposed methods for assessing taxation indicators allows us to recommend them for use in taxation of pine stands.
Keywords: technique, growing tree, trunk diameter, digital photograph, accuracy of measurements, Scots pine.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время для оценки таксационных показателей насаждений широко используются дистанционные методы, позволяющие снизить стоимость таксации [1]. В основном используются методики дешифрирования таксационных показателей по материалам аэросъемки или космосъемки. Значительно реже используются методики, использующие материалы наземной цифровой съемки [3; 4]. Автором предлагается для оценки таксационных показателей ряд методик, базирующихся на применении материалов наземной цифровой съемки, с последующей их обработкой на компьютере. Для апробации этих методик были выбраны сосновые древостои.
ПРЕДЛАГАЕМЫЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ТАКСАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Общеизвестно, что диаметр стволов деревьев с высотой уменьшается. Но в зависимости от многих показателей это изменение диаметра, в таксации называемое сбегом, различно [1]. Поэтому для оценки объема ствола необходимо измерять не только диаметр нижней части стволов растущих деревьев, но и диаметр средней части. Так, для расчета коэффициента формы q2, показателя, используемого для оценки формы ствола, необходимо измерить диаметры ствола на 1,3 м и на 1/2 высоты ствола. Как правило, диаметр на 1/2 высоты измеряется после срубания дерева. Кроме того, его
можно измерить с помощью разработанной автором мерной вилки [2]. Но оба способа трудоемки.
С целью повышения производительности таксационных работ по измерению диаметра ствола сосны на различной высоте предлагается методика измерения, основанная на использовании материалов наземной цифровой фотосъемки. Выбор данной породы - сосны обыкновенной, обусловлен тем, что стволы лиственных пород зачастую раздваиваются и измерение их диаметра, например, на 0,5 высоты дерева, невозможно.
Предлагаемая методика заключается в следующем.
На фотоштативе закрепляется фотоаппарат с телескопическим объективом и высотомер, так, чтобы ось объектива фотоаппарата и ось высотомера находились в одной плоскости. Затем с помощью высотомера находим на стволе сосны место измерения, например ствол на 1/2 высоты дерева, и производим с увеличением фотосъемку этого места ствола. С помощью лазерного дальномера измеряем расстояние от фотоаппарата до измеряемого участка ствола. На таком же расстоянии от фотоаппарата устанавливаем измерительную линейку и фотографируем ее.
В камеральных условиях с помощью компьютера совмещаем цифровые фотоснимки ствола дерева и линейки и производим измерение диаметра ствола дерева.
Таким образом, возможно измерение диаметра ствола растущего дерева сосны на любой высоте без значительных трудозатрат по сравнению с существующими способами.
Для оценки точности измерения по предлагаемой методике был измерен диаметр ствола у 10 растущих деревьев сосны на 1/2 высоты ствола. Измерение проводилось с применением мерной вилки Никитина с точностью 0,5 см.
Затем по вышеприведенной методике по цифровым фотоснимкам оценивались эти же диаметры ствола. При этом использовались лазерный дальномер Boch Zamo, высотомер Suunto PM-5/1250 и фотоаппарат Canon SX50HS.
Данные измерений диаметров стволов деревьев, полученные с помощью мерной вилки и с применением предлагаемой методики приведены в табл. 1.
Анализ приведенных в таблице данных показал, что измерение диаметров стволов сосны по приведенной методике по сравнению с измерением с помощью мерной вилки отличается максимум на 1 см. По всей вероятности, это связано с неровностями коры деревьев. Для того чтобы исключить эту погрешность были измерены с помощью штангенциркуля с точностью 0,01 см диаметры 3 цилиндров. Эти цилиндры были помещены на высоту 15 м, максимальную высоту для измерения диаметра на 1/2 высоты ствола деревьев сосны, растущих в условиях Сибири. Затем по предлагаемой методике оценивались диаметры цилиндров.
Проведенные измерения показали, что отклонение при измерении цилиндра диаметром 14,91 см составляет в среднем +0,19 см, при измерении цилиндра диаметром 13,22 см - +0,01 см, при измерении цилиндра диаметром 10,43 см - +0,08 см. Среднее отклонение в измерении диаметров 3 цилиндров составило +0,09 см, максимальное - +0,19 см. Измерение каждого цилиндра проводилось 5 раз.
Полученная точность оценки диаметров позволяет рекомендовать использование предлагаемой методики для оценки диаметров стволов у растущих деревьев сосны обыкновенной.
В настоящее время густота древостоя, то есть количество деревьев на 1 гектаре, оценивается при перечете деревьев [1]. Это довольно трудоемкий процесс. Для увеличения производительности таксационных работ предлагается методика с применением материалов наземной цифровой съемки.
Методика оценки густоты заключается в следующем.
Работу производят 3 человека. Два человека, соединенные между собой десятиметровой мерной лентой, идут по таксируемому выделу. В это же время третий снимает их на цифровую фотокамеру и лазерной рулеткой измеряет расстояние до них. Таким образом, становятся известны все стороны снимаемого трехугольного участка.
При камеральных работах полученный снимок выводятся на монитор компьютера. На изображении считается количество деревьев, расположенных на участке перед мерной лентой. Затем по формуле Герона вычисляется площадь участка и количество деревьев в расчете на гектар, то есть густота древостоя.
Для разработки и апробирования методики по дешифрированию густоты древостоев была заложена 21 проба в высокополнотных сосновых дре-востоях, растущих в городских лесах Красноярска и в Емельяновском лесничестве Красноярского края.
Анализ полученных данных показал, что на цифровых фотоснимках древостоев сосны с густотой до 1500 деревьев на 1 гектар или с полнотой менее 0,9 дешифрируются практически все деревья. На снимках древостоев с густотой от 1500 до 3200 деревьев на 1 гектар и с полнотой выше 0,9, в среднем изображается 80 % деревьев.
Сомкнутость полога древостоя - отношение суммы площадей горизонтальных проекций крон деревьев к общей площади участка леса. Выражается в десятых долях единицы, соответствующей полной сомкнутости [1]. Этот показатель определяется при ландшафтной таксации лесопарковых лесов [2], а также при лесной таксации для оценки относительной полноты. Сомкнутость полога зависит от породы деревьев, их биологических свойств, возраста, лесорастительных условий, лесорасти-тельной зоны и др. [1].
Таблица 1
Данные измерений диаметров стволов деревьев сосны, полученные двумя способами
№ дерева Диаметр ствола, см, полученный Разница
с помощью мерной вилки по предлагаемой методике см %
1 15,5 16,0 +0,5 +4
2 17,0 17,6 +0,6 +4
3 29,5 30,1 +0,6 +2
4 18,0 18,4 +0,4 +3
5 14,5 15,0 +0,5 +4
6 11,5 12,5 +1,0 +9
7 9,5 9,2 -0,3 -4
8 18,0 18,0 0 0
9 18,5 17,7 -0,8 -5
10 10,0 10,1 +0,1 +1
В настоящее время сомкнутость полога древостоя дешифрируется, в основном, глазомерно при дешифрировании аэрофотоснимков во время таксации леса [1]. Сомкнутость полога также можно оценить по аэрофотоснимкам с применением линейного или точечного методов [5].
Недостатком вышеприведенных методов оценки сомкнутости полога древостоя является то, что для ее оценки необходимы материалы аэрофотосъемки изучаемой территории, что повышает стоимость таксационных работ. Кроме того, при использовании вышеприведенных методик оценка сомкнутости производится либо глазомерно, либо с использованием выборочных статистических методов. Измерение площади крон или площади просветов между ними не осуществляется, что снижает точность оценки сомкнутости полога.
Для повышения точности и снижения затрат на таксацию этого показателя предлагается методика оценки сомкнутости полога с использованием материалов наземной цифровой фотосъемки.
Для апробации предлагаемой методики были выбраны смешанные древостои сосны обыкновенной и березы повислой с одинаковыми условиями места произрастания, относящиеся к одному типу лесу (сосняк осочково-разнотравный). Во-первых, на каждом из 20 исследуемых лесотаксационных участках леса была определена глазомерная сомкнутость полога древостоя. Далее на каждом лесотаксацион-ном участке леса на фотоштативе с помощью уровня был установлен цифровой фотоаппарат, ось его объектива была направлена перпендикулярно поверхности земли. Затем была произведена фотосъемка полога древостоя. На каждом исследуемом участке было определено по одной точке фотосъемки в связи с небольшими размерами участков и заданной точностью оценки сомкнутости полога.
В камеральных условиях полученное фотоизображение полога было введено в компьютер и распечатано на принтере. На распечатанном черно-белом снимке были обведены границы пробелов в кронах полога древостоя и с помощью электронного планиметра «РЬЛКК 5» оценивалась их суммарная площадь.
Затем была рассчитана сомкнутость полога в десятых долях единицы. Для этого произведено вычисление отношения площади пробелов полога древостоя к общей площади снимка. Отняв полученное значение от единицы, было получено значение сомкнутости полога древостоя. Полученные данные представлены в табл. 2.
Таблица 2
Сомкнутость полога древостоя
№ участка Сомкнутость полога по снимкам Глазомерная сомкнутость полога
1 0,72 0,7
2 0,91 0,8
3 0,92 0,8
4 0,92 0,9
5 0,75 0,6
6 0,91 0,9
7 0,93 1
8 0,98 1
9 0,7 0,5
10 0,93 0,8
11 0,81 0,7
12 0,95 1
13 0,99 1
14 0,78 0,7
15 0,94 0,8
16 0,87 0,8
17 0,94 0,6
18 0,96 0,8
19 0,94 0,8
Сумма 16,85 15,2
Среднее значение 0,88 0,80
Анализ полученных данных о разнице в оценке сомкнутости полога древостоя глазомерным методом и по данным дешифрирования снимков показал, что разница в средних значениях незначительна и составляет 0,08 единицы. В таксации, при оценке показателей с использованием глазомерного метода, такая разница считается допустимой.
Следовательно, оценка сомкнутости полога древостоя, произведенная по предлагаемой методике,
основанной на дешифрировании наземных цифровых фотоснимков с использованием электронного планиметра «PLANIX 5», возможна.
ВЫВОДЫ
Использование методики по оценке диаметра ствола на различной высоте растущих деревьев с использованием материалов наземной цифровой фотосъемки позволит исключить рубку модельных деревьев для оценки сбега. Это значительно повысит производительность таксационных работ.
Методика по оценке густоты древостоя по наземным цифровым фотоснимкам снизит трудоемкость полевых работ по таксации этого показателя.
Использование наземных цифровых фотоснимков позволяет оценивать сомкнутость полога древостоя с большей информативностью.
Проведенные исследования позволяют рекомендовать разработанные методики по оценке таких таксационных показателей как диаметр ствола на различной высоте растущего дерева, густота и сомкнутость, для таксации сосновых древостоев.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Анучин В. П. Лесная таксация : учебник. М. : Лесн. пром-сть, 1982. 552 с.
2. Артемьев О. С., Зайченко Л. П. Прибор для измерения диаметра ствола растущего дерева: Патент на изобретение № 2226669 от 10.04.2004 // Изобретения. Полезные модели. 2004. № 10, ч. 3. С. 588.
3. Артемьев О. С. Измерение высот деревьев при помощи цифровой наземной фотосъемки //
Лесной и химический комплексы-проблемы и решения. 2013. Т. 1. С. 15-18.
4. Роувинен Т. Трестима - цифровые фотографии для таксации леса // Сибирский лесной журнал. 2014. № 5. С. 69-76.
5. Толкач И. В., Бахур О. С. Методы оценки основных таксационно-дешифровочных показателей на цифровых снимках с использованием ГИС-технологий // Сб. науч. трудов ИЛ НАН Беларуси. Гомель : ИЛ НАН Беларуси. 2012. Вып. 72. С. 354362.
REFERENCES
1. Anuchin V. P. Forest taxation : textbook. M. : Forest industry, 1982. 552 p.
2. Artemjev O. S., Zaichenko L. P. A device for measuring the diameter of the trunk of a growing tree: Patent for invention No. 2226669 dated 04/10/2004 // Inventions. Utility models. 2004. № 10, Part 3. P. 588.
3. Artemjev O. S. Measuring tree heights using digital ground photography // Forest and Chemical Complexes-Problems and Solutions. 2013. Vol. 1. P.15-18.
4. Rouvinin T. Trestima - digital photos for forest taxation // Siberian Forest Journal. 2014. № 5. P. 69-76.
6. Tolkach I. V., Bakhur O. S. Methods for assessing the main taxation and decoding indicators on digital images using GIS technologies // Sb. scientific. Proceedings of the IL NAS of Belarus. Gomel : IL NAS Belarus. 2012. Issue. 72. P. 354-362.
© Артемьев О. С., 2021
Поступила в редакцию 10.02.2021 Принята к печати 20.08.2021
