Введение
Применение ДЗЗ и ГИС в лесном хозяйстве 6
1.1. ДЗЗ: понятие и сущность 6
1.2. ГИС в лесном хозяйстве 11
1.3. ДЗЗ в лесном хозяйстве 17
1.4. Лесное хозяйство Республики Татарстан 22
2. Особенности применения ДЗЗ И ГИС в лесном хозяйстве 29
2.1. Веб-приложение - геопортал «Леса России» 29
2.2. Решение проблемы пожаров с помощью космических и ГИС
технологий 33
2.3. Дистанционный мониторинг и инвентаризация лесов 45
2.4. Динамика нетронутых лесных ландшафтов с 2000 по 2016 гг 50
3. Мониторинг и инвентаризация лесов с помощью ДДЗЗ в ГИС-пакете
ARCGIS 58
3.1. Использование данных ДЗЗ при дешифрировании снимков 58
3.2. Классификация изображений для определения площади вырубок 67
3.3. Использование вегетационного индекса NDVI для определения типа
растительного покрова 72
Заключение 80
Список использованных источников
В лесном хозяйстве данные дистанционного зондирования Земли (ДДЗЗ) активно используются при инвентаризации лесов с целью определения качественных и количественных характеристик лесных массивов, для оценки ущерба, нанесенного лесным массивам пожарами, болезнями леса, загрязнением воздуха, незаконными вырубками.
Тема актуальна на фоне масштабных вырубок леса в Сибири и на Дальнем Востоке, которые происходят в последние года. Пожары так же всегда были одной из главных проблем лесников. В современной России многие помнят пожары 2010 года, территории которых охватили сотни тысяч гектар в более чем 20 субъектах страны. Эксперты прогнозируют и этим летом схожие масштабы пожаров, ведь каждый год горят тысячи гектар леса.
Практическое значение изучаемой проблемы в том, что ГИС-технологии и ДДЗЗ позволяют сократить затраты на инвентаризацию лесного фонда по сравнению с классическими полевыми и камеральными методами, в короткие сроки выявляя пригодные для того или иного вида деятельности земли и их площади. ДДЗЗ различных разрешений находятся в свободном доступе (Landsat,Modis, Sentinel и другие), также могут быть заказаны у поставщиков данных, присутствующих и на отечественном сегменте рынка ДДЗЗ (например, Сканэкс, СОВЗОНД, Geoscan). Возможности ГИС заключаются в быстрой основной и тематической обработке ДДЗЗ, извлечении новой информации посредством пространственного анализа.
Цель данной работы - проведение мониторинга с последующей инвентаризацией земель лесного хозяйства, используя доступные средства ДДЗЗ и ГИС, оценка возможностей использования ДЗЗ для лесного хозяйства, перспективы современных технологий в отрасли. Основой для мониторинга
В ходе работы требовалось решение нескольких задач: изучить литературу и предоставить информацию об использовании данных ДЗЗ в лесном хозяйстве; описать современную ситуацию в лесном хозяйстве; обратиться к основным показателям в лесной отрасли; предоставить актуальную информацию о возможностях ГИС на данный момент; обработать материал в ГИС.
В работе были использованы различные данные ДЗЗ. В частности, нормализованный вегетационный индекс NDVI был получен на основе данных Landsat 8. Обработка данных производилась в программном обеспечении ArcGIS, версия 10.4.1. Работа велась поэтапно:
- построение в ГИС карт пожаров и динамики лесных ландшафтов
- дешифрирование космических снимков с помощью различных комбинаций каналов;
- классифицирование изображений для определения площади
вырубок
- создание карты по NDVI;
Объектом исследования выступает лесное хозяйство Российской Федерации. Предметом является данные ДЗЗ, совместно с ГИС, проблемы лесного хозяйства, перспективы отрасли.
Новизна данной работы - предложить новые актуальные разработки в сфере лесного хозяйства, опираясь на данные ГИС и ДЗЗ.
Теоретической базой исследования являлись труды таких ученых как Журкин И.Г. ,Пахучий, В. В. Алексеев А. С., Добровольский А. А., Троицкая Е. Г, Блохин, Воробьев Ю.Л., Акимов В.А., Соколов Ю.И, Катруш С.С. , Маслов
А.А., Голубева Е. И., Жаринов С.Н., Дамдын О. С., Золотой С.А., Макриденко Л.А., Кривоконева Е. У., Гончарова И. Ю.
Эмпирической базой исследования выступали данные о пожарах, вырубках леса. В ходе работы использовалось программное обеспечение:
Arcgis, ГИС сервис Google Earth, предоставленная демоверсия портала OrbisMapServer, веб-портал «Карта пожаров», NextGis, Easy Trace 8.65.
Методика исследования предполагала работу с программным обеспечение ГИС сервисов и приложений, статистическими данными (Авиалесохрана, Рослесхоз), вычисление и анализ статистических показателей первичных данных, улучшение визуального восприятия снимков, дешифрирование данных ДЗЗ.
Работа состоит из введения, трех глав (десять параграфов) и заключения. Первая глава представляет собой теоретические сведения о применении ДЗЗ, о лесном хозяйстве, современной ситуации в отрасли, мониторинге в лесной сфере. Вторая глава включает в себя описание возможностей ГИС, современные проекты, направленные на решение проблем в отрасли. В третьей главе было представлено различное применение данных ДЗЗ в ГИС-пакете Arcgis. В заключении подведены итоги работы, дана оценка состояния лесного хозяйства и применения в нем технологий дистанционного зондирования. В работе были использованы литературные, картографические, и веб-источники, всего - 47 единиц.
Установившаяся, в последние десятилетия, устойчивая тенденция к сокращению лесных земель обуславливает актуальность проведения работ по мониторингу земель. Ухудшение обстановки связано с масштабными вырубками, крупными пожарами, болезнями леса, несоблюдением норм ведения лесного хозяйства. В этой связи первоочередной задачей является совершенствование мероприятий по мониторингу лесных угодий, для минимизации негативных последствий на лесной территории.
На данный момент, лесное хозяйство переживает трудный этап. При наличии серьезных проблем: крупных ежегодных пожаров, масштабных вырубок леса, значительном влиянии вредителей, технологии не стоят на месте. Развивается мониторинг обнаружения пожаров, вырубок лесных массивов. Важным моментом в этом является финансирование современных проектов, которые требуют больших затрат и поддержки со стороны государства, ведь все работы направлены на улучшение состояния и охраны лесов, которыми так славится наша огромная страна, которую мы должны беречь, а не уничтожать.
Современное лесоустройство вполне освоило ГИС-технологии и активно применяет их в камеральном периоде производства при создании лесных карт. Основным производителем первичных данных о лесном фонде стали лесоустроительные предприятия, которые используют цифровые методы обработки информации и ГИС технологий. Имеются все предпосылки к тому, что лесоустройство самостоятельно либо совместно с разработчиками ГИС станет основным поставщиком специализированных технологий для лесного хозяйства.
Космическая система практически заменила существовавшую ранее систему аэрофотосъёмки, обеспечив региональные центры (лесоустроительные предприятия) панхроматическими и мультиспектральными снимками разного разрешения для мониторинга порядка лесопользования и государственной инвентаризации лесов. Если рассматривать использование материалов космического дистанционного зондирования для целей инвентаризации лесов и создания планово-картографических материалов, то космические снимки сверхвысокого пространственного разрешения в настоящее время хоть и
дороже аэрофотоснимков, но зато их обработка намного дешевле. Связано это с тем, что космические снимки поступают уже в цифровом виде с привязкой к системе координат, что значительно сокращает время и экономит затраты на их обработку. К тому же космический снимок охватывает значительную часть территории лесхоза, на которую аэрофотоснимков нужно большое количество. При этом каждый аэрофотоснимок должен быть отсканирован и привязан к системе координат, что влечет дополнительные затраты.
Для обширных лесных территорий России, расположенных в различных лесорастительных зонах и отличающихся большим породным разнообразием, дистанционный мониторинг является эффективным способом отслеживания незаконных рубок и выявления самовольного использования земель лесного фонда. Количество нарушений в лесничествах, в которых дистанционный мониторинг проводился на протяжении 4 лет и более, снизилось до 15% по сравнению с первым годом дистанционного мониторинга.
Лесные пожары являются мощным природным и антропогенным фактором, существенно изменяющим функционирование и состояние лесов. Они наносят урон как экологии, экономике, так зачастую и непосредственно человеку. Для государств, где леса занимают большую территорию, лесные пожары являются национальной проблемой, а ущерб, наносимый реальному сектору экономики, исчисляется сотнями миллионов долларов в год. Последнее время в России все чаще используется космический мониторинг для обнаружения лесных пожаров на малозаселенных территориях Сибири и Дальнего Востока.
В ходе данной работы было изучено применение данных ДЗЗ и ГИС в лесном хозяйстве. Данные элементы были рассмотрены как по-отдельности, так и в комплексном подходе. Поскольку в исследовании использовалось несколько комбинаций каналов, это позволило показать, что большинство недостатков снимков возможно нивелировать с помощью манипуляций с каналами и различными инструментами ГИС.
Современные технологические тенденции способствуют стремительному развитию всех отраслей хозяйственной деятельности нашей страны. Лесное хозяйство не является исключением. Постоянно новейшие технологии, программы и методики разрабатываются научными деятелями для развития технологий мониторинга лесной отрасли.
Проанализировав современную ситуацию в сфере картографирования лесных земель, были выявлены определенные недостатки и проблемы. Например, актуальной проблемой является отсутствие ресурса с открытыми картографическими данными лесов.
В 2021 году ожидается запуск девятого поколения Landsat, точность и качество предоставляемых данных, которого будет выше, чем уже имеющихся на орбите спутников, что несомненно, позволит улучшить качество проводимого мониторинга и инвентаризации земель различного назначения.
Таким образом, без ГИС-технологий невозможно рационально управлять лесным хозяйством, как страны, так и региона. Современные проекты урбанистов, экологов, гис-инженеров, экономистов, юристов - единственный путь к развитию территорий. Лесная отрасль может и должна выполняться с использованием ГИС-технологий и материалов космических съемок.
Представленная работа выполнена мною самостоятельно, без недопустимой чужой помощи. Все заимствования из чужих источников обозначены в тексте работы надлежащим образом в качестве таковых.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
