Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности проблемы 6
2, Программа и методика исследования , 25
2.1, Программа исследования 25
2.2. Методика исследования 26
3- Объем и характеристика материалов 44
4. Результаты комплексной инвентаризации и картографирования растительных природных ресурсов 48
4.1. Ландшафтно-географическое районирование территории с элементами классификации господствующих и подчиненных форм и элементов рельефа 48
4.2. Особенности стратификации объекта инвентаризации 50
4.3. Информационные возможности материалов аэро- и космической фотосъемки.. 52
4.4. Результаты таксационного дешифрирования увеличенных спектрозональных аэроснимков 55
4.5. Результаты анализа морфометрпческих и морфологических признаков дешифрирования по АКФС объекта 56
4.6. Результаты анализа ландшафтных признаков дешифрирования категорий земель на исследуемой территории 78
4.7 Комплексная инвентаризация и картографирование природных ресурсов объекта 82
4.8. Оценка подробности и точности работ 90
4.9. Организация экологического мониторинга 106
5. Элементы кадастровой оценки лесов 126
5.1. Экономическая оценка земель традиционного природопользования малочисленных народов Крайнего Севера 126
5.2. Ориентировочная стоимость и эффективность комплексной инвентаризации... 135
6. Выводы и предложения по совершенствованию и развитию методов учета и оценки растительных природных ресурсов 142
6.1. Технология комплексной инвентаризации природных растительных ресурсов 142
6.2. Совершенствование методов инвентаризации лесов на основе материалов ДЗ и данных предыдущего лесоустройства 144
6.3. Предложение концепции геоботанического мониторинга пастбищ северного оленя 146
6.4. Перспективные направления лесоустроительных работ 156
6.5. Предложения по совершенствованию и разработке новой нормативно-технической документации лесоустроительного производства 159
6.6. Рекомендации по применению цифровой топокарты М 1:2 500 000 в лесоустроительном производстве 161
6.7. Предложения по электронному картографированию земель традиционного природопользования 162
6.8. Предложения по паспортизации земель традиционного природопользования 165
Библиографический список 167
Приложения 182
- Особенности стратификации объекта инвентаризации
- Результаты анализа морфометрпческих и морфологических признаков дешифрирования по АКФС объекта
- Ориентировочная стоимость и эффективность комплексной инвентаризации...
- Совершенствование методов инвентаризации лесов на основе материалов ДЗ и данных предыдущего лесоустройства
Введение к работе
Концепция развития лесного хозяйства Российской Федерации на 2003-2010 годы предусматривает проведение лесоустройства, инвентаризацию и мониторинг состояния лесного фонда на площади 757 млн. гектаров с использованием дистанционных методов (ДМ) и ГИС-технологий.
Концепцией предусматривается решение масштабных задач по кадастровой оценке лесного фонда, экологического и ресурсного потенциала лесов, созданию комплекса программно-методического обеспечения системы проведения мониторинга лесов в целях его внедрения в приоритетном порядке на участках особо ценных насаждений, в том числе характеризующихся важными природоохранными функциями.
Таким образом, задачи учета и многосторонней оценки природных растительных ресурсов и земель приобретают многоплановый, комплексный характер.
За почти двухвековой период в России разработана одна из наиболее совершенных и, в то же время, самая затратная система инвентаризации лесов. На всех этапах развития советского и российского лесоустройства основное внимание уделялось детальной количественной и качественной оценке главного компонента насаждения - древесины, тогда как все остальные ресурсы лесных экосистем или не учитывались вообще, или оценивались упрощенными методами. Рыночные отношения заставляют изменить подход к инвентаризации лесного фонда и его земель.
В современных условиях необходима комплексная оценка всех природных растительных ресурсов, включенных и не включенных в лесной фонд России. Ее результаты являются основой кадастрового учета земель, сертификации процессов производства и потребления лесных ресурсов, регулирования рыночных механизмов в лесном хозяйстве, землеустройстве, охраны, сохранения и улучшения окружающей среды. Тема диссертационного исследования, направленная на научное обоснование и разработку малозатратной технологии
комплексной оценки природных растительных ресурсов на основе ДМ и ГИС-технологий, является актуальной.
Цель работы заключается в разработке и научном обосновании совокупности методов и технических приемов, составляющих новую технологию инвентаризации растительных природных ресурсов. В ее основу положен ландшафтный подход к классификации земель лесного фонда, использование пригодных для решения поставленной задачи ДМ и ГИС- технологий.
Основные задачи исследования:
Разработка методов ландшафтно-географического районирования объекта инвентаризации и классификации его территории с установлением постоянных границ комплексных выделов, требующих применения одинаковых систем хозяйственных мероприятий;
Оценка пригодности материалов дистанционных съемок и ГИС для комплексной оценки и тематического картографирования природных растительных ресурсов;
Научно-практическое обоснование методически и технически правильных приемов комплексной инвентаризации природных растительных ресурсов, базирующихся на рациональном сочетании наземной таксации и дешифрирования материалов дистанционных съемок;
Разработка технологии комплексной инвентаризации природных растительных ресурсов.
Научная новизна. Результаты применения разработанных в процессе данного диссертационного исследования научно-методических рекомендаций и технологии комплексной инвентаризации природных растительных ресурсов являются уникальными, не имеющими аналогов в России и за рубежом.
Практическая значимость работы. Теоретические положения и разработанные на их основе практические рекомендации используются в практической деятельности лесоустроительных предприятий России, связанной с инвентаризацией природных растительных ресурсов в удаленных и труднодоступных
регионах. Научно-методические основы использования ДМ и ГИС-технологий применяются при разработке новой системы инвентаризации лесов России, при проектировании хозяйственной деятельности на землях государственного лесного фонда.
Личный вклад. Работа выполнена под руководством и при непосредственном участии автора. Технико-экономическое обоснование решаемых в процессе исследования задач, основные научно-методические разработки и все этапы опытно-производственного внедрения разработок выполнены в соответствии с рекомендациями и под контролем автора данного исследования.
Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается многолетней практикой применения разработанных технологий не только в Сибири и на Дальнем Востоке, но и в лесном фонде европейской части России. Использование современных методов сбора и обработки информации, объема исходных данных, необходимого и достаточного для обеспечения заданной точности результатов исследования, позволили получить гарантированно обоснованные и достоверные результаты.
Апробация и публикация результатов работы. Основные результаты исследования были опубликованы в 25 научных статьях, обсуждены и одобрены на 9 научно-практических конференциях, 11 семинарах и 14 рабочих встречах международного, национального и регионального уровней. Все концептуальные вопросы неоднократно публиковались на страницах профессиональной периодической печати регионального и национального уровней. Разработанные технологии комплексной инвентаризации природных ресурсов были одобрены Научно-техническим Советом и Коллегией Роскомзема в 1992 году и приняты в качестве методических рекомендаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и практических рекомендаций. Объем работы составляет 188 страниц, включая таблицы и рисунки. Реферативный список - 187 наименований.
Особенности стратификации объекта инвентаризации
Наиболее эффективно стратификация лесных массивов производится при контурном и таксационном дешифрировании фотоснимков. Страты не перекрываются между собой и в целом их площади составляют: h=l где ЛЙ-площадь А-ой страты, га; L-количество страт: JV- площадь объекта, га. Площади страт подсчитываются до производства выборки непосредственно по фотоснимкам.
Предварительное определение дисперсии запасов е стратах возможно двумя способами: - по результатам прежних инвентаризаций, проведенных в данном или аналогичных объектах; - на основании теоретических предположений о таксационной структуре выделяемых страт. При первичной инвентаризации более приемлем второй способ. Он предусматривает использование простых вероятностных распределений, если известен размах распределения и имеется общее представление о его форме. Так как страты объединяют в себе однородные древостой, то в их пределах распределение запасов подчиняется закону нормального или близкого к нему распределения, Данный вывод подтверждается исследованиями, где анализировалась изменчивость запасов в стратах [Антанайтис, Репшис, 1973, Данюлис, 1978]. Для нормального распределения дисперсию запаса можно определять по раз-маху распределения, используя общеизвестную формулу S2 = (k/б)2, либо фор-мулу, предлагаемую Кокреном [1979] для распределения, имеющего форму равнобедренного треугольника: где к - размах распределения. Размах распределения вычисляется по стандартной таблице полнот и запасов, как разница максимально возможного значения запаса, установленного по верхним границам возраста, класса бонитета и полноты древостоев, включенных в страту, и минимального его значения по нижним границам этих показателей. Ввиду того, что запас страт определяется путем дешифрирования, проводимого с некоторой ошибкой, то в дисперсии запасов вводятся поправки, учитывающие точность дешифрирования [Данюлис, Осипенко, 1979]: где: S2ucnp.9 S2 - исправленная и вычисленная дисперсии средних запасов на 1 га в стратах (м3)2; О2 - средняя квадратическая ошибка дешифрирования запаса на единицах выборки, доли единицы; М2 - средний запас на 1 га в страте, м3. В каждой страте h размещаются единицы выборки в объеме пк. Объем выборки в целом по объекту определяют по удельному весу и дисперсии запасов каждой страты и заданной точности для всей совокупности, используя где t - показатель достоверности, меняющийся от 1 до 3 в зависимости от заданной точности; Wh - удельный вес страты, доли единицы; S ь- стандартное отклонение среднего запаса страты, мэ; Г- заданная точность определения среднего запаса объекта, м3. Оптимальность распределения единиц выборки по стратам определяется размещением Неймана: По результатам выборки оценивается точность определения среднего запаса генеральной совокупности и страт. Оценка для генеральной совокупности производится по среднему стратификационному значению, которое не совпадает со средним выборочным: Среднее стратификационное лучше аппроксимирует истинное среднее ввиду того, что в нем оценкам отдельных страт придаются их истинные веса п h /N. Точность определения среднего значения характеризуется дисперсией среднего стратификационного
Результаты анализа морфометрпческих и морфологических признаков дешифрирования по АКФС объекта
Собранные полевые материалы использовались в первую очередь для анализа признаков дешифрирования территории, подлежащей комплексной инвентаризации. Использовались спектрозональные КФС оригинального М 1:200000 и увеличенных до 1:100 000 и 1:50 000 масштабов. По результатам наземного обоснования на снимках подбирались участки, имеющие разнообразную качественную характеристику, в том числе гидрологическое состояние, как важный показатель производительности земель. Анализ признаков дешифрирования был проведен на 7035 площадках случайной выборки. Значительный по объему и разнообразию объектов экспериментальный материал позволил изучить информационные особенности контактных (М 1:200 000) и увеличенных (М 1:100 000, 1:50 000) КФС и их пригодность для дешифрирования качественного состояния лесов. В результате статобработки были получены таблицы распределения вероятностей признаков дешифрирования и таблицы последовательного (пошагового) анализа признаков дешифрирования. Анализ таблиц показал, что по спек-трозональным КФС масштабов 1:200000, 1:100000, 1:50000 достоверно можно выделять объекты, имеющие различную качественную характеристику, в том числе гидрологическое состояние. Вероятности ошибок дешифрирования (г) перечисленных категорий земель варьировали в следующих пределах в зависимости от масштабов космических фотоснимков, сложности объектов и количества привлекаемых признаков: Результаты статобработки помогли выявить информативность фотометрических и структурных признаков дешифрирования объектов, а также достоверно оценить информативность используемых космических снимков. Для характеристики информативности КФС использовались 8 признаков, передающих различия между категориями площадей различного состояния. Кроме того, рассчитывались вероятности ошибок и показатели сопряженности признаков. Наиболее значимым признаком на снимках всех исследуемых масштабов являлся цвет изображения» По космическим фотоснимкам можно достоверно дешифрировать площади лесного фонда, имеющие различную качественную характеристику, в том числе гидрологическое состояние. При этом вероятности опгабок правильного распознавания (г) варьировали по анализируемым масштабам КФС от 0 до 0,720, а в среднем составляли: для масштаба 1:50 000 / =0,270; 1:100 000 г=0,263; 1:200 000 /-0,204. Использование увеличенных КФС масштабов 1:50 000 и 1:100 000 для выявления качественного, в том числе гидрологического состояния лесов не приводит к снижению средней ошибки правильного распознавания различных категорий земель. Зачастую контактные снимки, по сравнению с увеличенными, характеризовались меньшими ошибками распознавания.
Если оценить вероятности ошибок правильного распознавания объектов с различной качественной характеристикой и гидрологическим состоянием следующим образом: тогда пары объектов дешифрирования по степени их распознавания будут характеризоваться показателями, приведенными в табл. 4.1, Хорошо отличались на КФС всех масштабов болота от сенокосов, от вырубок влажных типов леса, от чистых сосновых переувлажненных молодняков, а также от участков торфоразработок. Смешанные переувлажненные березовые насаждения достоверно различаются со смешанными переувлажненными еловыми и чистыми сосновыми спелыми и перестойными переувлажненными насаждениями. Березово-осиновые насаждения сухих типов хорошо отличаются от березово-осиновых переувлажненных и чистых сосновых спелых и перестойных переувлажненных типов. Достоверные различия устанавливаются и между сенокосами, чистыми сосновыми переувлажненными молодняками и торфоразработками. Прочие объекты дешифрирования характеризуются, в основном, удовлетворительным распознаванием. Поскольку для анализа признаков дешифрирования по всем масштабам КФС был использован идентичный материал, есть основание утверждать, что фотографическое увеличение космических снимков не повышает их дешифро-вочные возможности. Увеличенные фотоснимки удобны в работе, особенно в процессе контурного дешифрирования, что приводит к повышению производительности труда исполнителей. Для составления вспомогательных таблиц признаков дешифрирования было опознано и нанесено на КФС по 10-15 таксационных выделов на каждую преобладающую породу.
Ориентировочная стоимость и эффективность комплексной инвентаризации...
Стоимость и эффективность технологии комплексной инвентаризации растительных природных ресурсов определялись на основе учета затрат рабочего времени (фотография рабочего дня) по отдельным видам работ. Результаты обработки наблюдений позволили установить следующие примерные нормы на дешифровочные работы: 1. Дешифрирование в целях стратификации лесной площади (с подготовкой снимков) - 38Д вьтделов за 8-часовой рабочий день. 2. Аналитико-измерительное дешифрирование фотопроб по АФС М 1:10000 (с измерениями hm) —19,1 фотопроб за 8-часовой рабочий день. 3. Аналитическое дешифрирование насаждений по маршрутным спектро-зональным АФС М 1:10 000 - 40 выделов за 8-часовой рабочий день.
Затраты на полевые таксационные работы по закладке таксационно - де-шифрировочных пробных площадей, участков выборочно-перечислительной таксации и т.п.- определялись на основе действующих в системе лесоустройства норм выработки. Ландшафтно-типологические, почвенные исследования» анализ признаков дешифрирования и камеральная обработка материалов учитывались по фактическим затратам рабочего времени и средств при выполнении опытно-производственной проверки,
В таблице 5.2 приведены фактические расходы на производство фотостатистической лесоинвентаризации объекта площадью 433,0 тысяч га в условных ценах. Приведенные данные позволяют выбрать оптимальный вариант лесоустройства и комплексной инвентаризации растительных природных ресурсов в зависимости от интенсивности хозяйственной деятельности, экологической значимости объекта и финансовых возможностей лесопользователя без ущерба достоверности и точности информации о природных ресурсах. Результаты исследований показали теоретическую обоснованность разработанных методических положений технологии комплексной инвентаризации природных растительных ресурсов с использованием ДМ и ГИС-технологий, их практическую пригодность для производственного внедрения. Вышесказанное подтверждают следующие результаты опытно-производственной проверки; 1. Высокая точность инвентаризации лесного и земельного фонда. По объекту исследований среднеквадратическая ошибка определения запаса древесины составила ±2% при достоверности 0,95. Результаты не уступают точности материалов лесоустройства по 3 разряду. 2. Возможность планирования точности инвентаризации как по лесному фонду в целом, так и по отдельным его категориям с учетом хозяйственной целесообразности. При заданной точности определения запаса в целом по объекту ±2%, а по эксплуатационному фонду ±5% в результате исследований получено ±2% и ±2,6%, соответственно (достоверность 0,95). 3. Метод обеспечивает высокую точность итоговых данных распределения площадей и запасов по классам возраста, что предоставляет возможность произвести расчет главного пользования по этим материалам. Точность распределения площадей по классам возраста составляет ±4,2% по объекту в целом, а в пределах отдельных пород ±3-7,2% при достоверности 0,95. Точность определения этих показателей при проведении инвентаризации можно планировать с учетом хозяйственных требований.
Совершенствование методов инвентаризации лесов на основе материалов ДЗ и данных предыдущего лесоустройства
Основные объемы лесоустроительных работ составляет повторная инвентаризация лесного фонда, которая проводится по истечению 10-летнего периода, АФС, методики дешифрирования и таксации леса остаются такими же, что И при прежнем лесоустройстве- Контурное дешифрирование и таксация насаждений на всей территории объекта выполняется вновь, что приводит к изменению всех контуров, площадей и таксационных характеристик» даже не тронутых какими-либо воздействиями выделов. Это нарушает преемственность проектирования, затрудняет контроль динамики состояния земель лесного фонда и противоречит концепции управления лесными ресурсами. Кроме того, важным недостатком применяемых методов лесоинвентари-зации при указанных разрядах лесоустройства, является отсутствие теоретически обоснованной методики оценки точности определения запасов и других характеристик по объекту или отдельным категориям насаждений, например, запаса эксплуатационного фонда. Дальнейшее развитие и более широкие масштабы применения рекомендуемого метода инвентаризации, позволяющего сократить натурные работы путем актуализации таксационных характеристик прежнего лесоустройства и учета изменений по АКФС, является целесообразным. Одновременно предусматривается и повышение точности инвентаризации на основе применения многоступенчатых регрессионных выборочных схем дешифрирования АКФС и перечислительной таксации леса. Экономическая эффективность выражается в сокращении трудозатрат на полевые лесоустроительные работы и стоимости работ не менее, чем на 20%. Стоимость аэрофотосъемочных работ остается на прежнем уровне или понижается за счет использования материалов увеличенной аэросъемки в сочетании с космической мелко- или среднемасштабной фотосъемкой, а также сканерных снимков высокого разрешения.
Для обеспечения рационального расходования средств на устройство и инвентаризацию лесов можно предложит ь следующие затраты на съемку лесов (таблицы 6.1 и 6.2). Остальная территория Российской Федерации относится к первой группе, При планировании дистанционных фотосъемок необходимо учитывать повышения тарифов на 20 % за спектрозональную аэрофотосъемку Материалы инвентаризации оленьих пастбищ (статистические и картографические) не в полной мере отвечают запросам потребителей. Задачи геоботанического мониторинга должны быть решены на основе комплексного использования различных методов сбора и обработки информации - ГИС и ДЗ. Задачи прогнозирования динамики и состояния растительных ресурсов наиболее успешно решшотся на основе использования материалов предыдущих и повторных аэрокосмических фотосъемок. Независимо от уровня» в основе организации и ведения геоботанического мониторинга лежит создание статистической и картографической базы данных: ведомостей учета категорий земель, таблиц валовых и хозяйственных запасов оленьих кормов, тематических и специальных карт и др. Основная цель организации геоботанического мониторинга пастбищ северного оленя заключается в оценке состояния природной среды.
Основными задачами геоботанического мониторинга являются: A. Учет и оценка состояния природных растительных кормовых ресурсов паст бищ северного оленя с заданной точностью. Б, Организация системы и службы регулярного наблюдения за состоянием пастбищ северного оленя - как части системы управления природной средой» B, Разработка системы организационно-технических административных и хо зяйственных мероприятий, направленных на предупреждение отрицательных изменений состояния биосферы на территориях развитого оленеводства. Г- Разработка системы прогнозирования состояния пастбищ северного оленя. 1) На всей территории геоботанического мониторинга выполняется ландшафт-но-географическое районирование до уровня урочищ с определением площади каждого НТК и увязкой их границ с административным делением, 2) В соответствии с данными ландшафтно-географического районирования, дополнительно привлекая АКФС (за последние 2 года) и топографические карты, выполняется разграничение территории геоботанического мониторинга с выделением следующих зон его детальности:
Зона А (региональный мониторинг) - зона ненарушенных, малоисполь- зуемых земель (используется до 25% земель). Зона Б - зона средненарушенных земель, используемых со средней интенсивностью (используется 26-50% земель). 4) Для зон Б и В дополнительно намечаются ключевые участки (КУ) в экологически опасных местах с размерами КУ, соответствующими размерам сети постоянных пунктов геоботанического мониторинга, 5) Вся территория геоботанического мониторинга интерпретируется на топографических картах по формам мезо- и макрорельефа. 6) На постоянных пунктах учета и оценки растительных кормовых ресурсов в полевых условиях выполняются виды работ» в зависимости от зон влияния. В зоне А - геоботаническое описание растительности по форме ГЕОБ-1 в 5 точках: одна в центре пункта, остальные - в точках, расположенных на расстоянии 500 м от центральной по направлениям С-Ю, В-3. Общая площадь геоботанического обследования одного пункта составляет 100 га; - геоботаническое описание растительности по форме ГЕОБ-3 - в целом для пункта учета (100 га); - характеристика состояния пастбищ (3 степени) и характеристика доступности пастбищ для выпаса (3 категории) - в целом для участка; - характеристика антропогенно-техногенных изменений в целом для участка.
Похожие диссертации на Комплексная инвентаризация природных растительных ресурсов на основе дистанционных методов и ГИС-технологий
