Способ таксации насаждений

Способ включает дистанционное зондирование таксируемой территории с использованием данных космической съемки или аэрофотосъемки и проведение наземных измерений на контрольных точках, при этом используют данные воздушно-лазерного сканирования при построении цифровой модели рельефа и цифровой модели полога насаждений. В качестве данных космической съемки или аэрофотосъемки используют снимки сверхвысокого разрешения от 0,1 м/пиксель. Строят сети калибровочных пробных площадей на основе классификации синтезированных изображений аэрофотосъемки, космической съемки и воздушно-лазерного сканирования по группам возраста, группам типов лесорастительных условий и преобладающим породам. По результатам наземных измерений на калибровочных пробных площадях строят статистические модели зависимости таксационных показателей от переменных аэрофотосъемки, космической съемки и воздушно-лазерного сканирования и на основе выявленных зависимостей осуществляют расчет таксационных показателей для ячеек расчетной матрицы 16×16 метров, охватывающей всю территорию проведения таксационных работ. Определяют параметры для лесотаксационных выделов с формированием таксационной базы данных, на основе которой составляют таксационное описание насаждений. Изобретение обеспечивает повышение объективности и минимизацию трудозатрат при определении лесотаксационных показателей. 4 ил.

 

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к дистанционным методам таксации лесов на обширных площадях.

Известны способы оценки состояния насаждений при наземной (натурной) таксации лесов: глазомерный; глазомерно-измерительный; дешифровочный; актуализации; [Лесоустроительная инструкция [Электронный ресурс] (утв. приказом Минприроды РФ от 29.03.2018 г. №122). Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/542621790/, свободный. (Дата обращения: 01.12.2019)

Основным недостатком глазомерного и глазомерно-измерительного способов является высокая трудоемкость, так как данные способы предполагают значительный объем наземных обследований по всей территории таксируемого участка. Недостатком существующих дешифровочных способов является отсутствие автоматизации процессов обработки снимков, высокие требования к квалификации инженеров-дешифровщиков и ограничения в возможности измерений высоты у плотных насаждений. Недостатком способа актуализации является низкая точность получаемых данных, зачастую не отражающую реальные изменения таксационных показателей насаждений, так как оценка этих изменений основана на моделях развития древостоев. Кроме того, для глазомерного, глазомерно-измерительного и дешифровочного способов, недостатком является, то что они основаны на субъективном мнении инженера-таксатора.

Известен способ натурной таксации насаждений путем индивидуального перечета деревьев на пробных площадках, по которому разбивают площадь лесного массива на мозаику участков, и проводят измерения таксационных параметров на пробном (ключевом) участке (см., например, Анучин Н.П. Лесная таксация, 5-е издание. - М.: Лесная промышленность, 1962 г., стр. 248-250).

Недостатком данного способа является недостаточность алгоритма выбора пробных (ключевых участков), в результате которого не контролируется выборка и не обеспечивается точность результата.

Известен способ оценки состояния лесов, который включает выбор интегрального критерия состояния, дистанционное измерение с борта орбитальной станции коэффициентов спектральной яркости зондируемого массива в трех участках видимого спектра с дискретностью 2 нм, квантования амплитуд сигнала с шагом 1/256, расчет хроматических коэффициентов жизненности и повреждения, вычисление функции взаимной регрессии и ее тарирование во всем диапазоне изменений интегрального критерия, непрерывное отслеживание признаков, их запись в координате балльной оценки на бортовом принтере и сброс результатов по факсимильной радиолинии, (патент RU №2038001, МПК A01G 23/00. опуб. 27.06.95 г.).

Недостатками данного способа являются:

- невысокое пространственное разрешение спектрометрических средств (от сотен метров до единиц км), не позволяющее обнаруживать участки поражения в пределах одного га;

- статическая неустойчивость результатов, поскольку оценка проводится по единственному измеряемому параметру-коэффициенту спектральной яркости. Задача, решаемая известным способом, состоит в количественном измерении признаков лесопатологии, существующих одновременно в нескольких спектральных диапазонах отраженного от древесного полога потока солнечной радиации, и выявлении регрессионной зависимости между измеряемыми признаками и нормативным интегральным экологическим показателем степени ослабленности древостоев.

- способ направлен на оценку состояния лесов, без определения таксационных характеристик насаждений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ лесотаксации территории на основе разновременных наборов данных дистанционного зондирования Земли высокого и среднего разрешения (2-40 м/пиксель) по 3-10 спектральным каналам в диапазоне 0,45-90 мкм (патент RU №2565280, МПК A01G 23/00, опуб. 20.10.15 г.).). Получаемые наборы данных классифицируют и для каждого выделенного класса определяется количество контрольных точек, которое потом размещается внутри классов. На контрольных точках производят лесотаксационные полевые описания, которые в дальнейшем интерполируют на остальную территорию, неохваченную наземными наблюдениями.

Недостатки способа-прототипа: данные среднего разрешения не позволяют точно устанавливать границы лесотаксационных выделов, перечень лесотаксационных показателей, определяемых с помощью указанной технологии ограничен только лишь запасом отдельных пород и средней высотой насаждений. Еще одним недостатком способа является низкая точность получаемых данных, не отвечающая требованиям методов установленных лесоустроительной инструкцией.

Задачей создания предлагаемого изобретения является разработка нового способа таксации насаждений, свободного от недостатков способа-прототипа.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения общих с прототипом, таких как способ лесотаксации территории включающий дистанционное зондирование таксируемой территории с использованием данных космической съемки (КС) или аэрофотосъемки (АФС) и проведение наземных измерений на контрольных точках, и отличительных существенных признаков, таких как используют данные воздушно лазерного сканирования (ВЛС) при построении цифровой модели рельефа и цифровой модели полога насаждений, а в качестве данных космической съемки (КС) или АФС используют снимки сверхвысокого разрешения от 0,1 м/пиксель, строят сети калибровочных пробных площадей на основе классификации синтезированных изображений АФС, КС и ВЛС по группам возраста, группам типов лесорастительных условий и преобладающим породам, по результатам наземных измерений на калибровочных пробных площадях строят статистические модели зависимости таксационных показателей от переменных АФС, КС и ВЛС, и на основе выявленных зависимостей осуществляют расчет таксационных показателей для ячеек расчетной матрицы 16×16 метров, охватывающей всю территорию проведения таксационных работ, затем определяют параметры для лесотаксационных выделов с формированием таксационной базы данных, на основе которой составляют таксационное описание насаждений.

Одной из основных задач решаемых предлагаемым способом является техническая возможность получать таксационные характеристики в разрезе лесообразующих пород с точностью, отвечающей требованиям российского лесного законодательства.

В отличие от прототипа, который позволяет составлять пространственные распределения отдельных таксационных показателей в виде карт, в предлагаемой технологии помимо таких распределений формируется база данных, на основе которой возможно составление таксационных описаний.

Выше перечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - повышение объективности и минимизации трудозатрат при определении лесотаксационных показателей, под которыми понимаются запас, средняя высота, средний диаметр, средний возраст, абсолютная полнота (сумма площадей сечений) в разрезе лесообразующих пород, а также количество, возраст, высота и породный состав подроста, а также возможность получения с высокой точностью данные, отвечающая требованиям методов установленных лесоустроительной инструкцией.

Изобретение иллюстрируется на Фиг. 1. Схемой выполнения воздушного лазерного сканирования, Фиг. 2. Схемой расположения пробных площадей в кластере, Фиг. 3 Схемой калибровочной пробной площади, где А - зона измерения подроста, Б - зона измерения деревьев при количестве более 10 деревьев, В - зона измерения деревьев при количестве менее 10 деревьев в зоне Б, и Фиг. 4. Расчетной матрицей 16x16 м, совмещенная с АФС.

Ниже приведен пример осуществления изобретения.

Способ таксации лесов, основан на комплексном использовании данных дистанционного зондирования Земли и выборочных измерений в натуре. Особенностью данного способа, является то, что в отличие от существующих методов таксации, в качестве исходной информации для получения таксационных характеристик предлагается комплексно использовать данные воздушного лазерного сканирования (ВЛС) и данные аэрофотосъемки (АФС) или космической съемки (КС) с данными наземных измерений. При этом цифровая модель полога древесной растительности, полученная из данных ВЛС (см. Фиг. 1), используется как источник переменных значений высоты и плотности древостоя, а данные АФС или КС используются для определения породного состава насаждений (долю запаса каждой лесообразующей породы в общем запасе древостоя). В качестве данных космической съемки или АФС используют снимки сверхвысокого разрешения от 0,1 м/пиксель.

После получения исходных переменных по высоте, плотности и породному составу насаждений производят проектирование сети калибровочных пробных площадей. Территория объекта работ разделяют по преобладающим породам, группам лесорастительных условий и группам возраста. На каждый выделенный класс проектируют от 30 до 50 пробных площадей, в зависимости от степени распространенности класса, где 30 это минимальное число проб для наименее распространенных классов и 50 это минимальное значение для значительно распространенных классов. Пробные площади располагают кластерами в виде квадратов 3 на 3 пробы с расстоянием 200 метров между ними (см. Фиг. 2)

Каждая проба представляет собой круговую площадку постоянного радиуса с радиусом 9 метров (см. Фиг. 3). Радиус пробы увеличивается до 12,62 метра если в исходные 9 метров попадало менее 10 деревьев. На пробе производят обмер растущих деревьев с определением породы, диаметра, категории технической годности. После проведения перечета для каждой породы, попавшей на участок выбирают по три модельных дерева, у которых дополнительно измеряли высоту и возраст. Кроме того, в радиусе 5 метров производили учет подроста с определением его средней высоты, количества по породам, среднего возраста.

Вычисление таксационных параметров производили на основе выявленных взаимосвязей между характеристиками древостоя, измеренными на пробных площадях, параметрами цифровой модели полога и спектральными характеристиками космических и/или аэрофотоснимков.

Расчет таксационных показателей насаждений производили первоначально на каждую ячейку регулярной сетки (например, с размерами 16 на 16 метров), полностью покрывающей объект работ по таксации насаждений (см. Фиг. 4). После получения границ лесотаксационных выделов, таксационные показатели таких выделов определяют через средне взвешенные по площади значения ячеек, попадающих в границы каждого выдела.

Полученные значения показателей по каждому выделу формируют в виде базы данных, на основе которой происходит построение стандартного таксационного описания (Свидетельство РФ №20176600455 на программы для ЭВМ).

Предлагаемая технология апробирована в лесничестве Архангельской области. Апробация производилась на лесном участке общей площадью 43 567 гектар. Проверка результатов производилась на 36 лесотаксационных выдел ах в четырех кварталах Красноборского участкового лесничества Красноборского лесничества. Таксация выделов выполнялась глазомерно-измерительным способом с использованием нормативно-справочных материалов используемых на территории Архангельской области. При проведении таксации полностью учитывались требования, установленные действующей лесоустроительной инструкцией. Особое внимание при проверке уделялось определению среднего запаса и полноты насаждений.

Преобладающая порода и хозяйство определено верно на всех выделах. Коэффициент состава преобладающей породы определен верно на всех выделах, но выявлена систематическая ошибка с величиной -3,5%.

По возрасту отклонений, превышающих допустимые значения не выявлено, систематическая ошибка составила -0,6%.

По высоте в одном выделе выявлено отклонение, превышающее допустимое значение. Систематическая ошибка составила -3,5%.

По диаметру отклонений и систематических ошибок не выявлено.

По относительной полноте все ошибки с допустимым отклонением. Выявлено систематическое завышение на +5%.

По запасу все отклонения в допустимых пределах. Систематическая ошибка составила +9%.

По классу бонитета в пяти выделах выявлено несовпадение. По классу товарности совпадение выявлено во всех выделах. По количеству подроста несовпадение обнаружено в трех выделах и в четырех выделах выявлено несовпадение по типу леса.

Таким образом проверка показала, что в целом материалы таксации, полученные на основе предлагаемого метода являются удовлетворительными. По точности определения таксационных показателей, все показатели определяются без превышения допустимых отклонений, установленных для глазомерно-измерительного способа таксации. По систематическим ошибкам отклонения также в пределах значений допустимых для глазомерно-измерительного способа.

Данное описание рассматривается как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Способ таксации насаждений, включающий дистанционное зондирование таксируемой территории с использованием данных космической съемки или аэрофотосъемки и проведение наземных измерений на контрольных точках, отличающийся тем, что используют данные воздушно-лазерного сканирования при построении цифровой модели рельефа и цифровой модели полога насаждений, а в качестве данных космической съемки или аэрофотосъемки используют снимки сверхвысокого разрешения от 0,1 м/пиксель, строят сети калибровочных пробных площадей на основе классификации синтезированных изображений аэрофотосъемки, космической съемки и воздушно-лазерного сканирования по группам возраста, группам типов лесорастительных условий и преобладающим породам, по результатам наземных измерений на калибровочных пробных площадях строят статистические модели зависимости таксационных показателей от переменных аэрофотосъемки, космической съемки и воздушно-лазерного сканирования и на основе выявленных зависимостей осуществляют расчет таксационных показателей для ячеек расчетной матрицы 16×16 метров, охватывающей всю территорию проведения таксационных работ, затем определяют параметры для лесотаксационных выделов с формированием таксационной базы данных, на основе которой составляют таксационное описание насаждений.