Высшее профессиональное образование основы геоинформатики вдвух книгах

Вид материала

Книга

Содержание История развития и современное состояние ГИС-технологий в лесной отрасли. Методика выполнения ГИС-проектов в цикле лесоустройства.

Подобный материал:

• Должностная инструкция менеджера по персоналу 00. 00. 0000, 61.54kb.
• Наименование реализуемых программ, 40.13kb.
• Учебное пособие практикум по конкурентным стратегиям, слияниям и поглощениям Кафедра, 1849.76kb.
• Утверждено ученым советом дгу 26 января 2012 г., протокол, 78.34kb.
• Программа вступительных испытаний по литературе на экзамене по литературе поступающий, 270.11kb.
• Апк агропромышленный комплекс; впо высшее профессиональное образование; гоу государственное, 760.98kb.
• Высшее экономическое образование за 3 года 4 месяца для лиц, имеющих среднее и высшее, 28.87kb.
• Учебно-тематический план для подготовки по специальности «Оператор ЭВМ с основами делопроизводства, 140.91kb.
• Учебно-тематический план для подготовки по специальности «Оператор ЭВМ с основами арм, 121.8kb.
• «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами», 30.45kb.

Контрольные вопросы

1. Укажите наиболее ранние примеры применения ГИС в задачах зе­
   мельного кадастра.
   
2. Перечислите основные задачи, которые решаются в настоящее время
   в землеустройстве с применением ГИС-технологий.
   
3. Существуют ли специализированные программные средства для
   решения задач государственного земельного кадастра? Если «да», то пе­
   речислите их.
   
4. Охарактеризуйте картографическую составляющую в проектах го­
   сударственного кадастрового учета.
   
5. Каковы новые перспективы применения ГИС в системе государствен­
   ного кадастрового учета?
   

19.3. ГИС и лесная отрасль

Лесное хозяйство как отрасль функционирует уже более 200 лет, имеет устоявшуюся организационную структуру и отработанные методы ведения хозяйства. Структура управления лесным хозяй­ством в целом соответствует структуре государственных админис­тративных органов. Существуют органы управления лесным хо­зяйством на федеральном уровне и на уровне субъектов федера­ции — областей, республик, краев. На уровне субъектов федера­ции функции управления выполняют комитеты по лесу, мини­стерства или управления лесами, которым подчиняются лесные предприятия нижнего звена — лесхозы. Лесхозы часто по охвату территории соответствуют административным районам, но из этого правила много исключений — есть лесхозы, находящиеся на тер-

330

ритории двух и более районов, что характерно для малолесных регионов, и, наоборот, в многолесных регионах на территории одного района действуют несколько лесхозов. Лесничества явля­ются внутренними подразделениями лесхоза.

Все уровни управления лесным хозяйством с давних времен используют лесные тематические карты. Они являются потенци­альными потребителями лесных ГИС-технологий. При этом верх­ние уровни управления нуждаются в поддержке управленческих решений, т. е. в использовании информационных, а иногда и ин­теллектуальных возможностей ГИС, а уровень лесхоза — еще и в ГИС-поддержке своей непосредственной производственной дея­тельности: проектировании мероприятий, выполнении отводов участков леса, освидетельствовании проведенных работ и внесе­нии изменений в лесные карты. Эти достаточно сложные ГИС-технологии для полуавтоматического редактирования карт в ГИС. Они должны быть не только эффективными и недорогими, но и достаточно простыми в использовании.

Базовым картографированием лесов занимается специальная отраслевая служба — лесоустройство. Лесоустроительные пред­приятия с периодичностью около 10—15 лет проводят инвента­ризацию лесов и разрабатывают долгосрочные проекты развития лесного хозяйства лесхозов на последующие годы. Именно эта служ­ба, состоящая в настоящее время из 13 предприятий, охватывает лесоустройством всю территорию России и является основным производителем первичной информации о лесном фонде. Создан­ные лесоустройством базовые карты крупных масштабов исполь­зуются всеми службами отрасли в качестве основы для создания обзорных лесных карт. Использование ГИС-технологий для созда­ния лесных карт является одним из важнейших направлений раз­вития их производственных технологий.

Жизненный цикл ГИС-проектов в лесной отрасли состоит из двух явно выраженных этапов. Первый этап выполняется лесоуст­ройством за камеральный период производственного цикла и яв­ляется этапом создания базы данных на лесхоз на основе исход­ных картографических и аэрофотосъемочных материалов. Завер­шается он подготовкой и печатью традиционных лесных карт и в дополнение к ним созданием ГИС для лесного хозяйства, т.е. си­стемы, состоящей из таксационной базы данных с соответствую­щей позиционной составляющей плюс программные средства при­кладной ГИС. Второй этап жизни ГИС-проекта начинается с пе­редачи ГИС лесному хозяйству, т.е. установки системы в лесхозе. Исходя из экономических и кадровых возможностей большинство лесхозов в настоящее время могут позволить себе лишь централи­зованную установку ГИС непосредственно в конторе лесхоза, но в перспективе планируется, что системы будут размещены и в конторах лесничеств. ГИС в лесном хозяйстве призваны решать

331

задачи проектирования мероприятий в лесу, а также синхронного внесения изменений в связанные таксационную и позиционную составляющие базы данных. В дальнейшем эти базы данных могут быть использованы при следующем лесоустройстве, но это перс­пектива, так как пока еще нет объектов, в которых выполнялось бы повторное лесоустройство на основе ГИС-технологий.

Активным пользователем ГИС-технологий является также от­раслевая служба авиалесохраны. Эта служба предназначена для охра­ны лесов от пожаров. Специфика решаемых этой службой задач картографирования состоит в оперативности получения материалов и принятия решений, для чего ГИС-технологий очень эффективны.

Пользователями ГИС-технологий являются также некоторые проектные и научно-исследовательские институты отрасли, при этом они одновременно являются и потребителями данных базо­вого лесного картографирования, и создателями новых производ­ных лесных карт.

История развития и современное состояние ГИС-технологий в лесной отрасли. Компьютерные технологии используются для об­работки данных лесоустройства уже более 30 лет, научные прора­ботки по использованию ГИС-технологий в лесном хозяйстве на­чались более 20 лет назад [Д. А. Старостенко, 2000,а], но только в последние несколько лет ГИС-технологий стали неотъемлемой составляющей картографирования лесов [Д. А. Старостенко, 2000,6]. Это связано в наибольшей степени с экономическими аспекта­ми — лесное хозяйство всегда скупо финансировалось из бюджета и никогда не было очень богатой отраслью (не путайте с лесной промышленностью), поэтому претендующие на внедрение в лес­ном хозяйстве ГИС-технологий должны быть не слишком доро­гими. Удешевление компьютеров, рост их производительности в сочетании с развитием программных средств ГИС в последние годы сделали эти технологии доступными для лесоустройства. Что же касается лесного хозяйства «на местах», то здесь наряду с эко­номическим аспектом остро встает кадровый вопрос — далеко не каждый лесхоз на сегодня располагает персоналом, способным освоить современные ГИС-технологий и эффективно их исполь­зовать в своей деятельности.

Современное лесоустройство вполне освоило ГИС-технологий и активно применяет их в камеральном периоде своего производ­ственного процесса при создании лесных карт. Используя в своих производственных процессах цифровые методы обработки данных и ГИС-технологий, лесоустроительные предприятия стали сегод­ня основными производителями первичных данных о лесном фонде. Имеются все предпосылки к тому, что лесоустройство самостоя­тельно либо совместно с разработчиками прикладного программ­ного обеспечения ГИС станет основным поставщиком специали­зированных ГИС-технологий для лесного хозяйства.

332

Лесное хозяйство сейчас находится в стадии освоения этих тех­нологий, а некоторые лесхозы уже используют их в своей работе. Специализированные ГИС для федеральных органов управления лесным хозяйством и органов управления регионального уровня, т.е. для областных управлений, комитетов по лесу или республи­канских лесных министерств, — только начинают создаваться. Пользователями ГИС-технологий являются также служба авиалес-охраны и некоторые проектные и научно-исследовательские ин­ституты отрасли.

Лесоустроительная деятельность регламентируется отраслевы­ми стандартами. Действующая сегодня лесоустроительная инст­рукция была принята в 1995 г. В 1999 г. к ней было сделано допол­нение, регламентирующее применение ГИС-технологий в лесо­устроительном производстве. Так сложилось, что централизован­но поддерживаемые разработки ГИС-технологий для лесной от­расли не были восприняты большинством лесоустроительных пред­приятий и к моменту разработки и утверждения отраслевой нор­мы в лесоустройстве уже существовало несколько ГИС-техноло­гий, разработанных рядом предприятий и фирм на базе разных программных средств ГИС. В результате принятая норма конста­тировала этот факт и узаконила сложившуюся ситуацию, опреде­лив лишь общие требования к создаваемым ГИС-проектам.

Лесоустроительные предприятия в камеральном периоде работ по лесоустройству используют коммерческое программное обес­печение. При этом в технологической схеме бывает одновременно задействовано разное программное обеспечение, часто от несколь­ких производителей. Это связано с тем, что все больше появляет­ся специализированных программных модулей ГИС и в ряде слу­чаев большей эффективности при выполнении ряда операций удается добиться при использовании таких специализированных программных модулей. Например, Maplnfo и модуль GeoDraw не всегда эффективны при оцифровке карт по растровой подложке, поэтому для выполнения этой операции многие предприятия ис­пользуют программы векторизации Easy Trace или MapEDIT. При выборе технологической схемы учитывается также фактор стоимо­сти программного обеспечения ГИС и предлагаемые условия ли­цензирования.

Сейчас в лесной отрасли используется целое семейство про­граммных продуктов от разных производителей: Maplnfo, TopoL, ГеоГраф/GeoDraw, ЛабМастер, WinGIS/WinMap, Arclnfo, ArcView, MapEDIT, Easy Trace и др. Применяются различные подходы к ра­боте с цифровыми пространственными данными, что, естествен­но, влияет на общую технологическую схему камерального произ­водства. А если учесть, что большинство предприятий строят тех­нологические схемы своих производств на нескольких программ­ных продуктах, то разнообразие ГИС-технологий в отрасли оказы-

333

вается очень большим. Тем не менее все лесоустроительные пред­приятия имеют вполне работоспособные производственные ГИС-технологии для создания лесных карт, учитывающие особенности региона деятельности предприятия. Что касается ГИС-технологий для лесхозов, то они базируются также на различных, но, как пра­вило, более дешевых программных средствах и по степени завер­шенности пока отстают от технологий лесоустройства.

В настоящее время масштабные ряды и тематика лесных карт определяются отраслевыми стандартами. Действующие стандарты выделяют несколько масштабных рядов лесных карт, используе­мых в зависимости от разряда лесоустройства. Проще говоря, в Сибири используются более мелкомасштабные карты, чем в цен­тре европейской части России.

Самые крупномасштабные лесные карты — это лесоустроитель­ные планшеты, которые выполняются в масштабах 1: 10 000 — 1:25 000 на листах формата А2 с рабочим полем по внутренней рамке 40 х 50 см (новый стандарт), либо на листах нестандартного формата с рабочим полем 50 х 50 см (старый стандарт). Разграфка листов может быть произвольной, с таким расчетом, чтобы на каждом листе размещалось полностью несколько лесных кварта­лов. Минимальным площадным объектом этих карт является вы­дел — участок леса, считающийся в целом однородным по пара­метрам лесонасаждений и лесорастительным условиям, — учет­ная единица лесного хозяйства. Планшеты, как правило, выпол­няются без раскраски площадных объектов с небольшой темати­ческой нагрузкой (площади выделов, кварталов) и являются ос­новным рабочим картографическим материалом для лесного хо­зяйства. Фактически все вместе планшеты образуют многолист-ную крупномасштабную карту лесничества. В традиционных лес­ных технологиях на планшетах выполняется картографическая со­ставляющая проектирования отводов леса, например в рубку, на планшеты также наносятся изменения, произошедшие в резуль­тате хозяйственной деятельности либо стихийных явлений.

Следующими по масштабу являются планы лесонасаждений, а также тематические карты, в разграфке планов лесонасаждений, например лесопатологические или карты противопожарных меро­приятий. Они выполняются обычно в масштабах 1: 25 000 — 1:50 000 и показывают лесничество в целом. Форма исполнения — в склад­ном варианте с размером форматки (клапана) А4 или A3. Факти­чески это карты на той же картографической основе, что и лесоус­троительные планшеты, но более мелкомасштабные и имеющие значительную тематическую нагрузку — на планах лесонасаждений выделы окрашиваются по преобладающим породам и другим пара­метрам леса, кроме того, ряд числовых параметров вписывается в специальную текстовую метку — таксационную формулу выдела, карта дополняется различными точечными и линейными условны-

334

ми знаками. Окраска и/или площадной условный знак для выдела зависит от категории земель — естественные насаждения, лесные куль­туры различных типов, прогалины, вырубки, сенокосы и др., — преобладающей породы леса и возраста насаждений. Это, навер­ное, наиболее нагруженные лесные карты.

Схемы лесхозов различного назначения, включая карты лесов лесхозов, являются следующими по масштабу картографическими материалами. Они выполняются в масштабах 1:100 000— 1: 500000 на лесхоз в целом или на его части. На них, кроме лесных терри­торий, частично изображаются и территории между лесными мас­сивами — показываются населенные пункты, транспортная сеть, гидрография. На схему наносятся также все объекты инфраструк­туры лесхоза — контор лесхоза и лесничеств, складов, лесных кордонов, средств противопожарного назначения и др. Карта ле­сов лесхоза обычно раскрашивается по преобладающим породам с генерализацией выдельной сети. Для других схем того же масш­таба минимальной площадной единицей является квартал, а те­матическая раскраска может быть различной, например, по сте­пени пожарной опасности. Форма исполнения — в складном ва­рианте с размером форматки (клапана) А4 или A3 или в настен­ном варианте.

Следующий уровень лесных карт — карты лесов субъектов Рос­сийской Федерации — областей, республик, краев. Выполняются они в масштабах 1:200 000 и мельче, минимальной площадной единицей этих карт, как правило, является квартал. Тематическая раскраска карт лесов субъектов федерации может быть различной: по преобладающим породам, по степени пожарной опасности, по степени поражения лесов вредителями, болезнями и др.

И, наконец, самыми мелкомасштабными лесными картами являются карты лесов Российской Федерации в целом. Масштабы таких карт — от 1:2 500 000 и мельче, а тематика характеризует леса с различных точек зрения и отражает различные стороны производственной деятельности лесной отрасли. Это могут быть и крупные картографические произведения, как Карта лесов Рос­сии (по преобладающим породам) или Карта лесорастительного районирования по Курнаеву, и небольшого формата — карты, отражающие статистическую информацию текущего учета лесов по субъектам Федерации. Следует отметить, что на этом уровне не существует жесткой регламентации масштабов и содержания лес­ных карт, и все зависит от текущих потребностей органов управ­ления лесной отраслью.

Карты трех самых крупных масштабов ряда — лесоустроитель­ные планшеты, планы лесонасаждений и схемы лесхозов — со­здаются лесоустройством в процессе планового цикла работ по инвентаризации лесов. Карты лесов субъектов Федерации состав­ляются либо лесоустройством, либо отраслевыми проектными

335

институтами по заказу Управлений, комитетов, министерств лес­ного хозяйства этих субъектов. Сроки обновления таких карт мо­гут быть различны и зависят от сроков прохождения лесоустрой­ства, которое не одновременно для всех лесхозов. Карты феде­рального уровня создаются различными научными и проектными организациями и как научные разработки, и как иллюстрации к отчетным материалам по учету лесов, к проектам развития отрас­ли, либо как информационные материалы для целей управления лесным хозяйством.

На сегодня период активного использования ГИС-технологий лесоустройством составляет не более половины стандартного цикла инвентаризации лесов, поэтому в лесном хозяйстве по большин­ству лесхозов имеются только бумажные картографические мате­риалы, выполненные по старым ручным технологиям. Периоди­чески возникает необходимость создания ГИС-проекта уровня лесхоза или уровня управления лесами в ситуации, когда исход­ными материалами являются лесоустроительные планшеты или планы лесонасаждений последнего лесоустройства, выполненные на основе ручных технологий. Здесь мы опишем проблемы, с ко­торыми обычно сталкиваются создатели таких проектов.

Технология создания и особенно тиражирования лесоустрои­тельных планшетов, применявшаяся в последние десятилетия, не могла обеспечить точности, определенной лесоустроительной ин­струкцией. Экономия на геодезическом обеспечении работ по ле­соустройству в последние десятилетия привела к тому, что в ре­зультате многократного «перекалывания» основ лесоустроитель­ных планшетов в них накопились значительные ошибки положе­ния граничных линий, а в ряде случаев появились и грубые ошиб­ки. Многократное механическое переписывание журналов геодан­ных также не пошло им на пользу — появились многочисленные описки и расхождения изображенной на планшетах границы с геоданными в журналах. Реальная ошибка положения опорных линий планшета — квартальных просек и окружных границ — для большинства тиражных копий планшетов масштаба 1: 10 000 на­ходится в пределах 20 м, но бывают и исключения в худшую сто­рону — планшеты с грубыми ошибками 60 м и более. Можно ука­зать две типичных ситуации, в которых возможны такие неточно­сти. Первая — некорректное внесение локальных изменений в окружные границы планшета по данным геодезической съемки окружных границ, часто по «чужим» геоданным без учета того, что они были вычислены относительно другого базового направ­ления. Существующие нормы не предъявляют особых требований к точности ориентации рамок планшетов и ориентации геодези­ческих данных съемки окружных границ, поэтому на практике базовое направление окружных границ может иметь отклонения от базового картографического меридиана до 12 °, а иногда и до 18 °.

336

Часть планшетов может быть сориентирована по меридиану, близ­кому к географическому, часть — по магнитному, часть — отно­сительно направления опорных просек, — все это следы длинной истории лесопользования.

Вторая ситуация, в которой возникают грубые ошибки — про­дление в прямом направлении квартальных просек, которые ре­ально отклоняются от этого направления на небольшой угол. Это приводит к «ромбовидному» перекосу планшета или его части, которые обычно не выявляются существующим методом сводки «по соседям». Такой перекос вызывает накопление ошибок боль­шее, чем обычные ошибки положения линий, но может быть выявлен при сводке между собой границ лесничеств, лесхозов, регионов. Но, как показывает практика, сводка границ планше­тов между лесничествами выполняется не всегда, между лесхоза­ми — крайне редко, а между регионами — практически никогда. Это связано с необходимостью поднимать планшеты соседнего лесхоза из архива и искать смежные пары, а в случае границы регионов это вообще может оказаться зоной деятельности другого предприятия.

Еще одна проблема состоит в том, что лесоустроительная ин­струкция допускает условное размещение на картах лесных мас­сивов относительно друг друга, т.е. определяемая нормами точ­ность лесных карт относится лишь к объектам внутри лесного мас­сива, а сам массив можно подвинуть, если он не помещается на лист бумаги. Более того, в наборы планшетов на лесничество час­то включаются планшеты, куда собраны отдельно расположен­ные кварталы и колки леса безотносительно их действительного расположения на местности. При создании плана лесонасаждений взаимное положение лесных массивов восстанавливалось лишь приблизительно, так как считалось, что это не влияет на точ­ность выполнения отводов, выполняемых в лесу, всегда относи­тельно базовых квартальных просек. Причина существования та­ких правил — попытка минимизировать число печатных листов лесных карт, т.е. экономия на процессе тиражирования, выпол­нявшегося литографским способом тиражом всего несколько эк­земпляров. Факт условного размещения лесных массивов прихо­дится учитывать при создании ГИС-проектов по выполненным вручную лесным картам.

Методика выполнения ГИС-проектов в цикле лесоустройства. Выполнение ГИС-проектов в камеральном периоде лесоустрой­ства сегодня стало нормальной производственной деятельностью лесоустроительных предприятий. Исходными материалами для картографирования лесов на базе ГИС являются крупномасштаб­ные топографические карты, материалы свежей аэрофотосъемки лесов, данные наземной геодезической съемки окружных границ земель лесного фонда в виде румбов и мер линий, либо границы

337

землепользования с топографических карт, а также лесные карты предшествующих лесоустройств. На основе этих материалов лесо-устроители должны максимально точно определить положение окружной границы земель лесного фонда, положение кварталь­ных просек — опорных направлений при работе в лесу, затем про­рисовать границы однородных участков леса — выделов — и опре­делить их площади. Параметры лесных насаждений внутри выдела определяются таксаторами при наземных обследованиях насажде­ний в период полевых работ, т. е. непосредственно в лесу.

Предварительная подготовка исходных материалов к обработ­ке в ГИС состоит из контурного дешифрирования аэрофотосним­ков под стереоскопом, переноса или прослеживания границ зе­мель лесного фонда по топографическим картам, либо ввода чис­ловых геодезических данных о границах земель лесного фонда. Все картографические и аэрофотосъемочные материалы сканируются с оптимальным для каждого вида материалов разрешением.

Общая схема создания базовых крупномасштабных лесных карт состоит из следующих этапов:

• подготовка математической основы проекта;
  

• подготовка топографической основы проекта по имеющимся
  топокартам;
  

• привязка аэрофотоснимков к топографической основе;
  

• формирование или оцифровка окружных границ земель лес­
  ного фонда;
  

• оцифровка квартальных просек и линейных трасс;
  
• оцифровка границ выделов и нумерация (литерация) выделов;
  
• проверка позиционной части базы данных;
  
• вычисление и увязка площадей выделов и линейных объектов;
  
• оформление и печать выходных картографических материалов;
  

• подготовка данных ГИС-проекта к передаче