МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ ЛЕСОВ.

1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ ЛЕСОВ. Алексеев А.С., д.г.н., проф., первый проректор, заведующий кафедрой лесной таксации, лесоустройства и ГИС ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»

2. Общие положения

3. Цели ГИЛ установлены статьей 90 Лесного кодекса • Государственная инвентаризация лесов проводится в целях: 1) своевременного выявления и прогнозирования развития процессов, оказывающих негативное воздействие на леса; 2) оценки эффективности мероприятий по охране, защите, воспроизводству лесов; 3) информационного обеспечения управления в области использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов, а также в области государственного лесного контроля и надзора. • Анализ показывает, что цели ГИЛ прямо не сфокусированы на основную ее задачу – получение достоверной статистической информации о лесном фонде.

4. Государственная инвентаризация лесов включает в себя: • оценку допустимых антропогенных и рекреационных нагрузок на лесные экосистемы; • оценку степени воздействия техногенных факторов на лесные экосистемы; • лесопатологический мониторинг, оценку и прогноз динамики повреждаемости лесов вредителями и болезнями; • мониторинг пожарной опасности в лесах, оценка и прогноз динамики лесов, пройденных лесными пожарами; • оценку и прогноз динамики общего среднего прироста лесных насаждений; • оценку динамики покрытых лесом земель; • оценку динамики площади покрытых лесом земель, занимаемых хвойными породами; • оценку динамики площади покрытых лесом земель, занимаемых твердолиственными породами; • оценку динамики лесистости территории; • мониторинг незаконной заготовки древесины; • выборочную измерительную таксацию выделов в пределах лесничества или лесопарка; • выборочный контроль материалов лесоустройства; • определение других статистических характеристик лесов в пределах лесничеств, лесопарков и субъектов Российской Федерации и их динамику.

5. Избыточность требований к ГИЛ • С точки зрения имеющегося опыта проведения инвентаризации лесов в различных странах представляется, что на ГИЛ возлагаются избыточные требования. • Например, первые 4 пункта и пункт 10 того, что должна включать в себя ГИЛ согласно постановлению Правительства РФ могут относиться к самостоятельным специальным видам работ. • Избыточность требований к ГИЛ может мешать ее эффективному проведению.

6. Основные стадии организации и проведения ГИЛ • Выделяются 4 основные стадии организации и проведения национальной инвентаризации лесов (НИЛ): предварительная, стадия планирования, подготовки выполнения, выполнения инвентаризации.

7. Предварительная стадия • Определение списка выходной информации, оценка потребностей пользователей информации • Формулировка целей инвентаризации и их упорядочивание по важности • Организационное и правовое обеспечение инвентаризации • Определение порядка пользования результатами инвентаризации

8. Стадия планирования • Общее описание системы инвентаризации • Составление списка всех определяемых величин и инструкций по их измерению для количественных показателей и определению - для качественных. • Проект проведения инвентаризации, включающий в себя принципы и правила закладки пробных площадей, детальное описание пробных площадей (их формы, размеров, численности и размещения), описание методов инвентаризации (аэрофотосъемка, космическая съемка, полевые обследования, сбор и обработка имеющихся данных), описание статистических методов обработки данных, описание методов создания лесных карт. • Разработка проекта базы данных • Разработка системы контроля качества данных • Выбор используемых оборудования, приборов, инструментов и программного обеспечения • Определение необходимой квалификации и численности персонала для выполнения проекта • Издание полной инструкции проведения всех видов работ • Разработка сетевого графика выполнения работ

9. Стадия подготовки выполнения проекта • Подготовка и тестирование оборудования, приборов, инструментов и программного обеспечения • Набор и тренировка персонала • Получение и предварительный анализ материалов дистанционных съемок • Пробное применение системы инвентаризации • Оценка результатов пробного применения системы и внесение необходимых изменений • Получение и анализ откликов потенциальных пользователей результатами проекта

10. Стадия выполнения проекта • Анализ и обобщение инвентаризационных данных дистанционных съемок • Проведение полевых исследований • Обработка, анализ и синтез полученных данных, включая контроль качества и последующие корректировки • Изготовление лесных карт • Подготовка финального отчета • Оценка качества работы системы инвентаризации

11. Основные рекомендации по организации ГИЛ на основе отечественного и международного опыта

12. Стратификация лесного фонда • Стратификация лесного фонда по ландшафтно-географическим признакам (лесорастительным зонам, лесным районам). Не следует привязывать ГИЛ к существующей повыдельной базе данных исходя из того, что если такая база есть и она достоверная, то ГИЛ не нужна и требуемые сведения могут быть получены путем агрегирования повыдельных данных, если база содержит устаревшие сведения, то неизбежны искажения в ГИЛ спроектированной на их основе.

13. Стратификация лесного фонда - 1 • В частности, не следует стратифицировать территорию по имеющимся лесоустроительным повыдельным данным и в качестве страт брать части укрупненных хозсекций, например, сосновая, спелая, высокополнотная, высокобонитетная страта в Ленинградской области. • Это нельзя делать потому, что определение наличия лесов с такими характеристиками является целью проведения и основным результатом ГИЛ и не может быть фиксированным заранее так, как площади настоящих страт, которые затем используются для итоговых расчетов.

14. Стратификация лесного фонда - 2 • Например, расчет площади лесов с заданными характеристиками аi осуществляется по следующей формуле: • где nij - число пробных площадей с характеристиками i в страте j ; Nj - число пробных площадей в страте j; Aj – площадь страты j. Площадь лесов с указанными выше параметрами может измениться по результатам проведения инвентаризации. • Отсюда видно, что площадь страты должна быть фиксирована заранее и определяться независимо от тех количественных и качественных характеристик лесов, которые являются целью инвентаризации.

15. Стратификация лесного фонда - 3 • Актуализация повыдельной базы данных на основе космической съемки не решает указанной проблемы.

16. Пример некорректной стратификации: страта – непокрытые лесом площади, субъект Российской Федерации – Алтайский край

17. Пример некорректной стратификации: страта – непокрытые лесом площади, субъект Российской Федерации – Брянская область

18. Стратификация лесного фонда - 4 • На предыдущих слайдах показано, что в страте – непокрытые лесной растительностью земли на самом деле не покрыты лесной растительностью только 20% и 12% площади выделенной страты. • Как в таком случае делать расчет выходных данных, какую площадь страты использовать в формуле?

19. Стратификация лесного фонда - 5 • Вторым существенным недостатком такой стратификации по частям укрупненных хозсекций является то, что «страты» будут территориально не компактны и будут представлять собой группы выделов хаотично разбросанных по изучаемой территории. • В третьих, страты выделяются из генеральной совокупности для сокращения дисперсии изучаемого признака (в нашем случае это запас насаждений), однако анализ данных по ГИЛ показывает, что разница между максимальным и минимальным запасом в некоторых «стратах» достигает сотен м3/га.

20. Пример большой разницы в запасе по страте – светлохвойные, спелые и перестойные, средне производительные, субъект РФ Владимирская область

21. Стратификация лесного фонда в Финляндии (слева) и Швеции (справа)

22. Экологические зоны Канады - основа стратификации при проведении НИЛ

23. Основные рекомендации по организации наземной компоненты ГИЛ на основе отечественного и международного опыта • Обследование ведется на круговых пробных площадях постоянного радиуса или иных по форме но фиксированной площади. • Пробные площади должны быть простыми в закладке и измерениях, но их должно быть много. • Пробные площади объединятся в кластеры. • Кластеры регулярно располагаются по обследуемой территории, но с разной плотностью.

24. Пробная площадь (пример) • Обследование ведется на круговых пробных площадях постоянного радиуса 7-10 метров в зависимости от возраста, полноты и среднего диаметра древостоев

25. Пробные площади (пп) объединены в кластеры (пример) • Кластер представляет собой квадрат (или иную правильную фигуру), ориентированный по странам света со стороной 300-1800 метров и включает в себя от 8 пп

26. Кластер пробных площадей по проекту ОСТа 1977 года.

27. Кластеры регулярной сетью расположены по изучаемой территории • В зависимости от интенсивности хозяйственной деятельности, плотности населения и дорожной сети кластеры располагаются на разных расстояниях друг от друга, например, 3-10 км (можно и более)

28. Основные рекомендации по организации наземной компоненты ГИЛ на основе отечественного и международного опыта опыта - 2 • Кластеры делятся на постоянные и временные: постоянные кластеры обследуются в ряде циклов инвентаризации. • Временные участвуют только в одном цикле. • Соотношение временных и постоянных кластеров бывает до 3/1, что обеспечивает более полное обследование территории. • Полный цикл работ по статистической инвентаризации составляет 5-10 лет. • Для того, чтобы получать информацию о лесном фонде с первого года территория обследуется вся, но на 1/5 -1/10 пробных площадей

29. Преимущества регулярного размещения постоянных кластеров по территории • При статистической инвентаризации лесов выборка осуществляется из генеральной совокупности, расположенной на поверхности (плоскости). • В общей теории выборочных исследований генеральная совокупность представляется математическим объектом неопределенной размерности, наилучшая выборка из которой – случайная. • При необходимости обследовать поверхность наилучшая выборка с точки зрения репрезентативности территории - равномерная (регулярная).

30. Преимущество регулярного размещения пробных площадей – полное покрытие территории Случайное размещение объектов (пробных площадей, кластеров) по территории описывается распределением Пуассона: ЗдесьPk - вероятность попадания на единицу площади к объектов (пробных площадей), m – среднее число объектов (пробных площадей) на единицу площади.

31. График вероятности 1 0,368 0 m m=1

32. Преимущество регулярного размещения пробных площадей – полное покрытие территории - 1 Рассмотрим P0– вероятность того, что единица площади окажется пустой (без пробных площадей): Положим m=1, т.е. рассмотрим случай когда в среднем на каждой единице изучаемой площади можно расположить одну пробную площадь. Однако при случайном их расположении т.е. около 40% площади окажется не обследованной, а на некоторых единицах площади будет избыток из нескольких пробных площадей. На 18,4% территории будет по 2 пробных площади (р2= 0,184), на 6,1% - по 3 (р3=0,061), на 2% - по 4 (р4=0,02). Причем при случайном размещении пробных площадей вся изучаемая территория не будет покрыта ими никогда.

33. Сравнение регулярного и случайного размещения на 16 единицах площади

34. Возможное групповое размещение пробных площадей при простой случайной выборке – причина применения их регулярного размещения

35. Регулярные ячейки инвентаризации лесов • Для создания постоянно действующей системы ГИЛ целесообразно разбить всю территорию страны на регулярные ячейки инвентаризации известной формы. • Они возникают автоматически при использовании регулярной сети кластеров пробных площадей. • Как более простую можно рекомендовать регулярную сеть с квадратной ячейкой и длиной стороны кратной 2 и площадью кратной 22, что позволяет обеспечить вложение ячеек меньшего размера, со стороной выраженной в целых километрах, в данную. Например, ячейка ГИЛ со стороной 50 км не обладает таким свойством. • За базовую РЯИ можно принять ячейку площадью 32х32 км, равную 1024 км2. Таких ячеек на территории страны будет 16675 каждая из которых может быть далее разбита на 4 ячейки 16х16 км площадью 256 км2, таких ячеек будет 16675*4 =66700 и т.д.

36. Необходимое число регулярных ячеек инвентаризации для покрытия территории Российской федерации (Площадь РФ 17075,4 тыс. км2) • Как видно из данных таблицы наименьшие по площади ячейки совпадают с квартальной сетью традиционного лесоустройства.

37. Регулярная сеть ячеек инвентаризации 256х256 км

38. Преимущества создания сети РЯИ • В сеть включаются только постоянные кластеры пробных площадей • Введение сети РЯИ играет туже роль, что и квартальная сеть при лесоустройстве, она позволяет упорядочить и организовать изучаемую территорию, облегчает планирование и проведение инвентаризационных работ. • Позволяет рационально разместить временные кластеры пробных площадей • Наличие сети РЯИ позволяет организовать получение информации о лесах с первого года цикла проведения инвентаризации лесов

39. Точность определения характеристик лесного фонда и число пробных площадей • Обычно точность определения характеристик лесного фонда (например, среднего запаса) оценивается с помощью величины средней ошибки измерений - m, которая рассчитывается на основе среднего квадратического (стандартного) отклонения s и числа пробных площадей n: • Если условно принять величину sпостоянной, так как предполагается, что в первый год регулярная сеть обследуется полностью но на 1/10 части пробных площадей и включает в себя все возможные вариации изучаемой величины, то точность определения зависит от числа пробных площадей n.

40. Точность определения характеристик лесного фонда и число пробных площадей - 1 • Потери точностиm при сокращении числа пробных площадей при постоянной s можно оценит с помощью следующей формулы: здесь - средняя ошибка измерений при сокращении числа пробных площадей в 10 раз • Основное заключение из этой формулы состоит в том, что при сокращении числа пробных площадей в 10 раз точность уменьшается в 3,16 раза. • Если, например, регулярная сеть спроектирована для получения точности 5%, то после ее обследования в первый год на 1/10 пробных площадей будет получена информация с точностью 15,8%

41. Точность определения характеристик лесного фонда и число пробных площадей - 2 • По действующей методике проведения ГИЛ точность определения общих запасов древесины установлена по лесным районам и составляет от 1 до 5%. • Точность в 5% предусмотрена для районов Крайнего севера и Дальнего востока. • Такая высокая точность определения запасов представляется избыточной, так как рассмотренная ранее теория показывает, что для увеличения точности в 3,16 раза требуется закладка в 10 раз большего числа пробных площадей, что нерационально, в первую очередь, с экономической точки зрения.

42. Преимущества создания сети РЯИ - 1 • Позволяет упорядоченно интегрировать данные о лесах из всех доступных источников, включая открытые данные ДЗЗ • Такая сеть реализует федеральный подход к организации и проведению государственной инвентаризации лесов • Наличие сети обеспечивает преемственность последовательных циклов инвентаризации • Наличие сети облегчает пересчет характеристик лесного фонда с пробных площадей и кластеров на территорию методами геостатистики. • Ячейки должны иметь многоуровневую нумерацию и привязку к географическим координатам. На основе этой структуры следует создавать соответствующую базу данных и ГИС.

43. Предварительная оценка параметров сети РЯИ • В рамках ГИЛ предполагается закладка 86 200 пробных площадей • Если закладывать пробные площади кластерами по 8 пробных площадей, то таких кластеров будет 10 775 шт. • Если принять соотношение постоянных и временных кластеров 1/3, то постоянных кластеров в сети будет 5388 шт.

44. Предварительная оценка параметров сети РЯИ - 1 • Шаг регулярной сети приблизительно определяется по формуле Площадь Российской Федерации S = 17075400 кв. км Приn = 5388шт. h= 64 км Приn= 10775 шт. h = 40 км, которые округляются в меньшую сторону до стандартной величины - 32 км. • Для сохранения системы заложенных пробных площадей их целесообразно интегрировать в проектируемую регулярную сеть

45. Труднодоступные территории страны • Для труднодоступных территорий сеть может не закладываться в натуре • Ячейки в этом случае заполняются информацией ДЗЗ • Если сеть нужна в калибровочных целях она может быть значительно реже.

46. Рекомендации ФАО • Изложенные рекомендации по совершенствованию методики ГИЛ в целом соответствуют требованиям ФАО

47. Доклад окончен. Спасибо за внимание!