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:

1. оценку допустимых антропогенных и рекреационных нагрузок на лесные экосистемы;

2. оценку степени воздействия техногенных факторов на лесные экосистемы;

3. лесопатологический мониторинг, оценку и прогноз динамики повреждаемости лесов вредителями и болезнями;

4. мониторинг пожарной опасности в лесах, оценка и прогноз динамики лесов, пройденных лесными пожарами;

5. оценку и прогноз динамики общего среднего прироста лесных насаждений;

6. оценку динамики покрытых лесом земель;7. оценку динамики площади покрытых лесом земель, занимаемых

хвойными породами;8. оценку динамики площади покрытых лесом земель, занимаемых

твердолиственными породами;9. оценку динамики лесистости территории;10. мониторинг незаконной заготовки древесины;11. выборочную измерительную таксацию выделов в пределах

лесничества или лесопарка;12. выборочный контроль материалов лесоустройства;13. 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

1. Определение списка выходной информации, оценка потребностей пользователей информации

2. Формулировка целей инвентаризации и их упорядочивание по важности

3. Организационное и правовое обеспечение инвентаризации

4. Определение порядка пользования результатами инвентаризации

8

СТАДИЯ ПЛАНИРОВАНИЯ1. Общее описание системы инвентаризации2. Составление списка всех определяемых величин и инструкций по

их измерению для количественных показателей и определению - для качественных.

3. 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.

4. Разработка проекта базы данных5. Разработка системы контроля качества данных6. Выбор используемых оборудования, приборов, инструментов и

программного обеспечения7. Определение необходимой квалификации и численности

персонала для выполнения проекта8. Издание полной инструкции проведения всех видов работ9. Разработка сетевого графика выполнения работ

9

СТАДИЯ ПОДГОТОВКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА

1. Подготовка и тестирование оборудования, приборов, инструментов и программного обеспечения

2. Набор и тренировка персонала3. Получение и предварительный анализ

материалов дистанционных съемок4. Пробное применение системы

инвентаризации5. Оценка результатов пробного применения

системы и внесение необходимых изменений6. 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:

Здесь Pk - вероятность попадания на единицу площади к объектов (пробных площадей), m – среднее число объектов (пробных площадей) на единицу площади.

31

ГРАФИК ВЕРОЯТНОСТИ

𝑝0

mm=1

1

00,368

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

Х Х Х Х

Х Х Х Х

Х Х Х Х

Х Х Х Х

Х Х

Х Х Х Х

ХХ ХХ ХХ ХХХ

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.

Nп/п Размер ячейки, длина стороны и площадь, км2 Число ячеек 1. 256*256=65536 261 2. 128*128=16384 1042 3. 64*64=4096 4169 4. 32*32=1024 16675 5. 16*16=256 66700 6. 8*8=64 266800 7. 4*4=16 1067200 8. 2*2=4 4268800 9. 1*1=1 17075400

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 s постоянной, 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 точности m 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 При n = 5388 шт. h = 64 км При n= 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!