Transcript 10. Алексеев. Методологические основы ГИЛ

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННОЙ
ИНВЕНТАРИЗАЦИИ ЛЕСОВ.
1
Алексеев А.С., д.г.н., проф., первый проректор,
заведующий кафедрой лесной таксации,
лесоустройства и ГИС ФГБОУ ВПО «СанктПетербургский государственный лесотехнический
университет имени С.М. Кирова»
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2
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.
3
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ ЛЕСОВ
ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
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;
4
определение других статистических характеристик лесов в
пределах лесничеств, лесопарков и субъектов Российской
Федерации и их динамику.
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.

5
ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ОРГАНИЗАЦИИ
ПРОВЕДЕНИЯ ГИЛ

И
Выделяются 4 основные стадии организации и
проведения национальной инвентаризации
лесов (НИЛ): предварительная, стадия
планирования, подготовки выполнения,
выполнения инвентаризации.
6
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СТАДИЯ
1.
2.
3.
4.
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
7
СТАДИЯ ПЛАНИРОВАНИЯ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
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
8
СТАДИЯ ПОДГОТОВКИ ВЫПОЛНЕНИЯ
ПРОЕКТА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
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
9
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

10
ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО
ОРГАНИЗАЦИИ ГИЛ НА ОСНОВЕ
ОТЕЧЕСТВЕННОГО И МЕЖДУНАРОДНОГО
ОПЫТА
11
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.
12
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.

13
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.
14
СТРАТИФИКАЦИЯ ЛЕСНОГО ФОНДА - 3

Актуализация повыдельной базы данных на
основе космической съемки не решает
указанной проблемы.
15
ПРИМЕР НЕКОРРЕКТНОЙ СТРАТИФИКАЦИИ:
СТРАТА – НЕПОКРЫТЫЕ ЛЕСОМ ПЛОЩАДИ,
СУБЪЕКТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ –
АЛТАЙСКИЙ КРАЙ
16
ПРИМЕР НЕКОРРЕКТНОЙ СТРАТИФИКАЦИИ:
СТРАТА – НЕПОКРЫТЫЕ ЛЕСОМ ПЛОЩАДИ,
СУБЪЕКТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ –
БРЯНСКАЯ ОБЛАСТЬ
17
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?

18
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.

19
ПРИМЕР БОЛЬШОЙ РАЗНИЦЫ В ЗАПАСЕ ПО
СТРАТЕ – СВЕТЛОХВОЙНЫЕ, СПЕЛЫЕ И
ПЕРЕСТОЙНЫЕ, СРЕДНЕ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ, СУБЪЕКТ РФ
ВЛАДИМИРСКАЯ ОБЛАСТЬ
20
СТРАТИФИКАЦИЯ ЛЕСНОГО ФОНДА В
ФИНЛЯНДИИ (СЛЕВА) И ШВЕЦИИ
(СПРАВА)
21
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗОНЫ КАНАДЫ - ОСНОВА
СТРАТИФИКАЦИИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ НИЛ
22
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.
23
ПРОБНАЯ ПЛОЩАДЬ (ПРИМЕР)

Обследование ведется на
круговых пробных площадях
постоянного радиуса 7-10
метров в зависимости от
возраста, полноты и
среднего диаметра
древостоев
24
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
25
КЛАСТЕР ПРОБНЫХ ПЛОЩАДЕЙ ПО
ПРОЕКТУ ОСТА 1977 ГОДА.
26
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)
27
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
28
площадей
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).

29
ПРЕИМУЩЕСТВО РЕГУЛЯРНОГО
РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОБНЫХ ПЛОЩАДЕЙ
–
ПОЛНОЕ ПОКРЫТИЕ ТЕРРИТОРИИ
Случайное размещение объектов (пробных площадей,
кластеров) по территории описывается
распределением Пуассона:
𝑚𝑘 −𝑚
𝑝𝑘 =
𝑒
𝑘!
Здесь Pk - вероятность попадания на единицу
площади к объектов (пробных площадей),
m – среднее число объектов (пробных площадей) на
единицу площади.
30
ГРАФИК ВЕРОЯТНОСТИ 𝒑𝟎
𝑝0
1
0,368
0
m=1
m
31
ПРЕИМУЩЕСТВО РЕГУЛЯРНОГО
РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОБНЫХ ПЛОЩАДЕЙ
ПОЛНОЕ ПОКРЫТИЕ ТЕРРИТОРИИ
–
-1
Рассмотрим P0 – вероятность того, что единица площади
окажется пустой (без пробных площадей):
𝑝0 = 𝑒 −𝑚
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 𝑝0 = 0.368, 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.
32
СРАВНЕНИЕ РЕГУЛЯРНОГО И
СЛУЧАЙНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ НА
ЕДИНИЦАХ ПЛОЩАДИ
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
ХХ
16
Х
Х
Х
Х
Х
ХХ
ХХ
ХХХ
33
ВОЗМОЖНОЕ ГРУППОВОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ
ПРОБНЫХ ПЛОЩАДЕЙ ПРИ ПРОСТОЙ
СЛУЧАЙНОЙ ВЫБОРКЕ – ПРИЧИНА
ПРИМЕНЕНИЯ ИХ РЕГУЛЯРНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ
34
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.

35
НЕОБХОДИМОЕ
ЧИСЛО РЕГУЛЯРНЫХ ЯЧЕЕК
ИНВЕНТАРИЗАЦИИ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ТЕРРИТОРИИ
РОССИЙСКОЙ
КМ2)
Nп/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
ФЕДЕРАЦИИ
(ПЛОЩАДЬ РФ 17075,4 ТЫС.
Размер ячейки, длина стороны и площадь, км2
256*256=65536
128*128=16384
64*64=4096
32*32=1024
16*16=256
8*8=64
4*4=16
2*2=4
1*1=1
Число ячеек
261
1042
4169
16675
66700
266800
1067200
4268800
17075400
Как видно из данных таблицы наименьшие
по площади ячейки совпадают с квартальной
сетью традиционного лесоустройства.

36
РЕГУЛЯРНАЯ СЕТЬ ЯЧЕЕК
ИНВЕНТАРИЗАЦИИ 256Х256 КМ
37
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

38
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.
39
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:
𝑚01
𝑛
=
= 3.16
𝑚
0.1𝑛
здесь 𝑚01 - 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%
40
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.

41
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.

42
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.
43
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА
ПАРАМЕТРОВ СЕТИ РЯИ - 1
Шаг регулярной сети приблизительно
определяется по формуле
𝑆 1/2
ℎ = 1/2
𝑛 −1
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

44
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.
45
РЕКОМЕНДАЦИИ ФАО

Изложенные
рекомендации по
совершенствованию
методики ГИЛ в
целом соответствуют
требованиям ФАО
46
ДОКЛАД ОКОНЧЕН. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
47