Геоинформационная технология актуализации данных территориального деления лесного фонда для мониторинга пожарной опасности

Скачать 281.77 Kb.

Название	Геоинформационная технология актуализации данных территориального деления лесного фонда для мониторинга пожарной опасности
страница	1/3
Дата публикации	21.02.2015
Размер	281.77 Kb.
Тип	Автореферат

100-bal.ru > География > Автореферат

1 2 3

На правах рукописи

УДК 528.9:577.4

ПОДОЛЬСКАЯ АЛЕКСАНДРА СЕРГЕЕВНА

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ

ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ДЕЛЕНИЯ ЛЕСНОГО ФОНДА ДЛЯ

МОНИТОРИНГА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

Специальность 25.00.35 – Геоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2009

Работа выполнена на кафедре прикладной экологии

Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Малинников Василий Александрович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Цветков Виктор Яковлевич

доктор технических наук

Захаров Валерий Николаевич
Ведущая организация – ФГУП «Государственный научно-исследовательский и производственный центр «Природа» (ФГУП «Госцентр «Природа»)
Защита диссертации состоится « 4 » июня 2009 года в 10 часов

на заседании диссертационного Совета Д.212.143.03 при Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва, Гороховский пер., 4, зал заседаний Ученого совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии.
Автореферат разослан « 28 » апреля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Климков Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Накопленный опыт современных технологий сбора и обработки данных о горимости лесов, состоянии грозовых разрядов и метеорологической информации позволил разработать действующую информационную систему дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства (ИСДМ-Рослесхоз), - аэрокосмическую систему федерального уровня, включающую наземные наблюдательные пункты, воздушные патрули и космические средства слежения за лесными пожарами. В структуре системы выделены блоки мониторинга пожарной опасности, лесопатологии, лесопользования и лесовосстановления.

Для блока мониторинга пожарной опасности особое значение имеет актуальность данных территориального деления (ТД) лесного фонда, под которыми понимают данные о границах лесохозяйственных предприятий, авиационных подразделений и зон мониторинга пожарной опасности, а также связанные с ними атрибутивные и справочные данные. Относительно границ территориального деления лесного фонда осуществляется пространственная идентификация детектированных по спутниковым данным очагов лесных пожаров. Границы территориального деления подвержены ежегодным изменениям, связанным с организацией новых, упразднением старых, разукрупнением или объединением авиаподразделений/лесхозов; отнесением территории лесного фонда к космической, авиационной или наземной зонам мониторинга.

Происходящие изменения требуют учета в структуре ИСДМ, что обуславливает необходимость разработки геоинформационной технологии ежегодной актуализации данных территориального деления лесного фонда до наступления пожароопасного сезона. Актуализированные данные применяются в ИСДМ при оперативном мониторинге лесных пожаров, а также имеют большое значение для решения ряда научно-исследовательских задач по оценке углеродного бюджета, динамики, состояния лесов и биоразнообразия на основе данных государственного учета леса.

Законодательно актуальность темы определил принятый в 2006 г. новый Лесной кодекс Российской Федерации, согласно которому вместо лесхозов основными территориальными единицами управления в области использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов становятся лесничества и лесопарки. Перевод лесхозов в лесничества был реализован в регионах, что позволяет в настоящее время интегрировать полученные от субъектов данные нового деления в ИСДМ.

Целью диссертационного исследования является разработка геоинформационной технологии, осуществляющей ежегодную актуализацию данных территориального деления лесного фонда Российской Федерации в структуре ИСДМ-Рослесхоз, первоначально созданной в интересах охраны лесов от пожаров.

Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:

изучение, анализ и обобщение лесоустроительных технологий обновления планово-картографических материалов и современных технологий сбора обновлений цифровых карт по сети Интернет;
разработка блок-схемы современной геоинформационной технологии актуализации данных ТД лесного фонда, состава и содержания ее базовых блоков; регламента работы технологии как части ИСДМ;
исследование зависимости возникновения лесных пожаров от молний; применение актуализированных данных о границах авиаподразделений при комплексной обработке данных грозопеленгации, спутниковых и метеонаблюдений для прогноза возникновения лесных пожаров от молний;
апробация разработанной технологии актуализации данных ТД лесного фонда к пожароопасному сезону 2009 г. на тестовом регионе России.

Объектом исследования является разработка новой технологии актуализации данных территориального деления лесного фонда РФ. Предмет исследования – территориальное деление лесного фонда РФ, принципы его организации, способы и периодичность обновления данных. В практической части предметом исследования является тестовый регион, в границах которого представлены все типы изменений данных ТД и виды зон мониторинга пожарной опасности.

Методы и средства исследований опираются на современные теоретические и практические основы геоинформационных систем и способов передачи информации о происходящих изменениях объектов местности, методы пространственного и статистического анализа, подходы объектно-ориентированного программирования. В работе учитываются исторически сложившиеся принципы лесного хозяйства России, его развития во времени и современное состояние.

Состояние изученности проблемы. В первой главе приводится обзор состояния проблемы по материалам научных публикаций и Лесного кодекса РФ 2006 г.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

Проведен анализ современного состояния данных о границах территориального деления лесного фонда, лесоустроительных технологий обновления планово-картографических материалов на базе ГИС, обобщен опыт технологий сбора обновлений цифровых карт по сети Интернет;
Разработана геоинформационная технология ежегодной актуализации данных территориального деления лесного фонда для задач мониторинга пожарной опасности;
Впервые проведено исследование и предложена методика комплексной обработки данных грозопеленгации, спутниковых и метеонаблюдений для прогноза возникновения лесных пожаров от молний.

Основные результаты, выносимые на защиту:

Структура, блок-схема и регламент работы геоинформационной технологии актуализации данных ТД лесного фонда, состав и содержание базовых блоков;
Цифровые растровые карты границ ТД лесного фонда по субъектам РФ;
Web-интерфейсы сбора информации об изменениях данных ТД лесного фонда, размещенные на сервере ИСДМ; ГИС-интерфейсы редактирования справочников, границ и атрибутов для блока внесения изменений данных ТД;
Технологическая схема и комплекс программных модулей проведения контроля данных;
Методика комплексной обработки данных грозопеленгации, спутниковых и метеонаблюдений для прогноза возникновения лесных пожаров от молний.

Практическая значимость. Результаты исследований автора по теме диссертации (разработанные инструкции, интерфейсы сбора и внесения изменений, цифровой векторный слой границ территориального деления лесного фонда, тематические материалы) используются в блоке мониторинга пожарной опасности ИСДМ и производственном процессе в Центре по проблемам экологии и продуктивности лесов (ЦЭПЛ РАН) и ФГУ “Авиалесоохрана“, что подтверждено документально актами ввода в опытную эксплуатацию.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались на: ежегодных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (2006 - 2009 гг.); открытых Всероссийских конференциях «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)» (Москва, 2005-2008 гг.); Международной конференции по картографии и ГИС (Боровец, Болгария, 2006 г.); научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2006 г.); 4-ой Международной конференции «Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве» (Москва, 2007 г.); 3-ем Международном семинаре «Интеграция информации и ГИС – 2007» (Санкт-Петербург, 2007 г.); Всероссийской конференции с международным участием «Пожары в лесных экосистемах Сибири» (Красноярск, 2008 г.). Будет сделан доклад на Международной научно-технической конференции «Геодезия, картография и кадастр – ХХI век», посвященной 230-летию основания Московского государственного университета геодезии и картографии (Москва, 2009 г.).

Публикации. Содержание диссертации изложено в 11-ти публикациях, три из которых помещены в рекомендованных ВАК России журналах. Результаты исследования по теме диссертации отражены в отчетах лаборатории мониторинга лесных экосистем Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН о научно-исследовательской работе, выполненной в рамках Государственного Контракта № МГ-02.06/23К между Рослесхозом и ЦЭПЛ РАН.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, списка сокращений, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 160 страниц машинописного текста, 13 таблиц, 56 рисунков и 4 приложения с иллюстрациями. Список литературы включает 124 наименования, в том числе иностранные публикации и Интернет-источники.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю работы доктору технических наук, профессору Малинникову Василию Александровичу и кандидату технических наук, заведующему лабораторией мониторинга лесных экосистем ЦЭПЛ РАН Ершову Дмитрию Владимировичу за внимание и помощь в работе. Автор признателен коллегам по лаборатории мониторинга лесных экосистем ЦЭПЛ РАН за рекомендации и замечания, способствовавшие улучшению работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель и сформулированы задачи исследования.

В первой главе представлен обзор современного состояния данных о границах территориального деления лесного фонда и существующих технологий их актуализации.

Новое лесное законодательство России 2006 г. обусловило передачу большинства полномочий РФ в области лесных отношений на землях лесного фонда органам государственной власти субъектов Федерации. В настоящее время процесс перехода права собственности РФ на лесхозы субъектам завершен. Установление границ и определение количества лесничеств и лесопарков было предписано осуществлять Рослесхозу по предложениям органов исполнительной власти субъектов.

Административно до принятия Лесного кодекса РФ 2006 г. общее руководство и координация всех работ по авиационной охране лесов осуществлялись Центральной базой ФГУ "Авиалесоохрана". Согласно новому Лесному кодексу, полномочия по охране лесов начиная с 2007 г. в полном объёме переданы субъектам Федерации, в которых организованы государственные учреждения по авиационной охране лесов, разрабатывающие свои варианты функционирования Авиалесоохраны. Зонирование лесного фонда РФ по способу мониторинга пожарной опасности производится путем выделения зон наземного, авиационного и космического мониторинга. Отнесение территорий лесного фонда к зонам мониторинга производится согласно рекомендациям Рослесхоза.

В диссертации выполнен анализ технологий отечественных лесоустроительных предприятий с учетом особенностей российской отрасли лесного хозяйства, для которой разрабатывается технология актуализации данных ТД в структуре ИСДМ-Рослесхоз. Проанализированы три технологии обновления картографических лесоустроительных материалов на базе ГИС Центрального, Северо-Западного и Западно-Сибирского лесоустроительных предприятий. Результаты анализа представлены в сводной таблице сравнения (Таблица). В основе технологий других отечественных лесоустроительных предприятий лежат схожие методические подходы.

Таблица.

Сравнение лесоустроительных ГИС-технологий обновления карт

	Характеристика	ГИС TopoL Центрлеспроект	ЛУГИС Севзаплеспроект	ЛесГИС Запсиблеспроект
1	Базовая ГИС	ГИС TopoL	WinGIS, WinMap	MapInfo
2	Источники информации об изменениях	Планшеты предыдущего лесоустройства, аэрофотосники, геоданные	Аэрофотоснимки, абрисы снимков	Абрисы снимков, топографические карты
3	Ввод картографических данных	Сканирование исходных материалов	Сканерный метод	Сканирование абрисов и топографических карт
4	Уровень внесения изменений	Выдел	Выдел	Выдел
5	Ежегодное внесение изменений	Региональный уровень: учет и генерализация до уровня региона текущих изменений из лесхозов. Федеральный уровень: учет и генерализация изменений из регионов	Актуализация картографического материала и данных лесного фонда на начало текущего года	Ежегодное внесение текущих изменений в цифровую карту лесонасаждений
6	Контроль данных	Взаимный контроль КБД и таксационной БД, визуально-аналитический контроль КБД, проверка баланса площадей в таксационной БД	Контроль вводимой информации с сохранением истории вносимых изменений	Вычисление и увязка площадей, формирование таблицы данных о площадях

Лесоустроительные ГИС-технологии направлены на обновление данных о границах первичных учётных единиц – таксационных выделов. В качестве источников информации о произошедших изменениях в границах используются планово-картографические материалы предыдущего лесоустройства, топографические карты и аэрофотоснимки. Установлена особенность указанных технологий - ввод картографических материалов в ГИС посредством сканерного метода, этапы которого подробно рассмотрены в тексте диссертации. Выявлены методы, применяемые в лесоустроительных технологиях, которые целесообразно включить в разрабатываемую геоинформационную технологию актуализации данных ТД лесного фонда. Одним из таких методов является контроль вводимых пользователем данных.

Изучен процесс внесения изменений в нормативно-справочную информацию и границы лесохозяйственных предприятий в ГИС TopoL. Выявлены функциональные возможности геоинформационной системы, которые необходимы при внесении изменений в данные территориального деления лесного фонда.

Проанализированы технологии актуализации данных ТД лесного фонда с привлечением сканерного метода, разработанные и эксплуатируемые в ЦЭПЛ РАН и во Всероссийском научно-исследовательском институте лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ). Ввиду значительных временных затрат на ввод, привязку и трансформирование бумажных топографических карт при использовании сканерного метода сделан вывод о нецелесообразности применения метода при ежегодной актуализации данных ТД. Немаловажным является устранение разнородного характера первичного потока информации путем формализации входных данных, несущих информацию об изменениях. В качестве альтернативы бумажным топографическим картам предлагается использовать цифровые.

Подвергнуты анализу современные отечественные (TeleAtlas Россия, "НарисуйКа") и зарубежные (Google Maps, Digital Vector Maps и др.) технологии сбора обновлений цифровых карт по сети Интернет на предмет возможности применения их методических подходов в технологии ежегодной актуализации данных ТД лесного фонда; результат представлен в тексте диссертации в виде таблицы.

Во второй главе диссертации изложена разработанная геоинформационная технология актуализации данных ТД лесного фонда. Определен состав базовых блоков на основании результатов проведенного в первой главе анализа и обобщения технологий лесоустроительных предприятий, актуализации данных ТД с привлечением сканерного метода и сбора обновлений карт по сети Интернет. В составе технологии выделены шесть базовых блоков: создание растровых карт, сбор информации об изменениях данных ТД, внесение изменений, контроль данных, формирование тематических материалов, передача актуализированных данных (рис.1).

Рис. 1. Блок-схема технологии актуализации данных ТД лесного фонда