«Цифровой лесничий» в «Орленке»

«Цифровой лесничий» в «Орленке»

30.09.2020

текст новости

«Цифровой лесничий» в «Орленке» В 2020 году эксперты Центра космических технологий и услуг провели двухнедельный интенсив для школьников, направленный на формирование интереса к профессиям лесного профиля с позиции геоинформатики. Цель курса – обучение основам использования современных геоинформационных систем в лесном хозяйстве через изучение методов организации и преобразования географических пространственных данных. Ключевая задача, поставленная перед участниками интенсива – оценить состояние лесного массива на одной и той же территории в долговременной перспективе. Для решения этой задачи эксперты вместе с школьниками прошли несколько этапов:

1. Изучили отдельные способы построения планов и карт методами полевых натурных измерений;

2. Познакомились с основными направлениями лесоведения и лесоводства;

3. Изучили особенности организации и хранения географических пространственных данных в ГИС;

4. Выявили особенности организации современных геопорталов и алгоритмы обмена пространственными данными;

5. Создали геоинформационный проект.

Фотографии

Всего 5

Проект №2

Оценка экологического потенциала насаждений особо охраняемой природной территории «Калужский бор»

Презентация


Участники проекта

Бехлер Александр, Джантюрк Самет, Костенич Анастасия, Мазур Александр. Новиков Владислав, Смирнова Вероника, Сухарева Варвара, Шаталина Татьяна.

Цель

Цель нашего проекта – провести оценку экологической значимости насаждений ООПТ «Калужский бор» на основе актуализованных данных таксации.

Задачи

1. провести закладку пробных площадей, получить навыки таксации, рассчитать таксационные характеристики проб;
2. Проанализировать существующие данные таксации на территории ООПТ «Калужский бор» и актуализировать на основе космических снимков 2021 года, данных лазерной и аэрофотосъемки;
3. Рассчитать общий запас древесины и объем накопленного углерода;
4. Оценить санитарно-гигиеническую функцию Калужского бора;
5. Подвести итоги и составить выводы о значении насаждений Калужского бора.

Описание

Деревья – это легкие нашей планеты, они поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Леса России интенсивно вырубаются и постоянно горят, это оказывает существенное влияние на увеличение концентрации СО2 в атмосфере. Лес естественным образом накапливает углерод, и таким образом предотвращает глобальное потепление на планете.

Здоровье человека также напрямую связано с наличием лесов. Заболевания дыхательной системы человека весьма распространены, а лечение таких болезней очень затратно. Хвойные леса выделяют значительное количество фитонцидов, которые ослабляют действие болезнетворных бактерий опасных для человека, таких как возбудители дифтерии и туберкулёза.
Правильные расчеты для оценки значимости леса невозможны без актуальных и достоверных данных. Поэтому важно правильно и точно произвести оценку насаждений.
Мы проанализировали существующие способы таксации, к которым относятся глазомерный, глазомерно-измерительный, дешифровочный и актуализация. Из них наиболее эффективный – дешифровочный способ, так как с его помощью можно достаточно точно и быстро определять таксационные характеристики лесных насаждении. Такой способ подразумевает использование обычной аэрофотосъемки либо стереосъемки, данных космической съемки, данных воздушного лазерного сканирования.
Эффективность дешифровочного способа обусловлена и самым быстрым временем реализации. Так, например, лазерная съемка всего Калужского бора (площадь 1 тыс. га) может быть выполнена за 4,5 летных часа и обработана в течение 2-х дней. Актуализация займет около 10 дней. Таксация глазомерным способом будет продолжаться не менее 1 месяца, а при глазомерно-измерительном работы займут около года.
Для актуализации материалов таксации мы планировали использовать анализ космических снимков совместно с анализом данных лазерного сканирования, так как космоснимки обеспечивают данные о породном составе, а лазерный сканер (лидар) довольно точно определяет высоту деревьев и другие связанные показатели.
На основе предварительного анализа космического снимка были выбраны несколько пробных площадей, отличающихся между собой породным и возрастным составом. Затем мы отправились на пробные площади, где провели полевой этап, заключающийся в измерении деревьев. После этого была выполнена аэрофотосъемка нескольких проб с использованием дрона и лидара.
Полученные данные и космические снимки были обработаны в специальных программах, на этом основании были проведены расчеты и актуализированы данные.
Во время полевого этапа для определения таксационных характеристик деревьев использовались различные инструменты: мерная вилка, возрастной бурав, высотомер. Определены породы, категории технической годности и произведена съемка координат каждого дерева. Для насаждения были определены полнота, тип лесорастительных условий, бонитет, посчитано количество подроста и подлеска.
Нами была создана база данных на основе материалов таксации полученных от ГБУ «Дирекция Парков» Калужской области. В ней содержится информация о таксационных характеристиках насаждений по состоянию на 2006 г. Также были оцифрованы границы выделов на основе плана лесонасаждений 2006 г. В дальнейшем на основе измерений полученных в результате полевого этапа и классификации космических снимков 2021 г. в созданную базу данных были внесены изменения.
Для проверки точности собранных данных дополнительно было выполнено лазерное сканирование пробных площадей. Полученные данные подтвердили результаты полевых измерений – это говорит о точности и надежности лазерного сканирования как метода таксации.
С момента последнего лесоустройства прошло более 16 лет. Данные таксации устарели, поэтому с помощью космических снимков мы их актуализировали. Для этого были взяты космические снимки Sentinel-2 и обработаны с помощью геоинформационной системы QGIS Для обработки использовался набор разновременных снимков, обработка проводилась при помощи различных алгоритмов классификации методами машинного обучения. В итоге для обновления данных использовался результат, полученный с использованием метода Random Forest (dzetsaka обучающие полигоны в виде модификации).
В результате работы была получена обновленная база данных на всю территорию Калужского бора. На основе этих данных была сделана оценка запаса насаждений и его стоимости. Для оценки стоимости был посчитан объем товарной древесины по составляющим породам и рыночная стоимость кубометра круглого леса для каждой породы. По нашим расчетам прирост запаса древесины за 16 лет составил 44,2 тыс куб.м или 15%, а его стоимость увеличилась почти на 100 млн рублей.
Но нужно понимать, что ценность бора заключается не только в древесине, которая там растет. Полученные данные о запасе насаждений позволяют дать оценку роли Калужского бора в борьбе с потеплением климата. Для этого был подсчитан общий объем углерода, накопленный в биомассе насаждений. Он составил более 117 тысяч тонн. Это эквивалентно выбросам 300 000 автомобилей в течение года. В случае уничтожения этих насаждений произойдет высвобождение накопленного объема в атмосферу.
Также важна ценность бора для сохранения здоровья населения. Известно, что хвойные насаждения, в особенности сосновые, выделяют значительное количество фитонцидов, которые подавляют развитие патогенных организмов в воздухе. Учитывая площадь хвойных насаждений бора и площадь города Калуги, а также количество патогенных организмов в бору и городской атмосфере (по результатам исследования Новосибирского аграрного университета), было рассчитано, что уничтожение бора повысит заболеваемость приблизительно на 20%, что приведет к увеличению затрат на лечение больных туберкулезом от 14 до 100 млн руб. в год и более.
Проект был очень большой и в одиночку никому из нас не удалось бы его завершить, в соответствии с навыками и умениями мы распределили роли.
После окончания полевого этапа шла обработка всей полученной информации, роли в аналитическом этапе были распределены по такому же принципу.

Проект №1

Оценка состояния насаждений ООПТ «Калужский бор» и разработка рекомендаций по развитию его рекреационного потенциала

Презентация


Участники проекта

Аминева Анастасия, Дьяков Данил, Костенич Мария, Раков Никита, Семенова Нелли, Смирнова Юлия, Сосновский Максим.

Описание

Калужский бор – памятник природы федерального значения, а также территория с ценным древесным составом. Возраст 78% хвойных деревьев здесь достигает 180–200 лет. Мы предположили, что можно повысить эффективность использования территории бора как места для отдыха.
Таким образом, целью нашей работы является разработка плана мероприятий по повышению рекреационного потенциала особо охраняемой природной территории (ООПТ) «Калужский бор». Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
1. Определить и проанализировать состояние древостоя,
2. составить карты возможных возгораний, карты основных туристических маршрутов,
3. Найти и выбрать наиболее эффективные практики защиты бора от пожаров,
4. Создать план по сохранению и развитию территории.
Согласно лесному законодательству РФ, на территории памятников природы запрещены вырубки, нарушающие сохранность насаждения. Однако Калужский бор не обходят стороной такие проблемы, как лесные пожары и неблагоприятное экологическое состояние.
В данный момент на территории ООПТ существуют тропы для прогулок, но элементы благоустройства практически отсутствуют. Например, контейнеров для мусора за время полевых выходов мы не видели. Многие люди не уносят мусор с собой, оставляют его в лесу, тем самым загрязняют природу.
Для защиты от пожаров в бору имеются минерализованные полосы и противопожарные разрывы, но соответствующего ухода и обновления проведено не было, из-за этого они заросли и уже не исполняют свои первоначальные функции.
Перед тем, как пойти в лес, мы наметили местоположение пробных площадей с использованием космического снимка Sentinel-2, учитывая разнообразие пород и особенности деревьев, представленных в Калужском бору. Нам было важно увидеть и измерить в лесу разные породы, ведь каждая из них имеет свои особенности. Были выбраны 3 пробные площади в радиусе 1 км от лагеря, с различным видовым составом: на первой пробе преобладала липа, на второй – сосна, на третьей – липа и дуб.
3 дня в лесу мы занимались таксацией, следуя примеру своих экспертов. Сначала мы обозначили границы нашей пробной площади, далее начали проводить измерения. Наша команда измеряла таксационные характеристики пробных площадей при помощи специальных приборов. Мы использовали высотомер для измерения высоты деревьев, реласкоп для измерения полноты насаждений, возрастной бурав для измерения возраста, мерную вилку для измерения диаметра, ровером определяли координаты деревьев, визуально определялась техническая годность древостоя.
Во время полевых работ мы заполняли таксационное описание нашей пробной площади. В процессе камеральной обработки все данные были занесены в электронную таблицу Excel, где были рассчитаны средние значения измеренных таксационных характеристик проб.
Во время полевых работ возникали трудности: неблагоприятные погодные условия, нехватка времени, рабочих рук и сил. Изначально мы начали отмечать деревья вразнобой, из-за этого было трудно ориентироваться и была пропущена часть деревьев. Для ускорения работы по измерению мы разделились на 2 группы и измеряли пробную площадь одновременно, начиная с разных сторон, так работа пошла быстрее. Также мы стали отмечать деревья последовательно змейкой (челночно), это помогло нам не пропускать деревья и не путаться в нумерации.
С помощью космических снимков и информации, собранной во время работы в лесу, мы провели актуализацию материалов лесоустройства 2006 года. В результате были уточнены такие таксационные характеристики как преобладающая порода, группа возраста, полнота и запас древостоя.
На основе полученных данных для защиты Калужского бора от лесных пожаров мы предлагаем:
- создать и поддерживать в нормативном состояния минерализованные полосы и противопожарные разрывы;
- осуществлять тщательный мониторинг потенциальных очагов возгорания на основании созданной карты пожарной опасности;
- своевременно убирать сухостой и валежник;
- проводить санитарную вырубку больных и опасных деревьев.
На основе данных с туристических сайтов о Калуге и Калужской области были проанализированы уже существующие туристические маршруты по территории бора. Выявлены 26 мест активного посещения, пользующиеся популярностью у местных жителей. Они были использованы для наших предложений по благоустройству территории.
Из-за того, что «Калужский бор» является ООПТ, многие способы обустройства не подходят. Мы решили найти практики эко-украшений на территории природоохранных зон, не оказывающие негативного влияния на экосистему лесов и позволяющие увеличить привлекательность и рекреационную ёмкость ООПТ.
Например, на Большой Воронежской эко-тропе созданы украшения из брёвен (из истории воронежского края скифы и т. д.). А в Кенозерском национальном парке сделана «Тропа муравейников» (арт-объекты из дерева в виде огромных муравьев из веток). На территории «Калужского бора» существует кладбище старообрядцев и неоязычников. Можно по этим этническим мотивам сделать подобные арт-объекты.
Мы создали схему благоустройства территории ООПТ «Калужский бор». Одним из основных предложений стала установка контейнеров для мусора на всех основных точках входа и выхода из бора. Ещё одним важным предложением является организация благоустроенных мангальных зон на берегу Ячинского водохранилища. Важным является также установка информационных щитов о достопримечательностях бора и размещение арт-объектов на пересечениях туристических маршрутов.
В ходе проведенной работы мы убедились в том, что Калужский бор представляет большую ценность для калужан. Это отличное место для отдыха, в котором люди отдыхают от рабочих будней и находятся наедине с природой. Были разработаны 2 карты и ряд предложений для обустройства.
В дальнейшем наш проект поможет избежать вырубок на территории, позволит уменьшить антропогенную деятельность и сохранить территорию в естественном для её обитателей виде.

Результаты полуфинального этапа Конкурса

03.02.2025

текст новости

«Цифровой лесничий» в «Орленке» В 2020 году эксперты Центра космических технологий и услуг провели двухнедельный интенсив для школьников, направленный на формирование интереса к профессиям лесного профиля с позиции геоинформатики. Цель курса – обучение основам использования современных геоинформационных систем в лесном хозяйстве через изучение методов организации и преобразования географических пространственных данных. Ключевая задача, поставленная перед участниками интенсива – оценить состояние лесного массива на одной и той же территории в долговременной перспективе. Для решения этой задачи эксперты вместе с школьниками прошли несколько этапов:

1. Изучили отдельные способы построения планов и карт методами полевых натурных измерений;

2. Познакомились с основными направлениями лесоведения и лесоводства;

3. Изучили особенности организации и хранения географических пространственных данных в ГИС;

4. Выявили особенности организации современных геопорталов и алгоритмы обмена пространственными данными;

5. Создали геоинформационный проект.