Оценка энергоресурсов биомассы леса методом лазерной локации

В современной практике лесопользования и лесоустройства получение достоверной и оперативной информации о лесных ресурсах и их энергетических показателях (биомасса, углерод лесной растительности), является актуальной задачей, как с природоресурсной, так и с экологической, природоохранной точек зрения. В решении этой задачи в последние годы в развитых странах мира и в России все активнее используется лазерная локация и цифровая аэросъемка, которые представляют собой важнейшую составляющую геоматики — нового интегрального направления развития методов дистанционного зондирования Земли (аэро- и космической съемки), геоинформационных технологий, цифровой фотограмметрии и картографирования, спутникового геопозиционирования и телекоммуникаций. Эти передовые и высокоэффективные методы находят сегодня широкое применение во многих отраслях, являясь, по сути, информационной основой природопользования, земле- и лесоустройства, экологического мониторинга, систем сбора, обработки, анализа данных и баз знаний, по показателям точности и экономической эффективности превосходят другие методы изучения и измерения параметров земной поверхности, энергетических ресурсов и систем.

Современные авиационные лазерно-локационные системы интенсивно развиваются и на сегодняшний день имеют частоту сканирования более 200 тыс. импульсов (измерений) в секунду. Наибольшая плотность точек сканирования при этом составляет 1 точка на 5-7 см поверхности, а точность измерения геометрических параметров наземных объектов и морфоструктурных элементов растительности в плановой и профильной проекциях составляют порядка ±5-10 см. Точность спутникового позиционирования контуров линий и границ земельных участков, лесных выделов, пробных площадей, отдельных деревьев и морфоструктурных элементов их стволов и крон, в том числе и в подпологовом пространстве, практически не ограничена и определяется техническими характеристиками приемных устройств.

В ряде работ, выполненных ранее в России и за рубежом, было показано, что точность оценки биомассы лесной растительности можно повысить до 3-5 % с использованием морфологической классификации и аллометрических взаимосвязей между признаками деревьев. Наши исследования, проведенные в Красноярском крае, показывают, что наиболее достоверно и точно, состояние растительного покрова и его биоэнергетические характеристики (фитомасса) определяются характеристиками рядов распределения деревьев по основным морфометрическим признакам — диаметру и высоте, вертикальной и горизонтальной протяженности крон, которые, в свою очередь, взаимосвязаны и тесно коррелированны во всех случаях. Построение рядов распределения деревьев по морфометрическим показателям традиционно предполагает выполнение время- и трудоемких наземных биометрических процедур, операций и перечетов (сплошных или выборочных), которые, во многих случаях, требуют значительных финансовых затрат. Вместе с тем, метод лазерной локации, интегрированный с цифровой аэросъемкой сверхвысокого (сантиметрового) разрешения, позволяет выполнять «попиксельную» инструментально-измерительную таксацию на основе прецизионной спутниковой геодезии и детальной топографической съемки, изучать горизонтальную и вертикальную структуру насаждений, реконструировать ряды распределения древостоев по любому морфоструктурному показателю, вычислять искомые морфоструктурные признаки и биомассу в автоматическом режиме с высокой точностью и эффективностью, на достаточно больших площадях и при минимуме затрат времени и финансовых средств. Структура, объемные показатели деревьев и их фитомасса определяются по лазерно-локационным данным («лазерным портретам»), интегрированным с цифровыми фотоснимками, на основе цифровой модели мест­ности и поля распределения лесной растительности, которые генерируются из исходных данных лазерной локации способом фильтрации импульсов локатора, отраженных от земной поверхности и леса, путем интерполяции точек земли, с последующей триангуляцией точек растительности в системе дифференциального спутникового позиционирования (GPS, ГЛОНАСС). При обработке и анализе лазерно-локационных данных и цифровых снимков используются методы математической морфологии, оперирующей понятиями теории множеств и нечетких множеств. Цифровая «лазерно-локационная» модель земной поверхности и лесной растительности позволяет получать детальные координаты и морфоструктурные характеристики рельефа местности и лесной биомассы средствами трехмерной компьютерной графики с использованием программных продуктов Altexis 2.0, ArcView Spatial & 3D Analyst, или другими, известными на сегодняшний день средствами.

Объемные и весовые показатели деревьев с достаточно высокой точностью аппроксимируются аллометрическими функциями через их морфоструктурные признаки — горизонтальную и вертикальную протяженность крон, диаметры стволов и высоту деревьев. При лазерной локации оценка биомассы леса, в каждом конкретном случае сводится к установлению базовых закономерностей изучаемого объекта и определению соотношений между объемами стволов, их высотой, диаметрами стволов и крон, которые, в свою очередь, составляют 87-99 % объясненной изменчивости различных фракций фитомассы (стволов деревьев, скелета крон и хвои).

Результаты практической апробации метода лазерной локации свидетельствуют о высокой перспективности его использования для целей анализа и моделирования структуры и динамики лесного покрова. Метод позволяет выполнять дистанционную оценку лесных ресурсов и их энергетических показателей с высокой эффективностью, при минимуме наземных работ и значительной экономии времени и финансовых средств.

Дата публикации: 07.03.2012

Похожие записи:

• О возможностях расширения фактологической базы для оценки ресурсов солнечной и ветровой энергии
• Фундаментальные исследования возобновляемых источников энергии в московском университете
• Моделирование и оценка гидроэнергетических, ветроэнергетических и биоэнергетических ресурсов региона
• Контроль выхода по току на современных электролизерах
• Исследование тепловых процессов при гранулировании алюминиевых сплавов
• Математическое моделирование теплогидравлических режимов работы водяных систем отопления зданий