Карта старовозрастных лесов Карелии.

В 1996 - 1998 годах Гринпис России проводил работы по составлению карты участков старовозрастных лесов на территорию республики Карелия.
Целью данной работы было выявление и картографирование лесных участков, не подвергавшихся в исторически обозримое время уничтожающему антропогенному воздействию - вырубкам, пожарам, влиянию крупных населенных пунктов и промышленных объектов. Таких участков на сегодняшний день осталось не так уж много - не более 10-15 % от всей площади Карелии, между тем они имеют весьма важное значение для сохранения биоразнообразия не только в пределах нашей страны, но и на всей планете. Ценность старовозрастных лесов Карелии определяется в первую очередь более высоким разнообразием видов флоры и фауны по сравнению с антропогенно нарушенными территориями, наличием естественных условий обитания целого ряда редких и исчезающих видов растений и животных, а также уникальностью северотаежных ландшафтов этой природной зоны.
Следует отметить, что подобные ландшафты сохранились на настоящий момент только на территории севера России. В Финляндии, весьма близкой по физико-географическим условиям к северу Европейской России, естественных ландшафтов практически не осталось. Еловые и елово-сосновые леса, характерные для этой природной зоны были полностью уничтожены в результате промышленного освоения территории этой страны на протяжении последних ста лет. Помимо природного значения участки старовозрастных лесов имеют также большое историческое значение - в первую очередь для исконно живших на этой территории народов карело-финской группы, так как именно с этими территориями связаны многие национальные традиции, особенности культуры и быта проживающих там людей. Именно в этих местах - на территории северо-западной Карелии - слагался знаменитый карело-финский эпос «Калевала».
Ценность естественных северо-таежных ландшафтов Карелии - «Зеленого пояса Фенноскандии» для сохранения биоразнообразия планеты Земля была признана Юнеско, и эти ландшафты были включены в программу сохранения Всемирного природного наследия наряду с некоторыми другими территориями России (см. Рис. 1).

рис.1

Однако в последнее время в результате активизации промышленной деятельности в этом регионе над участками старовозрастных лесов нависла угроза полного уничтожения. Эта угроза исходит в первую очередь от ряда российских и зарубежных лесозаготовительных фирм, нуждающихся в новых сырьевых базах - в первую очередь для обеспечения сырьем целлюлозно-бумажной промышленности.
В результате деятельности Гринпис России совместно с финскими коллегами в 1997 году рядом крупнейших финских лесозаготовительных фирм был принят мораторий на вырубки старовозрастных лесов Карелии. Однако это не решило проблему их сохранения, так как вырубка лесов продолжается и сегодня. Таким образом возникла необходимость в инвентаризации лесов Карелии и выявлении ценных в природно-историческом плане территорий, нуждающихся в особом режиме охраны. Это подразумевает прежде всего корректировку границ существующих в настоящее время заповедников и национальных парков и выделение территорий для организации новых особо охраняемых природных территорий (см. Рис 2.).
Необходимость применения геоинформационных технологий для данной работы была обусловлена не только тем, что в процессе составления карты возникла надобность в объединении и совместной обработке весьма разнородных материалов, таких как лесотаксационные карты крупных масштабов, космические снимки, данные полевых исследований, но и тем, что полученная карта должна служить основой для дальнейшей работы, в частности для мониторинга антропогенных воздействий, выявления нарушений границ заповедных зон лесодобывающими предприятиями, а в ряде случаев и для планирования лесохозяйственной деятельности.

рис.2

В качестве базового программного обеспечения для создания карты была выбрана ГИС PC ARC/INFO версии 3.5.1. Выбор был обусловлен отчасти тем, что в Гринпис России уже имелось некоторое количество картографических материалов в формате ARC/INFO, а также тем, что этот формат обеспечивает возможность достаточно эффективной работы с базами данных большого размера и позволяет использовать для этого не только собственные возможности PC ARC/INFO, но и другое программное обеспечение.
Ввод базовой картографической информации - схем квартального деления карельских лесхозов осуществлялся двумя путями - посредством использования дигитайзера и подсистемы ADS PC ARC/INFO, и посредством сканирования бумажных карт с последующей векторизацией квартальных границ при помощи программы EASY TRACE. Следует отметить, что второй путь оказался более эффективным с точки зрения производительности, но, в то же время EASY TRACE обладает целым рядом недостатков, которые выявились в процессе работы. Во-первых, это использование только четырехбитных растров, что делает невозможной оцифровку сложных многоцветных карт; во-вторых - некоторая переусложненность проекта, что создавало трудности при оцифровке карт большого размера, и в-третьих - это сложность использование этой программы под Windows 95 даже в режиме эмуляции MS-DOS. Проблема заключается в ограничении размера памяти, используемого программой, что приводит к сложности использования растров большого размера в тех случаях, когда их нарезка на отдельные листы нежелательна.
В качестве основных данных дистанционного зондирования использовались трехканальные космические снимки SPOT с разрешением на местности 20 м. Их обработка производилась при помощи программы ERDAS IMAGINE (см. Рис. 3).

рис.3

Эта программа обладает достаточно мощным набором алгоритмов обработки растровых изображений и специализированными подсистемами для работы с аэрокосмической информацией. При помощи ERDAS IMAGINE производилась привязка снимков к географическим координатам, их трансформация, совмещение с векторными слоями. Следует отметить также чрезвычайно удобный механизм создания классифицированных изображений на основе различных комбинаций каналов
(см. Рис. 4).

рис.4

Для дешифрирования объектов, выделяемых визуально, использовался метод задания рабочей области AOI (Area of interest) по каждой разновидности объектов с последующей классификацией изображения на основе набора характеристик, полученных при выделении AOI. Таким образом, оказалось чрезвычайно удобно выделять озера, заболоченные участки, населенные пункты и безлесные территории, вырубки различной степени зарастания. Для выделения объектов, имеющих менее выраженную разницу в цвете и структуре изображения, например участков леса с различным породным составом, использовалось синтезированное изображение, полученное посредством корректировки гистограмм оптической плотности по каждому каналу. Следует отметить, что на использованных снимках достаточно сильна подсветка рельефа, поэтому полуавтоматическое дешифрирование, использованное в предыдущем случае, оказалось невозможным. Нормализация снимков по рельефу также была невозможна ввиду отсутствия модели рельефа на исследуемую территорию, поэтому задача по существу свелась к оцифровке выявленных контуров (см. Рис. 5).

рис.5

Однако в распоряжении Гринпис России в это время не было специализированного модуля VECTOR для ERDAS IMAGINE. Более того, приобретение и установка его была бы связана с переходом на другую операционную систему - Windows NT, что по срокам выполнения работ в этот период было невозможно. Поэтому проблема «цифровки по снимку» решалась двумя путями - с использованием возможностей создания аннотаций в ERDAS IMAGINE и с использованием ArcView GIS. Оба способа обладали как определенными достоинствами, так и недостатками. Первый - тем, что модуль Annotation предназначен именно для создания аннотаций в картографической композиции, а не векторных слоев, и поэтому не обладает необходимым набором алгоритмов для создания сложных полигональных покрытий, но, в то же время в ERDAS IMAGINE оказалось чрезвычайно удобно корректировать изображение растровой подложки прямо в процессе выделения контуров. Второй путь был несколько эффективнее вследствие наличия в ArcView GIS достаточно мощного механизма редактирования векторных покрытий и возможности заполнения базы данных по вводимым слоям непосредственно во время оцифровки. Однако среди недостатков использования ArcView GIS следует отметить медленную перерисовку экрана при больших объемах векторного покрытия и/или растровой подложки, а также отсутствие полос прокрутки в окне просмотра, что при больших увеличениях затрудняет определение положения видимого участка карты.
Дальнейшая работа была связана с привязкой схем лесхозов к географическим координатам, заполнение базы данных по лесным кварталам и объединение полученных карт лесхозов в единое покрытие.
В качестве основы, содержащей физико-географическую информацию, была взята электронная карта мира DCW. Ее масштаб - 1:1000000, оказался вполне достаточным для совмещения ее слоев с контурами итоговой карты.
Привязка схем лесхозов осуществлялась при помощи PC ARC/INFO. Следует отметить достаточно высокую эффективность работы функции Transform ARC/INFO. Сложности на этом этапе возникли вследствие того, что бумажные оригиналы схем лесхозов, с которых производилась оцифровка, имеют весьма существенные картографические искажения даже в пределах отдельных карт, и далеко не всегда удавалось добиться качественного совмещения их в единое покрытие.
Эта ситуация вызвала необходимость большого объема ручного редактирования полученных покрытий. На этом этапе использовалась в основном подпрограмма ARCEDIT PC ARC/INFO. Данный этап был наиболее трудоемким из всей работы над картой старовозрастных лесов Карелии, так как работа в ARCEDIT потребовала весьма существенного времени и дополнительного привлечения квалифицированных специалистов.
Тем не менее оказалось, что ГИС PC ARC/INFO весьма эффективна для разработки и ведения больших картографических проектов, особенно на этапах, когда географическая привязка и совмещение отдельных слоев карт уже завершена. Возникшие сложности объясняются в основном невысоким качеством исходного картографического материала, который часто используется для осуществления большинства прикладных проектов.
Несмотря на все перечисленные сложности, работа над картой старовозрастных лесов Карелии была успешно завершена. Эта карта, сделанная в формате PC ARC/INFO, насчитывает в слое лесных кварталов около 45 000 полигонов, база данных по которым содержит информацию о состоянии лесного покрова, принадлежности квартала к определенному лесхозу или лесничеству, наличии в данном месте охраняемых природных территорий федерального уровня (см. Рис. 6).

рис.6

В дальнейшем предполагается периодическое обновление информации, содержащейся в базе данных, связанной с указанной картой и, возможно, создание дополнительных слоев, содержащих информацию о состоянии лесного покрова, на участки, признанные особо ценными в природном отношении.
В настоящее время карта доступна для ознакомления в Гринпис России.