Информационно-справочная система комплексной оценки древесных лесных ресурсов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 630: 659.25

ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНАЯ СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ДРЕВЕСНЫХ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ

В.К. ХЛЮСТОВ1, М.М. УСТИНОВ1, Д.В. ХЛЮСТОВ2 (1 РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева;2 ФГУП Рослесинфорг)

Представлена принципиально новая информационно-справочная система лесотаксационных нормативов комплексной оценки древесных ресурсов насаждений разного породного состава, возраста, полноты, бонитета древостоев и типов лесорастительных условий. Повсеместно применяемые лесотаксационные нормативы в виде таблиц хода роста сомкнутых (полных) чистых по составу древостоев, стандартных, сортиментных, товарных таблиц и таблиц распределения числа деревьев по ступеням толщины условны не имеют экологической основы и не в состоянии отразить всего многообразия комбинаций породного состава, пространственной и возрастной структуры древостоев. Устранить эти недостатки позволяет единый системный комплекс электронных лесотаксационных нормативов текущей актуализации таксационных показателей древостоев.

Текущая актуализация таксационных показателей осуществляется на момент проведения инвентаризации древостоя и служит основой для прогнозирования прироста показателей элементов леса на заданный период упреждения от начального (текущего) возраста. Информационно-справочная система включает в себя многомерные статистические модели роста, строения, общей древесной, товарной и биологической продуктивности древостоев по элементам леса и позволяет имитировать возможную характеристику древостоев по 45 показателям при наличии пяти элементов леса. Входом в систему являются следующие показатели: тип лесорастительных условий, бонитет, полнота, доля породы в составе древостоя, возраст деревьев по элементам леса.

Интерфейс системы прост в управлении и позволяет получить полную таксационную характеристику конкретного древостоя в табличной форме, а также визуализировать по элементам леса многомерные закономерности объемообразующих показателей деревьев, категорий крупности древесины от толщины деревьев. Представить взаимосвязи средних значений показателей роста от пространственной, породной и возрастной структуры дре-востоев. Важным элементом системы является табличное представление и визуализация распределения числа деревьев, суммы площадей сечений, обезличенного запаса и запаса по категориям крупности древесины, дров, отходов, показателей биомассы стволов деревьев, ветвей, коры, хвои (листьев) по 10 классам толщины деревьев.

Методические указания по составлению электронных лесоводственно-таксационных нормативов текущей актуализации таксационных показателей древостоев по элементам леса сведены к постановке задачи, основанию для разработки, назначению разработки, требованию к функциональным характеристикам, требованию к надежности, условиям эксплуатации, к составу и параметрам технических средств, требованию к информационной и программной совместимости, а также к программной документации. Приведена концептуальная модель системы, архитектура программной системы, конструирование пользовательского интерфейса.

Ключевые слова: информационно-справочная система единого комплекса лесотаксационных нормативов, элементы леса, экологические условия местопроизрастания, статистические модели.

Инвентаризация всего многообразия древостоев по породной, возрастной, пространственной (вертикальной и горизонтальной) структуре, произрастающих в различных типах лесорастительных условий, требует знания широкого спектра многомерных закономерностей формирования насаждений. Просуществовавшая более 150 лет теория хода роста древостоев уже по многим лесоводственно-таксационным и экологическим критериям не отвечает современным требованиям инвентаризации лесов.

Очевидным является и то, что возрастная динамика таксационных показателей конкретных древостоев не описывается принятой в таксации теорией хода роста. Каждый конкретный древостой в зависимости от исходной таксационной характеристики в начальном возрасте имеет на интересующий нас период упреждения присущие лишь ему изменения таксационных показателей [2]. Это подтверждается многолетними наблюдениями за постоянными пробными площадями, заложенными А. Шваппахом в Германии [3, 4], М.К. Турским, В.Т. Собичевским, В.П. Тимофеевым на Лесной опытной даче РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева [1], материалами постоянных пробных площадей Санкт-Петербургского НИИ лесного хозяйства и др.

Совершенствование экологических лесоводственно-таксационных нормативов прогнозирования роста, строения, общей, товарной и биологической продуктивности должно базироваться на достоверной информации об исходном состоянии дре-востоев в начальном возрасте каждого элемента леса. Получить такую информацию позволяет электронно-справочная система, разработанная или адаптированная для конкретного региона или субъекта РФ. Так, для лесов Московской области авторами разработана электронно-справочная система лесотаксационных нормативов инвентаризации древостоев по элементам леса (ИСС).

Запуск системы расчета таксационных показателей, отображающих состояние отдельных элементов леса древостоя на текущий момент времени, осуществляется после заполнения загрузочной панели. После выбора региона (Московская область) в систему подгружаются зональные многомерные модели, позволяющие имитировать взаимосвязи 43 расчетных таксационных показателей с пятью значениями независимых переменных, а именно: бонитетом (II); типом лесорастительных условий (ТЛУ) (C3); полнотой (1,0); возрастом (40 лет) и долевым участием древесной породы в составе древостоя (2С2Е2Лп2Б2Ос) (рис.1).

Правильное заполнение загрузочной панели контролируется записью: «Данные верны».

Введенная в панели исходная таксационная характеристика древостоя после нажатия кнопки «Рассчитать» указывается в окне «Основные таксационные показатели» (рис. 2). Наряду с этим по элементам леса показаны средние и итоговые значения таксационных показателей, характеризующих древостой с позиций общей, товарной, биологической продуктивности, углерода из всех фракций фитомассы.

При активировании кнопки «Строки» система выдает окно распределения каждого из 43 таксационных показателей по 10 классам толщины деревьев по элементам леса (рис. 3). Таким образом, впервые в предложенной ИСС нормативов удалось объединить теоретические положения лесной типологии с лесотаксационными закономерностями показателей роста, строения, сортиментации, общей, товарной и биологической продуктивности древостоев. Графическая визуализация многомерных закономерностей текущей актуализации таксационных показателей по тематическим разделам представлена на рис. 4, 5, 6 и 7.

Рис. 1. Титульный лист и загрузочная панель

Методические указания по составлению электронных лесоводственно-такса-ционных нормативов текущей актуализации таксационных показателей древостоев по элементам леса сводятся к следующим положениям.

Постановка задачи

В результате анализа предметной области существующих программ-аналогов, а также анализа пожеланий пользователей сформулирована задача разработки компонента программной системы для моделирования таксационных характеристик дре-востоев.

Основание для разработки

Основанием для разработки системы электронных нормативов являются:

- потребность в получении качественных и количественных характеристик древостоев и насаждений в целом по сравнению с существующими нормативами, на основе которых возможна достоверная экономическая оценка лесных ресурсов;

15G

Продолжение строк

Порода Возраст, лет Класс толщины Объем ствола.куб.м Запас, куб .м/га % деловой 5; крупной из деловой X средней и мелкой % дров и отходов

Сосна 40 по элементу леса 0,1368 44,51 77.21 1.13 76,09 21,91

Ель 40 по элементу леса 0,1392 44,51 80.83 2.84 78.00 18.94

ГЪчпа 40 по элементу леса 01010 44.51 75.79 0.90 74.89 24.69

Береза 40 по элементу леса 0.1375 44.51 68.34 2.33 66.61 30.25

Осина 40 по элементу леса 0.1552 44.51 53.60 1.34 52.26 45,85

Пором

Возраст,

лет

Класс толцит

Объем ствола, кубл

Запас, куб мАв

Деловая.

кубм

Крупная из деловой, куб-м

Средняя и мелкая, к)б м

Прова и отходы, кублі

Сосне 40 по элементу леев 0,1 ЗБ8 44,51 0,1057 0,0015 0.1041 0,0300

Ель 40 по элементу леса 0.1 ЗЭ2 44,51 0.1125 0.0040 0,108Є 0.0264

ГЪпа 40 по элементу леса 0.1010 44.51 0.0765 0,0009 0.0756 0.024Э

Бере з-з 40 по элементу леса 0.1375 44,51 0,0948 0.0032 0,0916 0.0416

Осина 40 по элементу леса 0.1552 44.51 0,0832 0.0021 0,0811 0.0712

Лоосда Возраст, лет Класс тсаиимы Запас детвой, кубм/^а Запас крупной. кубмЛга Запас средней н межой, кубм/га Запас дрсеи отмдов. куб м/га Масса сгвопа, кг Запас биомассы стволов, кг/га

Сосна 40 по элементу леса 34.370 0.501 33.869 9.755 59,78 19 445.1

Ель 40 по элементу леса 35.982 t,263 34.719 8.433 Є7.37 21 544 3

Лига 40 по элементу леса 33.735 0.401 33,335 10.993 52.04 22 944.8

Береза 40 по элементу леса 30.687 1.037 29.650 13.466 71.96 23 302.9

Осина 40 по элементу леса 23.860 0.5Э5 23,265 20 411 72,95 20 919.8

Порода Возраст, пет Класс толщины Масса коры, кг Запас биомассы коры. кг/гэ Масса хвои/листвы, кг Запас биомассы kbcw/листвы. кг/га Масса ветвей.кг Запас биомасс»! ветвей, кг/га

Соои 40 по элементу леса 4.94 1 606,1 3,21 1 043.5 7,59 2 469.0

Еп> 40 по элементу леса 5,78 1 848.8 8,47 2 707.8 10,57 3 380.3

Липа 40 по элементу леса 11.14 4 913.4 1.50 661,5 10.82 4 772.5

Берета 40 по элементу леса 8.66 2 804.0 2.36 765,6 10.25 3 318.0

Осина 40 по элементу леса 11.13 3 190.8 1.86 532.7 8.37 2 398.9

Пэре да Возраст. мт Класс толщ**! Масса корней, кг Запас биомассы Верхмвя Содержа»* корней, кг/га высота, м углерода а ствола, кг Содержание углерода в коре, кг Содержание углерода в гистьях/каое, кг

Сосна 40 по элементу леса 18.04 5 869.7 19.2 29,89 2.47 1.44

Ель 40 по элементу леса 18.41 5 887.7 21.1 33,68 2.89 3.81

Пипа 40 по элементу леса 25,65 11 308,1 18,9 26,02 5,57 0.68

Берем 40 по элементу леса 15,76 5 102.2 20,2 35.98 4,33 1.06

Осина 40 по элементу леса 22.40 6423.6 20.2 36.47 5.56 0.84

Перила Возраст. «т Класс тдщивд Содврхаже Содвдыже Згеотперода Згтас углерода Запас углерода в Згпаг углерода jrnepoaa в ветви, кг углерода в «они. кг в стволе, кг/га вкере.кг^а листвелМое.кгАв вветвяскгЛч Загас углерода в коенк. кг/те

Сосна 40 по элементу леса 3.42 9.02 9 722,6 803.0 469.6 1111.1 2934.9

Ея> 40 по элементу леса 4.76 9.21 10 772.1 924.4 1 218.5 1 521.1 2943.9

IWm 40 по элементу леса 4.87 12.82 11472.4 2 456.7 297.7 2 147.6 5 654.1

Береза 40 по элементу леса 4.61 7.8Я 11 651.5 1 402.0 344.5 1493.1 2551.!

Осина 40 по элементу леса 3.76 11.20 10 459.9 1 595.4 239.7 1079.5 3211.8

Рис. 2. Результат расчета средних и итоговых таксационных показателей древостоев

по элементам леса

Экспорт т Строки т Столбцы т Графики -Древостой

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кп. бонитета - II: ТЛУ-С2: Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А=40. 0=15) 2 Ель <А=40. 0=14.9) 2 Липа {А=40. 0=13.4) 2 Береза {А=40, 0=14.7) 2 Осина (А=40. 0=15.5)

Коэф состава Порода Возраст, пет Класс толщины Мин. діаметр, см Ср. диаметр, см Макс. диаметр, см Высота. Кол-во стволов, шт./га Сумма площ, сечений, кв.м/га

Сосна 40 по элементу леса 3.2 15.0 31.2 15.7 325 5.71

класс 1 3.2 4.6 6.0 6,2 13 0.021

класс 2 6.0 74 8.8 9,4 37 0,157

класс 3 8.8 10.2 11.6 12.1 58 0,474

класс 4 11.6 13.0 14.4 14.3 69 0,915

класс 5 14.4 15.8 17.2 16.2 66 1,293

класс 6 17.2 18.6 20.0 17.8 43 1,165

класс 7 20.0 21.4 22.8 19.2 23 0,843

класс 8 22.8 24.2 25.6 20.4 11 0,512

класс 9 25.6 27.0 28.4 21.3 4 0,256

класс 10 28.4 29.8 31.2 22.2 1 0,081

2 Егь 40 по элементу леса 3.5 14.9 32.5 15.9 320 5.57

класс 1 3.5 4.9 6.4 6.4 23 0.044

класс 2 6.4 7,8 Э.З 9,5 46 0,221

класс 3 9.3 10.7 12.2 12.3 65 0,585

класс 4 12.2 13.6 15.1 14.9 66 0,970

класс 5 15.1 16.5 18.0 17.2 52 1,125

класс 6 18.0 19.4 20.9 1Э.1 32 0.950

класс 7 20.9 22.4 23.8 20.8 18 0,701

класс 8 23.8 25.3 26.7 22.3 10 0,490

класс 9 26.7 28.2 29.6 23.5 5 0,314

класс 10 29.6 31.1 32.5 24.5 2 0,168

2 Пипа 40 по элементу леса 2.9 13.4 29.9 15.4 441 Б. 19

класс 1 2.9 4,3 5.6 8,1 37 0,053

класс 2 5.6 7,0 8.3 10.9 69 0,265

класс 3 8.3 9,7 11.0 13.0 84 0,619

класс 4 11.0 12.4 13.7 14.8 86 1.030

класс 5 13.7 15.1 16.4 16.3 71 1,268

класс 6 16.4 17.8 19.1 17.6 47 1,160

класс 7 19.1 20.5 21.8 18.7 27 0,873

класс 8 21.8 23.2 24.5 19,7 13 0,532

класс 9 24.5 25.9 27.2 20.6 5 0,273

класс 10 27.2 28.6 29.9 21.4 2 0,118

2 Береза 40 по элементу леса 3.3 14.7 32.2 17.5 324 5.51

класс 1 33 47 « м 23 0.041

Продолжение столбцов

класс 2 6.2 7.6 9.1 12,4 48 0,221

класс 3 9.1 10.5 12.0 14,7 61 0,533

класс 4 12.0 13,4 14.8 16,7 64 0.905

класс 5 14.8 16,3 17.7 18,3 54 1,130

класс 6 17.7 19,2 20.6 19,7 36 1.046

класс 7 20.6 22,1 23.5 21,0 21 0,795

класс 8 23.5 24,9 26.4 22,0 10 0,487

класс 9 26.4 27,8 29.3 23,0 4 0,250

класс 10 29.3 30,7 32.2 23,9 1 0,108

2 Осина 40 по элементу леса 3.1 15.5 31.0 17.8 287 5.38

класс 1 3.1 4.5 5.9 6,6 10 0,015

класс 2 5.9 7.3 8.6 10,0 28 0,114

класс 3 8.6 10.0 11.4 13,0 47 0,371

класс 4 11.4 12,8 14.2 15,6 58 0,753

класс 5 14.2 15,6 17.0 177 55 1,062

класс 6 17.0 18,4 19.8 19,5 42 1,126

класс 7 19.8 21,2 22.6 21,0 26 0,933

класс 8 22.6 24,0 25.4 22,3 13 0,597

класс 9 25.4 26,8 28.2 23,4 5 0,292

класс 10 28.2 29,6 31.0 24,3 2 0,115

Рис. 3. Результат расчета распределения таксационных показателей по толщине деревьев по элементам леса (фрагмент)

—•— Сосна Ель Липа —•— Береза —«— Осина

Толщина, см

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кп. бонитета - II; ТЛУ - С2: Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А=40. 0*15) 2 Ель (А=40. 0=14 9) 2 Липа (А=40. 0=13.4) 2 Береза (А=40. 0=14.7) 2 Осина (А=40. 0=15.5)

Распределение числа деревьев по классам толщины

си

_і_

К

3

со

ф

-О

т

<и

а.

ф

<=1

— Сосна Ель Липа Береза Осина

Толщина, см

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кп. бонитета - II; ТЛУ * С2; Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А=40. 0=15) 2 Ель (А=40. 0=14.9) 2 Липа (А=40. 0=13.4) 2 Береза (А=40. 0=14.7) 2 Осина (А=40. 0=15

б

Рис. 4. Визуализация графиков высот (а) и строения древостоя (б) по классам толщины деревьев элементов леса, составляющих древостой

а

Распределение суммы площадей сечения по классам толщины деревьев

—»— Сосна Ель -*■- Липа —•— Береза —•— Осина

О 2 4 б 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Толщина, СМ

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кп. бонитета - II; ТЛУ - С2; Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А=40. 0=15) 2 Ель (А=40. 0=14.9) 2 Липа (А=40. 0=13.4) 2 Береза (А=40. 0=14.7) 2 Осина (А=40. 0=15

а

Распределение запаса по класссам толщины деревьев

—»— Сосна Ель -*■- Липа * Береза —•— Осина

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Толщина, СМ

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кп. бонитета - II; ТЛУ - С2; Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А=40. 0=15) 2 Ель (А=40. 0=14.9) 2 Липа (А=40. 0=13.4) 2 Береза (А=40. 0=14.7) 2 Осина (А=40. 0=15

б

Рис. 5. Визуализация распределения суммы площадей сечения (а) и запаса (б) по толщине деревьев элементов леса

155

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Толщина, см

Репок Московская область

Характеристика участка Кл бонитета - II. ТЛУ • С2. Полнота * 1

Состав 2 Соска (А-40. 0-15) 2 Ель (А-40. 0-14.9) 2 Пипа (А-40. 0-13.4) 2 Береза (А-40. 0-14.7) 2 Осина (А-40.0-15

Сосна

Ель

Липа

Береза

Осина

—— Сосна ..... Ель Липа —•— Береза —•— Осина

о-1—.—,—.—.—,—.—,—,—і—,—.—,—,—.—,—.—

О 2 4 б 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Толщина. СМ

Характеристика участка Кп бонитета - II: ТЛУ • С2. Полнота - 1

Состав 2 Сосна (А-40.0-15) 2 Ель (А-40.0-14,9) 2 Липа (А-40.0-13.4) 2 Береза (А-40, 0-14.7) 2 Оста (А-40.0-15

Зависимость объема деловой древесины от толщины деревьев

—*— Сосна Ель Липа —*— Береза —•— Осина

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Толщина, СМ

Регион Московская область

Характеристика участка Кп бо*«*тета • II. ТЛУ - С2 Полнота -1

Состав 2 Сосна (А-40.0-15) 2 Ель (А-40. 0-14.9) 2 Лота (А-40. 0-13.4) 2 Береза (А-40. 0-14.7) 2 Осина (А-40.0-15

Зависимость объема крупной древесины от толщины деревьев

—■— Сосна Ель Лига —•— Береза —>— Осина

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 2* 30 32

Толщина, СМ

Регион Московская область

Характеристика участка Кл бонитета - II: ТЛУ - 02: Полнота • 1

Состав 2 Сосна (А-40. 0-15) 2 Ель (А-40, 0-14.9) 2 Лота (А-40. 0-13.4) 2 Береза (А-40. 0-14.7) 2 Осина (А-40.0-15

156

Толщина, см

Распределение запаса деловой древесины от толщины деревьев

— Сосна **••• Ель

Липа

— Береза —•— Осина

Зависимость объема средней и мелкой древесины от толщины деревьев

32

Толщина, см

— Сосна Ель --- Липа —*— Береза —Осина

Региои Московская область Регион: Московская область

Хярэктеристакв її®*?*? !їеі^еНТ*1>? '}}•! ІГУ.'Й ’.Іл - с ,. .... п ., Характеристик участка: Кп. вонитета - II: ТЛУ - С2 Похмота - 1

Состав: 2 Сосна (Д-40. 0-15) 2 Ель (Д-40.0-14.Э) 2 Пипа (А-40. 0-13.4) 2 Береза (А-40. 0-14.7) 2 Оо*а (А-40. 0-15.5) Состав: 2 Соси (Д-40. 0*15) 2 Ель (А-40. 0.14.9) 2 Пни (Д-40. 0-Т3.4) 2 Береза (ДгіО. 0-14.7) 2 Осииа (Д-40. 0.15.5)

Распределение запаса крупной из деловой древесины от толщины деревьев

—1— Сосна Ель Лига —- Береза

— Осина

20 22 24 26 I! 30 32 Толщина, см

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кп, бонитета * II: ТЛУ - С2; Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А=40, 0=15) 2 Ель (А=40, 0=14,9) 2 Лиги (А=40, 0=13,4) 2 Береза (А=40, 0=14,7) 2 Осина (А=40,0=15

Распределение запаса дров и отходов оттолщины деревьев

5ч

Сосна

5 --*■■■ Ель

Липа * Береза

— Осина

О 2 4 6 6 10 12 (4 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Толщина, см

Регион; Московская область

Характеристика участка: Кп. бонитета - II: ТЛУ - С2; Полнота - 1

Состав: 2 Сосна (А=40.0=15) 2 Ель (А=40.0=14.9) 2 Липа (А=40. 0=13,4) 2 Береза (А=40. 0=14.7) 2 Осина (А=40.0=15

157

— Сосна Ель

--- Липа

— Береза —іОсина

Толщина, см

Репин: Московская область

Характеристиса участка: Кл. бонитета - II: ТЛУ - С2: Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А=40, 0*15) 2 Ель (А=40. 0*14,9) 2 Лига (А=40, 0*13,4) 2 Береза (А=40. 0=14.7) 2 Осина (А=40.0*15

—■— Сосна Ель Липа

— Береза

— Осина

Толщина, см

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кг. бонитета - II; ТЛУ - С2; Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А=40, 0=15) 2 Ель (А-40. 0=14.9) 2 Лита (А=40, 0=13,4) 2 Береза (А-40. 0=14.7) 2 Осина (А=40 0=15

Зависимость массы коры от толщины деревьев

—>— Сосна ..... Ель

--- Липа

—•— Береза —Осина

Толщина, ом

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кг бонитета - II; ТЛУ - С2; Полнота - 1

Состав: 2 Сосна (А=40, 0-15) 2 Ель (А=40. 0=14.9) 2 Лига (А-40. 0=13.4) 2 Береза (А=40. 0=14,7) 2 Осина (А=40.0=15

Распределение биомассы стволов по класссам толщины

— Сосна Ель Липа * - Береза —Осина

0 2 4 6

10 12 14 15 18 20 22 24 26 28 30 32 Толщина, СМ

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кл. бонитета - II; ТЛУ * С2; Полнота -1

Состав: 2 Сосна «А-40,0=15) 2 Ель (А-40, 0=14,9) 2 Лига (А-40,0-13,4) 2 Береза (А-40. 0=14.7) 2 Осина (А-40, Р-15

158

Толщина, ом

3етон: Московская область

■Характеристика участка: Кл, бонитета - II: ТЛУ - С2: Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А-40. 0-15) 2 Еле (А—40. D-14.9) 2 Лота (А-40, D-13.4) 2 Береза (А-40, D-14.7) 2 Осипа (А-40, 0*15

—Сосна Ель —- Липа —Береза » Осина

О 2 4 6 8 10 12 14 Т6 18 20 22 24 26 28 30 32

Толщина, см

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кл, бонитета - II: ТЛУ * С2; Полнота -1

Состав: 2 Сосна {А—40. 0-15) 2 Ель (А-40. 0-14,9) 2 Лота (А-40. D-13.4) 2 Береза (А-40. D-14.7) 2 Осина {А-40.0-15

—*— Сосна

..... ель

--- Лига

* Береза —•— Осина

Распределение биомассы хвои(листвы) по класссам толщины

—•— Сосна ■■*■■■ Ель

- * - Липа * Береза —і— Осина

О 2 4 6 S 10 12 14 1 6 13 20 22 24 2S 23 30 32

Толщина, см

Регион: Московская область

Характеристика участка: Кг. бонитета - II: ТЛУ - С2; Полнота -1 Состав: 2 Сосна (А-40. 0-15) 2 Ель (А-40, 0=14.9) 2 Липа (А-40, 0-13.4) 2 Береза (А-40. D-14.7) 2 Осина (А-40,0-15

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Толщина, см

Регион: Московская область

Характеристика учаетха: Кл бонитета - II: ТЛУ - С2; Полнота -1

Состав: 2 Сосна (А-40, D-15) 2 Ель (А-40. 0-14.9) 2 Лиги (А-40. 0-13,4) 2 Береза (А-40. 0-14.7) 2 Осина (А-40.0-15

Распределение биомассы коры по класссам толщины

1200 П

—•— Сосна Ель --- Липа — Береза —і— Осина

- получение детализированной информации по насаждению, древостою и элементу леса;

- автоматизация процесса камеральной обработки данных;

- интеграция и взаимодействие с другими компонентами системы автоматизации в лесном хозяйстве;

- перенос физического документооборота в виртуальную среду с частичной автоматизацией процессов создания/формирования, передачи и обработки первичных документов;

- переход на системно-объектный подход к таксации леса, предполагающий учет биологических, экологических и лесоводственных закономерностей лесов.

Назначение разработки

Программная система электронных нормативов предназначена для специалистов лесного хозяйства с целью:

- получения аналитической информации по таксационным описаниям выде-лов насаждений и древостоев;

- актуализации таксационных показателей насаждений и древостоев при проведении инвентаризации лесного фонда;

- проверки соответствия полевых материалов естественным закономерностям между биологическими, экологическими, таксационными и лесоводственными показателями насаждений и древостоев;

- оценки экологического состояния и моделирования процессов естественного целенаправленного формирования высокопродуктивных насаждений.

Информационно-справочная система должна отвечать нижеизложенным требованиям.

Требования к функциональным характеристикам

В программной среде (ПС) должны быть реализованы следующие функции:

- моделирование значений таксационных, лесоводственных и биологических характеристик древостоев и элементов леса;

- поддержка расширяемости системы без необходимости внесения значительных изменений в системе за счет использования распределенного ядра;

- возможность пользователю сохранять исходные данные и результаты работы программы в соответствующих типах файлов.

Входными данными в ПС являются:

- вводимый пользователем набор известных значений основных таксационных характеристик древостоев и/или элементов леса;

- ранее созданные программой файлы, содержащие исходную информацию для моделирования (сохранение);

- данные, передаваемые из других приложений, соответствующие требованиям к содержанию и структуре данных, обрабатываемых ядром системы (xml).

Выходными данными ПС являются:

- вычисленные по моделям характеристики древостоев и элементов леса, выводимые пользователю на экран или файл открытой структуры в виде таблицы;

- графически представленные закономерности изменения таксационных показателей.

По временным и аппаратным характеристикам ПС должна обеспечивать приемлемое время работы — не более 1 с для расчета модели одного насаждения (выдела) и не более 1 с для построения графика связи между признаками на аппаратной платформе средней производительности (ОЗУ 1 Гб 400 Мгц, ЦП 2000 Мгц).

Пользовательский интерфейс должен основываться на стандартных элементах управления и оконном интерфейсе, предоставляемых ОС Windows, быть интуитивно понятным и не предусматривать специальную подготовку пользователей ПК.

Требования к надежности

Надежное функционирование ПС должно быть обеспечено за счет организации бесперебойного питания технических средств, на которых установлена ПС.

Время восстановления после отказа, вызванного неисправностью технических средств, фатальным сбоем ОС, не должно превышать времени, требуемого на устранение неисправностей технических средств и переустановки программных средств.

Защита данных в ПС необходима только на уровне обеспечения их целостности и восстановления после сбоев. Разграничение прав пользователей на уровне данной ПС не требуется, так как данная функция перекладывается на ОС.

Условия эксплуатации

Пользователь должен иметь высшее или среднее специальное профильное образование по специальности «Лесное хозяйство».

Климатические условия эксплуатации, при которых должны обеспечиваются заданные характеристики, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к техническим средствам в части условий их эксплуатации.

Требования к составу и параметрам технических средств

В состав технических средств должен входить 1ВМ-совместимый персональный компьютер (ПЭВМ), включающий в себя:

- ОС Windows ХР или выше;

- процессор 600 МГц или выше;

- оперативная память: 256 Мб (ПС использует 6 Кб + загруженные данные и данные модели, зависящие от сложности исходных данных);

- видеокарта 800 х 600, 1хиесо1ог;

- свободное место на жестком диске: 3 Мбайт.

Требования к информационной и программной совместимости

Дополнительные требования к исходным кодам и языкам программирования не предъявляются.

Программные средства, используемые программой, должны быть представлены лицензионной локализованной версией операционной системы Windows ХР или выше.

Требования к программной документации

Состав программной документации должен включать в себя как руководство пользователя, так и программиста.

Концептуальная модель системы

Источниками информации для программной системы является пользователь, предоставляющий значения определенного набора таксационных характеристик выдела, указываемых вручную в соответствующей форме ввода или в виде файлов в поддерживаемых программной системой форматах. Для поддержки автоматизации и интеграции с другими компонентами системы в программном компоненте предусматривается АР1-интерфейс и формирование входящих и исходящих данных в виде ХМЬ-схем и структур.

По запросам пользователя программная система предоставляет запрашиваемые аналитические данные в виде таблиц, графиков или сохраняет их в требуемом формате — внутреннем, таблично-текстовом, графическом или в виде ХМЬ-структуры (рис. 8).

Рассмотрим более детально информационные потоки внутри системы, представленной на рис. 9.

Более детальное представление потоков данных каждой конкретной подсистемы целесообразно при непосредственном проектировании системы.

Архитектура программной системы

При анализе предметной области были выделены такие основные объекты, как «насаждение», «древостой», «элемент леса» и «ступень толщины». Моделирование их характеристик (таксационных, лесоводственных, экологических, биологи-

Математико-статистические модели

Матрица «клубка» моделей

Пользователь

Известные значения таксационных показателей

А

Известные значения таксационных показателей

Смоделированные значения таксационных показателей

Рис. 8. Контекстная диаграмма модели потоков данных для программной системы электронных нормативов. Внешние потоки (уровень 0)

Запрос модели связи при заданных параметрах

Модель

насаждения

Рис. 9. Контекстная диаграмма модели потоков данных для программной системы электронных нормативов. Внутренние потоки (уровень 1)

ческих и др.) является основной целью системы. Построенные виртуальные модели в виде соответствующим образом организованных структур данных могут быть использованы не только с целью представления их пользователю, но и являться промежуточными для других модулей системы автоматизации лесного хозяйства. Поэтому функцию моделирования указанных объектов целесообразно было возложить на отдельное вычислительное ядро.

Конструирование пользовательского интерфейса

В связи с тем, что пользователями программного продукта являются работники лесного хозяйства и работники научной и образовательной деятельности в области лесного хозяйства, анализ требований проводится отдельно по каждой из указанных групп (табл. 1).

Компьютером на лесохозяйственных предприятиях пользуется большой круг сотрудников, от директора до инженера. В научных и образовательных учреждениях компьютер использует множество людей, от руководителя до студентов. Хотя эти группы пользователей преследуют свои цели использования ПС, они должны иметь интерфейс, позволяющий в полном объеме решать задачи, обеспечивающие гибкость, комфортабельность и экономию времени и сил.

Результаты анализа требований пользователей

Показатель Группы пользователей

работники ЛХ работники научной и образовательной деятельности

Профиль пользователей

Возраст От 18 лет От 18 лет

Пол Любой Любой

Язык Русский, английский Русский, английский

Уровень владения ПК Средний пользователь Опытный пользователь

Предварительное знание ПС Нет Нет

Задачи, стоящие перед пользователями

Ограничение функциональности ПС Нет Нет

Разделение пользователей Нет Нет

Требования пользователей

Доступность Да Да

Вывод информации Да Да

Печать информации Да Да

Изменение информации Да Да

Среда пользователей

Тип ПС ПК- программа ПК- программа

Тип ПК х86 совместимые 32 бит х86 совместимые 32 бит

Соответствие требований задачам, стоящим перед пользователями

Вывод информации Стандартные отчеты Стандартные отчеты, настраиваемые пользователем отчеты

Пользовательский интерфейс информационно-справочной системы лесотаксационных нормативов учитывает следующие требования:

1. Простота восприятия и соответствие популярным приложениям;

2. Взаимозаменяемое использование мыши и клавиатуры, что делает управление более гибким и облегчает работу пользователей. Возможность работы с клавиатурой предполагает ее использование вместо мыши, кроме того, панели инструментов ускоряют работу при использовании мыши;

Цели и задачи, стоящие перед продуктом

Показатель Группы пользователей

работники ЛХ работники научной и образовательной деятельности

Удобство применения

Цель пользователя Возможность использовать программу для выполнения производственных задач Возможность использовать программу для выполнения исследовательских и образовательных задач

Задачи пользователя Использование системы для решения своей задачи после первой попытки Использование системы для решения своей задачи после соответствующего тренинга

Эффективность

Цель ПС Эффективная деятельность пользователя Эффективная деятельность пользователя

Легкость в освоении

Необходимость обучения пользователя Не требуется Минимальное (45 мин)

Интуитивность Да Да

Справочная система Нет Нет

Подсказки Да Да

Т а б л и ц а 3

Сценарии и задачи, стоящие перед пользователями

Показатель Группы пользователей

работники ЛХ работники научной и образовательной деятельности

Сценарий Подготовка отчетности по стандартным формам, поиск необходимой информации, текущих изменений в БД Получение необходимой и поиск аналитической информации

Задачи, стоящие перед пользователем Запуск программы, внесение необходимой информации, распечатка соответствующих отчетов и текущих изменений в БД Запуск программы, внесение необходимой информации, анализ информации, распечатка соответствующих пользовательских отчетов

3. Предусмотрение списков и меню, содержащих объекты или документы, которые можно выбрать, не заставляя пользователей вводить информацию вручную без поддержки системы;

4. Использование во всем интерфейсе понятных для пользователя терминов. При возникновении ошибок система выдает соответствующее сообщение;

5. Предусмотрение возможности выполнения типовых операций без тренировки и без обращения к поставщику решения.

Принимая во внимание все вышеперечисленное, получаем программу, имеющую оконный интерфейс Windows. Главное окно программы имеет главное меню, в котором представлен весь перечень действий над данными, которые пользователь может осуществить.

В программе предусмотрена панель меню, расположенная в верхней части экрана, что обеспечивает быстрый доступ к нему, а пользователи будут работать внутри экранов или окон. Панель меню представляет собой динамический список основного набора пунктов, которые ведут пользователя к другим пунктам, представленным в отдельном выпадающем меню. Пункты меню выделены серым цветом, если они являются недоступными на данный момент.

Окна состоят из рамки, панели названия (заголовка), системного меню, кнопок управления окном, устанавливающих размер окна, а также полос прокрутки, что позволяет манипулировать ими и содержащейся в них информацией.

Реализация изложенной автоматизированной системы комплексной оценки лесных ресурсов может быть осуществлена на обычных полевых компьютерах. Новые технические решения позволяют отказаться от малоинформативных лесотаксационных таблиц, камеральных работ и непосредственно в лесу получать полную лесоводственно-таксационную характеристику конкретного насаждения по росту, строению, товарной и биологической продуктивности древостоев по элементам леса. Впервые в информационно-справочной системе практически объединены все теоретические положения отечественного лесоводства и таксации леса на экологической основе. Широкомасштабное внедрение разработанной системы нормативов текущей актуализации позволяет радикально поменять философию инвентаризации лесных ресурсов и автоматизировать процесс составления таксационных описаний.

Библиографический список

1. Итоги экспериментальных работ в лесной опытной даче 1862-1962 / Тимофеев В.П. [ и др.]. М.: ТСХА, 1962. 498 с.

2. Хлюстов В.К. Древесный прирост и лесопользование, ЛТА. С.-Петербург, 1992. Де-понир. во ВНИПИЭИлеспром 06.05.92, №2842-лб92. 495 с.

3. Schwappach A. Die Kiefer. Wirtschaftlicheund statistischeUntersuchungen der forstli-cheAbteilung derHauptstation des forstlichenVersuchwesens in Eberswalde. Neudam: Verlag von J. Neumann, 1908. 108 s.

4. Schwappach A. Die Rotbuche. Wirtschaftlicheund statistische Untersuchungen der forst-licheAbteilung derHauptstation des forstlichen Versuchwesens in Eberswalde. Neudam: Verlag von J. Neumann, 1911. 231 s.

DIRECTORY SYSTEM OF FOREST STANDS COMPLEX ASSESSMENT

V. K. KHLYUSTOV1, М.М. USTINOV1, D.V. KHLYUSTOV2

(1 RSAU- Timiryazev MAA;2 Federal State Unitary Establishment Roslesinforg)

Principally new directory system of forest taxation standards of a complex assessment of forest resources of different structure, age, completeness, site class offorest stands and types offorest vegetation conditions is presented. Applied forest taxation standards in the form of tables of growth of close (full) pure forest stands on structure, standard, assortment, commodity tables and tables of distribution of number of trees on steps of thickness are relative, have no ecological basis and don t reflect all the variety of combinations of structure, spatial and age structure of forest stands. The uniform system complex of electronic forest taxation standards of the current updating offorest stands taxation indicators allows eliminating these problems.

The current updating of taxation indicators is carried out at the time of carrying out inventory of a forest stand and forms a basis for forecasting the indicators of wood elements for the set up period from current age. The directory system includes multidimensional statistical models of growth, structure, general wood, commodity and biological efficiency of forest stands on elements of the wood and allows imitating the possible characteristic of forest stands on 45 characteristics with the help of five elements of the wood. The following indicators are login: type of forest vegetation conditions, site class, completeness, breed share as a part of a forest stand, age of trees on wood elements.

The interface of system is simple for management and allows to receive the total taxation characteristic of a concrete forest stand in a tabular form; design the multidimensional regularities of volume indicators of trees, categories of a size of wood from thickness of trees on wood elements; present the interrelation of average values of characteristics of growth with spatial, pedigree and age structure offorest stands. Important element of system is tabular representation and visualization of distribution of trees number, the sums of the areas of the sections, the depersonalized stock and a stock on categories of wood size, firewood, waste, indicators of trunks of trees biomass , branches, bark, needles (leaves) on 10 classes of thickness of trees.

Methodical instructions on the preparation of electronic forest taxation inventory update current regulations taxation parameters stands for elements of the forest and help to reduce the problem statement, establish the base for the development, design purposes, the requirement to functional characteristics, the reliability, the operating conditions, the requirements for the structure and parameters of technical means, fulfill the request for information and program compatibility, software requirements documentation. The conceptual model of the system architecture of a software system, design the user interface is presented.

Key words: information system of single set standards for forest taxation, forest elements, environmental conditions, statistical models, current and forecasted updated forest inventory characteristics, commodity productivity, biological productivity, structure of taxation characteristics stand on tress thickness, forecasting of current growth stands.

Хлюстов Виталий Константинович — д. с.-х. н., проф., заведующий кафедрой лесоводства РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева (127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49; тел.: 8 (903) 526-90-73; e-mail: [email protected]).

Устинов Максим Михайлович — к. с.-х. н., доцент кафедры лесоводства РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева. Тел.: 8 (926) 648-84-63.

Хлюстов Дмитрий Витальевич — к. с.-х. н., начальник отдела по науке и инновациям ФГУП Рослесинфорг (109316, г. Москва, Волгоградский проспект, д. 45, стр. 1; тел.: 8 (916) 920-90-98; e-mail: [email protected]).