С помощью технологий лазерного сканирования и ГИС обнаружено самое высокое лиственное дерево в мире и создана его модель
По материалам ESRI
Сотрудники Лесной службы Тасмании (Forestry Tasmania) ввели данные лидарной съемки в ГИС с целью моделирования и картирования лесов, произрастающих на о-ве Тасмания в южной части Австралии. В ходе обработки данных, включавшей анализ общего состояния деревьев, густоты древесного полога, объемов древостоя, они обнаружили самое высокое в мире лиственное дерево. Им оказался гигантский эвкалипт, названный «Центурионом» (от лат. Centurion, командир центурии, военного подразделения в древнеримском войске, а по-нашему – сотник). Его высота достигает 99,6 метров, а диаметр составляет 405 см; несколько видео об этом рекордсмене и о том, как его измеряли, можно посмотреть на сайте www.forestrytas.com.au.
Хотя оно немного не дотянуло до 100-метровой отметки, то есть не в полной мере соответствует своему имени, но в настоящее время это самое высокое из известных цветковых растений. Только некоторые красные деревья на побережье Калифорнии выше – до 115м, но у них мягкая древесина, в отличие от твердой у эвкалиптов, и ботаники не относят их к цветковым растениям.
Центурион был обнаружен в лесном массиве в 80 километрах к юго-западу от г. Хобарт, столицы Тасмании. В семействе Миртовые к роду Эвкалипт (Eucalypteae) отнесено более 700 видов растений. Найденное вечнозеленое дерево относится к виду Эвкалипт царственный (лат. Eucalýptus régnans). По словам Люка Эллиса (Luke Ellis), ГИС-менеджера в Forestry Tasmania, сделанное открытие стало побочным продуктом многогранной деятельности этого агентства по изучению, сохранению и использованию лесов и других природных ресурсов острова.
99,6-метровый Центурион является самым высоким из известных сейчас деревьев с твердой древесиной.
Отображение Центуриона в приложении ArcGIS ArcScene.
«Центурион» был впервые обнаружен во время лидарной аэрофотосъемки, а для анализа, моделирования и отображения полученных данных использовалось программное обеспечение ArcGIS. Лидар (Lidar, light detection and ranging) – это технология дистанционного зондирования, которая использует лазерные импульсы для измерения свойств рассеянного света с целью получения расстояний и другой информации об удаленной цели. Как и в радиолокационной технологии, расстояние до объекта определяется путем измерения времени задержки между передачей импульса и фиксацией отраженного сигнала.
Использование лидарной съемки в лесной отрасли постепенно расширяется. Эта технология впервые была использована для зондирования и картирования земной поверхности и находящихся на ней объектов, например, зданий. Она все шире используется в геодезии, гидрологических исследованиях, строительстве, предоставляя большой массив данных для построения цифровых моделей высотных поверхностей, прежде всего рельефа, высокого разрешения.
При проведении лидарной съемки над лесами или территориями с другой растительностью часть импульсов лазерного излучения достигает земли и отражается от нее (так называемые ground strikes), а часть отражается от деревьев и кустарников (vegetation strikes). Специалисты научились отфильтровывать vegetation strikes и оставлять только ground strikes, по которым и строится цифровая модель рельефа (ЦМР). В этом случае, отражения от растительности являются помехой (шумом), они мешают работе, снижая число отражений от собственно земной поверхности.
Однако лесники быстро поняли, что, разделяя сигналы на ground strikes и vegetation strikes, они могут построить две модели высот: одну для поверхности земли, а другую для верхушек деревьев. И путем вычитания одной из другой они могут получить весьма точные карты высоты деревьев, давно использующиеся для мониторинга роста деревьев и оценки качества лесных угодий.
Представление Центуриона в приложении ArcGIS ArcMap. Это изображение показывает растровую поверхность крон деревьев, раскрашенную в зависимости от их высоты.
3D модель Центуриона, построенная на основе данных лидара.
По словам Мартина Стоуна (Martin Stone), менеджера по ресурсам в Forestry Tasmania, лидарная технология очень перспективна для картирования и инвентаризации лесов. При использовании традиционных методов аэрофотосъемки не всегда достигается необходимая полнота измерений, в особенности при плохой видимости земной поверхности, и интерпретация полученных материалов требует высокой квалификации сотрудников и значительной доли ручной обработки снимков. А использование космических снимков, полученных в режиме пассивной съемки, не позволяет добиться необходимой точности, в числе прочего из-за атмосферных искажений. В отличие от этих методов дистанционных наблюдений, установленный на самолете лидар оборудован активным сенсором, он позволяет одновременно и четко измерять структуру леса и подстилающей земной поверхности; а после обработки данных измерений можно получить их точное трехмерное представление.
Как показал опыт, данные лидара можно успешно использовать для моделирования и картирования высоты деревьев, плотности кроны деревьев, а также для расчета объемов древесины даже в лесах с существенно неоднородной структурой и составом. И если раньше составители топографических карт могли только строить догадки о том, какая местность скрывается под густой растительностью, на новых цифровых моделях рельефа, построенных на основе лидарных данных, отображаются все детали местности, включая гребни и ложбины с водотоками, а также изолинии высот.
На практике, это означает более эффективное планирование подъездных дорог и других коммуникаций, более простое и быстрое определение границ участков вырубки и посадки деревьев, улучшение лесохозяйственного планирования и общего состояния окружающей среды. Обеспечивается актуальность данных по инвентаризации лесов, точнее и быстрее определяются и детально картируются пространственные вариации параметров, необходимых для специалистов лесной отрасли.
Кроме того, к данным лидара можно с успехом применить предоставляемые ГИС мощные возможности анализа, моделирования и визуализации. В среднем, при лидарной съемке можно получить два отраженных сигнала на каждый квадратный метр лесной территории – в сумме это большой массив данных для хранения и последующей обработки.
В Forestry Tasmania вся собираемая информация хранится в реляционной базе данных Oracle Spatial компании и используется для эффективного управления данными и интеграции с другими корпоративными системами. Из Oracle данные лидара реплицируются в отдельную базу геоданных, на основе которой средствами ArcGIS Desktop выполняется их геообработка и анализ. На выходе получается целый комплекс информационных продуктов, публикуемых в виде слоев ГИС, таких как цифровые модели рельефа, поверхности объема древесины, контуры, линии стока, водоразделы и др. Такие материалы и карты нужны и лесникам, и планировщикам, и инженерам.
В результате, организация получает полноценное пространственное представление о подведомственной территории, о том, что, где и в каком количестве находится, какие ресурсы имеются в конкретном месте. Все сотрудники, особенно на местах, в той или иной мере используют возможности ГИС: для запроса, просмотра, анализа и моделирования данных, для использования готовых и создания своих карт, при составлении отчетных материалов и планировании работ.
И все это, конечно, означает знание о местонахождении таких особых объектов, как Центурион. Как оказалось, это дерево, которое может иметь возраст порядка 400 лет, несколько раз было на волосок от гибели. Неподалеку были обнаружены доказательства заготовки и транспортировки леса, датируемые 1950-ми годами. Дерево также пережило сильный лесной пожар в 1934 году, прошедший недалеко к западу от него, и другой пожар в 1966 году с восточной стороны.
«В те дни никто не приглядывал за ним, – говорит Стоун, – мы не знали, что оно находится там. Но, благодаря лидару и ГИС, сейчас оно имеет имя и специально отмечено на картах». Теперь Центурион официально обозначен как гигантское дерево и охраняется в заповеднике в соответствии с политикой Forestry Tasmania.
