Смирнова Е.В., ДАТА+,
Куртеев В.В., ФГУ "Российский центр защиты леса"

Российский центр защиты леса отметил в 2008 году 80-тилетие службы лесопатологического мониторинга, ведущей свой отсчёт от постановления СНК СССР от1938 г. о создании первой лесопатологической экспедиции.
История организации фундаментального лесопатологического мониторинга в нашей стране в конце 80-х годов вышла на новый уровень, по принятии в Женеве Конвенции о трансграничном переносе загрязняющих веществ на приграничных территориях стран Балтики, и разработки интернациональной единой методики мониторинга лесов. В 1987 году Гослесхоз СССР принял на себя обязательство создать сеть постоянных пунктов наблюдения за состоянием лесов. В 1990 году создан Национальный центр лесопатологического мониторинга, основной задачей которого была координация ведения мониторинга состояния лесов по программе ООН.
В большинстве европейских стран по этой программе были развернуты национальные системы мониторинга лесов, регулярно собирающие информацию. На территории России в то время мониторинг состояния лесов получил ограниченное распространение. Сеть пунктов постоянного наблюдения начального уровня была заложена в Калининградской, Ленинградской, Тульской, Псковской, Мурманской областях и Республике Карелия.

Подписание Россией основных документов Конференции по окружающей среде в Рио-де-Жанейро в 1992 году, где была особо подчеркнута глобальная роль лесов для выживания и устойчивого развития человечества, послужило существенным стимулом в развитии системы экологического мониторинга вообще и лесного мониторинга в частности.

Лесной мониторинг отражает весь комплекс факторов, влияющих на состояние лесов: ресурсная, экономическая и экологическая оценка, санитарное и лесопатологическое состояние в их взаимосвязи. Следует отметить, что разделение лесного мониторинга на отдельные направления носит достаточно условный характер, но обусловлено различиями в детальности, методах и средствах наблюдения. Выделяются виды мониторинга - лесопожарный, ресурсный, лесохозяйственный, лесопатологический. Именно последний является наиболее сложной частью системы. Решение всего комплекса задач лесопатологического мониторинга на единой методической и технологической основе на всей территории Гослесфонда России осуществляет Российский центр защиты леса.

Процессы глобального изменения климата и тенденции метеорологических и климатических изменений на территории Российской федерации, приводящие к возникновению и развитию неблагоприятных условий для произрастания лесов, особенно хвойных, сопровождающее их увеличение интенсивности распространения вредителей и болезней леса, развитие процессов усыхания и заболачивания лесов остро ставят проблему комплексного обеспечения органов государственного управления лесными ресурсами актуальной достоверной систематизированной пространственно локализованной атрибутированной информацией о состоянии лесов.

Возрастающая антропогенная нагрузка на природные ландшафты, увеличение темпов изъятия лесных ресурсов с целью удовлетворения повышенных запросов общества, продолжающееся изъятие лесных земель для целей, не связанных с ведением лесного хозяйства, усугубляет общую негативную тенденцию в сфере сохранения лесных ресурсов страны.
Несостоятельность традиционных методов сбора и анализа информации, обеспечивающей управление природопользованием и контроль состояния окружающей среды наиболее четко выявилась в процессе перехода к территориальному принципу управления природными ресурсами и природоохранной деятельностью, в условиях перманентной реорганизации и кадровой чехарды в природоресурсных и природоохранных федеральных структурах. Отсутствует реальная возможность мониторинга и регулирования природопользования на всех территориальных уровнях. Отсутствует система взаимоувязанного контроля природных ресурсов, оценки воздействия на окружающую среду, выявления прямых и косвенных зависимостей между различными факторами воздействия на среду. Не согласованы процедуры, форматы, сроки и порядок предоставления информации в органы государственной власти и обмена информацией между контролирующими органами. Надо признать, что в целом учет лесных ресурсов не обеспечивает потребности органов власти и управления в полной достоверной актуальной информации о количестве, качестве, состоянии и принадлежности ресурсов.

Лесопатологические обследования, в процессе которых выявляются те или иные поражения лесной растительности, проводятся фрагментарно и недостаточно репрезентативно, что объясняется отсутствием всеобъемлющей регулярной системы лесопатологического мониторинга. Результаты работ по мониторингу представляются в табличном виде, классифицируются по поражающим факторам, пораженным площадям и в динамике по годам. Существующие в сфере лесопатологического мониторинга нормативные документы не предусматривают и не регламентируют процедуры пространственной локализации и картографической регистрации полученных данных.

Как правило, существующие комплексные проблемы лесопользования и лесопатологическое состояние лесов не увязаны в информационно-аналитическом плане с проводимыми глобальными мероприятиями по разгосударствлению и приватизации, дроблению хозяйственных объектов, переделу собственности, созданию конкуренции, превращению прибыли в главный результат природно-ресурсной и экологической деятельности. Иначе говоря, материалы не содержат сколько-нибудь четких ответов на вопросы эффективности влияния происходивших в стране в последние годы кардинальных социально-экологических изменений на состояние лесопользования и охрану окружающей среды. Также весьма формальным является учет лесоресурсных и лесопатологических факторов при непосредственном осуществлении этих преобразований.

Оценка состояния лесных ресурсов на основе системы статистических показателей является единственным элементом процесса подготовки и принятия управленческих решений в сфере лесного хозяйства и охраны леса. В современных условиях развития России, предусматривающих коренную перестройку всего экономического механизма управления природно-ресурсным комплексом, необходимо дополнить статистическую информацию пространственной локализацией и обеспечить интерактивный доступ к огромным массивам информационно-аналитических материалов. Совершенствование и устойчивое развитие системы подготовки и принятия решений в сфере охраны и защиты леса от болезней и вредителей может быть реализовано при условии создания системы интегрированного анализа пространственной и временной информации о лесопатологическом и санитарном состоянии лесов, важнейшей задачей которой является автоматизированный сбор, хранение и обработка экологически значимой информации для оценки состояния и прогнозирования развития, выявления тенденций как во времени, так и в пространстве, в динамике состояния лесов.

Так как управление осуществляется на различных уровнях: федеральном, территориальном, объектовом, то и соответствующее информационное обеспечение должно быть построено по иерархическому принципу с различной степенью детализации и обобщения информации на каждом уровне.

Развитая мощная многоуровневая геоинформационная система является инструментом, позволяющим оперативно и достоверно отображать и анализировать информацию для подготовки управленческих решений на любом уровне управления. Учитывая территориальный аспект и ранжирование органов управления по территориальному принципу, наиболее рационально формировать ГИС лесопатологического мониторинга как электронный атлас с трёхуровневой структурой.

"Конденсируя многообразную пространственную информацию, комплексные атласы представляют её в систематизированной, сопоставимой, хорошо обозреваемой и наглядной форме. Они выполняют одновременно две важные роли – хранилищ накопленной информации, предназначенной для использования в практических целях, и средства научных исследований для получения новых знаний". Эти слова, сказанные К.А. Салищевым в 1975 г., не потеряли актуальности и поныне. Применение ГИС-технологий в создании специализированных тематических атласов предоставляет уникальные возможности по их актуализации, пространственному и темпоральному анализу информации, обеспечения доступности картографической информации широкому кругу специалистов и населения, в том числе и через глобальные информационные сети. Можно поражатся дару предвидения выдающегося картографа, который треть века тому назад сказал: "Разработка в картографии автоматизированных систем и программ, позволяющих получать быстро и многократно решения, пока что требующие огромных затрат и повторяющихся усилий, поднимет создание атласов на новый уровень научного и технического качества.

Картографию ожидает сложный, ответственный, но увлекательный этап." Правоту этого высказывания полностью подтверждает предлагаемая работа, представляющая один из вариантов создания тематического атласа, многоаспектного по содержанию, многоуровневого по охвату территории, создаваемого по оперативным данным полевых исследований, с использованием данных дистанционного зондирования, статистических данных разных ведомств. Атлас предоставляет нереализуемые традиционными методами атласного картографирования возможности как по оперативности составления отдельных карт, так и их комплексного многовариантного и многофакторного анализа с возможностью регулярного обновления. Дополнительные источники экологической информации, не лежащие непосредственно в сфере интересов лесопатологического мониторинга, прежде всего по источникам антропогенного воздействия на окружающую среду, радиационной обстановке и ряду других параметров, существенно расширяют возможности анализа причин изменения санитарного состояния лесов. Рассматриваемое информационно - картографическое произведение представляет собой рассредоточенную базу знаний, в основе которой лежит информационная система РЦЗЛ с его 42 филиалами, полевыми экспедициями, формирующейся сетью полевых исследований, как на постоянных пунктах наблюдений (ППН), пробных площадях, так и на экспедиционных обследованиях, география которых формируется ежегодно в зависимости от конкретной лесопатологической обстановки в каждом регионе. Особо необходимо отметить международное взаимодействие в сфере лесопатологического мониторинга в приграничной полосе по методике ICP-Forest и радиационный мониторинг леса в зоне Чернобыля, обеспечивающие стандартизацию методологии и достоверность результатов наблюдений на значительной густонаселенной территории.

Использование программного обеспечения от ESRI и ERDAS обеспечивает полную совместимость информационной системы создаваемого атласа с внедряемой в настоящее время в практику работы РЦЗЛ Оперативной Информационной Системы Дистанционного Лесопатологического Мониторинга (ОИС ДЛПМ), созданной совместными усилиями ИКИ РАН и Центром экологии и продуктивности леса (ЦЭПЛ) по методическим подходам, программному обеспечению, масштабному ряду применяемых карт-основ. Комплексная интерпретация и анализ картографической, статистической и космической информации, оперативной и архивной, позволяют осуществить переход к прогнозу развития лесопатологической обстановки и повышению эффективности планирования полевых экспедиционных работ, выработки рекомендаций для лесного хозяйства по планированию и осуществлению истребительных мероприятий по борьбе с вредителями леса.

Применение ГИС-технологий открывает возможности привлекать такие информационные ресурсы, которые использовались в практике ЛПМ недостаточно или не использовались вообще. Речь идёт о привлечении в систему ЛПМ знаний по всему спектру географической характеристики того или иного региона - его геологическое строение, почвенный покров, гидрологические и климатические особенности, характер распределения, типологию и уровень антропогенной нагрузки, характеристику фонового загрязнения окружающей среды, био- и зоогеографические характеристики. Предлагаемая система легко решает извечную дилемму традиционных атласов, возникающую между разными потребителями информации, с одной стороны нуждающимися в научной интерпретации и обобщении данных, с другой – требующими доступа к фактологической исходной информации, путём предоставления возможности прямого доступа как к исходной, так и проинтерпретированной информации.

Существенной проблемой остаётся нерешенная пока задача создания качественной карты-основы трёхступенчатого масштабного ряда конкретно для карт лесов. Существующая карта лесов м-ба 1:2 500 000 не отвечает требованиям полноты, точности и плохо совмещается с базовой картой-основой атласа м-ба 1:1000 000. Серьёзные проблемы возникают при формировании локального уровня ГИС ЛПМ. Отсутствие системы картографического обеспечения лесного хозяйства, аналогичной той, что функционирует в сфере недропользования усложняет , а иногда делает невозможным без существенных затрат ручного труда конвертацию пространственных и атрибутивных данных. До последнего времени большие трудности вызывает пространственная привязка информации, нанесенной на традиционные лесоустротельные карты, созданные в системе координат "лесхоз-лесничество-квартал-выдел". Субъективность выделения пространственных элементов низшего иерархического уровня – "выделов", их нестабильность во времени усугублённая сменой оргструктуры лесного хозяйства, переделом границ и сменой названий хозяйств, иногда приводит к неразрешимым проблемам при локализации тех или иных явлений, процессов и привязки точечных объектов. Надо отметить, что в последнее время происходит внедрение картографических систем координат в полевые обследования в процессе проведения работ по ЛПМ, но отсутствие тематических карт-основ делает этот процесс малоэффективным и весьма трудозатратным.

Основная цель ГИС-атласа ЛПМ заключается в информационном обеспечении Рослесозащиты актуальной достоверной пространственно локализованной информацией о санитарном состояниилесов России. Для достижения этой цели необходима информация об объектах управления (т.е. собственно лесных ресурсах) и их состоянии. Принятие обоснованных управленческих решений возможно только в том случае, если используемая информация обладает следующими тремя важнейшими свойствами: достоверность, оперативность получения и обновления, возможность представления в виде, максимально удобном для последующего анализа и формулирования выводов, где сочетались бы полнота с исключением неоднозначного толкования имеющихся данных.

Так как управление осуществляется на различных уровнях: федеральном, территориальном, местном, объектовом, то и соответствующее информационное обеспечение должно быть построено по иерархическому принципу с различной степенью детализации и обобщения информации на каждом уровне.

Информацию, необходимую лицам, принимающим решения на разных уровнях, можно разделить на несколько блоков.

1. Справочная (редко меняющаяся) информация об основных объектах, участвующих в процессе управления. К этим объектам относятся: топографическая обстановка, объекты системы управления лесными ресурсами (органы ЛПМ, базы авиалесоохраны, контролирующие, управляющие и эксплуатирующие организации и ведомства и др.).
2. Количественные характеристики лесных ресурсов: данные Государственного лесного реестра.
3. Качественные характеристики лесных ресурсов: санитарное состояние, устойчивость к повреждению болезнями и вредителями, динамика развития негативных процессов, прогнозы.
4. Характеристика реального и/или возможного вредного воздействия на население, объекты экономики и окружающей среды в следующих видах:

- вероятностной (частотной) оценки возможного вредного воздействия массового усыхания или повреждения лесов;
- физических характеристик вредного воздействия (площади распространения заболеваний, повреждений, усыхания и гибели лесов, объемы потерь в натуральных показателях);
- экономических (в денежном выражении) оценок вредного воздействия;
- интегральных характеристик (оценка риска).
Для обеспечения достоверности исходных данных, в первую очередь, необходимо:
- выполнить инвентаризацию и, по возможности,
- унификацию источников информации.

Наиболее целесообразным выглядит предложение о следующих шагах:

а) согласование форматов данных и структур соответствующих хранилищ информации с инстанциями, контролирующими лесные ресурсы;
б) проведение работ по фактической разработке распределенной базы данных с привлечением Интернет - технологий, обеспечивающей доступ различных категорий пользователей и последующую интеграцию с новыми источниками информации при их возникновении;
в) создание на основе Центра Рослесозащиты головного информационного центра, с помощью Интернет - сайта которого можно было бы обратиться как к любым (в том числе - ведомственным) первоисточникам, так и провести расширенный поиск данных либо их обработку по заданным признакам.

Оперативность получения информации лицом, принимающим решения (руководителем), достигается, главным образом, за счет автоматизации процессов получения, обработки и передачи данных. Здесь также ведущую роль могут сыграть Интернет - технологии при условии, если обеспечить взаимодействие компонентов распределенной базы данных с системами реального времени, на которые возлагается обязанность получения первичной информации и предварительная обработка параметров. Известны примеры создания современных информационных систем в Европе и Америке, где такое взаимодействие эффективно обеспечено, из этого следует, что данная задача вполне решаема.

Особо остановлюсь на третьем из названных необходимых свойств информации, используемой для поддержки управленческих решений, а именно - на форме и характере представления этой информации. Особенностью рассматриваемых объектов (леса, лесхозы, лесничества, кварталы, выдела) является их существенная протяженность и распределенность по территории России. Наличие информации о точном местоположении объектов, их взаимном расположении и взаимосвязи существенно влияет на качество управленческих решений, принимаемых и реализуемых на различных уровнях: федеральном, территориальном и местном.

Если коротко обобщить сказанное, унификация процедур получения исходных данных, создание распределенной (но связанной через Интернет) базы этих данных и результирующее представление информации на основе геоинформационных технологий - вот "узловые" вопросы, решение которых должно обеспечить перевод информационной поддержки деятельности Рослесозащиты на качественно новый уровень.

К сожалению, решения, принимающиеся на высоком правительственном уровне, до сих пор в должной мере не опираются на географические данные. Несмотря на растущее понимание важности этих данных для получения новых знаний, выявления различных проблем и обеспечения поддержки их решения, перспективного планирования, потенциал геоинформации пока не используется так, как этого хотелось бы. Отчетливо ощущается недостаток бюджетных средств на финансирование производства новых цифровых продуктов и ведение баз данных. В большинстве случаев госпредприятия вынуждены искать различные способы для реализации своих функций и поддержки своей рентабельности.
Концепция ГИС-атласа лесопатологического мониторинга кратко заключается в следующем. Атлас – это:

- картографическая форма интеграции и анализа данных ЛПМ ;
- рабочий инструмент для сводки и проверки данных статистической отчетности ;
- шаблон для внутриведомственного обмена информацией ;
- интерактивный способ пространственного моделирования данных ЛПМ для выработки оценочных и прогнозных показателей ;
- средство формирования стратегии ЛПМ и лесозащитных мероприятий на основе районирования территории по степени лесопатологической угрозы.
Содержание атласа – три основных раздела:
- Санитарное состояние лесов и лесозащитные мероприятия
- Мониторинг очагов вредителей и болезней леса
- Фоновый мониторинг леса по сети ППН

Раздел "Санитарное состояние лесов" представляет информацию по следующим параметрам:

- Общие характеристики поражения и гибели лесов (Рис. 1)

- Поражение и гибель лесов от вредителей и болезней (Рис.2)

- Поражение и гибель лесов от пожаров (Рис.3)

- Лесопатологический мониторинг и лесозащитные мероприятия (Рис.4)

Раздел "Мониторинг действующих очагов вредителей и болезней леса" представляет пространственную и атрибутивную информацию по темам:

- Площадь и фаза очагов вредителей и болезней (Рис.5)

- Характеристика очагов вредителей
- Характеристика очагов болезней (Рис.6)

- Прогноз развития очагов вредителей и болезней

Раздел "Фоновый мониторинг лесов по сети ППН" отображает информацию по следующим параметрам:

- Биоиндикационная сетка ППН (ППН представляют собой репрезентативные, однородные по составу растительности участки фиксированных размеров и формы, закрепленные в натуре и на планово-картографической основе, в отношении которых регулярно по международной программе проводится комплекс мониторинговых наблюдений).
- Показатели, характеризующие экологическое состояние древостоев
– Дефолиация (Рис.7)

– Дехромация (Рис.8)

– Категории жизненного состояния.

ГИС-атлас Лесопатологического мониторинга предназначен для рабочего пользования и получения навыков работы с данными в ГИС.

Подразумевает интерактивное взаимодействие пользователя с данными:

– возможность из представленных тем формировать новые картографические сюжеты (Рис.9).

– настраивать отображение данных – формировать собственные условные знаки, устанавливать градации классов и т.д., включать новые данные.
Дальнейшее развитие ГИС-атласа РЦЗЛ также должно быть направлено на повышение качества составления карт и выразительности изобразительных средств, совершенствование системы условных знаков, формирования легенд, предоставления доступа пользователей Интернета к пространственной информации по ЛПМ.