Русский Английский Немецкий Итальянский Финский Испанский Французский Польский Японский Китайский (упрощенный)

Партнеры журнала:

В центре внимания

Цифровизация лесного сектора России

Барьеры и возможности

Необходимость развития цифровых технологий в лесном хозяйстве давно признали большинство экспертов и специалистов отрасли. Спектр применяемых в лесном хозяйстве технологий получения и обработки данных довольно широкий, и представления об их эффективности, приоритете внедрения и необходимом комплексе мер различаются.

Ведение устойчивого, эффективного с точки зрения экономических, экологических и социальных аспектов лесного хозяйства невозможно без достоверной, качественной и доступной информации о лесах. О проблемах, связанных с недостатком такой информации, свидетельствуют многочисленные расхождения данных, публикуемых на сайтах государственных органов управления лесами и озвучиваемых официальными лицами, а также содержащихся в государственном лесном реестре. Развитие таких цифровых технологий, как съемка лесов с дронов, лазерное сканирование, дистанционное зондирование лесов, и их широкое применение в лесоустройстве может повысить точность и полноту информации о лесах, а также сделать ее более доступной.

Текущая ситуация

До последнего времени объем и качество информации о лесах снижались. Можно выделить отдельные положительные подвижки на государственном уровне и уровне предприятий, но при этом очень много негативных факторов, сильно замедляющих процесс цифровизации лесного хозяйства. В числе недостатков информационного обеспечения можно выделить следующие:

  • данные учета лесного фонда (сведения из Государственного лесного реестра) были опубликованы после принятия нового Лесного кодекса только один раз, в 2014 году, но эта публикация недоступна на сайте Рослесхоза и других государственных структур;
  • данные государственной инвентаризации лесов опубликованы на сайте Рослесхоза в непригодном для практического использования формате и недостаточном объеме и вызывают сомнения в достоверности;
  • созданная автоматизированная информационная система «Государственный лесной реестр», несмотря на требования законодательства, недоступна общественности и в настоящее время неработоспособна;
  • наиболее общественно значимая и чувствительная информация – о местах планируемых рубок и проведения других лесохозяйственных мероприятий, даже о границах арендованных лесных участков по большей части недоступна в пригодном для использования формате;
  • нормативная база лесоустройства основана на устаревших принципах, препятствует внедрению новых методов и технологий, а многочисленные попытки внести в нее прогрессивные изменения пока не дают значимого результата;
  • сохраняется тенденция монополизации лесоустройства, доступ частных компаний к лесоустройству постоянно ограничивается, несмотря на неспособность профильного ведомства обеспечить необходимый объем и качество лесоустроительной информации.

Помимо повышения качества и доступности материалов лесоустройства, развитие цифровых технологий могло бы также помочь при обеспечении внутреннего контроля процессов лесопользования на уровне региональных органов управления лесами и предприятий. Это касается автоматизированного контроля правильности внесения данных и сопоставления их с информацией об ограничениях лесопользования (в виде лесов высокой природо­охранной ценности, особо охраняемых природных территорий и др.). Кроме того, для выявления изменений в лесах важен автоматизированный оперативный анализ данных дистанционного зондирования.

Внедрение цифровых технологий позволит обеспечить как внутренний, так и независимый контроль процессов лесопользования и сократить количество ошибок, приводящих к неэффективности экономики лесного хозяйства и негативным последствиям для природных ценностей.

Важным условием внедрения этих технологий должно быть повышение открытости данных – общественный мониторинг сейчас является одним из основных стимулов повышения качества информации о лесах. Для обеспечения этого процесса целесообразно внести в законодательную базу соответствующие изменения, обязывающие владельцев данных, полученных за государственный счет, открывать их, и поддерживающие создание и функционирование единого информационного пространства данных о лесах.

Хорошим примером развития возможностей общественного контроля стал созданный Всемирным фондом дикой природы (WWF России) портал hcvf.ru, в рамках которого реализован механизм согласования данных о лесах высокой природоохранной ценности с лесохозяйственными границами. Повышение качества и объема данных по ЛВПЦ – основное достижение этого ресурса. Также портал позволяет визуализировать результаты тех или иных лесохозяйственных мероприятий.

Оценивая текущую ситуацию с цифровизацией лесной отрасли и степень внедрения цифровых технологий, можно охарактеризовать условия работы арендаторов и органов управления лесами. Среднестатистический арендатор лесного фонда (за исключением некоторых, как правило, крупнейших, компаний, которые в последнее время стали активно внедрять цифровые технологии) обычно работает с довольно разрозненной информацией о лесном фонде преимущественно в бумажном или растровом формате, а также с неструктурированными данными, представленными в разных системах. Планирование лесного хозяйства осуществляется на основе зачастую субъективных знаний местных специалистов, с минимальным привлечением объективных данных (материалов недавнего лесоустройства, высокоточной таксации и др.). В регионах крайне сложно найти лесных аналитиков и гис-специалистов.

Реалии органов исполнительной власти схожие: разрозненная информация о лесном фонде и неструктурированные данные в разных системах; невозможность повыдельного контроля лесоустройства; отсутствие автоматизированных механизмов формирования отчетности.

Следствием этого становится недостаточный контроль лесоустройства на основе первичной информации и большое количество ошибок. Необходимо на федеральном уровне изменить подход к работе и перейти от хранения неструктурированных архивных данных к полноценному администрированию материалов лесоустройства.

Преграды и перспективы

Внедрение цифровых технологий сдерживает прежде всего короткий горизонт планирования лесохозяйственной деятельности арендаторов и, как следствие, нежелание инвестировать в цифровизацию, частая смена законодательной базы в лесном хозяйстве, большой объем необходимых затрат на внедрение таких технологий, пока еще недостаточное количество положительных примеров использования цифровых инструментов в отрасли, незрелый рынок консалтинговых услуг и другие проблемы.

Анализируя примеры эффективного использования цифровых технологий в лесном хозяйстве в первую очередь целесообразно обратить внимание на практику скандинавских стран и Финляндии. В Суоми в последние годы был реализован целый ряд успешных государственных и частных инициатив по цифровизации на всех уровнях лесного хозяйства, начиная с широкого применения лазерного сканирования, государственных геопорталов и баз данных о лесах федерального уровня (например, Metsään.fi – государственного геопортала открытых повыдельных данных и планов) и заканчивая локальными разработками, применяемыми в частных хозяйствах.

Сервис «Виртуальные леса», который с 2018 года развивает компания Metsa, позволяет владельцам лесов, принадлежащих кооперативу Metsaliitto (это почти половина площади всех частных лесов Финляндии), управлять ими из любой точки мира. Лесопользователи, работающие удаленно или не имеющие необходимых технических навыков ведения лесного хозяйства, с помощью сервиса могут совершить виртуальную прогулку по своим лесам, запланировать лесохозяйственные мероприятия, рассчитать будущий доход от них. Сервис построен на цифровой модели лесов, созданной на основе размещенных в интернете в открытом доступе материалов лесоустройства, проведенного на средства налогоплательщиков.

Изучая опыт Финляндии, также стоит выделить технологию проведения лесоустройства с использованием автоматической подеревной таксации лесов с помощью дронов. Такая технология позволяет создавать цифровые копии лесных насаждений для более точного управления лесами и хорошо себя зарекомендовала в Финляндии, а в последние годы некоторые компании апробируют ее в разных регионах России. Технология предполагает проведение съемки участка дроном, создание 3D-модели деревьев по данным съемки, определение высоты и границы кроны каждого дерева, определение пород деревьев, расчет диаметра деревьев и объема стволов. Дополнительно могут быть установлены класс возраста, сортиментная структура, доля пиловочника, повреждения, потребность в прореживании, качество и состояние лесных культур, качество ухода за молодняками и другие характеристики.

Весьма перспективно использование комбинации данных, полученных с дронов и из космоса при одинаковом диапазоне съемки. Такой подход дает возможность верифицировать данные дистанционного зондирования Земли и точнее их интерпретировать в лесохозяйственных целях.

Развитие подобных технологий связано в том числе с необходимостью переоценки методов инвентаризации лесов в последнее время, в том числе в связи со следующими процессами:

  • глобальным изменением климата – леса сейчас растут быстрее, чем раньше, повысилась частота лесных пожаров, наблюдается усиление действия патогенных факторов на леса;
  • развитием низкоуглеродной экономики, при которой аккумулированный углерод становится вторым по важности продуктом (уже сейчас в Финляндии владелец может получить деньги за то, что он ничего не рубит, а его лес накапливает углерод, во многих странах действуют рынки углеродных квот);
  • ростом готовности потребителей платить за устойчивое лесное хозяйство – системы добровольной лесной сертификации уже вынуждены повышать качество подходов к оценке устойчивости лесного хозяйства (например, проведение дистанционных аудитов).

В ряде регионов давность материалов лесоустройства превышает 30 лет. И переход от инвентаризации лесов полевым глазомерным методом на основе выборочной таксации к цифровой инвентаризации лесов на основе данных съемки с беспилотных летательных аппаратов и лазерного сканирования позволяет решить проблему устаревших данных лесоустройства. Десятилетнего цикла обновления информации о лесах, принятого согласно лесоустроительной инструкции, уже недостаточно, современное, динамично развивающееся лесное хозяйство требует перехода на минимум пятилетний цикл (он уже используется в Финляндии, и с такой же периодичностью проводится лазерное сканирование больших территорий). Для углеродного сегмента лесного хозяйства необходимо еще более оперативное постоянное обновление данных – вплоть до периодичности раз в год.

Кроме того, цифровая инвентаризация дает следующие преимущества:

  • исключение ошибок, возникающих при выборочных методах таксации – вместо пробных площадей измеряется каждое дерево, вместо выделов применяются ячейки (например, в Финляндии 16 x 16 м), что значительно повышает точность;
  • обеспечение оперативного доступа к данным, в том числе прямо в лесу – с мобильных телефонов и планшетов;
  • снижение стоимости получения данных при правильной организации всех процессов;
  • увеличение скорости получения данных (с применением технологии подеревной таксации и соответствующих программных комплексов для обработки данных съемки можно описывать за ночь до 5000 га подеревно);
  • ведение высокоточного планирования, позволяющего увеличить доходность инвестиций в лес, до уровня делянки. Зная подеревную структуру делянки, например, можно повысить экономическую эффективность заготовки, выявив, где она будет убыточна, а где рентабельна.

Помимо технологии проведения лесоустройства с использованием автоматической подеревной таксации, перспективной в настоящее время стала динамично развивающаяся цифровая инвентаризация лесов на основе лазерного сканирования. Этот метод особенно широко применяется в лесном хозяйстве Финляндии. Исторически база данных о финских лесах создавалась на основе традиционных методов таксации леса, которые требовали больших усилий и затрат. Методологию лазерного сканирования начали разрабатывать с 2000-х годов, силами нескольких университетов и организаций. Сканирование стали применять в 2010 году. На данный момент пройдена почти вся территория Финляндии. В 2019 году начался второй цикл. Новый метод таксации помог снизить затраты на гектар в четыре раза.

Лазерное сканирование позволяет получить не только лесотехническую, но и дополнительную прикладную информацию для планирования эффективного лесопользования:

  • о рельефе (цифровую модель рельефа) для планирования и строительства дорог, включая влажность почвы и другие характеристики;
  • данные для проектирования и мониторинга гидромелиоративной сети;
  • риски распространения лесных пожаров на основе модели высот ветвей и крон (выявляются участки, где низовой пожар может переходить в верховой), риски перехода пожара на населенные пункты, вероятные направления распространения пожара.

Проверка точности данных, получаемых с использованием технологии LiDAR, показала, что она соответствует требованиям, предъявляемым к точности глазомерно-измерительного метода оценки. В России для использования этой технологии арендаторы должны получать разрешение на опытную эксплуатацию на ограниченной площади. Необходима легализация такого способа таксации при лесоустройстве путем внесения в лесоустроительную инструкцию.

Пока с применением технологии LiDAR отснято всего несколько десятков тысяч гектаров в разных регионах в рамках экспериментов и тестов (согласно действующей нормативно-правовой базе лесоустройство с использованием этой технологии недопустимо). Лазерное сканирование позволяет решать такие задачи, как профилактика и обнаружение лесных пожаров, аэрофотосъемка, подеревная и повыдельная таксация, проведение лесоустройства, уточнение границ различных объектов, территорий, массивов, и др. Российские арендаторы заинтересованы в качественной оценке лесных ресурсов. В числе основных направлений работ, проводимых в России с использованием лазерного сканирования - совершенствование технологии таксации при проведении лесоустройства с использованием воздушного лазерного сканирования (дистанционное зондирование методом LiDAR), совершенствование технологии таксации лесосек и тестирование технологии. Вопросы точности данных, получаемых методом лазерного сканирования, только изучаются. Большое количество лесообразующих пород в некоторых регионах, сложная структура насаждений и другие факторы сказываются на уровне точности.

Кроме апробации технологии лазерного сканирования, российские компании и органы управления лесами в ряде регионов занимаются развитием внутренних информационных систем управления данными, внедрением программных комплексов и ГИС, инициируют оцифровку материалов лесоустройства.

Стоит упомянуть недавний опыт применения дистанционного зондирования Земли для выявления и доказывания нарушений лесного законодательства на региональном уровне. Ряд последовательных космических снимков позволяет оценить динамику, характер заготовки древесины в определенный период с фиксированием мест, с тем чтобы выявить ответственных за незаконную рубку. Такой метод уже применяется в ряде регионов для выявления правонарушителей и привлечения к административной и уголовной ответственности.

Особого внимания заслуживает система мониторинга изменений лесного покрова «КЕДР», разработанная WWF России и успешно зарекомендовавшая себя на Дальнем Востоке. Алгоритм позволяет на основе бесплатных снимков со средним разрешением получать такие же результаты, как при анализе снимков высокого разрешения. Каждые две недели система анализирует территорию и выявляет новые «дыры» в лесном пологе, где могли быть нелегальные рубки. При обнаружении рубок на площадях больше 0,25 га точность метода достигает 100%. В систему встроена возможность верификации поступающих сигналов с помощью дронов, за счет чего сокращается время обследования, исключается человеческий фактор, снижается стоимость рейдов. Несколько лет назад «КЕДР» передали на баланс администрации Приморского и Хабаровского краев, где система успешно применяется.

Что делать?

Какие же шаги необходимо предпринять для внедрения цифровых технологий получения и обработки данных в лесном хозяйстве? В начале статьи перечислены проблемы и барьеры на пути цифровизации. Если рассматривать проблематику на общем уровне, то приходится возвращаться к нынешней краткосрочности планирования лесохозяйственной деятельности. Необходимо сформулировать долгосрочные приоритеты в рамках цифровизации лесной отрасли на государственном уровне, перейти от пользования устаревшими разрозненными материалами инвентаризации к лесному планированию на всех уровнях (включая его экономическую составляющую), исключить монополизацию лесо­устройства, выбрать одним из приоритетов повышение качества и открытости информации о лесах.

Рассматривая потенциальные шаги детально, стоит задуматься о необходимости разработки стандарта лесохозяйственной информации, который обеспечит унификацию и сопоставимость разных массивов данных о лесах. Например, данные какой-либо отдельной съемки могли бы быть прочтены и использованы всеми. В Финляндии давно существует такой стандарт, к его разработке в свое время были привлечены все игроки рынка.

При изменении и совершенствовании подходов к лесоустройству вряд ли удастся обойтись без пересмотра текущей лесоустроительной инструкции. Многие показатели, применяемые в лесоустройстве согласно инструкции, уже устарели или потеряли актуальность. По мнению WWF России и ряда экспертов Бореальной лесной платформы, большая часть показателей не первичные, а представляют собой вторичные перерасчитанные атрибуты, полученные на основе исходных данных, поэтому список показателей стоит пересмотреть. Необходима легализация данных о лесах, полученных с помощью цифровых технологий в новых цифровых форматах, ведь понятия цифровой аэрофотосъемки, лазерного сканирования пока официально нигде не прописаны и не закреплены. Определенный потенциал заложен в повышении точности данных лесоустройства при отказе от такого норматива производства таксации, как минимальная площадь выдела и число выделов в квартале. Наконец, в перечень необходимых параметров целесообразно добавить метаданные: оценку качества полученной информации, сведения о полевых пробах. Сейчас в материалах лесоустройства в лучшем случае указывается только, кто выполнил работу.

Многочисленные примеры и зарубежный опыт, а также накопленный опыт апробации технологий в России свидетельствуют о том, что развитие современных цифровых технологий получения и обработки данных и широкое внедрение цифровизации в планировании, заготовке, логистике, учете и мониторинге способствуют переходу к высокоточному, экономически эффективному и устойчивому лесному хозяйству. При этом важно не только получение инвентаризационных данных о лесах, одним из приоритетов должны стать получение и обработка данных с целью принятия на их основе успешных управленческих решений, повышающих эффективность лесного хозяйства. Решения, опирающиеся на устаревшие данные, содержащие много ошибок, в ряде случаев приводят к противоположному результату.

Цифровизация российского лесного хозяйства открывает большие возможности для повышения эффективности и обеспечения устойчивости лесного хозяйства. Хочется верить, что все работники лесного сектора будут использовать их на практике. 

Текст
Александр Костенко, WWF России