Проекты

Краткое описание

Проблема. Фитоклимат, формируемый кроновым слоем деревьев (световой и температурный режим, количество осадков) - ключевой регулятор биоразнообразия, продуктивности и устойчивости леса. Комплексной характеристикой фитоклимата является сквозистость («проницаемость») древостоя. Существующие способы определения сквозистости (сквозистометр, фотокамера «рыбий глаз») трудоемки и позволяют получать только точечные оценки. В результате, для значительных площадей (до 80% территории) многих лесных ООПТ отсутствуют данные о фитоклимате, что создает «слепые зоны» в планировании природоохранных мероприятий, мониторинге биоразнообразия, прогнозировании пожароопасности и принятия своевременных управленческих решений для их сохранения. Это снижает эффективность деятельности ООПТ, ведет к запаздыванию реакции на угрозы и затрудняет превентивное управление.

Решение проблемы заключается в применении технологии беспилотного воздушного лазерного сканирования (ВЛС), позволяющей получать высокоточные трёхмерные данные о сквозистости лесного полога на больших площадях, в том числе труднодоступных.

Действия. В рамках проекта будет создана и внедрена инновационная система оценки фитоклимата леса, состоящая из четырех взаимосвязанных компонентов: 1)ВЛС при помощи беспилотных летательных аппаратов на территориях ООПТ «Кондинские озера», «Нумто» и научного стационара «Мухрино» общей площадью не менее 1000 га 2)Разработки и программной реализации методики картографирования сквозистости как комплексной характеристики фитоклимата леса (на импортонезависимом открытом ПО) 3)Создания общедоступного геопортала (веб-ГИС) для загрузки данных ВЛС, редактирования, визуализации и анализа карт сквозистости 4)Внедрения и распространения результатов Проекта через образовательные мероприятия, публикации методик и информационного сопровождения в профессиональном сообществе.

Ожидаемые результаты. 1)Практический инструмент для сотрудников ООПТ: система позволит объективно оценивать состояние лесных экосистем и принимать обоснованные управленческие решения по их охране, мониторингу и противопожарному планированию 2)Новый ресурс для науки: ученые-экологи, лесоведы, почвоведы получат современный инструмент для планирования и анализа результатов полевых исследований 3)Передача компетенций: не менее 50 специалистов (сотрудники ООПТ, ученые и студенты) будут обучены работе с системой в ходе не менее 4 образовательных мероприятий, включая Международную школу молодых ученых, семинары и вебинары 4)Природоохранный эффект: Внедрение системы позволит перейти от точечного к сплошному мониторингу состояния среды, что прямо повысит качество оценки и сохранения биоразнообразия, сократит риски нарушения лесных экосистем от пожаров.

Проект направлен на создание готового востребованного цифрового продукта, который не только закроет критический информационный пробел, но и предоставит целевым группам эффективный инструмент для сохранения лесных экосистем России с возможностью дальнейшего масштабирования.

Цель

1. Разработать инновационную систему оценки фитоклимата леса на основе воздушного лазерного сканирования и внедрить ее в деятельность сотрудников ООПТ и ученых-исследователей

Задачи

1. Выполнить воздушное лазерное сканирование (ВЛС) с беспилотного воздушного судна на территории ООПТ «Кондинские озера», «Нумто» и международного стационара «Мухрино»
2. Разработать и программно реализовать методику пространственной оценки сквозистости древостоя как комплексной характеристики фитоклимата леса на основе воздушного лазерного сканирования
3. Разработать и протестировать общедоступный веб-ресурс с геопорталом, содержащим функциональность по загрузке данных воздушного лазерного сканирования, созданию, визуализации и анализу карт сквозистости древостоя лесов
4. Внедрить инновационную систему оценки фитоклимата леса в деятельность сотрудников ООПТ, ученых-исследователей

Обоснование социальной значимости

1.Природный объект (в рамках проекта): Модельные участки древостоя преобладающих типов среднетаежных лесных экосистем на территории ООПТ «Кондинские озера», «Нумто» и международного полевого стационара «Мухрино» в ХМАО – Югре. Общая площадь исследований в рамках проекта составит не менее 1000 га. В широком смысле проблема охватывает большинство лесных ООПТ России. Связь сотрудников научных отделов ООПТ с проблемой через их профессиональную потребность — получение объективных пространственных данных для принятия своевременных и обоснованных управленческих решений по охране территорий.
Ученые-исследователи в области экологии, лесоведения, геоботаники, почвоведения: их потребность — наличие методических рекомендаций и инструмента для пространственной оценки параметров фитоклимата в своих исследованиях. Студенты-экологи Высшей экологической школы ЮГУ: их потребность — формирование компетенций по использованию современных данных ДЗЗ (воздушное лидарное сканирование) для решения природоохранных задач.
2.Проблема целевых объектов природы: Отсутствие объективных высокодетальных пространственных данных о фитоклимате леса на больших площадях способствует сохранению “слепых зон” в знаниях о состоянии лесных экосистем - видовом составе и росте пород, накоплении биомассы и возобновлении леса, температурном режиме лесной подстилки, величине эмиссии парниковых газов.
Проблема целевых групп людей: 1)Принятие своевременных и обоснованных управленческих решений по сохранению биоразнообразия и противопожарной охране лесных экосистем ООПТ 2)Отсутствие методических рекомендаций по выполнению пространственной оценки параметров фитоклимата леса. 3)Недостаточный уровень компетенций у студентов-экологов по современным возможностям использования данных ВЛС, в частности для оценки характеристик фитоклимата леса.
3.Результаты фундаментальных исследований (Цельникер, 1969; Алексеев, 1975 и др.) подтверждают ключевую роль фитоклимата, формируемого пологом, как регулятора лесных экосистем. Результаты методических исследований (Ипатов и др., 1979; Winn et al., 2016) подтверждают трудоемкость и точечный характер традиционных методов, обосновывая потребность в новом подходе. Действия, предпринимаемые в охране: ООПТ-партнеры ведут плановую природоохранную деятельность, однако, испытывают дефицит инструментов для сплошного пространственного мониторинга, что затрудняет оценку и прогнозирование состояния экосистем. Предпосылки к решению проблемы от команды: Участники проекта имеют подтвержденный опыт в работе с данными ВЛС, разработке геопорталов и экологических ГИС (в рамках проектов РНФ, ВИП ГЗ «РИТМ углерода»), что является основой для успешной реализации.
4.Статьи и цитаты из СМИ. 1)Актуальность использования БПЛА для мониторинга состояния среды и предотвращения пожаров в Полистовском Заповеднике: https://polistovsky.ru/node/18573 2)Использование БПЛА для поддержки принятия решений в ФГБУ «Заповедное Подлеморье» https://cartetika.ru/tpost/e2gskrld71-droni-v-zoologii-uchet-osobei-i-otsenka 3)Беспилотное будущее для природоохранной деятельности: https://dji-blog.ru/naznachenie/primery-primenenija/drony-na-strazhe-dikoj-prirody-rossii.html 4)Интервью об использовании БПЛА в деятельности ООПТ с директором департамента государственной политики и регулирования в сфере развития ООПТ Минприроды России Умаром Рамазановым и генеральным директором Фонда «Природа и люди» Сергеем Рыбаковым https://irk.aif.ru/society/bespilotniki-na-oopt-kak-ispolzovat-robotov-na-blago-prirode-i-cheloveku 5)Актуальность использования БПЛА в лесном хозяйстве по мнению первого заместителя председателя Совета Федерации: http://council.gov.ru/events/news/157809/
5. Данный проект является прямым и комплексным ответом на все сформулированные проблемы, путем их решения посредством применения передовой технологии беспилотного воздушного лазерного сканирования (ВЛС), позволяющей получать высокоточные трёхмерные данные о сквозистости лесного полога на больших площадях, в том числе труднодоступных. Проект создает готовую для внедрения инновационную систему оценки фитоклимата леса, которая будет включать три компонента: 1)трехмерные данные о структуре лесного полога, полученные с помощью технологии ВЛС – что напрямую ликвидирует «слепые зоны» в данных для ООПТ-партнеров; 2)методику картографирования сквозистости древостоя лесов – что решает проблему отсутствия методических рекомендаций для науки; 3)геопортал, содержащий функционал по загрузке данных ВЛС, созданию, визуализации и анализу геопространственной модели сквозистости – что предоставляет конкретный инструмент для сотрудников ООПТ и ученых для обоснования решений 4)Программа внедрения, включающая обучение не менее 50 специалистов, что решает проблему недостатка компетенций. Таким образом, проект не только определяет проблему, а создает и передает конечным пользователям законченный технологический продукт, предназначенный для ее устранения, с возможность. дальнейшего масштабирования.

География проекта

Ханты-Мансийский АО: 1. ООПТ «Кондинские озера», 2. ООПТ «Нумто», 3. Международный полевой стационар «Мухрино»

Объекты природы и (или) люди,
для которых будет реализован проект

1. Целевые объекты природы: Модельные участки древостоя преобладающих типов леса ХМАО – Югры на территории: ООПТ «Кондинские озера», ООПТ «Нумто», Международного стационара «Мухрино»
2. Целевые группы людей: 1. Руководители и сотрудники научных отделов ООПТ 2. Исследователи в области экологии, лесоведения, геоботаники, почвоведения 3. Студенты Высшей экологической школы Югорского государственного университета (ЮГУ)