Планирование заготовок древесины

На этом уроке вы найдете пространственные местоположения предполагаемых мест заготовки тополя на Верхнем полуострове Мичигана и определите, сколько древесины будет производиться.

Требования​

• ArcGIS Pro Advanced (получить бесплатную пробную версию)

Вычисление площади произрастания тополя в районе лесозаготовок

Тополь является важным древесным ресурсом, используемым для производства таких товаров, как бумага, поддоны, картон и фанера. Как ГИС-специалист в природноресурсном агентстве, вы получили предложение на заготовку древесины, и вас попросили ответить на следующие вопросы:

• Сколько акров тополей в области лесозаготовки?
• Сколько акров земли будет вырублено при предполагаемой заготовке древесины?
• Сколько древесины предполагается получить?

Расчет площади каждого лесного насаждения

Сначала надо ответить, сколько акров тополей существует в области лесозаготовки.

1. Скачайте упакованный проект Timber Harvest Planning.
2. Найдите загруженный файл на вашем компьютере. Дважды щелкните TimberHarvestPlanning.ppkx, чтобы открыть его в ArcGIS Pro. Если будет предложено, войдите из-под учетной записи ArcGIS.

   Примечание:

   If you don't have ArcGIS Pro or an ArcGIS account, you can sign up for an ArcGIS free trial.

   

   Белые линии – это реки и ручьи, а зеленые полигоны – лесонасаждения.

3. На панели Содержание щелкните правой кнопкой на слое ForestStands и выберите Таблица атрибутов.

   Откроется таблица атрибутов. Этот слой содержит информацию о каждом лесонасаждении, включая типы почв, классы возрастов, принадлежность и типы растительности.

   Подсказка:

   Более подробно о Age_class, Veg_type и других атрибутах, см. метаданные слоя.

   Там еще есть поле Shape_Area, которое генерируется автоматически. Но все значения приведены в квадратных метрах, а управляющий запросил значения в акрах. Вам надо добавить новое поле для вычисления площади в акрах.

4. На ленте атрибутивной таблицы нажмите на кнопку Добавить поле.

   

   Появится вид Поля.

5. В опциях Имя поля и Псевдоним введите Acres. В качестве Тип данных выберите Двойная точность.

   

6. На ленте на вкладке Поля в группе Изменить щелкните Сохранить.
7. Закройте таблицу Поля.

   Теперь в таблице атрибутов есть пустое поле для хранения значений площадей в акрах. Теперь вы вычислите эти значения.

8. В таблице атрибутов щелкните правой кнопкой поле Acres и выберите Вычислить геометрию.

   

9. В инструменте Вычислить атрибуты геометрии задайте следующие параметры:

   • В Свойство выберите Площадная.
   • В Единицы измерения площадей выберите Акры.

   • Для Системы координат выберите Текущая карта [Map].

   

10. Щелкните Запустить.

    Поле Acres в атрибутивной таблице заполнится значениями. Теперь вы знаете площадь в акрах для каждого лесонасаждения.

11. Закройте таблицу атрибутов.

Вычисление площади в акрах участков с тополями

Далее вы создадите столбчатую диаграмму, чтобы выяснить, сколько акров лесонасаждений с тополем на изучаемой территории.

1. На панели Содержание щелкните правой кнопкой ForestStands и выберите Построить диаграмму и Столбчатая диаграмма.

   Появится вид диаграммы и панель Свойства диаграммы.

2. На панели Свойства диаграммы в опции Категория или Дата выберите Veg_type.
3. Для Агрегирование выберите Сумма.
4. В списке Числовые поля отметьте Acres и щёлкните Применить.
5. В разделе Надписи данных включите опцию Надписать столбцы.

   

   Диаграмма показывает зеленые столбцы для каждого типа растительности, с надписанной суммой площадей в акрах. Всего на изучаемой территории 65 219 акров лесонасаждений тополей (aspen).

   

   Но мы знаем, что не все лесонасаждения следует включать в этот подсчет. В план лесозаготовок можно включать только государственные леса общего пользования и частные эксплуатационные леса (state-owned public и private industrial). Заготавливать древесину в прочих лесах практически нельзя. Вы примените определяющий запрос, чтобы отфильтровать набор данных и оставить лишь подходящие типы земель.

6. На панели Содержание дважды щелкните ForestStands, чтобы открыть окно Свойства слоя.
7. Перейдите на вкладку Определяющий запрос и затем щелкните на кнопке Новый определяющий запрос.

   

8. Постройте выражение Где Ownership не равно non-industrial private и щёлкните Применить.

   

9. В окне Свойства слоя щёлкните OK.

   Теперь на карте появились какие-то пробелы. Больше земли с типом Nonindustrial private (частные не-эксплуатационные) не показаны.

   

   Диаграмма тоже изменилась. Теперь возле столбца Aspen (тополь) указано 55 333. Это и есть ответ на первый вопрос вашего начальника.

10. На панели Инструменты быстрого доступа щелкните Сохранить, чтобы сохранить проект.

    

Всего на изучаемой территории 55 333 акров доступных для заготовки лесонасаждений тополей. Но заготовка будет проводиться не на всей этой территории. На следующем уроке вы ответите на второй вопрос – Сколько акров земли будет вырублено при предполагаемой заготовке древесины?

Вычисление площади участков лесозаготовок

На предыдущем уроке вы рассчитали площадь тополей, произрастающих на общественных и эксплуатационных землях. Теперь, когда вы знаете, сколько акров занято тополями, вы можете определить, какие насаждения будут вырубаться. Существует несколько критериев для выбора мест, где можно рубить деревья. Первый критерий заключается в том, что в пределах 100-футового буфера вдоль рек и ручьев рубка запрещена. Рубка слишком близко к воде может вызвать вредную эрозию и заиливание водоема, поэтому вокруг водных путей важно оставлять деревья нетронутыми.

Создание буферов вокруг водных путей

Сначала вы создадите полигональный слой для представления 100-футового буфера вокруг всех водотоков.

1. При необходимости откройте TimberHarvestPlanning.ppkx и закройте вид Диаграмма.
2. На панели Содержание выберите ForestStands. На ленте на вкладке Данные в группе Определяющий запрос измените активный запрос на <Нет>.

   

3. На ленте щелкните вкладку Анализ и в группе Геообработка щелкните Инструменты.
4. На панели Геообработка найдите и откройте инструмент Буфер.
5. Для инструмента Буфер введите следующие параметры:

   • Для Входных объектов выберите Waterways.
   • При необходимости для Выходного класса объектов введите Waterways_Buffer.
   • В поле Расстояние введите 100 и выберите Футы.

   • В параметре Тип слияния выберите Слияние всех выходных объектов в один пространственный объект.

   

6. Щёлкните Запустить.

   Новый слой добавлен на карту.

7. Увеличьте карту, чтобы увидеть буферный слой.

   

   Этот полигон представляет 100-футовую санитарную зону вокруг рек и ручьев, где древесину нельзя заготавливать, так как рубка запрещена.

Стирание буферной зоны водотоков из полигонов древостоя

Далее вы удалите эту область из слоя ForestStands с помощью инструмента Стирание.

1. На панели Геообработка щелкните кнопку Назад.

   

2. Найдите и откройте инструмент Стирание.
3. Запустите инструмент Стирание со следующими параметрами:

   • Для Входных объектов выберите ForestStands.
   • Для Стирающие объекты выберите Waterways_Buffer.
   • Для Выходного класса объектов введите ForestStands_NoRivers.

   

   Инструмент запустится, и новый слой добавится на карту.

4. На панели Содержание отключите ForestStands.
5. Щелкните правой кнопкой мыши Waterways и выберите Удалить.
6. Также удалите слой Waterways_Buffer.

   Базовая карта теперь просвечивает в буферной зоне вокруг рек.

   

7. Откройте таблицу атрибутов ForestStands_NoRivers.

   Поскольку вы удалили некоторую область из полигонов, вам необходимо пересчитать значения в поле Acres.

8. Щелкните правой кнопкой мыши поле Acres и выберите Вычислить геометрию.

   Инструмент Вычислить атрибуты геометрии появится на панели Геообработка.

9. Для Свойства выберите Площадная, а для Единицы измерения площадей выберите Акры. Для Системы координат выберите Текущая карта [Map].
10. Щелкните Запустить.

    Поле Acres обновлено и отображает только те земли, которые не граничат с реками или ручьями.

11. Закройте таблицу атрибутов.

Определение мест для рубок на эксплуатационных землях

Теперь, когда вы удалили буфер вокруг рек и ручьев, вам необходимо определить места для рубок тополей, которые соответствуют остальным критериям лесного законодательства. Рубка деревьев, которые слишком молоды, является невыгодной и запрещена. И хотя тополь может расти на различных типах почв, производство варьируется между этими типами. На богатых суглинистых почвах получается больше древесины, чем на сухих песчаных.

Лесное законодательство предоставляет вам разные критерии заготовки для разных типов собственности на землю. Во-первых, вы рассмотрите критерии для лесозаготовок на эксплуатационных землях, учитывая критерий, что вырубаемые деревья не должны быть моложе 40 лет.

1. На панели Содержание дважды щелкните слой ForestStands_NoRivers, чтобы открыть окно Свойства слоя.
2. На вкладке Определяющий запрос щелкните Новый определяющий запрос.
3. Постройте выражение Где Veg_type равно aspen.
4. Щелкните Добавить условие, чтобы развернуть запрос на несколько условий.

   

5. Построение второго условия И Владение равно эксплуатационному.
6. Щёлкните Добавить условие еще раз. Создайте условие И Age_class больше или равно 40. Щелкните Применить.

   

7. В верхней части запроса щелкните Определяющий запрос 1 (имя запроса) и введите Industrial Harvest (Эксплуатационные рубки).

   

8. Щелкните OK.
9. Меняйте масштаб и перемещайтесь по карте, пока не найдете некоторые из оставшихся лесных насаждений.

   Очень немногие из первоначальных полигонов древостоев соответствуют критериям заготовки на эксплуатационных землях. Далее вы создадите новое поле, чтобы пометить эти области для рубки.

10. Откройте таблицу атрибутов ForestStands_NoRivers.
11. Нажмите кнопку Добавить, чтобы добавить новое поле.
12. В опциях Имя поля и Псевдоним введите TimberHarvest. В качестве Типа поля выберите Текст.
13. На ленте на вкладке Поля в группе Изменить щелкните Сохранить.
14. Закройте таблицу Поля.
15. В таблице атрибутов щелкните правой кнопкой мыши заголовок поля TimberHarvest и выберите Вычислить поле.
16. На панели Геообработка в поле TimberHarvest = введите 'Industrial’ (Эксплуатационный). (Не забудьте добавить одинарные кавычки.)

    

17. Щелкните Запустить.

    Поле TimberHarvest в таблице атрибутов обновится.

    

    Были обновлены только те полигоны, которые соответствуют критериям определяющего запроса. Остальные по-прежнему имеют значение <Null> в поле TimberHarvest. Далее вы создадите определяющий запрос, чтобы выявить те древостои, которые будут вырубаться на землях общего пользования.

Определение площади для рубки на землях общего пользования.

В вашем изучаемом районе находится больше земель общего пользования, чем эксплуатационных земель. Для вырубок, проводимых на этих землях, применяются иные критерии.

• К рубке назначаются лесные насаждения, возраст которых не менее 50 лет.
• Площади вырубки должны быть размером не менее 20 акров.
• Рубки проводятся только на тех почвах, которые содержат хорошо дренированные суглинки.

1. Откройте окно Свойства слоя для ForestStands_NoRivers.
2. На вкладке Определяющий запрос щелкните Новый определяющий запрос.

   

3. Переименуйте Определяющий запрос 1 в Public Harvest.
4. Добавить пять пунктов:
   • Где Veg_type равно aspen
   • And Ownership равно state-owned public
   • And Age_class больше или равно 50
   • And Acres больше или равно 20
   • And Soil включает значения well-drained loam, well-drained loamy sand, well-drained sandy loam

   

5. Щелкните Применить.
6. Рядом с Public Harvest нажмите кнопку Задать как Активный, чтобы выбрать его в качестве активного запроса.

   

7. Щелкните OK.

   Карта обновляется, чтобы показать различные лесные насаждения. Атрибутивная таблица показывает, что 78 насаждений соответствуют критериям для рубки на общественных землях.

   

8. Используйте инструмент Вычислить поле в поле TimberHarvest, чтобы пометить отфильтрованные объекты как 'Public’.

   

9. Закройте таблицу атрибутов.

Поиск общего количества акров, которые будут вырублены

Теперь вы определили, какие древостои будут вырубаться. Далее вы создадите диаграмму, чтобы узнать, сколько земель они покрывают.

1. На панели Содержание щелкните ForestStands_NoRivers, чтобы выбрать его.
2. На ленте на вкладке Данные в группе Определяющий запрос измените активный запрос на <Нет>.

   Все лесные насаждения снова отобразятся на карте.

3. На ленте во вкладке Оформление в группе Отображение щелкните Импорт.

   

   Появится инструмент Применить символы слоя.

4. Возле опции Слой символов щелкните кнопку Обзор.
5. В окне Слой символов щелкните Папки и дважды щелкните подключение к папке TimberHarvestPlanning.

   

6. Откройте папку commondata, а затем папку userdata. Дважды щелкните AspenHarvest.lyrx.

   

   Примечание:

   Файл слоя (.lyrx) позволяет сохранять и повторно применять свойства символов. Это будет работать только в том случае, если вы использовали такое же написание для имени и значений поля, как определено в этом уроке. Если вы этого не сделали, вы можете создать собственную символику или перейти к шагу 8.

7. Щелкните Запустить.

   На карте отображается, где тополь будет вырубаться на землях общего пользования и на эксплуатационных землях.

   

8. На панели Содержание щелкните правой кнопкой мыши слой ForestStands_NoRivers, укажите Построить диаграмму и выберите Столбчатая диаграмма.
9. На панели Свойства диаграммы для Категория или Дата выберите TimberHarvest. Для Агрегирование выберите Сумма. В опции Числовые поля отметьте Acres.
10. Щёлкните Применить и отметьте Надписать столбцы.

    Диаграмма имеет цветовую кодировку, соответствующую символам на карте. Столбцы также надписаны с общим количеством акров, которое будет вырублено для каждого типа земель.

    

11. Закройте вид диаграммы и сохраните проект.

Теперь вы можете сообщить в лесной департамент о том, что будет вырублено 5 937 акров тополя: 355 акров на эксплуатационных землях (industrial lands) и 5582 акра на землях общего пользования (state-owned public lands). На следующем уроке вы подсчитаете объем заготавливаемой древесины.

Вычисление ожидаемых объемов заготовок древесины

На предыдущем уроке вы вычислили возможную площадь для рубок. Необходимо знать примерный объем древесины, которую можно заготовить на этой площади. Существует следующая таблица для расчета объема древесины:

Тип почвы	Уравнение для вычисления объема
Чрезмерно сухой песок	y = 14.318 * ln(x) - 36.695
Хорошо дренированный песок	y = 17.373 * ln(x) - 49.959
Хорошо дренированный суглинистый песок	y = 14.378 * ln(x) - 36.808
Хорошо дренированный песчаный суглинок	y = 24.572 * ln(x) - 75.969
Хорошо дренированный суглинок	y = 15.319 * ln(x) - 41.775
Умеренно сухой суглинок	y = 17.109 * ln(x) - 48.980
Дренированный ил	Нет вырубки

Объем (у) является производной возрастного класса (х) на различных типах почв. Объем определяется в вязанках дров на акр.

Расчет числа кордов на акр

Один корд – это единица измерения объёма древесины, используемая в Соединенных Штатах и Канаде.. Он соответствует 128 кубическим футам или 3,62 кубометрам компактно сложенной древесины. Чтобы подсчитать, сколько кордов будет собрано, вам нужно добавить еще одно поле. Затем вы заполните его на основе приведенных выше уравнений.

1. При необходимости откройте TimberHarvestPlanning.ppkx.
2. Откройте таблицу атрибутов для ForestStands_NoRivers и нажмите кнопку Добавить, чтобы создать новое поле.
3. В поле Имя поля и Псевдоним введите Cords. В качестве Тип данных выберите Двойная точность.
4. Сохраните изменения и закройте таблицу Поля.

   Новое поле Cords добавляется в конец таблицы атрибутов. Вам не нужно рассчитывать объем для всех площадей, только для тех, которые будут вырублены.

5. На ленте на вкладке Карта в группе Выборка нажмите Выбрать по атрибуту.
6. В инструменте Выбрать в слое по атрибуту нажмите Новое выражение и создайте условие Где TimberHarvest не равно нулю.

   

7. Щелкните Запустить.

   Всего выбрано 113 объектов. Далее вы подсчитаете их объемы.

8. На панели Геообработка щелкните кнопку Назад.
9. Найдите и откройте инструмент Вычислить поле.
10. В качестве Входной таблицы выберите ForestStands_NoRivers. Для Имя поля выберите Cords. Для Типа выражения выберите Arcade.

    Поскольку уравнение для расчета объема свое для каждого типа почвы, вы будете использовать выражение с условиями.

11. Для Cords = скопируйте и вставьте следующий код:
    if ($feature.stand_data_csv_Soil  == "well-drained loamy sand") {
    return 14.378 * Log($feature.stand_data_csv_Age_class) - 36.808
    }
    else if ($feature.stand_data_csv_Soil  == "well-drained sandy loam") {
    return 24.572 * Log($feature.stand_data_csv_Age_class) - 75.969
    }
    else if ($feature.stand_data_csv_Soil  == "well-drained loam") {
    return 15.319 * Log($feature.stand_data_csv_Age_class) - 41.775
    }
    else if ($feature.stand_data_csv_Soil  == "moderately-drained loam") {
    return 17.109 * Log($feature.stand_data_csv_Age_class) - 48.980
    }
    else {
    return 0
    }

    Это выражение вычисляет число кордов на акры для каждого выбранного участка древостоя на основе его типа почвы.

12. Щелкните кнопку Проверить и щелкните Запустить.

    

    Значения добавятся в таблицу атрибутов для выбранных строк.

    

Вычисление объема

Требуется еще один расчет. Числа, которые вы только что рассчитали, представляют собой количество кордов на акр, которое можно ожидать при заготовке, в зависимости от типа почвы каждого участка древостоя. Но некоторые из этих участков больше, чем другие. Далее вы умножите количество вязанок на акр на количество акров, чтобы найти ожидаемый объем древесины.

1. В инструменте Вычислить поле очистите выражение для поля Cords=.
2. В поле Cords= введите или скопируйте и вставьте $feature.Cords * $feature.Acres.
3. Щелкните Запустить.

   В таблице атрибутов значения в поле Cords снова обновятся в выбранных строках.

   

4. В верхней части таблицы атрибутов щелкните Очистить, чтобы очистить выборку.
5. Щелкните правой кнопкой мыши заголовок поля Cords и выберите Статистика.

   Появится новая диаграмма и панель Свойства диаграммы.

6. На панели Свойства диаграммы найдите значение Сумма.

   

7. Сохраните проект.

Ожидается, что общий объем заготавливаемого тополя составит 131 535 вязанок дров. План состоит в том, чтобы вырубить 5937 акров леса из общего количества в 55333 акра тополя в районе проведения рубок. Чтобы найти эти значения, вы создали три новых поля: Acres, TimberHarvest и Cords. Затем вы использовали различные инструменты для заполнения этих полей правильными значениями, включая Буфер, Стирание, Вычислить поле и Вычислить атрибуты геометрии.

Критерии для планируемой лесозаготовки были известны, а вы, как специалист по ГИС, смогли дать ответы на некоторые основные вопросы: Где будут проводиться рубки? Сколько леса будет вырублено? Сколько вязанок дров будет заготовлено? Теперь, имея эти цифры, можно начать оценивать жизнеспособность плана заготовок с учетом целей вашего агентства по сохранению и бизнес-задачам.

You can find more lessons in the Learn ArcGIS Lesson Gallery.

Авторские права третьих лиц​

• По материалам работы Александры Лочер «SpatiaLABS lesson Timber Harvest Planning Using GIS»
• Фото Эндрю Пребл на Unsplash