Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,002

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова

Мазуркин П.М. Варсегова Л.Ю.

С помощью геоинформационной системы были получены точные измеренные значения каждого годичного слоя на всем керне древесины сосны. Данные обработаны в математической среде и получена статистическая формула, которая состоит из 16 составляющих, что позволило дать ориентировочный долгосрочный прогноз.

Статья в формате PDF

249 KB

керн

геоинформационная система

статистическая формула

долгосрочный прогноз

В данной статье предлагается способ, позволяющий повысить точность измерения ширины годичных слоев на всем протяжении керна, что ведет к расширению функциональных возможностей измерения годичных слоев на керне, а также к выявлению закономерностей динамики радиального прироста ствола учетного дерева по каждому годичному слою от центра (терминального побега) до периферии (последнего годичного слоя до момента взятия керна древесины).

Дерево сосны произрастает в сосново-березовом насаждении (7С3Б); тип лесорастительных условий - А3; тип леса - сосняк черничник; полнота - 0,8. Использовался керн сосны комнатно-сухой влажности, взятый в 2000 году на высоте 1,3 м (рис. 1).

Возраст подроста на высоте 1,3 м составлял 11 лет. Замеры проводились на годичных слоях, начиная с 12 по 71 год жизни дерева. Полный же возраст дерева составляет 71 год.

Для измерения ширины годичного слоя керн устанавливают на окно сканера и сканируют в полноцветном режиме (12,7 млн. цветов) с разрешением не менее 1200 dpi (рис. 2).

Рис. 1. Схема взятия керна древесины

Рис. 2. Вид керна после сканирования

Далее выполняется конвертация изображения в геоинформационную систему (ГИС) с аналогичным разрешением, что и при сканировании с масштабом 1:1000 (условно 1 м на электронной карте принимаем за 1 мм). Возможно получение негатива изображения для более четкого определения размещения годичных слоев на керне (рис. 3).

Рис. 3. Вид керна после конвертации изображения в геоинформационную систему (ГИС)

Средствами ГИС проводим линию по продольной оси керна (рис. 4). Для учета продольной кривизны керна приходится проводить по оси керна ломаную линию.

Рис. 4. Вид керна с линией по продольной оси керна

Далее выполняется корректировка линии путем добавления в нее точек, выделенных в конкретных местах пересечения линии с каждым годичным слоем (рис. 5). При этом выделяются у годичного слоя две границы - начальная граница (с момента начала вегетационного периода) и конечная граница (с момента завершения вегетационного периода у дерева).

Рис. 5. Корректировка линии по продольной оси керна

В результате измерений на сканированном изображении получается линия, описывающая ширину годичных слоев вдоль продольной оси керна древесины. На основе этой продольной линии автоматически в ГИС можно составит журнал координат с вычисленными расстояниями между точками, в данном случае от периферии к центру (рис. 6).

Рис. 6. Вид линии на керне, которая описывает ширину годичных слоев вдоль продольной оси керна древесины

При измерении ширины отдельного годичного слоя и последовательно, например, от периферии к центру (как это и принято в лесной таксации), всех годичных слоев с помощью системы ГИС учитывается криволинейная ось керна, так как при высыхании ось керна не может оставаться строго прямолинейной.

На участке керна с высокой кривизной продольная ломаная линия всегда будет перпендикулярна измеряемому годичному слою.

Поэтому после измерений на компьютере с помощью ГИС получаются точные измеренные значения каждого годичного слоя, а суммированием получается вся длина годичных слоев на керне.

Для контроля измеряется полная длина всех или группы годичных слоев, причем полученные значения сопоставляются с суммой значений ширины входящих в эту группу годичных слоев.

После проведения измерений, полученные данные были обработаны в математической среде Curve Expert-1.3 (табл. 1) и получена статистическая формула, которая в приведенном примере состоит из 16 составляющих:

,                    (1)

,

,

где b - расчетная ширина годичного слоя по статистической модели, мм;

t_R - время, которое отчитывается с терминального побега, на который попала при взятии керна сердцевина древесины, лет.

В табл. 1 приведены результаты расчетов, в которой приняты следующие условные обозначения:

t - время с момента начала роста и развития дерева, лет;

 - фактическая ширина годичного слоя, измеренная путем сканирования керна древесины и размещения изображения в геоинформационную систему, мм;

ε - абсолютная погрешность (остаток) статистической модели, вычисляемая как разность между фактическими и расчетными значениями изучаемого показателя;

Δ - относительная погрешность статистической модели.

Таблица 1

Динамика ширины годичного слоя, мм

Максимальная относительная погрешность = 36,46 %, которая по данным табл. 1 подчеркнута. Доверительная вероятность модели (1) равна 100 - 36,46 % = 60,54%, что позволяет дать ориентировочный долгосрочный прогноз, по которому построен график в программной среде EXCEL (рис. 7).

Рис. 7. Динамика радиуса ствола сосны по годичным слоям керна
с учетом волновой составляющей

Более точный прогноз можно получить с учетом распределения количества относительных отклонений (табл. 2).

Таблица 2

Распределение количества годичных слоев по значениям допустимой относительной погрешности

По распределению относительной погрешности можно считать, что статистическое моделирование выполнено на уровне 10-процентной значимости.

В табл. 3 показана точность измерения ширины годичного слоя, причем в зависимости от разрешения компьютерного изображения ГИС. Эта точность будет инструментальной, к которой нужно еще учесть и точность измерения зрением человека при установке точки на границах годичного слоя вдоль его продольной оси.

Таблица 3

Инструментальная точность измерений ширины годичного слоя керна
с помощью геоинформационной системы

Примечание: Выделена точность измерения, сравнимая с измерительной лупой

Из данных табл. 3 видно, что при уровне разрешения изображения в 2400 dpi появится возможность измерения не только отдельных зон годичного слоя (ранняя, поздняя, ранне-поздняя, поздне-ранняя), но и отдельных крупных клеток древесины.

За 43-летний период, с 1957 по 2000 годы, причем само дерево возникло в 1929 году, произошло какое-то долговременное воздействие на растущую сосну, которая постепенно адаптировалась к условиям места произрастания волновым изменением части ширины годичного слоя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мазуркин, П.М. Геоэкология. Закономерности современного естествознания [Текст]: Научное издание / П.М. Мазуркин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004 - 336 с.
2. Мазуркин, П.М. Статистическая экология [Текст]: Учебное пособие / П.М. Мазуркин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004 - 308 с.
3. Мазуркин, П.М. Экологический мониторинг (Способы испытания деревьев) [Текст] / П.М. Мазуркин: Учеб. пос. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. - 224 с.

Библиографическая ссылка