Алгоритм пространственного анализа данных воздушного лазерного сканирования для создания моделей прозрачности древесного полога

Фитоклимат, формируемый древесным пологом, является ключевым регулятором биоразнообразия, продуктивности и устойчивости лесной экосистемы (Лукина и др., 2019). К основным характеристикам фитоклимата леса относятся световой и температурный режимы, количество проникающих под полог леса осадков. Световой режим характеризуется величиной освещенности леса и оказывает влияние на видовое и структурное разнообразие, прирост биомассы, процессы лесовосстановления (Алексеев, 1975; Цельникер, 1969). Существуют способы прямого инструментального измерения и косвенной оценки освещенности (Ипатов, Мирин, 2008; Иванова и др., 2021; Korhonen, Morsdorf, 2014; White et al., 2016).
В докладе предлагается способ косвенной оценки освещенности леса с помощью обобщенного понятия прозрачности древесного полога – доли небесной полусферы, не перекрытой элементами фитомассы древостоя, при наблюдении из одной точки снизу вверх. Воздушное лазерное сканирование (ВЛС), выполненное посредством беспилотных воздушных судов, позволяет оперативно получать трехмерные данные о лесных участках большого пространственного охвата с высокой степенью детализации и точности (Алтынцев, 2023; Ильясов, Алексеев, 2025, Алексеев и др., 2026).
Разработан алгоритм пространственного анализа данных ВЛС, позволяющий получать непрерывные растровые модели прозрачности древесного полога. Алгоритм состоит из пяти этапов: (1) предобработка и тайлирование облака точек лазерных отражений (ТЛО) - исходные данные приводятся к единой системе координат, для оптимизации работы с большими массивами данных выполняется виртуализация и разбиение облака ТЛО на тайлы; (2) формирование сети точек локальных измерений - динамически формируется цифровая модель рельефа, из которой извлекаются координаты для позиционирования виртуального наблюдателя; (3) извлечение фрагмента точек лазерных отражений и его вокселизация - для каждого узла сети извлекаются ТЛО полога в цилиндрической окрестности выше уровня точки виртуального наблюдения; (4) локальный расчет прозрачности по воксельной модели древесного полога - воксельная модель математически трансформируется в двумерную карту перекрытия небосвода элементами растительности; (5) агрегация измерений и построение непрерывной растровой модели прозрачности.
Разработанный алгоритм апробирован на территории исследования в Тверской области и стационаре «Мухрино», ХМАО. Валидация полученных моделей выполнена в пределах заложенных на территориях исследования пробных площадях с помощью корреляционного анализа значений прозрачности и индексов освещенности по шкале Э. Ландольта и листовой поверхности (LAI). Проведенный статистический анализ подтверждает надежность использования растровых моделей прозрачности древесного полога для оценки освещенности леса.