Лесное хозяйство

 

1.      Оценка состояния лесов

        Введение

       Для решения большого класса управленческих задач в лесном хозяйстве требуется детальная информация об участках леса. Обычно это атрибутивная информация на отдельные однородные участки  (выделы). В настоящее время существует детальная (повыдельная) информация в цифровом виде только на незначительную часть территории Российской Федерации. Получить такие данные централизованно с использованием космических методов при существующем уровне развития систем – невозможно. Но существует несколько обобщенных категорий задач, для которых можно использовать более упрощённые данные, полученные сразу на большую территорию.

       Одним из самых распространенных и используемых индексов для решения задач, использующих количественные оценки растительного покрова, является NDVI.

 

         Карта растительного покрова Российской Федерации

       Проведя классификацию очищенных от влияния облачности композитных изображений,  соответствующих разносезонным временным интервалам, и учтя особенности фенологической динамики растительности, можно создавать и регулярно  обновлять карту растительного покрова Российской Федерации (http://smiswww.iki.rssi.ru/default.aspx?page=317 ).

Рис. 1. vegetation_cover_of_russia_2010_s.jpg

Рис. 1. Карта растительного покрова Российской Федерации

       Композитные спутниковые изображения сформированы с использованием технологии предварительной обработки данных на основе результатов ежедневных измерений спектрально-отражательных характеристик земной поверхности в видимом, ближнем и среднем ИК- диапазонах. Распознавание типов растительного покрова выполнено на основе алгоритма локально-адаптивной обучаемой классификации, позволяющей учесть географическую изменчивость спектральных характеристик классов.

        Отслеживание динамики изменения северной границы леса на основе NDVI могут разрешить ряд фундаментальных и прикладных эколого-климатических вопросов.

 

       Оценка продуктивности лесов

       Прямая связь индекса и продуктивности позволяет широко использовать NDVI для решения лесохозяйственных задач. Широкий охват снимков MODIS дает возможность производить сравнительную оценку лесохозяйственных предприятий целых областей, а также качественнее планировать лесохозяйственные мероприятия.

Рис. 2. Продуктивность лесов.gif

Рис. 2. Оценка продуктивности лестов ипо данным MODIS (апрель 2000 года). Иркутская область и республика бурятия.

 

       В данном случае расчет NDVI позволил выделить лесные участки Предбайкалья, обладающие наиболее благоприятными для произрастания хвойных пород эколого-климатическими характеристиками (темнозеленые).

 

       Оценка урожайности недревесных лесных ресурсов

       В качестве непрямых корреляционных анализов, основанных на расчете NDVI, можно продемонстрировать моделирование урожайности кедрового ореха в районе Байкальского заповедника. Наиболее темные из представленных - продуктивные участки кедровых насаждений, позволяющие их позиционировать, оценивать их площадь, корреляцию и др. параметры.

Рис 3 пнг.png

Рис. 3. Продуктивные участки кедровых насаждений по данным Landsat, ETM+ (август 2000 года). Республика Бурятия, хребет амар-Дабан

 

       Карты запасов лесных горючих материалов

       Существуют два метода оценки запасов лесных горючих материалов (ЛГМ), используемых при разработке технологии построения карт запасов ЛГМ низкого пространственного разрешения.

       Первый метод базируется на комплексном анализе цифровой карты наземных экосистем северной Евразии (GLC2000) и данных государственного учета лесного фонда (ГУЛФ), а второй - на использовании карт GLC2000 и почв России, цифровой модели рельефа и базы данных по биологической продуктивности лесных экосистем на тестовых площадках, пространственно распределенных в различных лесорастительных зонах.

      В результате анализа исходных данных рассчитываются средние запасы проводников горения по основным фракциям вертикального профиля насаждения (http://elibrary.ru/item.asp?id=15610890).

Рис. 4. Карты лесов.gif

Рис. 4. Примеры карт запасов лесных горючих материалов

       

   2.  Лесопатологический мониторинг           

Слайд5 итог.png

Рис. 5. Очаги усыхания ельников в результате вспышки размножения короеда (Рузский район Московской области)

        Цель лесопатологического мониторинга  - своевременное обнаружение, оценка и прогноз изменений санитарного и лесопатологического состояния лесов для осуществления управления в области защиты лесов, а также обеспечения санитарной безопасности в лесах.

        Алгоритмы детектирования участков неудовлетворительного состояния лесов, ослабления и гибели лесов основаны на сравнительной оценке  изменения значения индекса вегетативной активности (NDVI) со значением в предыдущий месяц/год в тот же сезон (Change detection). Резкое его падение свидетельствует о существенном уменьшении сомкнутости крон.

        3.      Мониторинг организации и состояния лесопользования

       При проведении рубок должно обеспечиваться своевременное восстановление леса. Для этого новые лесосеки можно располагать сторонами вплотную к вырубленным участкам лишь через несколько лет (от 2 до 8 лет, т.н. срок примыкания), но допускается касание лесосек своими углами в один и тот же год. Поэтому в местах массовых рубок лесосеки часто располагаются подобно клеточкам шахматной доски.

Применение снимков из космоса позволяет быстро и эффективно контролировать виды рубок (выборочные, постепенные, сплошные), площади вырубок, размещение лесовозных дорог, волоков и погрузочных площадок, их соответствие технологическим картам разработки лесосеки, выявлять недорубы и перерубы.

       Контрастность границ получаемых выделов позволяет рассчитывать и анализировать площади, а изменяющийся показатель NDVI - оценивать скорость и полноту зарастания.

       Комплексное использование свойств навигационно-информационного пространства позволяет организовать эффективную систему мониторинга и управления лесным хозяйством (рис 6).

Рис. 6.JPG

Рис. 6. Мониторинг лесохозяйственной  деятельности в Боровском районе Калужской области

       Пример на рис. 7 показывает  результаты оценки качества уже проведенных лесохозяйственных работ. Значительный градиент продуктивности лесных насаждений (в основном сосновых) на границе территорий Республики Карелии и Финляндии отражает принципиальную разницу подходов к методам посадки и уходу за лесными культурами.

 

Рис. 7.JPG

Рис. 7. Сравнительная оценка эффективности ведения лесного хозяйства по данным MODIS (май 2002 года). Северо-Запад, Карельский перешеек

       4.      Мониторинг лесных пожаров

       Детектирование тепловых аномалий

       Принцип автоматизированного детектирования  пожаров основан на их сильном излучении в среднем инфракрасном диапазоне. Самые распространенные алгоритмы – это алгоритмы из серии MOD14A1, получаемые на основе данных спутников TERRA и AQUA.

       Визуальное определение места пожара по дыму для больших территорий довольно трудоемкая задача.  В настоящее время разрешение ДЗЗ в видимом диапазоне существенно выше, чем в инфракрасном. Это теоретически позволяет обнаруживать пожары на более ранней стадии. Однако на практике периодичность съемки территории в высоком разрешении настолько мала, что сводит на нет все ее преимущества. Кроме того, в ряде случаев бывает сложно отличить дым от облаков.

Рис. 8. Горячие точки.png

Рис. 8. Тепловые аномалии и визуальное изображение (пример из ИСДМ-Рослесхоз)

       Мониторинг распространения пожаров

       Задача мониторинга распространения природных пожаров  (формирование контуров пожаров и отслеживание их изменений) космическими методами основана на регулярной оценке участков горения.  К сожалению, при существующих низких уровнях разрешения инфракрасной аппаратуры мониторинг заключается только в оценке территориального расположения очагов и в примерной оценке площади горения. Оценка интенсивности горения из-за низкой достоверности в практике использоваться не может.

Рис 9. ya1240.gif

Рис. 9. Контроль динамики распространия лесного пожара (пример из ИСДМ-Рослесхоз)

 

       Оценка степени повреждения участков леса

       Экспресс-оценка ущерба от лесного пожара с применением космических методов в настоящее время производится тремя способами:

          оценка площади, пройденной огнем по данным высокого разрешения с последующим учетом средней стоимости древесины на 1 га;

          оценка площади, пройденной огнем, по алгоритму, основанному на изменении растительности (по вегетативному индексу) данным среднего разрешения с последующим учетом средней стоимости древесины на 1 га;

Рис. 10.JPG

Рис. 10. Степень повреждения лесов пожаром (пример из ИСДМ-Рослесхоз)

          оценка степени повреждения по алгоритму, основанному на изменении растительности (по вегетативному индексу - NDVI).

       5.      Использование системы глобального позиционирования  

      Система спутниковой навигации ГЛОНАСС может быть использована для решения следующих практических задач:

отвод и таксация лесосек;

          контроль правильности отведения лесосек;

          определение площади лесохозяйственных объектов (приём и передача земель лесного фонда и других землепользователей), пространственного расположения, контуров и площадей передаваемых земель относительно земель лесхоза;

          определение площадей повреждённых насаждений в результате стихийных бедствий (пожары, ветровалы, буреломы);

          определение границ, площадей лесосек и других категорий земель (земель радиационного загрязнения с последующим выводом тематических карт на печать);

          уточнение границ землепользователей для выявления случаев незаконного захвата земли;

          возможность навигации на точку либо объект, определённый на карте;

          привязка местоположения лесосеки на местности, разметка на технологической карте трелёвочных волоков и мест расположения складов древесины;

          привязка противопожарных вышек.

          контроль за работой транспорта предприятия (контроль за расходом топлива, направление движения, установка маршрута движения, контроль за водителем (оператором),  контроль исправности агрегатов, связь водителя с диспетчером);

          контур участка леса (либо любого другого объекта) из приёмника через обменный текстовый файл автоматически вводится в ГИС лесничества или лесхоза. План лесосеки или другого лесного участка автоматически формируется в ГИС. При необходимости проводится привязка снятых объектов к квартальным просекам для корректировки расположения объектов.

Рис. 11. IMG_3633.JPG

Рис. 11.


       6.      Использование средств спутниковой связи

       Использование средств спутниковой связи в охране лесов от пожаров можно разделить на следующие направления:

          дальняя связь групп пожаротушения с диспетчерским пунктом и с лесничеством с применением мобильных терминалов;

         мобильные комплексы в составе штабных автомашин для выхода в Интернет из района лесного пожара (штабы тушения или руководитель тушения крупного лесного пожара) с целью получения сведений от информационных систем дистанционного мониторинга, а также для организации сеансов видеоконференцсвязи.

Рис.12.Штабная машина.jpg

Рис. 12. Мобильная оперативная группа для организации штаба по тушению лесного  пожара (Ясень-МОГ). На крыше антена спутниковой связи VSAT