Система аэрокосмического мониторинга лесов базируется на. развитой технической базе, позволяющей в требуемые сроки получать, анализировать и предоставлять пользователям необходимую информацию.
Основу такой базы образуют средства дистанционного зондирования и наземной обработки первичных материалов. Совокупность указанных технических средств, баз данных и соответствующего методического и программного обеспечения представляет собой аэрокосмическую лесохозяйственную ГИС.
Уровень развития современных средств дистанционного зондирования и обработки сведений о природных объектах позволяет создать комплексную автоматизированную систему, способную эффективно решать задачи контроля за динамикой лесов и осуществлять функции сбора, анализа, интерпретации, размещения в банках данных, корректировки и выдачи по запросам специальной информации в виде различных тематических карт, диаграмм и других документов.
Получение материалов дистанционного зондирования лесных земель обеспечивается авиационными и космическими бортовыми съемочными системами (фотографическими, сканирующими, телевизионными, ИК-тепловыми, радиолокационными, радиометрическими, спектрометрическими), а также аэро- и космическими визуальными наблюдениями.
Для эффективного решения задач мониторинга лесов требуется однозональная и многозональная съемочная информация с пространственным разрешением от сотен метров до нескольких метров и даже сантиметров. Это обусловливает необходимость применения для дистанционного зондирования лесных земель различных космических и авиационных носителей, оснащенных сложной съемочной аппаратурой.
Вместе с тем основной объем информации о лесах, получаемой с ИСЗ и других KJIA, должен иметь пространственное разрешение в пределах 5-20 м. Информация с пространственным разрешением в сотни метров позволяет решать весьма ограниченный круг задач, связанных с оценкой синоптической обстановки и пожарной опасности на значительных территориях лесного фонда (изучение особенностей схода и образования снежного покрова, фенологического состояния растительности, грозовой и конвективной облачности и т.д.), а также с мелкомасштабным картографированием и выявлением (регистрацией) площадей крупных лесных гарей.
В большинстве случаев аэрокосмические съемки необходимо проводить в нескольких областях электромагнитного спектра. Однако при выполнении ряда видов работ (в частности, для инвентаризации древесно-кустарниковой растительности пустынь, оценки синоптической обстановки, определения контуров вырубок и других площадных контрастных изменений) многозональные (спектрозональные) съемки не имеют серьезных преимуществ перед однозональными (в заданном интервале электромагнитного спектра). Вместе с тем число зон (каналов) при многозональных съемках, как правило, невелико (2-3), хотя использующиеся для решения конкретных задач зоны могут не совпадать. Выбор интервалов электромагнитного спектра, в значительной мере зависящий от характера изучаемых объектов и сезона съемок, должен осуществляться экспериментальным путем. Доказано, что наибольший объем информации о состоянии лесов позволяют получать съемки в зеленой, красной и ближней инфракрасной областях электромагнитного спектра.
При использовании фотографических систем многозональные съемки выполняются многозональными камерами или на спек- трозональных пленках. Для решения ряда задач в производственном масштабе предпочтительнее применять спектрозональные пленки, поскольку при этом облегчается процесс инструментально-визуального дешифрирования изображений без существенного снижения качества интерпретируемой тематической информации.
Важное значение имеет оперативность получения аэрокосмической информации. В отдельных случаях, например, для обеспечения эффективной охраны лесов от пожаров, лесохозяйственные органы должны получать информацию с периодичностью в несколько часов (по крайней мере не реже двух-трех раз в сутки). Подобная оперативность съемок может быть достигнута либо при условии использования сканирующих (телевизионных) систем, разрешенных на геостационарных орбитах и позволяющих передавать информацию на приемные пункты по радиоканалам, либо при условии проведения операторами визуальных наблюдений с борга самолета (вертолета, мотодельтоплана) или космического корабля (орбитальной станции).
Для решения некоторых задач (анализ последствий лесных пожаров, контроль за лесопользованием, изучение природно- антропогенных процессов на территории лесного фонда, сани- тарно-лесопатологическая оценка лесных экосистем и т.д.) периодичность получения информации может составлять 1-6 месяцев. Поэтому в подобных случаях возможно применение и сканирующей (телевизионной), и фотографической съемочной аппаратуры. Однако, как показывает практика, вероятность выполнения качественных фотографических съемок с КЛА конкретных территорий значительно ниже (в силу меньшей продолжительности нахождения ИСЗ на орбите и ограниченности бортовых запасов фотопленки), чем сканерных съемок с оперативных ИСЗ. Кроме того, при прочих равных условиях сканирующим съемочным системам должно быть отдано предпочтение, если обработка поступающей информации осуществляется автоматизированными методами.
Для успешного проведения мероприятий по инвентаризации и картографированию лесных ресурсов, контролю за динамикой лесовозобновления достаточна относительно невысокая периодичность съемок (до нескольких лет). Поэтому в подобной ситуации преимущество должно отдаваться наиболее детальной и экономичной информации, а оперативность ее получения не столь существенна.
Наряду с разработкой методических вопросов дистанционного зондирования и формулировкой теоретических основ аэрокосмического мониторинга лесов большое внимание в настоящее время уделяется решению проблем, связанных с модернизацией технологий исследования лесных экосистем и оценкой их состояния. К числу наиболее актуальных задач относятся инвентаризация и тематическое картографирование лесных ресурсов, охрана лесов от пожаров, контроль за лесопользованием, учет текущих изменений в лесном фонде.
Оптимизированы методы создания на ландшафтной основе по материалам многозонального фотографирования с KJ1A серии сопряженных мелкомасштабных (1:200000-1:1000000) карт: лесного и лесоэксплуатационного фондов, геоботанических, сани- тарно-лесопатологических, почвенных, лесотипологических, ле- сопирологических, гидрологических типов местообитаний, охотоведческих и др.
Картографирование лесных земель с помощью новых методов весьма эффективно как с точки зрения общей рентабельности работ, так и в плане повышения качества и информативной емкости картографических материалов. Составлены карта лесного фонда МНР (масштаб 1:1000000), карты лесной растительности и типов лесных насаждений западного участка БАМа. Завершена подготовка к изданию серии сопряженных тематических карт Ангаро-
Енисейского региона (масштаб 1:1000000), предназначенных для планирования народного хозяйства, уточнения генеральной схемы развития производственных сил, осуществления мероприятий по рациональному использованию земель, охране природы и т.д. (Сухих, 1990).
Значительные успехи достигнуты в области разработки и внедрения в практику лесного хозяйства новых методов инвентаризации и крупномасштабного (1:50000-1:100000) картографирования лесных угодий, направленных на выявление лесосырьевых ресурсов и оценку биологической продуктивности природных комплексов. Активно применяются фотостатистические методы инвентаризации и картографирования лесов северных и северно- восточных районов страны и древесно-кустарниковой растительности аридных и семиаридных зон.
Разработаны и широко используются методы учета текущих изменений в лесном фонде, вызванных деятельностью человека (в частности, вырубкой лесов, строительством, добычей полезных ископаемых), лесными пожарами и другими факторами. Мелкомасштабное картографирование и инвентаризация лесных угодий, учет текущих изменений в лесном фонде базируются на интерпретации материалов спектрозонального (многозонального) фотографирования с ИСЗ серии «Космос» и ДОС «Мир» (пространственное разрешение 5-20 м), а также сканерных съемок высокого разрешения с различных КЛА.
В настоящее время в производственной практике широко применяется многозональная сканерная информация, получаемая . с ИСЗ серии «Метеор» и используемая для анализа динамики снежного покрова, оценки синоптической обстановки, изучения грозовой и конвективной облачности, контроля за развитием крупных лесных пожаров. Эта информация позволяет более целенаправленно и комплексно планировать и осуществлять тактические и стратегические мероприятия по охране лесов от пожаров.
В стадии опытной и производственной апробации находится ряд других перспективных методов исследования и оценки состояния лесов, базирующихся на применении космической информации. В их числе методы актуализации данных лесоустройства в таежных районах страны, контроля за лесопользованием,
анализа динамики лесовозобновления на гарях и вырубках, инвентаризации полезащитных насаждений и оленьих пастбищ, наблюдения за эксплуатацией пастбищ в пустынных и полупустынных областях, планирования гидромелиоративных мероприятий, регистрации экологических изменений, вызываемых предприятиями нефтегазодобывающей промышленности, автоматизированного составления и вычерчивания планов и карт лесных территорий. Определен и обоснован перечень главных задач лесного хозяйства, решение которых возможно и целесообразно на базе интерпретации данных дистанционного зондирования, особенно с KJIA. Применительно к каждой задаче конкретизированы требования к материалам дистанционного зондирования с точки зрения параметров пространственного спектрального разрешения, оперативности и периодичности, комплексирования ступеней наблюдения.
Решение всех главных задач лесного хозяйства с помощью аэрокосмического мониторинга базируется на применении современных средств аэрокосмической, оптикоэлектронной и вычислительной техники наряду с автоматизированными методами анализа и обработки аэрокосмической, картографической и статистической информации. Система аэрокосмического мониторинга в принципе позволяет выявлять изменения, возникшие в лесном фонде за межучетный период (вырубки, гари, строительные площадки, карьеры, транспортные магистрали, каналы, поврежденные насаждения и т.д.).
Возможности распознавания по космическим снимкам экологических трансформаций, антропогенных объектов и ландшафтных характеристик основаны на спектральных различиях между безлесными участками и лесопокрытыми районами с преобладанием тех или иных древесных пород. Высокая разрешающая способность снимков (5-10-20 м) позволяет также определять параметры ряда площадных изменений (например, вырубок), особенности их распределения на территории кварталов (лесничеств), соответствие методов заготовки древесины, строительства дорог и других элементов инфраструктуры действующим правилам и нормативам.
Для выявления и оценки изменений в лесном фонде предусмотрен совместный анализ космических снимков, картографической и таксационной информации в интерактивном режиме. Это даег возможность достоверного определения и классификации экологических трансформаций, оперативной регистрации случаев нарушения порядка лесопользования или освоения лесных ресурсов, эффективной оценки состояния лесных насаждений и позволяет внести необходимые коррективы в картографические и таксационные материалы, хранящиеся в банках данных.
В целях своевременного обновления картографической и таксационной информации и нанесения данных об антропогенных изменениях лесного покрова на лесные карты и лесоустроительные планшеты требуется точная привязка космических изображений. В настоящее время эта задача решается в интерактивном режиме по опорным точкам, фиксируемым на снимках и картографических материалах.
Вопросы для самоконтроля
1. Что понимается под дистанционными методами мониторинга лесных экосистем?
2. Каким образом должен осуществляться сбор данных в рамках аэрокосмического мониторинга лесов?
3. Что понимается под геоинформационной системой?
4. Какие задачи решаются с помощью методов аэрокосмического мониторинга лесов?
5. Что составляет техническую базу аэрокосмического мониторинга лесов?
6. Из чего состоит алгоритмическая структура автоматизированной системы контроля за лесопользованием?
7.Опишите схему ведения непрерывного лесоустройства.
