Защитники леса используют данные дистанционного зондирования Земли для работ в рамках нацпроекта "Экология"

Каждое второе воскресенье марта геодезисты и картографы России отмечают свой профессиональный праздник. Уже третий год его по праву считают своим и специалисты отдела дистанционных наблюдений и геоинформационных систем (ДН и ГИС) филиала ФБУ "Рослесозащита" - "ЦЗЛ Республики Коми". Отдел был образован в 2018 году, основными задачами отдела являются планирование, координация и консультационно-методологическое обеспечение работ по дистанционным наблюдениям, создание картографических материалов и подготовка справочно-аналитических материалов, которые используются для проведения работ по государственному лесопатологического мониторингу (ГЛПМ) и государственному мониторингу воспроизводства лесов (ГМВЛ).

Лес представляет собой единый живой организм и любые изменения в этой отлаженной системе оставляют наглядные последствия. По вине нерадивого "хозяина жизни" в лесу ведутся бесконтрольные вырубки, происходят техногенные чрезвычайные ситуации, пожары… Все это не лучшим образом влияет на состояние леса и уменьшение площади земель, покрытых лесом. Исправить создавшееся положение в лесном хозяйстве России нацелена работа федерального проекта "Сохранение лесов" в рамках нацпроекта "Экология". Развитие науки позволяет современному человеку без огромных экономических и энергетических затрат выявлять объекты, требующие восстановления и изменения в древостое, дистанционно. Наблюдения за лесом специалисты осуществляют по материалам дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) - данным аэрофотосъёмки и космической съёмки. Космической съёмкой занимаются разнообразные организации государственного и частного сектора. В России основным поставщиком снимков выступает Роскосмос. Сейчас на орбите Земли действуют более 170 российских спутников. «Общая потребность Рослесхоза и его подведомственных учреждений в материалах ДЗЗ обеспечена по итогам 2018 года на 70%» – отметил экс-глава Рослесхоза Иван Валентик.

Существует два направления получения пространственной информации о земной поверхности из космоса: съёмка в видимом и инфракрасном диапазонах длин электромагнитных волн (оптико-электронные системы) и съёмка в сантиметровом радиодиапазоне (радарные системы). Космические снимки находятся в открытом доступе на сайте Earth Explorer и подобных ресурсах, где любой желающий может посмотреть или скачать снимки, сделанные с аппаратов Sentinel и Landsat. Они имеют среднее пространственное разрешение (1 пиксель перекрывает от 100 до 6 м2 поверхности Земли) и подходят для глобального анализа. Космические снимки высокого разрешения (отечественные аппараты Канопус-В, Ресурс-П, где 1 пиксель перекрывает от 6 до 0,5 м2) являются данными ограниченного распространения и позволяют наблюдать гораздо более детальную картину.

Работа специалистов отдела начинается с получения государственного задания. Затем для объектов исследования подбираются снимки летнего и зимнего периодов нескольких лет. Из полученных материалов создаются мультивременные композитные тематические снимки и проводится их автоматизированный и визуальный анализ. Результатом работ станут как картографические материалы, так и документальные повыдельные ведомости участков, требующих лесовосстановления.

Материалы ДЗЗ специалисты получают, в основном, в виде мультиспектральных изображений – это уже разделенные на множество спектров изображения, таких как ультрафиолетовый, инфракрасный и другие спектры. Для выполнения определённых задач цвета изображения могут быть изменены на «ложные» и лес окрашивается в оттенки красного, что позволяет увидеть, где древостой имеет малую плотность, где недавно была вырубка, а где был пожар или ветровал. Также возможно использование данных радаров. Ранее они использовались для нахождения созданных человеком объектов, сейчас их стали использовать для создания топографических карт и наблюдений за лесными массивами. Радар исследует землю посредством излучения микроволновых сигналов (радиоволн) и улавливанием отражённых сигналов. По данным  радаров можно узнать о высоте древостоя, его положения в пространстве и построить трёхмерную модель. Погодные условия, такие как облачность и освещённость, не влияют на данные, получаемые от радаров, но есть и минусы: низкая точность, невозможность узнать цвет объекта и установить тип объекта, непереносимость помех и т. д. Наряду с использованием радара используется лидар, излучающий сигнал и принимающий его отражение в другом волновом диапазоне. Нарушить работу лидара могут слоистые облака и проливной дождь из-за слабой проникающей способности излучения, но, тем не менее, с помощью данной технологии можно построить трехмерную модель леса, узнать высоту деревьев, плотность полога и количество деревьев на единице площади. Многоразовые снимки одних и тех же участков леса позволяют провести анализ многолетних и сезонных изменений древостоя. Используются в работе картографов и данные стереофотографии – изображений, создающих иллюзию объёма. Эта информация требуется для получения количественных данных о деревьях.

Несмотря на высокий уровень развития технологий ДЗЗ, сохраняется необходимость в наземной проверке данных, полученных со спутника, потому что из космоса практически невозможно заглянуть ниже верхнего яруса древостоя. Тут на помощь приходит старый добрый опыт работы на местности. На конкретных участках специалисты Центра защиты леса проводят сбор таксационных показателей, классификацию повреждений и верификацию данных, полученных с помощью ДЗЗ.

Выполняемая отделом ДН и ГИС работа позволяет эффективно повысить продуктивность лесного хозяйства путем предварительного выявления объектов интереса и нанесения их на картографические материалы. Это снижает трудозатраты на ГЛПМ, ГМВЛ и инвентаризацию лесов, позволяет прогнозировать развитие ситуации, собрать целостную картину леса со всеми его параметрами, что сокращает количество командировок специалистов и увеличивает скорость проведения работ в лесу.

Никифорук А.П.
Инженер отдела ДН и ГИС филиала ФБУ «Рослесозащита» – «ЦЗЛ Республики Коми».