Дистанционное зондирование лесов

В основе современных методов изучения лесов лежат аэро- и косми­ческие съемки. Они применяются в России соответственно с сере­дины 20-х и с 70-х годов. Разработаны и внедрены в практику лесного хозяйства различные технологии изучения и оценки состояния лесов в зависимости от их структуры, степени освоенности, требований к точ­ности картографических и таксационных материалов.

В распоряжении специалистов материалы АКС в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном, радио- и СВЧ-диапазонах с разрешением на местности от 0,1 м до 1000 м.

При выборе средств и методов получения информации решается практически оптимизационная задача: минимум затрат труда (особенно в лесу) и средств — максимум необходимой информации по объему и ка­честву. При этом стремятся, чтобы материалы дистанционного зондирования обеспечивали получение основного объема информации, а наземные обследования проводились лишь в тех случаях, когда полнота получаемой дистанционными средствами информации недостаточна.

Основные направления использования данных ДЗЗ в лесном деле:

- государственная инвентаризация лесов;

- лесоустройство;

- контроль за предпожарной обстановкой по лесу;

- охрана лесов от пожаров;

- контроль за порядком лесопользования и лесовосстановления;

- лесопатологический мониторинг и экологические исследования.

Космическую съемку выгоднее применять для решения задач, требующих оперативности и регулярности выполнения (ГИЛ; лесоустройство в трудно доступных и удаленных районах; наблюдение за пожарной обстановкой и очагами пожаров; мониторинг незаконных рубок и нарушений в пределах охраняемых территорий);

Аэросъемка имеет преимущества при составлении детальных крупномасштабных карт (М = 2000 - 10000) на относительно небольшие территории в районах интенсивного использования лесов.

Многозональные изображения с разрешением 1-2 м и лучше, с возможностью стерео наблюдения, получаемые со спутников: «Ресурс-П 1,2»; «Канопус-В» (Россия); GeoEye-1,2; WorldView- 1,2,3; IKONOS (США); CARTOSAT-2B (Индия); SPOT-5,6,7 (Франция); TH-1-1; TH-1-2 (Китай) и др. позволяют выявить даже незначительные изменения в лесном покрове и заменить аэросъемку. Размеры одной сцены – от 15х15 км до 27х27 км.

Снимки разрешением от 2,5 м до 10 м без возможности стереосъемки со спутников Pleiades-1A,1В (Франция); группировка RapidEye (Германия), SPOT-5,6,7 (Франция) и др. значительно дешевле (1-2$ за 1 км²), имеют большой размер сцены (кадра) – несколько десятков км. Пространственное разрешение 2,5-5 метров при радиометрическом разрешении не менее 10 бит позволяет дешифрировать лесосеки и их границы, магистральные и пасечные волоки (технологические коридоры), лесовозные усы, погрузочные площадки, лесные дороги. При этом выделяются 90-95% сплошных и выборочных рубок высокой интенсивности.

Снимки разрешения (10–30 м) являются многоканальными, используются для определения породного состава лесов при ГИЛ и обновлении материалов лесоустройства, при создании генерализованных карт в масштабах — 1:100000, 1:50000. Территория целой области или республики обычно может быть покрыта всего несколькими сценами Landsat размером 185x185 км. При этом для данных Landsat, разработано множество алгоритмов автоматической обработки.

Для обнаружения пожаров в лесах используют спутники среднего и низкого разрешения (250-1000м): КА Aqua и Terra с аппаратурой MODIS – полоса съемки 2300 км с разрешением 250-1000м, имеет 36 спектральных каналов с 12-битным радиометрическим разрешением в видимом, ближнем, среднем и дальнем инфракрасном диапазонах, периодичность съемки 2 раза в сутки позволяет выполнять оперативное автоматизированное выявление очагов лесных пожаров размером вплоть до десятков квадратных метров.

В космических системах ДЗЗ используют такие диапазоны электромагнитного излучения, как ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный, микроволновый и радиодиапазон.

Ультрафиолетовый диапазон (0,3-0,38 мкм) применяют для оценки состояния растений и водоемов, а так же для определения распространения малых газовых примесей и озона в атмосфере.

Видимый диапазон (0,38-0,74 мкм) и ближний инфракрасный диапазон (0,74-2,50 мкм) широко используют для съемок лесных массивов как в панхроматическом, так и мультиспектральном режиме. При изучении состояния лесов, их картографировании эффективно применяются снимки в крайней красной зоне видимого спектра (длина волны – 0,7-0,75 мкм) и в ближнем инфракрасном диапазоне (0,78-0,88 мкм, 0,9-1,05 мкм).

Анализ спектральных яркостей в отдельных каналах, а также интерпретация синтезированных изображений дают информацию не только о состоянии растений, но и об их заражении (вредными выбросами, нитратами, другими токсикантами), о поражении леса вредителями.

участка Для минимизации влияния на радиометрические свойства полога растительности оптических свойств почв, освещения, сезонности и атмосферных эффектов используются вегетационные индексы NDVI.

В большинстве индексов используется красный канал, который связан с поглощением света хлорофиллом, и ближний инфракрасный канал, который показывает густоту растительности и её видовой состав.

Тепловой диапазон (4 мкм — 16 мкм) дает информацию о тепловом поле ландшафта. Тепловая съемка может использоваться для выявления больных, поврежденных и сухостойных деревьев, выявления лесных и торфяных пожаров.

Микроволновый, СВЧ диапазон (1 мм — 1 м) дает информацию о топографических характеристиках территорий и акваторий, запасах влаги в почве и листве растений, воздействии на растения промышленных выбросов.

Радиодиапазон (1 мм — 1 м) предоставляет специфическую информацию о подстилающей поверхности и о пологе леса, поволяет разделять участки леса вплоть до таксационных выделов, по высоте и сомкнутости древостоя, выявлять редколесья, гари, вырубки различного типа. Радиолокационная съемка может проводиться при любых погодных условиях и в любое время суток.