Лесные новости с орбиты

текст: Дмитрий Голубев, Елена Быкова-Сашко, Елена Шилкина, фото: : пресс-служба Центра защиты леса Красноярского края, архив отдела ДЛПМ и ГИС

199
Дмитрий Голубев, начальник отдела ДЛПМ и ГИС филиала ФБУ «Рослесозащита» – «Центр защиты леса Красноярского края»

В конце сентября 2018 года в СибГУ им. М. Ф. Решетнева состоялись «Дни Роскосмоса», в которых приняли участие сотрудники филиала ФБУ «Рослесозащита» – «ЦЗЛ Красноярского края». В эти дни в Красноярск со всей страны съехались студенты и молодые ученые, работники высших учебных заведений, специалисты предприятий ракетно-космической отрасли, действующие космонавты. Сотрудники Центра защиты леса Красноярского края наглядно представили на выставочном стенде, каким образом космические технологии помогают осуществлять деятельность по борьбе с лесными вредителями.

Центр защиты леса одним из первых в России начал использование ГИС-технологий в сфере лесного хозяйства и в настоящий момент обладает весомым опытом в данном направлении, позволяющим осуществ­лять консультационную и экспертную дея­тельность на безвозмездной и возмездной основах. В настоящее время методы дистанционных наблюдений поверхности Земли с использованием космической съемки и применение геоинформационных систем (ГИС) надежно укрепили свою позицию в лесном хозяйстве, в том числе с целью организации и ведения государственного лесопатологического мониторинга в связи с потребностью эффективного сбора, обобщения и оценки разнообразных источников информации, многие из которых имеют пространственную привязку.

Демонстрация деятельности отдела ДЛПМ и ГИС в рамках мероприятия «Дни Роскосмоса» в Красноярске, 2018 год
Зам. руководителя Федерального агентства лесного хозяйства Панфилов А. А. и директор ЦЗЛ Красноярского края Солдатов В. В.

 

 

 

 

 

 

 

ГИС в структуре ФБУ «Рослесозащита»

В настоящее время в структуре ФБУ «Российский центр защиты леса» действуют 9 отделов дистанционного лесопатологического мониторинга (ДЛПМ): в Московской, Томской, Иркутской, Новгородской областях, Красноярском, Забайкальском, Хабаровском краях, Республиках Бурятия и Коми. Объектами для ДЛПМ являются районы со сложной лесопатологической ситуацией, в которых площади пунктов наблюдения, требующих обследования, превышают возможности наземных работ.

Благодаря использованию космической съемки возможно определять породный состав лесов, выявлять участки повреждения и гибели лесных насаждений, определять их границы, составлять схемы поврежденных насаждений, проводить ежегодный мониторинг площади погибших лесов и единовременную оценку их площади, выявлять и прог­нозировать неблагоприятные явления, влияющие на лесные массивы (вредители, болезни, иссушение, пере­увлажнение и др.), для учета этих процессов при планировании лесного природопользования, оценивать эффективность проводимых санитарно-оздоровительных мероприятий по результатам обследований (рис. 2).

Дистанционным лесопатологическим мониторингом на территории Красноярского края и еще 10 субъектов Российской федерации (рис. 3) занимаются сотрудники отдела ДЛПМ и ГИС филиала ФБУ «Рослесозащита» – «Центр защиты леса Красноярского края». Все сотрудники отдела имеют специализированное образование в области обработки данных ДЗЗ и гео­информационных систем. Приоритетным направлением деятельности отдела является мониторинг очагов вредителей лесных насаждений и послепожарной обстановки. План проведения дистанционных наблюдений на 2018 год составил 31 млн га. В труднодоступных районах лесного фонда на территории Красноярского края и прилегающих субъектов ДЛПМ является одним из основных источников информации о состоянии лесов.

Рисунок 2. Основные типы повреждений лесов, детектируемые по данным ДЗЗ (пожары, повреждения насекомыми-вредителями, ветровалы, буреломы)

Однако, не смотря на все возможности применения материалов космосъемки и их ценность, дистанционная оценка лесопатологического состояния – это наименее разработанный этап системы своевременного обнаружения опасных отклонений в санитарном состоянии лесов, что связано как с качеством исходных материалов аэрокосмической съемки, так и с методами лесного дешифрования (распознавания изображенных объектов и установления их количественных и качественных характеристик).

На сегодняшний день не существует спутника, изображения с которого имели бы пространственное, временное и спектральное разрешение и производительность, позволяющие разом решать все задачи мониторинга состоя­ния насаждений. На практике обычно приходится использовать набор разных данных, руководствуясь требованиями точности оценки площади и состояния насаждений, оперативности обработки информации, затрат на приобретение и обработку данных.

В зависимости от поставленной задачи и конечного результата, основными источниками данных ДЗ являются снимки, поставляемые спутниковыми системами MODIS, Landsat, Rapid Eye, SPOT5, Sentinel, Канопус-В, Ikonos, WorldView-2, GeoEye, Ресурс-П.

Все многообразие известных подходов к выявлению изменений в лесах (выявление самого повреждения, установление причины, оценка площади и возможной динамики) с использованием данных спутниковых наблюдений основано на сопоставлении разновременной информации. На данный момент сотрудниками отдела ДЛПМ и ГИС-технологий ЦЗЛ Красноярского края разработана методика автоматизированного дешифрирования с элементами визуального контроля результатов по снимкам высокого разрешения, которая позволяет с вероятностью в 75–80% обнаруживать поврежденные участки.

В процессе отбора и обработки снимков за период «до» и «после» зафиксированных изменений, важно учитывать несколько моментов, от которых зависит точность результатов. Во-первых, это пространст­венное разрешение. Важно, чтобы анализируемые снимки имели равный размер пикселя либо были приведены к единой размерности методами коррекции. Кроме того, обычно крона одного дерева меньше размера пикселя, поэтому часто происходит смешение спектральных характеристик здоровых и поврежденных деревьев, снижающее контрастность изменений. Поэтому мозаичные, неоднородные повреждения нуждаются в снимках более высокого разрешения.

Рисунок 3. Зона ответственности филиала ЦЗЛ Красноярского края по дистанционному лесопатологическому мониторингу

Во-вторых, возможности выявления поврежденных участков неодинаковы в разных экосистемах в течение года из-за сезонной динамики спектрально-отражательных свойств различной растительности. К примеру, для обнаружения новых объектов невозможно использовать зимние снимки, так как безлесные объекты (вырубки) неотличимы от покрытых снегом заболоченных от­к­рытых участков местности и участ­ков пойм рек. Оптимальный срок проведения съемок для детектирования пожаров – август-сентябрь, когда на снимке видны результаты весенних и летних пожаров, а в древесном пологе уже просматривается свежий сухостой текущего года. При повреждении насаждений хвоелистогрызущими насекомыми часто сразу же после повреждения начинается процесс восстановления лист­вы (хвои). В этой ситуации оценить степень повреждения можно только по снимкам на пике объедания, поэтому при возможности необходимо использовать снимки дважды в сезон с учетом весенней и летней подгрупп вредителей: в конце мая-июне и в августе-сентябре. В массивах, повреждаемых стволовыми вредителями, требуется максимально быстрое выделение поврежденных участков, пока санитарно-оздоровительные мероприятия в них могут быть эффективны, поэтому необходимо введение в работу нескольких снимков непрерывной съемки.

Кроме того, для выявления многих типов повреждений, особенно в районах, где экономически целесообразно проводить санитарно-оздоровительные мероприятия и борьбу с вредителями, необходимо применение оперативных спектрозональных данных разрешением выше 10 м. К сожалению, такие данные не столь доступны, как Sentinel и Landsat, однако для регионов с наиболее сложной лесопатологической ситуацией их закупка оправдана, так как использование при лесохозяйственном планировании точных и актуальных данных о повреждении лесов, полученных с помощью космической съемки – это один из наиболее эффективных способов снижения экономического, социального и экологического ущерба от болезней и вредителей лесов.

Результаты работы

В настоящий момент ЦЗЛ Красноярского края переживает нелегкий период в связи с недавней массовой вспышкой сибирского шелкопряда, обнаруженной в 2015 году методами ДЛПМ в труднодоступных таежных массивах Енисейского района на площади около 21 тыс. га. Очаги увеличивались с колоссальной скоростью, и летом 2016 года по результатам дистанционного зондирования земли уже охватывали 335 тыс. га тайги. Несмотря на все усилия по ликвидации очагов, в 2017 году площадь повреждения вредителем увеличилась до 734,2 тыс. га, а по состоянию на июнь 2018 года составила 855 тыс. га. Сегодня борьба с сибирским шелкопрядом и его последствиями остается главной задачей красноярских лесозащитников, в которой методы ДЛПМ и ГИС играют важную роль (рис. 4).

Второй, но не менее важной и тревожной, задачей отдела ДЛПМ сегодня является мониторинг древесной растительности, поврежденной полиграфом уссурийским, присутствие которого в 2009 году также было выявлено посредством методов дистанционных наблюдений. За эти годы очагам вредителя удалось распространиться на территории 30 лесничеств Красноярского края и поразить территорию государственного природного заповедника

Рисунок 4. Площадь насаждений, поврежденных сибирским шелкопрядом

«Столбы». По данным дистанционных наблюдений и наземных обследований общая площадь повреждений возросла с 8,6 тыс. га в 2009 году до 514 тыс. га в 2018 году (рис. 5).

Рисунок 5. Древостои, поврежденные полиграфом уссурийским в Красноярском крае

Также ежегодное увеличение площади поврежденных и погибших лесов, возникновение и распространение очагов вредных организмов на огромных территориях сопровождаются ростом числа крупных лесных пожаров, накоплением больших запасов фаутной древесины. Это приводит к значительному увеличению притока углерода в атмосферу, что крайне негативно отражается на состоянии экосистемы в масштабах всей Земли. Без использования геоинформационных систем и технологий, данных ДЗЗ, особенно на сибирских просторах, невозможно представить и охватить всю поврежденную территорию и оперативно принять те или иные управленческие решения.

Помимо производственной дея­тельности, отдел дистанционного лесопатологического мониторинга активно вовлечен в научную и просветительскую работу, сотрудничает с научными отделами ГПЗ «Столбы» и «Хакасский», Институтом леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, Сибирским федеральным университетом, Всероссийским институтом повышения квалификации работников лесного хозяйства, Научным центром Оперативного Мониторинга Земли, АО «Российские космические системы», оказывает помощь многим крупным и мелким лесозаготовительным организациям Красноярского края в рамках их хозяйственной деятельности – дешифрирование арендных территорий на предмет их повреждения различными неблагоприятными факторами, составляет приложения к отчетам использования и воспроизводства лесов, разрабатывает специальное программное обеспечение под цели и нужды заказчика. Мы всегда открыты для новых идей, проектов и плодотворного сотрудничества!

Журнал «ЛПК Сибири» №4 / 2018

Автономные отопители Eberspächer - комфортная работа в любой мороз!