CC BY
67
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
1) с увеличением объема программы при неизменных коэффициентах структурной сложности и эффективности тестирования (Кб = wnst; KT = TOnst) надежность ее выполнения падает;
2) при том же объеме программы ее надежность падает с увеличением ее структурной сложности (Кб' > Кб) при том же объеме (эффективности) тестирования (KT = wnst);
3) при том же объеме программы и неизменной структурной сложности (Кб = wnst) ее надежность увеличивается с увеличением объема (эффективности) тестирования (К ' > Кт).
Характер зависимости надежности программы от внешних источников следующий:
1) с увеличением объема обрабатываемых данных nu в и - фазе при фиксированных значениях частости ошибок (P = сопбО и эффективности контроля (г = ransT) для этой фазы надежность обработки программы падает;
2) при том же объеме обрабатываемых данных пи и при той же частости ошибок (Pu = ransT) надежность обработки программы увеличивается с увеличением эффективности контроля (rj > ru);
3) при том же объеме обрабатываемых данных nu и при той же эффективности контроля (ru = = ronsT) надежность обработки программы падает с увеличением частости ошибок в и - фазе (Pu > Pu).
Полученные теоретические модели хорошо согласуются с практикой, с экспериментальными данными и могут быть использованы для инженерных расчетов комплексной надежности СВС на этапе проектирования.
Библиографический список
1. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. - М: Наука, 1969. - 576 с.
2. Липаев, В.В. Отладка сложных программ: методы, средства, технология / В.В. Липаев. - М.: Энергоатомиз-дат, 1993 - 384 с.
ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЛЕСА
И.М. СТЕПАНОВ, проф. каф. вычислительной техники МГУЛ, д-р. техн. наук
На IV Международной конференции, посвященной аэрокосмическим методам и геоинформационным технологиям в лесоведении и лесном хозяйстве (Москва, 17-19 апреля 2007 г.), подведены итоги последних лет работы в этой области и поставлены очередные задачи. Наиболее значительные результаты отмечены в [1].
Получили дальнейшее развитие зарубежные и отечественные космические многоцелевые системы, работающие как в оптическом, так и радиодиапазонах, ориентированные на изучение природных ресурсов Земли. По своему пространственному разрешению некоторые из них практически сравнялись с традиционной крупномасштабной аэросъемкой. Произошли определенные положительные сдвиги в практическом применении материалов аэрокосмических съемок и ГИС-технологий при решении задач лесного хозяйства. Получили дальнейшее развитие аэрокосмические методы в охране лесов от пожаров, базирующиеся на применении ГИС-технологий и данных дистанционного зондирования. Разработана и начинает находить практическое применение система дистанционного лесопатологического мониторинга.
В 2005 г. разработаны и одобрены Советом Федерального агентства лесного хозяйства «Методические рекомендации по дистанционно-
му мониторингу организации и состояния лесопользования в лесном фонде Российской Федерации». На основе их развернуты в зоне основных промышленных лесозаготовок широкомасштабные работы по контролю за соблюдением правил рубок леса и выявлению незаконных рубок.
В 2005 г. работы по контролю за порядком лесопользования проведены на площади около 50 млн га, в 2006 г. - на 100 млн га, в 2007 г. планируется провести мониторинг на площади около 200 млн га, охватив полностью зону промышленных лесозаготовок. Двухлетний опыт работ подтвердил надежность и эффективность метода. В процессе проведения мониторинга выявлены многочисленные случаи нарушений лесного законодательства и правил организации и осуществления лесопользования.
Одной из приоритетных задач лесного хозяйства является слежение за своевременным и качественным восстановлением леса на вырубках, гарях и других не покрытых лесом и нелесных землях. Для решения этой задачи в 2006 г. были разработаны рекомендации по организационно-функциональной структуре системы дистанционного мониторинга лесовосстановления. Необходимо ее производственное апробирование и внедрение в практику.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
157
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Одной из новых отраслевых задач первостепенной важности является разработка методических основ государственной инвентаризации лесов. Лесным кодексом определено, что «государственная инвентаризация лесов представляет собой мероприятия по проверке состояния лесов, их количественных и качественных характеристик». Она должна проводиться в отношении лесов, расположенных на землях лесного фонда и землях иных категорий, наземными и аэрокосмическими способами. При этом, несомненно, исходя из площади лесов и их труднодоступности приоритетными средствами и методами должны стать аэрокосмические.
Необходимо дальнейшее развитие методологии применения аэрокосмических методов при инвентаризации и картографировании лесов. Прежде всего следует изменить отношение к использованию материалов аэрокосмических съемок со стороны руководителей лесоустроительных организаций, начальников партий, таксаторов и в полной мере использовать их информационные возможности, а не так, как это имеет место во многих случаях сейчас, когда снимки используются в качестве подсобного материала для визуального контурного и упрощенного таксационного дешифрования. При этом исполнители нередко работают, как уже отмечалось, с некачественными ксерокопиями снимков. При работах как в полевых, так и камеральных условиях должны использоваться лишь снимки высокого технологического качества соответствующего пространственного, спектрального и временного разрешения. В максимальной степени должны использоваться при дешифрации измерительные (автоматические, интерактивные) методы с использованием соответствующих современных приборов и средств компьютерной техники.
Для ускорения широкого внедрения космических технологий мониторинга лесов в практику лесного хозяйства, на всех уровнях его управления поставлена задача создания общедоступной отраслевой глобальной сети космического мониторинга леса. В узлах сети находятся центры космического мониторинга леса: главный центр и региональные центры. Связь пользователей с центрами космического мониторинга леса осуществляется через интернет. Таким образом, пользоваться услугами сети космического мониторинга леса можно из любой точки, которая подключена к интернету. Для удобства неподготовленных пользователей форма
обращения к сети упрощенная: задаются лесные массивы или земли лесного фонда своими координатами и задается перечень функционально-тематических задач, которые должны быть решены; пользователю выдаются полученные результаты в удобной для него форме, в виде функциональнотематических карт.
Функционально каждый Центр космического мониторинга леса решает все виды задач мониторинга:
- мониторинг лесных ресурсов и земель лесного фонда;
- лесопатологический мониторинг;
- лесопожарный мониторинг;
- специальные виды лесного мониторинга (в том числе мониторинг состояния лесов в зонах промышленных выбросов, радиационного загрязнения и других факторов);
- мониторинг малоосвоенных лесов;
- мониторинг лесов в рамках выполнения международных программ и соглашений.
Структурно в состав каждого Центра космического мониторинга леса входят отдельные технологические подразделения (технологические центры):
- приема-передачи снимков;
- обработки снимков;
- ГИС-лесокартирования;
- архивации снимков;
- космической лесоинвентаризации;
- подспутниковой валидации;
- консультационно-учебный;
- развития сети.
Ниже рассмотрены назначение и функционирование названных подразделений (центров).
Центр приема-передачи снимков. В настоящее время для мониторинга лесов широко используются спутниковые данные низкого, среднего и высокого разрешения [2]. Лесные службы используют снимки с зарубежных КА: ТЕRRА, Landsat (ETM), SPOT, IRS, ERS(SAR), ENVISAT(ASAR) и снимки с российских КА: «Ресурс-01», «Метеор-ЗМ», «Монитор - Э». Все более широко используются данные детального разрешения зарубежных КА: IKONOS, Quick-Bird, ALOS; российские потребители начали работы с данными КА «Ресурс-ДК». Помимо оптических данных для районов, покрытых облачностью большую часть года, используются данные SAR. Поставкой космических снимков для отечественного рынка занимаются как госу-
158
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
дарственные (ФГУП НЦ КМЗ, Госцентр «Природа»), так и коммерческие организации (ИТЦ Ска-нэкс, Совзонд и др.)
Выбор нужного спутника, выбор системы дистанционного зондирования Земли довольно сложная задача. Это объясняется тем, что помимо технических характеристик: разрешающей способности, траектории спутника, периодичности прохождения над заданным участком леса и др. параметров, необходимо учитывать высокую стоимость снимков. В связи с этим предполагается, что центр приема-передачи снимков будет выполнять работу по обслуживанию пользователей в выборе наиболее подходящих спутников. Наилучший вариант для пользователей такой, при котором пользователю достаточно задать координаты интересующего его участка леса и определить функционально-тематическую задачу.
Центр обработки снимков. К настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработано большое количество различных по своим возможностям и по тематической направленности программ обработки сигналов.
Основной вклад в разработку программ внесли отечественные организации ИТЦ Сканэкс, ЗАО «Совзонд», «Ракурс», ФГУП НЦ КМЗ. Большой вклад в создание методов обработки космических снимков внесли организации Рослесхоза (ВНИИЛМ, «Центрлеспроект», «Севзаплеспро-ект», «Запсиблеспроект»), академические институты (ИКИ РАН, ИРЭ РАН, ЦЭПЛ РАН, ИЛ СО РАН), вузы (МГУЛ, СПбЛТА, МарГТУ).
Центр обработки снимков имеет доступ ко всем этим программам. В задачу центра входит выбор наиболее подходящих методов и программ из всего их многообразия для обработки снимков заданного пользователем участка леса, обработка этих снимков и выдача результатов в центр ГИС-картографирования для преобразования этих результатов в удобную для пользователя картографическую форму.
Одним из главных направлений работы центра обработки снимков станет разработка методов и средств максимально возможной программной автоматизации дешифрования снимков. В перспективе необходимо все работы по дешифрации снимков переложить на программы и освободить человека от визуальной обработки снимков, т.к. человек всегда вносит ошибки субъективного характера. Результаты дешифрования снимков должны быть объективными.
Центр ГИС-картографирования. Задача центра заключается в преобразовании результатов дешифрации снимков в удобную для пользователя картографическую форму.
В настоящее время на лесоустроительных предприятиях разработаны и внедрены различные типы ГИС [3]: «ЛУГИС» (ФГУП «Севзаплес-проект»), «ЛесГИС» (ФГУП «Запсиблеспроект»), Topol (ФГУП «Центрлеспроект») и др.
Выбор формы представления результатов производится центром по согласованию с заказчиком. В будущем формы будут стандартными.
Перспективными направлениями развития ГИС-технологий в лесоустроительных предприятиях являются:
- активизация дистанционных данных о лесном фонде;
- применение точных методов трансформирования снимков на основе цифровых моделей рельефа и цифровых стереомоделей;
- разработка единой автоматизированной системы обработки лесоустроительной информации (СОЛИ «РОССИЯ»), совмещенной с цифровой картографией;
- создание нормативно-правовой базы стандартизации, аттестации и сертификации геоинформационной продукции;
- совершенствование программного обеспечения для компьютерной поддержки ведения отдельных направлений лесного хозяйства (лесовосстановление, охрана, и защита леса и т. п.), разработка программ по охотоустройству и парколесоустройству;
- создание многофункциональных программ обеспечения, позволяющих обеспечить поток агрегированной информации о лесном фонде для нужд административно-управленческих структур различного уровня.
Центр архивации снимков. Архивация снимков необходима для оценки состояния лесов и динамики изменения этого состояния на заданном интервале времени.
Для архивации снимков в ИКИ РАН разработана специальная система ведения долговременных архивов данных, которая обеспечивает возможность максимально автоматизированного сбора, предобработки данных, организации их удобного хранения и выборки для проведения обработки и анализа.
В центре архивации снимков для каждого пользователя создается своя база данных долго-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
159
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
временного хранения снимков заданного участка леса. Информация из этой базы используется для оценки изменения состояния заданного участка леса на заданном интервале времени.
Обращение к базе данных и обработка данных реализуется программами центра архивации снимков, результаты обработки выдаются пользователю в удобной для него форме.
Центр космической лесоинвентаризации. Задача лесоинвентаризации относится к функционально-тематическим задачам, но в силу ее важности создается отдельный центр. Государственная лесоинвентаризация основана на сочетании использования наземных средств и дистанционных аэрокосмических методов. Центр космической лесоинвентаризации отвечает за космическую часть. Основой государственной инвентаризации лесов является мониторинг состояния лесов: оперативное отслеживание и регистрация текущих изменений в состоянии лесного фонда, лесопатологического состояния, анализ динамики основных характеристик, отображающих изменения в состоянии земель лесного фонда, составление прогнозов изменения состояния, вызванных хозяйственной деятельностью и стихийными факторами. Задача центра космической лесоинвентаризации заключается в автоматическом сборе космических данных из всех функционально-тематических задач, в которых имеются данные, относящиеся к лесоинвентаризации.
Центр подспутниковой валидации предназначен для экспериментальных наземных измерений исследуемых участков леса и сравнения результатов дешифрирования космических снимков этих участков с результатами наземных измерений. Для валидации снимков отводятся полигоны с характерными типами ландшафтов. Для привязки снимков к координатам Земли используются средства ГЛОНАСС.
Кроме обычных (наземных) видов валидации предполагается разработка методов автоматического программного сравнения космических снимков с более точными аэрофотоснимками и снимками, полученными с помощью беспилотных летательных аппаратов.
Подспутниковая валидация снимков необходима не только для обеспечения высокого качества результатов работы глобальной сети космического мониторинга леса. Средства подспутниковой валидации, являясь средствами государственной сертификации космических снимков
и результатов их дешифрования, придадут новое качество этим снимкам. Снимки и результаты их дешифрования обретут статус государственных документов, обязательных для объективной оценки состояния лесов и их сертификации при государственной инвентаризации лесов.
Центр консультационно-учебный предназначен для предоставления технических консультаций неподготовленным пользователям по проблемам возможностей существующих методов и средств космического мониторинга леса и целесообразности использования этих методов и средств для решения конкретных задач пользователя. В задачи подразделения входит также оказание образовательных услуг в области космических методов мониторинга леса.
В задачи подразделения входит и проведение мероприятий по пропаганде методов космического мониторинга и технической помощи заинтересованным лицам и организациям в использовании этих методов и средств.
Центр развития сети предназначен для проведения работ по совершенствованию состава, структуры и функционирования глобальной сети космического мониторинга леса. Развитие сети будет идти по пути включения новых отечественных и зарубежных разработок в области космического мониторинга леса. Главная цель развития сети заключается в обеспечении высокого качества снимков и результатов их дешифрования.
Заключение
Глобальная сеть космического мониторинга леса создается как общедоступная. Космические снимки любого заданного участка земной поверхности может получить любой желающий. Форма запроса на получение снимков и их дешифрование простая и удобная, ориентированная на неподготовленного пользователя. Так как глобальная сеть космического мониторинга леса подключена к интернету, то обращаться к ней можно с любого компьютера, подключенного к интернету, при этом пользователю не требуется никакого дополнительного программного обеспечения.
Немаловажное значение для пользователя имеет стоимость снимков. Цена снимков и тематических карт после их дешифрования на несколько порядков ниже, если эти снимки используются для выполнения государственных программ. Так как глобальная сеть космического мониторинга леса является отраслевой, то для государственных лесо-
160
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007
