Использование разновременных космических снимков для актуализации поквартальных итогов на арендной территории лесозаготовительного предприятия

Фарбер Сергей Кимович; Кузьмик Наталья Сергеевна; Брюханов Николай Викторович

УДК 630*587.7

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗНОВРЕМЕННЫХ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ

ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ПОКВАРТАЛЬНЫХ ИТОГОВ НА АРЕНДНОЙ ТЕРРИТОРИИ

ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Сергей Кимович Фарбер

ФГБУН Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок, 50/28, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник лаборатории таксации и лесопользования, тел. (391)249-46-35, е-mail: sfarber@ksc.krasn.ru

Наталья Сергеевна Кузьмик

ФГБУН Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, 660036, Россия, г. Красноярск, Академгородок, 50/28, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник лаборатории таксации и лесопользования, тел. (391)249-46-35, е-mail: natalia_5791@mail.ru

Николай Викторович Брюханов

Учреждение Филиал ФГБУ «Рослесинфорг» Востсиблеспроект», 660062, Россия, г. Красноярск, ул. Н. К. Крупской, 42, инженер-таксатор, тел. (391)247-50-97, e-mail: lespres@post.kts.ru

Для выявления изменений в структуре растительного покрова наряду с традиционными источниками информации - материалами лесоустройства и тематическими картами были использованы разновременные космические снимки Landsat и их синтезированные изображения. Полученная информация использована для актуализации поквартальных итогов площадей и запасов по преобладающим породам и группам возраста и далее для текущего планирования хозяйственной деятельности предприятия, в частности уточнения ежегодной расчетной лесосеки.

Ключевые слова: разновременные космические снимки, арендная территория, нару-шенность растительного покрова, актуализация данных поквартальных итогов.

THE USE OF SATELLITE IMAGES OF DIFFERENT TIME SERIES FOR UPDATING QUARTERLY RESULTS AT THE LEASE AREA OF LOGGING COMPANY

Sergey K. Farber

V. N. Sukachev Institute of Forest SB RAS, 660036, Russia, Krasnoyarsk, Akademgorodok 50, Bldg. 28, Dr. of Sciences in Agriculture, tel. (391)249-46-35, e-mail: sfarber@ksc.krasn.ru

Natalia S. Kuz'mik

V. N. Sukachev Institute of Forest SB RAS, 660036, Russia, Krasnoyarsk, Akademgorodok 50, Bldg. 28, Candidate of Sciences in Agriculture, Researcher of the Lab. of Forest Inventory & Forest, Utilization, tel. (391)249-46-35, e-mail: natalia_5791@mail.ru

Nikolay V. Brjuhanov

Branch of the Federal State Unitary Enterprise «Roslesinforg», «Vostsiblesproject», 660062, Russia, Krasnoyarsk, 42 Krupskoy, Engineer-forest estimator, tel. (391)247-50-97, e-mail: lespres@post.kts.ru

To detect changes in the structure of vegetation in addition to traditional sources of information - the materials of forest planning and thematic maps, the Landsat satellite images of different time series and synthesized images were used. The information is used to update the data of

quarterly results by the areas and the timber stocks for dominant tree species and age groups and further planning for the current course of business, in particular clarification of the annual allowable cut.

Key words: satellite images of different time series, the lease area, disturbance of vegetation cover, updating data of quarterly results.

Разновременные космические снимки признаются эффективным источником информации. С помощью визуального или автоматического дешифрирования на их основе получают сведения о текущих изменениях показателей объекта слежения. Перечень таких объектов обширен и известны примеры успешного использования разновременных космических снимков для их изучения. Обычно в целях решения задач мониторинга выявляется временная динамика определенных показателей. Так, например, показана возможность ведения автоматического мониторинга легальных, а равно и незаконных заготовок древесины [Никитина, Никитин, 2010], слежения за состоянием мест складирования отходов [Абросимов и др., 2013], оценки лесных пожаров и их последствий [Копылов и др., 2006].

Актуализация проводилась в кварталах арендной территории лесозаготовительного предприятия. Границы земельного участка были определены по материалам лесоустройства 1990-1992 годов в Вороговском участковом лесничестве Борского лесничества (Туруханский муниципальный район) на основе перечня лесных кварталов лесного фонда. Площадь земельного участка составляет 712722 га.

Получаемая с помощью разновременных снимков информация может быть использована не только для определения необходимых для ведения мониторинга показателей. Не менее успешно решаются задачи, связанные с хозяйственным освоением территории, в т.ч. в таежной зоне. В настоящей работе демонстрируется возможность использования информации, получаемой с помощью разновременных космических снимков, для актуализации поквартальных итогов земельных участков лесозаготовительных предприятий в лесорастительных условиях средней тайги Сибири. Необходимость актуализации диктуется сроками давности последнего лесоустройства. Далее обновленные поквартальные итоги могут быть применены для текущего планирования хозяйственной деятельности предприятия, в частности для уточнения ежегодной расчётной лесосеки.

Нарушенность лесного покрова появляется в результате внешних воздействий. Для таежной зоны Сибири из природных факторов значимы лесные пожары и вредители леса; из антропогенных - хозяйственная деятельность, связанная с рубками леса [Фарбер, 2000]. Выявление изменений в структуре лесного покрова на значительных площадях (в т. ч. на земельных участках лесозаготовительных предприятий) производится посредством дешифрирования изображения на космических снимках. Кластеризация пикселей изображения без достаточного натурного подтверждения нецелесообразна. Кроме того, автоматическое дешифрирование не позволяет дать индивидуальную оценку долей отпада деревьев и перерас-

пределение структуры породного состава насаждений поквартально и по каждой площади поражения. Поэтому, предпочтение отдано более простому варианту визуального контурного и аналитического дешифрирования. Изменения выявляются посредством аналитического дешифрирования разновременных снимков. Первый снимок отражает ситуацию на год проведения последнего лесоустройства, второй снимок - современное состояние лесов. Для удобства сопоставления посредством совмещения определенных каналов нового и старого снимков создается композитный снимок [http://sovzond.ru/services/photogrammetry/the-generation-of-composite-images-/]. При дешифрировании синтезированного изображения достигается большая наглядность интерпретации, повышается достоверность результатов, а недостатки (субъективизм) визуального дешифрирования в определенной степени компенсируются. Изменения, возникшие в промежуток времени между съемками, легко отделяются от фонового изображения, что значительно облегчает их контурное дешифрирование. При необходимости результаты контурного дешифрирования переносятся на векторный слой ГИС, с последующим расчетом площадей на которых произошли изменения.

Для расчета ежегодной лесосеки требуются поквартальные итоги распределения площадей и запасов по преобладающим породам и группам возраста отдельно по защитным и эксплуатационным лесам. Далее поквартальные итоги объединяются в сводные таблицы. Запретные и водоохранные полосы, расположенные вдоль водных объектов, ограничиваются по нормативам Водного кодекса; перечень кварталов эксплуатационных лесов определен лесоустройством. Контурное и аналитическое дешифрирование снимков выполняется средствами ГИС ArcMap. Исходный для анализа материал:

- поквартальные ведомости распределения площадей и запасов по преобладающим породам и группам возраста (материалы лесоустройства);

- планы лесонасаждений;

- тематические карты динамики лесных пожаров и вспышек вредителей

леса;

- космические снимки Landsat на год лесоустройства и современные;

- векторные слои кварталов арендной территории и гидрологической сети.

Выполнение работы сводится к следующим этапам:

- определение площадей, на которых произошли существенные изменения вследствие воздействия пожаров, вредителей леса и хозяйственной деятельности;

- составление дополнительного перечня водотоков, вокруг которых требуется по Водному кодексу выделение водоохранных полос;

- формирование актуализированных сводных поквартальных ведомостей распределения площадей и запасов по преобладающим породам и группам возраста.

Местоположение возможных изменений определяется по тематическим картам, на которых отражена информация о лесных пожарах, очагах массового размножения вредителей леса (главным образом сибирского шелкопряда). Выявление структурных изменений лесного покрова производится посредством

сопоставления разновременных космических снимков. Изменения оценивается по изображению на снимках. Степень поражения и перераспределение площадей между лесными формациями, эксплуатационными и защитными лесами, категориями земель производится с учетом давности поражения, лесорасти-тельных условий и закономерностей развития лесных экосистем.

Дополнительное выделение 50-ти и 100 метровых водоохранных полос производится вдоль водотоков, которые лесоустройством были проигнорированы. Длины водотоков измеряются в пределах кварталов. Для кварталов, в которых не наблюдается структурных изменений растительного покрова, возможен вариант автоматического определения длин водотоков средствами ГИС. Представленность лесных формаций в водоохранных полосах определяется по планам лесонасаждений, изображению на снимках; принимаются во внимание также лесо-растительные условия и особенности лесообразовательного процесса.

В результате анализа отдельно для защитных и эксплуатационных лесов составляются сводные актуализированные поквартальные ведомости распределения площадей и запасов по преобладающим породам и группам возраста. На примере квартала № 122 иллюстрируется перераспределение площадей и запасов в соответствии с изменившейся структурой покрытых лесом земель (таблица).

Таблица

-5

Распределение площадей (га) и запасов (дес. м ) по преобладающим породам и группам возраста в квартале № 122

^обладающая порода В том числе по группам возраста

Всего Молодняки Средневозрастные Приспевающие Спелые и перестойные

л д а я запас л д а я запас л д а я запас л д а я запас л д а я запас

К о л п о л п о л п о л п о л п

По состоянию на 1992 г.

С 330 7073 12 36 13 169 96 2070 209 4798

Е 29 429 29 429

Л 22 432 22 432

К 80 1031 52 312 19 494 9 225

Б 99 1707 4 40 95 1667

По состоянию на 2014 г.

С 305 4808 96 1449 209 3359

Л 22 339 22 339

К 80 1031 52 312 19 494 9 225

Б 99 1707 4 40 95 1667

Гарь 25

Водоохранные полосы вдоль водных объектов

Е 29 429 29 429

Территория квартала №122 в 2012 году была пройдена лесным пожаром. По синтезированному изображению и плану лесонасаждений определяется местоположение и площадь гари - 25 га. В поврежденных пожаром насаждениях оценивается степень изреживания (30 % для сосняков и 10 % для лиственничников). В ельниках, кедровниках и березняках существенные изменения отсутствуют. Ельники в квартале расположены вдоль водотоков и попадают в водоохранные полосы. Изменения запасов древостоев, связанные с возрастом дре-востоев, для удобства сравнения приведены к 2014 году.

Наличие визуальной информации о прошлом состоянии позволило на земельных участках лесозаготовительного предприятия выявить изменения, связанные с природными и антропогенными факторами. Преимущество использования космических снимков, в том числе разновременных, заключается не только в достоверности получаемой информации, не менее важна ее экономическая составляющая. Действительно, в нашем случае уточнение ежегодной расчетной лесосеки было проведено без дорогостоящих натурных инвентаризационных работ, что для лесозаготовительного предприятия означает существенную экономию денежных средств. Текущие задачи ведения лесного хозяйства и лесопользования разнообразны и многие из них гораздо более эффективно могут решаться с применением ДДЗ и современных методов обработки информации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Абросимов А. В., Никольский Д. Б., Шешукова Л. В. Использование космических снимков и геоинформационных технологий для мониторинга мест складирования отходов // Геоматика. - 2013. - № 1. - С. 68-72.

2. Никитина Ю. В., Никитин В. Н. Разработка методики автоматизированного дешифрирования незаконных рубок леса по разновременным космическим снимкам // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 3, ч. 2. - С. 175-180.

3. Копылов В. Н., Полищук Ю. М., Хамедов В. А. Геоинформационная технология оценки последствий лесных пожаров с использованием данных дистанционного зондирования // Геоинформатика, 2006. - № 1. - С. 56-61.

4. Фарбер С. К. Формирование древостоев Восточной Сибири / - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 432 с.

5. http://sovzond.ru/services/photogrammetry/the-generation-of-composite-images-/