CC BY
176
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕСОВ
Юлия Владимировна Никитина
Западно-Сибирский филиал ФГУП «Рослесинфорг», 630048, Россия, г. Новосибирск, ул. Немировича-Данченко, 137/1; начальник отдела дистанционного мониторинга, кандидат технических наук, (383) 314-28-08, [email protected]
Сергей Васильевич Шимов
Западно-Сибирский филиал государственной инвентаризации лесов ФГУП «Рослесинфорг», 630048, Россия, г. Новосибирск, ул. Немировича-Данченко, 137/1; первый заместитель директора, главный инженер, (383) 314-28-08, [email protected]
В статье рассматривается существующая технология проведения дистанционного мониторинга использования лесов в филиале ФГУП «Рослесинфорг» «Запсиблеспроект». Приведена формула расчёта точности определения площади вырубок на космическом снимке. Предлагается автоматизация некоторых этапов по учёту и обработке космических снимков для повышения оперативности выполняемых работ.
Ключевые слова: технология дистанционного мониторинга вырубок леса, повышение оперативности обработки космических снимков.
IMPROVEMENT OF TECHNIQUES FOR FOREST MANAGEMENT REMOTE MONITORING
Julia V. Nikitina
Head of the Remote Monitoring Department, West Siberian Branch of Federal State Unitary Enterprise «Roslesinforg», 630048, Russia, Novosibirsk, 137/1 Nemirovicha-Danchenko St., Ph.D., Phone: (383)314-28-08, e-mail: [email protected]
Sergey V. Shimov
First vice director, main engineer, Branch of the Federal State Unitary Enterprise «Roslesinforg» «Zapsiblesproject», 137/1 Nemirovich-Danchenko st., 630048 Novosibirsk, phone: (383) 314-28-08, [email protected], [email protected]
The existing technique for remote monitoring of forest management in «Zapsiblesproject» (branch of «Lesinfog») is considered. The formula for calculating accuracy of clearing area determination by the satellite image is given. Automation of some satellite images processing stages is offered. This is to improve the efficiency of works.
Key words: technique for remote monitoring of forest clearing, works efficiency improvement.
Целью дистанционного мониторинга является оценка соблюдения основных положений лесного законодательства, правил и нормативов организации лесопользования.
В филиале ФГУП «Рослесинфорг» «Запсиблеспроект» мониторинг лесов и использования земель лесного фонда с применением космических снимков проводится последние несколько лет [5]. Объектами дистанционного
мониторинга являлись лесничества Алтайского края, Республики Алтай, Кемеровской, Новосибирской, Омской, Свердловской, Томской, Тюменской областей, Ханты-Мансийского автономного округа-Югры, Ямало-Ненецкого автономного округа. В 2012 г. работы по дистанционному мониторингу проводились на территории площадью 15,8 млн.га.
В настоящее время в филиале ФГУП «Рослесинфорг» «Запсиблеспроект» применяется следующая технологическая схема проведения дистанционного мониторинга незаконных рубок леса и использования земель лесного фонда (рис. 1).
Рис. 1. Технологическая схема проведения дистанционного мониторинга
использования лесов
На первом этапе проводятся подготовительные работы по приёму первичных материалов от Департаментов лесного хозяйства по федеральным округам. Затем выполняется создание векторного слоя границ лесных участков, используемых в соответствии со статьями 29, 43-46 Лесного кодекса Российской Федерации [1], по данным лесных деклараций и материалов отводов с заполнением атрибутивной информации.
На втором этапе приобретаются материалы космической съёмки в панхроматическом или многозональном режиме с пространственным разрешением не хуже 5 м со спутников SPOT-5, WorldView-1,2, QuickBird-2, RapidEye.
В программном комплексе Scanex ScanMagic выполняется создание каталогов полученных космических снимков. Далее проводится анализ космических снимков с последующим удалением сцен с высокой облачностью и прочими недостатками. Создаются векторные схемы покрытия космическими снимками объектов мониторинга. При необходимости проводится цветовая коррекция, географическая привязка и ортотрансформирование космических снимков, создание мозаик в программных комплексах Scanex Image Processor или ENVI. Для выявления изменений на территориях лесного фонда эффективно создание синтезированных изображений (мультивременных композитов), получаемых путём слияния спектральных каналов разновременных космических снимков с интервалом в 1 год.
На третьем этапе выполняется совмещение подготовленных космических снимков с границами квартальной сети, лесных выделов и созданным векторным слоем лесных участков (вырубок и лесных участков, используемых в соответствии со статьями 43-46 ЛК РФ [1]). Проводится контурное дешифрирование используемых лесных участков по мультивременному композиту и космическим снимкам текущего года. В процессе дешифрирования данных космической съемки производится вычисление площадей вырубок и лесных участков, используемых в отчетном году, оценивается соблюдение требований лесного законодательства при использовании лесов по их видам, выявляются и анализируются участки незаконных рубок, участки с незаконным использованием земель лесного фонда [4].
Точность определения площади вырубок на космическом снимке зависит от размеров вырубки, её формы и пространственного разрешения космического снимка. Для расчёта точности определения площади вырубок можно использовать следующую формулу:
где т£ - среднеквадратическая ошибка определения площади вырубки;
тХг - среднеквадратическая ошибка измерения координат точек местности, зависит от пространственного разрешения космического снимка;
Р - периметр вырубки;
£ - площадь вырубки;
- коэффициент е(0;7], характеризующий форму вырубки, для круга -
точки расположены только в местах изменения направления контура вырубки, 2 - если точки расположены последовательно вдоль прямолинейного участка контура.
На четвёртом этапе проводятся выборочные натурные обследования вырубок с выявленными нарушениями лесного законодательствами (не менее 5 % от количества выявленных нарушений).
На основе данных дешифрирования лесных участков с использованием космических снимков и результатов выборочного натурного обследования выполняется окончательное формирование электронной базы данных лесных участков с указанием видов и площадей нарушений, запасов на площади незаконной рубки, ориентировочного ущерба [2,3]. По результатам выполненных работ создаются альбомы выявленных нарушений лесного законодательства, производится оформление отчётов по дистанционному мониторингу лесов по субъекту Российской Федерации в разрезе лесничеств.
(1)
1, для квадрата - ; , для длинного узкого участка - « 0;
п - количество точек в контуре;
{] + 2) - параметр, зависящий от расположения точек, например, 1 - если
В табл. 1 показаны нарушения правил заготовки древесины, выявленных в 2012 году. В 28 лесничествах Сибирского и Уральского федеральных округов количество лесосек с нарушениями составило 552 шт., что составляет 8,5% от общего количества лесосек. Общая площадь нарушений - 1 571,0 га.
Таблица 1
Сводная таблица нарушений правил заготовки древесины в 2011 году, выявленных по результатам анализа материалов дистанционного зондирования
Земли 2011-2012 гг.
Субъект Общая обследов анная площадь лесосек Количество обследованных лесосек Нарушения при проведении работ по заготовке древесины
Незаконная рубка Количество случаев
всего в т.ч. с обнаруженными нарушениями
ед. измерения га шт. шт. % га тыс. м3 шт.
ВСЕГО по объектам мониторинга: 44882,0 6514,0 552,0 8,5 1571,0 300584,0 565,0
Алтайский край 1312,4 480 35 7,3 71,5 10463 35
Новосибирская область 675,8 254 25 9,8 45,90 6524 26
Омская область 4247,1 1391 175 12,6 387,7 74170 176
Свердловская область 18005,3 2416 105 4,3 227,6 52116 114
Томская область 12550,4 990 103 10,4 445,70 79785 104
Тюменская область 1563,8 311 37 11,9 42,40 6689 37
Ханты- Мансийский автономный округ-Югра 6527,2 672 72 10,7 350,2 70837 73
Результаты выборочных натурных обследований вырубок с выявленными нарушениями лесного законодательствами подтверждают результаты дешифрирования нарушений с использованием космических снимков в 90 % случаев.
В 2011 г. из сотрудников разных филиалов ФГУП «Рослесинфорг» создана рабочая группа по унификации программного обеспечения, позволяющего значительно повысить оперативность заполнения атрибутивной информации о вырубках и участках использования лесов по ст.43-46 ЛК РФ, а также формирования отчётной документации.
При выполнении работ по дистанционному мониторингу использования лесов одним из важных этапов является обработка и анализ космических снимков. С целью сокращения временных трудозатрат необходимо автоматизировать некоторые этапы по учёту и обработке поступающих космических снимков:
- добавление космических снимков в систему учёта;
- определение зоны облачности на снимках, так как наличие среди поставляемых космических снимков экземпляров с выраженной облачностью не позволяет эффективно выполнять анализ лесопользования;
- формирование отчётов о покрытии снимками изучаемой территории с фильтрацией и группировкой снимков по значимым критериям (дата съёмки, съёмочная система, разрешение и т.д.), при этом геометрические характеристики (расстояния, длины линий и площади) должны добавляться в отчёт как в соответствии с картографической проекцией каталога снимков, так и в редуцированном на земной эллипсоид виде;
- формирование масок (векторных и растровых слоёв) для территорий, не обеспеченных снимками и покрытых облачностью;
- определение зоны мультивременных композитов по снимкам текущего сезона и архивным; подбор соответствующих снимков, согласованных по датам съёмки, пространственному разрешению, спектральным каналам с учётом фактора облачности, ухудшающего качество дешифрирования композитов;
- выполнение коррекции привязки снимков для исключения образования
ложных контуров на мультивременных композитах (в целях автоматизации данного процесса можно использовать корреляционные алгоритмы
отождествления точек и различные методы трансформирования снимков); подстройка гистограммы;
- регистрация сформированных мультивременных композитов с учётом зон облачности; создание для каждого сформированного композита сопроводительного файла, содержащего информацию о снимках, которые были использованы для его формирования;
- реализация пакетного режима обработки космических снимков целевыми функциями.
В настоящее время в филиале ФГУП «Рослесинфорг» «Запсиблеспроект» разработана программа по пакетной обработке космических снимков с автоматической настройкой гистограммы изображений и выбора необходимых спектральных каналов у многозональных космических снимков (например, Кар1ёБуе), что значительно повышает оперативность обработки снимков. Дальнейшая автоматизация технологического процесса даёт возможность качественно анализировать большие объёмы поступающей информации в предельно сжатые сроки, что является чрезвычайно актуальным в рамках непрерывного производственного процесса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лесной кодекс Российской Федерации от 04.12.2006 № 200-ФЗ. - 51 с.
2. Постановление Правительства РФ от 08.05.2007 № 273 (с изменениями от 26.11.2007 № 806) «Об исчислении размера вреда, причинённого лесам вследствие нарушения лесного законодательства». - 12 с.
3. Постановление Правительства РФ от 22.05.2007 № 310 «О ставках платы за единицу объёма лесных ресурсов и ставках платы за единицу площади лесного участка, находящегося в федеральной собственности». - 344 с.
4. Правила заготовки древесины, утвержденные приказом Рослесхоза от 01.08.2011 г. № 337. - 26 с.
5. Приказ Рослесхоза от 10.11.11 № 472 г. Москва «Об утверждении Методических рекомендаций по проведению государственной инвентаризации лесов».- 218 с.
© Ю.В. Никитина, С.В. Шимов, 2013
