Технология мониторинга вырубок леса с использованием космических снимков высокого пространственного разрешения

Для обширных лесных территорий России, расположенных в различных лесорастительных зонах и отличающихся большим породным разнообразием, наиболее эффективным является мониторинг с использованием космических снимков. Современные средства космической съемки позволяют получать наиболее оперативную и достоверную информацию о состоянии лесов и хозяйственной деятельности на любой самой удаленной территории, что практически недостижимо при наземных обследованиях.

Огромный ущерб лесам и экономике России причиняется незаконными рубками леса. По официальным данным [1] ущерб, причиненный лесному фонду незаконными рубками (рубками без разрешительных документов), составил в 2009 г. 4,8 млрд руб.

Целью дистанционного мониторинга является оценка соблюдения основных положений лесного законодательства, правил и нормативов организации лесопользования [2].

При этом решаются следующие задачи:

  • выявление и определение мест, площадей и объемов незаконных (без разрешительных документов) сплошных рубок леса;
  • выявление нарушений действующих правил лесопользования и порядка отвода лесосек под сплошные рубки спелых и перестойных лесных насаждений и сплошные санитарные рубки.

Многие незаконные сплошные рубки могут быть выявлены при сравнении материалов отводов с данными космической съемки, сделанной за год до рубки и к моменту проверки. При этом для выявления большинства рубок и оценки их площади эффективно использовать космические снимки высокого разрешения от 1 до 10 м (SPOT, ALOS, WorldView-1,2, QuickBird, RapidEye, CARTOSAT, FORMOSAT-2). Таким образом, оперативная информация, получаемая со спутников, позволяет вовремя выявить случаи нарушений без привлечения дорогостоящих авиаоблетов.

В филиале ФГУП «Рослесинфорг» «Запсиблеспроект» мониторинг лесов и использования земель лесного фонда с применением космических снимков проводится последние несколько лет [3]. Объектами дистанционного мониторинга являются лесничества Алтайского края, Республики Алтай, Кемеровской, Новосибирской, Омской, Свердловской, Томской, Тюменской областей, Ханты-Мансийского автономного округа — Югры, Ямало-Ненецкого автономного округа. Площадь территории, на которой проводились работы по дистанционному мониторингу лесов с 2008 по 2011 гг., приведена в табл. 1.

Таблица 1

Площадь территории, охваченной дистанционным мониторингом

в 2008–2011  гг.

2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г.
Площадь территории, охваченной дистанционным мониторингом, тыс. га 33 521,6 37 968,7 14 370,2 16 338,4

 

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).

Технологическая схема проведения дистанционного мониторинга незаконных рубок леса и использования земель лесного фонда
Рис. 1. Технологическая схема проведения дистанционного мониторинга незаконных рубок леса и использования земель лесного фонда

На первом этапе проводятся подготовительные работы по приему первичных материалов от Департаментов лесного хозяйства по федеральным округам: копии лесных деклараций, копии договоров купли-продажи лесных насаждений, ведомости материально-денежной оценки лесосек, копии технологических карт разработки лесосек, данные государственного лесного реестра и статистической отчетности. Проводится анализ первичных материалов, полнота и качество оформления предоставленных материалов, при необходимости составляются перечни замечаний, которые направляются в департаменты лесного хозяйства по федеральным округам с целью надлежащего оформления материалов субъектами РФ.

Затем выполняется создание векторного слоя границ лесных участков, используемых в соответствии со статьями 29, 43–46 Лесного кодекса Российской Федерации [4], по данным лесных деклараций и материалов отводов с заполнением атрибутивной информации, которая включает данные о лесничестве, квартале, выделе, виде использования лесов, площади лесосеки, ликвидном запасе на площади лесосеки, разрешительном документе на проведение рубки, арендаторе (лесопользователе), способе рубки.

На втором этапе приобретаются материалы космической съемки   в панхроматическом или многозональном режиме с пространственным разрешением не хуже 5 м со спутников SPOT-5, ALOS (PRISM), WorldView-1,2, QuickBird, RapidEye, 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 (рис. 2).

Схема покрытия космическими снимками SPOT-5, ALOS (PRISM) Первомайского лесничества Томской области в 2010 г.
Рис. 2. Схема покрытия космическими снимками SPOT-5, ALOS (PRISM) Первомайского лесничества Томской области в 2010 г.

При необходимости проводится цветовая коррекция, географическая привязка и ортотрансформирование космических снимков, создание мозаик в программном комплексе ENVI. Для выявления изменений на территориях лесного фонда эффективно создание синтезированных изображений (мультивременных композитов), получаемых путем слияния спектральных каналов разновременных космических снимков с интервалом в 1 год.

Космическая съемка для обеспечения задач мониторинга лесов должна проводиться в весенний, летний или осенний сезоны, преимущественно в вегетационный период. Зимняя съемка при наличии снежного покрова может применяться как исключение в качестве дополнения к съемкам в бесснежный период для подчеркивания контраста некоторых объектов.

Лесной фонд России расположен в пределах от 42º до 72 º с.ш., поэтому орбиты космических аппаратов, с которых производится съемка в интересах лесного хозяйства и лесоведения, должны быть близки к субполярным. Штатным режимом съемки должна быть съемка в надир. В отдельных случаях возможна съемка с наклонением оптической оси до 18–25º. В горных условиях угол наклона оптической оси съемочной системы не должен быть больше 10º.

Поскольку на структуру изображения лесов и его яркостные характеристики существенное влияние оказывают тени деревьев, то изображения, полученные при съемке в ранние утренние и поздние вечерние часы при низкой высоте Солнца, существенно уступают по своим дешифровочным характеристикам изображениям, полученным при более высоких углах солнечных лучей. Поэтому высота Солнца при съемке, особенно это относится к горным лесам, должна быть не менее 20-25º.

Съемка из космоса должна проводиться преимущественно в безоблачную погоду или при наличии облачности не более 15% .

Наличие сплошной облачности на территории объектов мониторинга в течение длительного времени вынуждают снижать требования к космическим снимкам в отношении допустимого процента облачности на снимках и к углам наклона оптической оси. Так, в 2010 г. в течение трех летних месяцев не удавалось получить малооблачные снимки некоторых территорий Томской, Новосибирской областей, Ханты-Мансийского автономного округа — Югры.

При выборе типов космических снимков для проведения работ по дистанционному мониторингу необходимо учитывать размер сцены. С увеличением размеров сцены повышается производительность выполнения работ по созданию мозаик и мультивременных композитов. В этом отношении оптимальны снимки, получаемые со спутника SPOT-5 в режиме supermode.

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 [4]). 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, недорубов, участки с незаконным использованием земель лесного фонда (рис. 3). При оценке состояния мест рубок устанавливается соответствие их параметров нормативным требованиям: Правилам заготовки древесины, лесной декларации.

Фрагмент космических снимков с нанесенными контурами лесосеки и выявленной незаконной рубки
Рис. 3. Фрагмент космических снимков с нанесенными контурами лесосеки и выявленной незаконной рубки

Точность определения площади вырубок на космическом снимке зависит от размеров вырубки, ее формы и пространственного разрешения космического снимка.

На четвертом этапе проводятся выборочные натурные обследования вырубок с выявленными нарушениями лесного законодательствами (не менее 3 % от количества выявленных нарушений). Проверка площади используемых лесных участков осуществлялась путем геодезической съемки их границ, в соответствии с требованиями, установленными Правилами заготовки древесины [2].

По выявленным нарушениям использования лесов выполняется расчет ориентировочного ущерба на основании такс и методик исчисления размера ущерба (вреда) в порядке, предусмотренном постановлением Правительства РФ от 08.05.2007 № 273 (с изменениями от 26.11.2007 № 806) — 50-кратная стоимость незаконно вырубленной древесины, исходя из ставок платы за единицу объема лесных ресурсов, утвержденных постановлением Правительства РФ от 22.05.2007 № 310, с учетом повышающих коэффициентов, утвержденных Федеральным законом о федеральном бюджете на плановый период [5, 6].

Результаты выборочных натурных обследований вырубок с выявленными нарушениями лесного законодательствами подтверждают результаты дешифрирования нарушений с использованием космических снимков в 90% случаев.

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, результатов натурной проверки, а также сведений о используемых материалах космической съемки текущего и предыдущего года. По результатам выполненных работ создаются альбомы выявленных нарушений лесного законодательства,  производится оформление отчетов по дистанционному мониторингу лесов по субъекту Российской Федерации в разрезе лесничеств.

В табл. 2 приведены сводные данные о выявленных нарушениях правил заготовки древесины в 2009 г. по результатам анализа материалов космической съемки 2009—2010 гг.

Таблица 2

Результат проведенных работ показал, что существующая технология успешно применяется при мониторинге организации и состояния лесопользования с целью сокращения нарушений при незаконном использовании земель лесного фонда.

Существует и ряд проблем, требующих дальнейшего решения:

  • Отсутствие методики проведения дистанционного мониторинга выборочных рубок.
  • Отсутствие отдельных материалов лесоустройства в электронном виде в связи с давностью лесоустройства.
  • Имеются нередкие случаи предоставления лесничествами материалов отводов низкого качества (небрежное оформление абрисов отводов, несоответствие площадей в лесных декларациях /договорах купли-продажи с площадями на абрисах отводов, нечеткость выделения контуров неэксплуатационных участков и.Ñ‚.д.).
  • Следует констатировать низкую оперативность обмена информацией с органами исполнительной власти субъектов РФ, уполномоченных в области лесных отношений о выявленных в результате дистанционного мониторинга нарушениях лесного законодательства.
  • Несвоевременная поставка материалов космической съемки, что чрезвычайно затрудняет оперативность и качество выполнения работ по дистанционному мониторингу.
  • Отсутствие методики обработки материалов радарной космической съемки для дешифрирования лесных участков.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ