Просто космос - Лесной комплекс
спутниковый снимок
Спутниковый снимок пожара в Богучанском районе, Терянское лесничество

Просто космос

Пришёл в лес рубить сосну, а там — берёза. Или он сгорел в прошлом году, или высох на корню из-за нашествия шелкопряда. Насколько можно доверять тому или иному отводчику? Сколько в действительности осталось леса в арендной базе, выставленной на продажу? Как управлять техникой и людьми во время пожара, если вокруг ничего не видно из-за дыма? Ответить на все эти вопросы поможет космическая съёмка.

спутниковый снимок
Пожары в Красноярском крае 12 июля 2018 г. В Красноярске было трудно дышать, а ближайшие очаги находились в 600 километрах от города

Сейчас в интернете можно найти снимок любого участка земной поверхности, однако для получения нужных сведений требуется скрупулёзная работа опытных дешифровщиков со специальным программным обеспечением. Спутниковый снимок — своего рода «слоёный пирог» из информации в разных спектральных каналах. Одиночная фотография из опубликованных Google карт за произвольную дату представляет узкую «прослойку» оригинального снимка. Например, невозможно точно определить породный состав леса по одному снимку из космоса. Только серии специально подобранных изображений и полуавтоматический метод дешифрирования под контролем опытных специалистов позволяют добиться максимальной точности извлечения полезной информации. Сложность в дешифрировании представляют выборочные рубки и различные сочетания поражающих факторов: гари, нашествие шелкопряда.

Острова и «недорубы»

Что касается рынка информационных услуг, то официальные материалы лесоустройства способны «закрывать» далеко не все потребности. По опыту работы нашей молодой компании, большой интерес у лесозаготовителей вызывают недорубы в уже закрытых лесосеках, а также выжившие участки древостоя среди площадей, пройденных огнём. Бывают заказы по поиску «островов хвои» в мягколиственных массивах. В горных районах востребованы 3D-модели рельефа, поскольку с их помощью можно составить рекомендации по прокладке лесовозных дорог и использованию дополнительной техники при лесозаготовке. Чтобы понять, пригодна ли древесина, повреждённая шелкопрядом, для производства целлюлозы, точно устанавливается месяц начала поражения вредителем.
Отдельная эксклюзивная тема, которой мы занимаемся, — оперативное оповещение и мониторинг лесных пожаров. Этот раздел требует онлайн-доступа к потокам спутниковых данных и умения такие потоки быстро обрабатывать, для чего наша компания создала программное обеспечение. Кроме того, наши специалисты работают с архивами спутниковой съёмки NASA c 1972 года. Это позволяет представить всю историю освоения лесосырьевых баз более чем за 50 лет.

«Взрывное» развитие

В последние 20 лет происходит взрывное развитие количества спутниковых средств космического мониторинга. На сегодняшний день в космосе насчитывается более 300 аппаратов гражданского назначения, постоянно следящих за поверхностью нашей планеты. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — наукоёмкая отрасль, берущая своё начало от аэрофотосъёмки, которая вплоть до развала Советского Союза была передовым, широко применяемым инструментом ведения народного хозяйства. Большая часть лесоустройства северных территорий Красноярского края выполнена в 1980-х годах именно аэровизуальным методом и до сих пор используется. Сейчас даже страны Африки и Южной Америки, ранее причислявшиеся к третьему миру, обзаводятся собственными космическими аппаратами и исследовательскими программами (Венесуэла, Перу, Бразилия, Алжир, Марокко, Египет, Нигерия, Таиланд, Вьетнам).

В 2001 году появился сервис «Google Планета Земля». Это стало новой страницей в цифровых технологиях. Поначалу казалось чудом увидеть крышу собственного дома или свой земельный участок. Сейчас в порядке вещей стало ежегодно обновляемое покрытие съёмкой субметрового разрешения всей поверхности Земли. Кроме корпорации Google, в форме веб-интерфейса свободно распространяют космическую съёмку такие информационные гиганты, как «Яндекс», Bing, ESRI. В вялотекущем режиме на это информационное поле пытается выйти госкорпорация «Роскосмос» со своей программой «Цифровая Земля». Однако отставание как качественных, так и количественных характеристик отечественных разработок в этой сфере налицо.

Принцип сканирования

Несмотря на внешнюю привлекательность и широкое распространение сервисов, использующих и распространяющих космическую съёмку, есть ограничения для их применения в лесной отрасли. Условно их можно разделить на технические, кадровые и экономические.

Технически космическую съёмку можно представить подобно работе планшетного сканера. В большинстве случаев сканирующая линейка летит на космическом аппарате по круговой орбите, «нарезая» полосы изображений как непрерывную «апельсиновую кожуру». Но тут вступает ограничение по ширине полосы съёмки. Чем выше разрешение, тем уже полоса, следовательно — реже возможность съёмки одной и той же территории. Например, аппараты с разрешением 0,5 метра имеют полосу около 20 км. На такой съёмке отчётливо видны стволы отдельно лежащих деревьев, а также все недочёты, связанные с регламентами ведения лесосек. Спутники низкого разрешения (250 м — 1 км) имеют полосы обзора более 3 000 километров. По их данным наблюдаются масштабные метеорологические явления, динамика покрытия снегом, большие лесные пожары, ледовые заторы на крупных реках (Енисей, Ангара), и можно производить оценки нарушенности лесов и породного состава лесов на больших территориях.

спутниковые снимки
Снимки динамики поражения шелкопрядом: сентябрь 2016, август 2018. Фиолетово-бордовый цвет — это деревья, пострадавшие от шелкопряда, зелёные тона — здоровый лес.

Не видимые глазу

Cпутниковая съёмка не ограничивается диапазоном, доступным человеческому глазу. Значительная часть полезной информации о земной поверхности и лесах содержится в ближнем, среднем и дальнем инфракрасных диапазонах. Так, в инфракрасных спутниковых каналах проявляется информация об очагах лесных пожаров с точностью до 0,01 °С. Однако в тепловом диапазоне пространственное разрешение съёмочной аппаратуры невелико. Максимальное разрешение спутников, ежедневно покрывающих всю поверхность Земли, составляет 375 метров, что позволяет отследить динамику развития пожара, форму и направление движения горящего фронта. Обнаруживаются отдельные очаги возгорания на начальной стадии, площадью 10?10 метров. Ещё одно преимущество спутников, благодаря которому можно фиксировать лесные пожары (Terra, Aqua, Suomi NPP, NOAA-20), — их свободное вещание и возможность приёма на приёмные комплексы в любом месте Земли. Это даёт возможность отслеживать пожароопасную обстановку в онлайн-режиме.


С помощью спутниковой съёмки можно производить оценку породного состава лесов на больших территориях, выявлять недорубы в уже закрытых лесосеках, а также выжившие участки древостоя среди площадей, пройдённых огнём, определять поиск «островов хвои» в мягколиственных массивах. Спутники низкого разрешения имеют полосы обзора более 3 000 километров, и по их данным наблюдают масштабные метеорологические явления, динамику покрытия снегом, крупные лесные пожары, ледовые заторы на крупных реках


В связи с тематикой лесных пожаров необходимо упомянуть об информационной системе дистанционного мониторинга (ИСДМ) Рослесхоза, которая с 2000-х годов начала своё развитие в Институте космических исследований Российской академии наук (г. Москва). Эта полностью автоматизированная система предоставляет информацию об очагах лесных пожаров от Калининграда до Камчатки, от Ямала и до степей Алтая. Суть настроек автоматического детектирования пожаров — в надёжной защите его от ложных тревог (засветок), что приводит к значительному загрублению информации и отсеиванию малоразмерных очагов на ранней стадии. Кроме того, автомат не подразумевает обратной связи лесопользователя с источником космической информации. Как говорят опытные арендаторы лесов, вместе с бесплатным доступом в систему каждому лесозаготовителю необходимо вводить штатную единицу специалиста по отслеживанию данных ИСДМ. Отсутствует адресность предоставления данных. На наш взгляд, имеет перспективы развитие полуавтоматических систем мониторинга лесных пожаров, полностью контролируемых опытными операторами, работающими адресно, по территориям отдельных лесозаготовительных участков. Ещё в системе ИСДМ не предусмотрена возможность предоставления информации о лесных пожарах в среднем разрешении 20–30 метров (спутники: Landsat-8 и Sentinel-2). Одну и ту же точку на широте Красноярска эти спутники могут снимать 3–4 раза в неделю, давая высокодетальную информацию о развитии пожаров и принимаемых мерах противодействия (встречные отжиги, опашка).


В космосе насчитывается более 300 аппаратов гражданского назначения, постоянно следящих за поверхностью Земли


Что касается инвентаризации лесных запасов, можно сказать, что технологии определения кубометров древесины и возраста древостоя сегодня находятся в состоянии научных разработок. То есть возможность их регулярного воспроизводства и экономическая целесообразность оставляют массу вопросов. О чём с уверенностью сейчас можно говорить, так это о мониторинге нарушенностей лесов: классификации гарей, рубок, поражений шелкопрядом и полиграфом. С помощью технологий космической съёмки уверенно разделяется преобладающая порода лесных насаждений на темнохвойные, светлохвойные, мягколиственные и их возможные сочетания. Сопоставление актуальных данных с хорошо сделанным лесоустройством (даже десятилетней давности) даёт мощный инструмент в планировании лесозаготовок.

Основная часть работ в дешифровке космоснимков по этому направлению идёт по данным свободно распространяемых материалов уже упомянутых спутников Landsat-8 и Sentinel-2. В видимом диапазоне эти аппараты имеют разрешение 10–15 метров, что даёт большие возможности в актуализации лесосырьевых баз. Полное покрытие территории безоблачными снимками эти аппараты делают в среднем 1–2 раза в месяц. Единственным препятствием в применении материалов является умение пользоваться и интерпретировать информацию 12-канальных геопривязанных изображений. То есть возникает кадровая потребность в опытных дешифровщиках и специалистах, умеющих работать с материалами на основе космосъёмки непосредственно в лесу.

Кадровый ресурс

Сейчас в Красноярском крае не более полусотни специалистов, имеющих опыт работы с космическими снимками на должном качественном уровне. Это гораздо меньше менеджерской прослойки, имеющей амбиции управлять развитием технологий дистанционного зондирования Земли. Наблюдается стагнация развития региональной составляющей цифровых технологий, в частности, в лесной отрасли. Серьёзный кадровый потенциал сосредоточен в Сибирском федеральном университете, Аэрокосмическом опорном вузе, институтах Академии наук, но он маловостребован в настоящее время, хотя при рациональном подходе может быть мобилизован в короткие сроки. Возможно, необходимым толчком к такой мобилизации людей и ресурсов может стать принятая Правительством РФ стратегия построения «цифровой экономики». Хочется надеяться, что региональные органы власти не «прощёлкают» этот момент и Красноярский край займёт заслуженные лидирующие позиции в цифровых методах ведения лесного хозяйства и в развитии технологий дистанционного зондирования Земли.

Текст: Алексей Борисевич, технический директор ООО «НТЦ «Космические решения»

Статья опубликована в журнале Лесной комплекс №6 2018

Нашли ошибку?

Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl + Enter

Новости
Hyundai HL760-9S

Фронтальный погрузчик Hyundai HL760-9S: востребованный и универсальный

Один из наиболее популярных и востребованных видов машин на рынке спецтехники — это фронтальные погрузчики. И в этом нет...

Читать далее...

Понравилась статья?

Рынок

Выбор читателей

в начало
Лесной комплекс

Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.