Формирование системы мониторинга лесов на базе данных дистанционного зондирования и ГИС-технологий

 

 

Формирование системы мониторинга  лесов на базе данных дистанционного зондирования и ГИС-технологий

 

Лес, как единство биотических компонентов  с абиотической средой, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ, представляет собой наземную экологическую систему, и мониторинг леса можно рассматривать как подсистему комплексного экологического мониторинга.

Концепция мониторинга лесов, разработанная  федеральным органом управления лесным хозяйством России, определила основные решаемые им задачи. В основу концепции положен принцип соподчиненности мониторинга лесов, как специализированной подсистемы, задачам ЕГСЭМ. В рамках мониторинга лесов должны обеспечиваться сбор, обработка и предварительный анализ экологической информации о лесах, и эта информация должна передаваться в ЕГСЭМ.

Впервые предложения по структуре и методическим основам аэрокосмического мониторинга лесов России были разработаны еще в конце 1970-х - начале 1980-х годов, на основании сложившихся в то время понятий о сущности мониторинга лесов, роли и месте его в решении различных задач аэрокосмическими средствами и методами [16]. При определении круга задач, возможностей и целесообразности применения для их решения средств аэрокосмической техники разработчики исходили из тактико-технических характеристик, имевшихся в то время бортовых съемочных средств и носителей съемочной аппаратуры. Методы обработки и анализа информации того периода были ориентированы преимущественно на визуальные способы интерпретации из-за отсутствия развитого программного обеспечения и соответствующих технических средств.

За  прошедшие два десятилетия значительно  изменились понятия о сущности мониторинга лесов и решаемых в процессе его функционирования задачах, получили дальнейшее развитие технические средства дистанционного зондирования Земли с авиационных и космических носителей. В настоящее время обычным является регулярное получение аэрокосмической информации в виде многоспектральных (многозональных, спектрозональных) изображений местности в оптическом и радиодиапазонах с пространственным разрешением от единиц сантиметров до нескольких километров. Получили дальнейшее развитие научные методы интерпретации материалов дистанционных съемок и решаемые на их основе задачи лесного хозяйства. Разработано и доступно широкому кругу потребителей программное обеспечение, позволяющее эффективно осуществлять обработку и анализ данных дистанционного зондирования и документирование результатов обработки. Получили широкое развитие геоинформационные системы и технологии, навигационные системы (GPS) и т.п.

Все это предопределяет необходимость  разработки предложений по усовершенствованию методических основ и структуры аэрокосмического мониторинга лесов.

Статья 69 Лесного кодекса Российской Федерации [20] дает следующее определение мониторинга лесов: "Мониторинг лесов представляет собой систему наблюдений, оценки и прогноза состояния и динамики лесного фонда в целях государственного управления в области использования, охраны, защиты лесного фонда и воспроизводства лесов и повышения их экологических функций".

Наблюдения  за лесами ведутся в России с того времени, когда начались целенаправленные работы по изучению лесов и контролю за их использованием. Их проводят работники лесной охраны (лесные сторожа, лесники, объездчики, лесничие) во время выполнения своих функциональных обязанностей, а также лесоустроители, лесопатологи, сотрудники подразделений авиалесоохраны, ученые. Правда, нередко результаты этих наблюдений не систематизировались, но они всегда использовались при определении направлений лесной политики и хозяйственной и иной деятельности.

В настоящее  время термин "мониторинг" широко применяется в лесном хозяйстве для обозначения наблюдений, направленных на осуществление оценки состояния и изменений в лесном фонде, контроля за деятельностью в лесу различных организаций и т.д. В лесном хозяйстве разрабатываются десятки различных видов мониторинга [16, 34, 38]:

охраны  лесов от пожаров;

текущих изменений в лесном фонде;

актуализации  данных изученности лесов;

лесопатологический;

порядка лесопользования;

состояния лесовосстановления на вырубках и гарях;

лесных  культур;

биоразнообразия;

полепочвозащитных насаждений;

техногенных загрязнений лесного фонда;

загрязнения территории радионуклидами;

рекреационных территорий; 

состояния зеленого фонда города;

состояния городских и пригородных лесов;

ландшафтно-архитектурных  объектов зеленого фонда города;

экологического  состояния окружающей среды города (мегаполиса);

рубок ухода и рубок промежуточного пользования и их влияния на качественную структуру лесного фонда;

состояния лесов при различных видах  пользования (аренда, концессии и т.п.);

дорожной (транспортной) сети, продуктопроводов;

горных  разработок, строительных и иных работ;

сельскохозяйственной  деятельности и побочных пользований;

воздействия предприятий нефтегазового комплекса  на лесной фонд;

границ  лес - тундра и лес - лесостепь;

динамики  лесных формаций и некоторые другие.

Федеральным органом управления лесным хозяйством был утвержден ряд нормативных документов по вопросам мониторинга. В 1995 г. было утверждено Положение о лесном мониторинге [28], в котором определены следующие виды мониторинга:

• состояния лесных ресурсов и земель лесного фонда;
• лесопатологический;
• лесопожарный;
• специальные виды - состояния лесов в зонах радиационного 
  заражения, техногенного загрязнения и т.п.;
• мониторинг лесов, ведущийся по международным программам 
  и соглашениям.

В Положении  о лесопатологическом мониторинге (утверждено 21.02.1995 г.) дано определение: Лесопатологический мониторинг - это система оперативного и постоянного слежения за состоянием лесов, нарушением их устойчивости, повреждением (поражением) вредными организмами, другими природными и антропогенными факторами и за динамикой этих процессов, обеспечивающая своевременное выявление неблагополучного состояния насаждений, оценку и прогноз развития лесопатологической ситуации для заблаговременного принятия решений по планированию и осуществлению эффективных лесозащитных мероприятий.

Разработан  проект Положения о мониторинге состояния лесов в зоне радиационного загрязнения.

Во  всех этих документах ведение мониторинга  ориентируется преимущественно на наземные методы получения информации. В них декларируется, что для сбора данных привлекаются дистанционные средства и подразделения ФГУ Авиалесоохраны (на федеральном уровне). Однако этот вопрос совершенно не раскрыт. В то же время в России, с ее огромными и труднодоступными территориями, основу лесного мониторинга должна составлять специализированная аэрокосмическая служба сбора информации.

Современный мониторинг лесов следует рассматривать  как многоуровневую и многофункциональную  систему, базирующуюся на современных средствах сбора, анализа и обработки информации. Ядром этой системы должна быть развитая геоинформационная система, а технической основой сбора информации - средства аэрокосмической техники (данные дистанционного зондирования Земли) [16].

Дистанционный мониторинг - это неотъемлемая составная часть мониторинга лесов. Данные дистанционного зондирования являются источником информации для различных видов лесного мониторинга. Применение аэрокосмических методов и ГИС-технологий не исключает возможности и необходимости использования наземных и иных способов получения информации в качестве основных или в качестве дополнения к информации, получаемой на основе данных дистанционного зондирования с космических или авиационных носителей.

 

 

Методические аспекты  создания ГИС экологического мониторинга

 

Программы мониторинга в ООПТ могут включать наблюдения за состоянием:

• эталонных, редких и уникальных (в том числе - реликтовых) экосистем, играющих особую роль для выживания редких видов животных и растений;

• биоразнообразия и качественного состава биоты (флоры и 
  фауны), прежде всего - позвоночных животных и сосудистых расте 
  ний;
• популяций редких видов растений и животных, включенных в 
  Красную книгу Российской Федерации, региональные красные книги 
  или региональные списки особо охраняемых видов;
• популяции охотничье-промысловых видов животных, лекарст 
  венных растений и иных видов, имеющих существенную хозяйствен 
  ную или социальную значимость;
• видов, особо уязвимых в связи с образованием ими массо 
  вых скоплений (колониальных птиц, морских млекопитающих и т.д.);

• видов-эдификаторов.

Заповедные  территории в настоящее время  признаются эталонами фонового состояния природной среды. В первую очередь, это относится к биосферным заповедникам, где должен осуществляться комплексный экологический и геохимический мониторинг.

Разработка  методов ведения экологического мониторинга лесов на основе дистанционных средств и ГИС-технологий в заповедниках и национальных парках призвана способствовать совершенствованию справочно-информационного обеспечения деятельности органов управления федерального и регионального уровней. Организация экологического мониторинга непосредственно на ООПТ (локальный уровень управления) существенно облегчит принятие решений по основным направлениям деятельности: природоохранному, рекреационному, эколого-просветительскому и др.

На  практике при сборе данных для  формирования территориальной ГИС локального уровня оказывается, что первичные источники зачастую составлены в разных условных системах координат или просто являются схемами, зарисовками и поэтому требуется сложный и продолжительный этап унификации данных и подготовки их для ввода в базы данных ГИС.

Примерная структура банка данных ГИС, ориентированной  на решение задач экологического мониторинга в национальных парках и заповедниках представлена на схеме (рис. 45). Многие российские заповедники и национальные парки в настоящее время для ведения экологического мониторинга в качестве основного инструмента используют среду геоинформационных систем, а данные дистанционного зондирования - как источник информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЕДЕНИЕ ЛЕСНОГО МОНИТОРИНГА  НА ОСНОВЕ ДДЗ

И ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

 

Геоинформационная система мониторинга лесных пожаров

 

Под геоинформационной системой (ГИС) мониторинга  лесных пожаров понимается система  сбора и хранения картографических данных о горимости лесов, условиях возникновения и развития лесных пожаров, их воздействии на окружающую среду для подготовки и выдачи соответствующих рекомендаций [41].

Российской  Федеральной целевой программой "Охрана лесов от пожаров на 1999-2005 гг." в качестве обязательного условия предусмотрено создание системы мониторинга лесных пожаров, т.е. обеспечения систематического слежения за лесопожарной обстановкой, процессами возникновения и развития лесных пожаров, масштабами воздействия огня на лесные экосистемы, оценки состояния лесных горючих материалов, прогнозирования пожароопасных сезонов и периодов, внедрения новых методов обнаружения лесных пожаров. Система должна содействовать управлению лесными пожарами на федеральном, региональном и местном уровнях.

В лаборатории  дистанционного зондирования и геоинформационных исследований лесов Международного института леса создан программный комплес "ГИС-Лесные пожары" [2, 40].

При разработке программного комплекса "ГИС-Лесные пожары" была избрана идеология организации автоматизированных рабочих мест (АРМ) в нескольких вариантах: АРМ диспетчера - ядро программно-аппаратного комплекса, АРМ пользователя летно-воздуш-ных служб (ЛВС) и АРМ пользователя Интернет. Общим и обязательным для всех ядром служат два программных пакета - ArcView 3.0 и ГИС-СУБД.

АРМ диспетчера включает модули "Обновление метеоданных", "Обновление данных о пожарах" и "Подготовка данных для Интернета". Модуль "Подготовка данных для Интернета", помимо подготовки растровых изображений цифровых карт и табличных текстовых форм, передает полный комплект исходных данных текущего дня, необходимых для АРМ пользователя Интернет.

АРМ пользователя ЛВС (в настоящее время  это Отдел программных разработок Авиалесоохраны) дополнительно включает модуль "Обновление по ЛВС" в режиме Сервер-Клиент.

АРМ пользователя Интернет содержит один дополнительный модуль "Получение данных по Интернет", модули "Обновление метеоданных", "Обновление данных о пожарах". С помощью ArcView, модулей обновления и размещаемых на WWW-сервере наборов исходных данных текущего дня пользователь на своем рабочем месте может воспроизвести "ГИС-Лесные пожары" в полном объеме.