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

Кроме того, существует группа пользователей  производных продуктов ГИС. Им достаточно иметь стандартное программное обеспечение для работы с Интернет и доступ к WWW-серверу. В настоящее время это Государственная лесная служба МПР России, МЧС и МВД России.

Для любой активной записи возможен доступ ко всей информации с помощью обращения к программному комплексу ГИС-СУБД.

Пакет ГИС-СУБД предназначен для работы со сложноорганизо-ванными реляционными базами данных и обеспечивает оперативный доступ к информации, рассредоточенной по множеству файлов. ГИС-мониторинга лесных пожаров федерального уровня ориентирована на информационную поддержку процессов принятия решений в высшем звене управления (государственный орган управления лесным хозяйством, ФГУ "Авиалесоохрана"), ответственном за формирование научно-технической политики в области охраны лесов, выработку оптимальных стратегий и распределение ресурсов системы охраны леса, координацию деятельности региональных и межрегиональных служб авиационной охраны лесов. Принимаемые в ней стратегические решения базируются, как правило, на информации о горимости лесов, природно-экономических условиях и ресурсах системы охраны леса в различных регионах страны и зонах чрезвычайной горимости лесов [41].

ГИС регионального уровня (органы управления лесным хозяйством в субъектах Российской Федерации и авиабазы) призвана обеспечить информационную поддержку принятия решений в среднем звене управления, ответственном за планирование охраны лесов и оперативное управление лесопожарными службами в субъектах Российской Федерации, координацию деятельности в них авиационной и наземной лесопожарной служб, организацию тушения крупных лесных пожаров и маневрирование ресурсами внутри регионов.

ГИС местного уровня предназначена для принятия тактических решений на местном уровне (лесхоз, авиаотделение), где необходима, как правило, подробная информация об условиях и процессах возникновения лесных пожаров, состоянии и дислокации ресурсов лесопожарных служб структурных подразделений авиационной и наземной охраны лесов, административных районов.

Отсутствие  у большинства первичных структурных  подразделений авиационной (авиаотделения, авиазвенья) и наземной (лесхозы) охраны современных средств сбора и обработки данных обусловливает необходимость организации информационной поддержки управленческих решений, принимаемых на локальном уровне, со стороны ГИС-мониторинга лесных пожаров регионального уровня.

 

Функциональные задачи мониторинга

С учетом характера решаемых задач и необходимости принятия согласованных решений на всех уровнях управления в составе ГИС-мониторинга лесных пожаров федерального уровня условно выделяют 5 функциональных подсистем:

• прогнозирования лесопожарной обстановки;
• мониторинга процессов возникновения и развития пожаров;
• мониторинга процессов обнаружения и тушения лесных пожа 
  ров;
• оценки масштабов воздействия и последствий лесных пожа 
  ров;

• геоинформационной поддержки управленческих решений. 
Подсистема прогнозирования лесопожарной обстановки объе 
диняет комплекс функциональных задач:

определение границ снежного покрова, сроков наступления  и окончания пожароопасного сезона;

оценка  и прогноз текущей пожарной опасности  в лесу по условиям погоды;

определение границ ресурсной облачности для  искусственного вызывания осадков;

определение границ грозовой облачности и очагов интенсивной грозовой деятельности;

оценка  напряженности пожароопасных периодов и сезонов;

формирование  и ведение баз метеорологических  данных;

построение  и хранение обзорных изображений  с метеорологических спутников Земли.

Подсистема мониторинга процессов  возникновения и развития лесных пожаров имеет целью выполнение следующих функциональных задач:

регистрация очагов возникающих и действующих  пожаров;

оценка  параметров лесных пожаров, контроль за их динамикой;

выделение зон чрезвычайной горимости лесов  и массовых вспышек лесных пожаров;

формирование  и ведение баз данных о лесных пожарах;

построение  и хранение космических изображений  районов действия крупных лесных пожаров;

картографирование горимости лесов и формирование статистической отчетности о лесных пожарах.

Подсистема мониторинга процессов  обнаружения и тушения лесных пожаров решает следующие задачи:

• учет состояния и дислокации ресурсов лесопожарных служб;
• учет объемов выполненных работ по профилактике, обнару 
  жению и тушению лесных пожаров;
• учет затрат на охрану лесов;
• оценка своевременности обнаружения, обслуживания и лока 
  лизации лесных пожаров;
• формирование   баз  данных  о  деятельности   лесопожарных

служб;

• формирование  статистической  отчетности  о  ходе  тушения

лесных  пожаров.

Подсистема оценки масштабов воздействия  и последствий лесных пожаров направлена на решение следующего комплекса задач:

• оценка размеров и структуры пройденной огнем площади лес 
  ного фонда;
• контроль динамики гарей и поврежденных пожарами насажде 
  ний;
• оценка эмиссий углерода от лесных пожаров;
• оценка потенциальных площадей пожаров и размеров предот 
  вращенного ущерба.

Подсистема геоинформационной  поддержки управленческих решений включает функциональные задачи:

• планирование охраны лесов и оперативное управление рабо 
  той лесопожарных служб;
• выбор оптимальных стратегий и распределение ресурсов сис 
  темы охраны леса;
• обоснование   структуры   и   состава   самолетно-вертолетного 
  парка авиалесоохраны;
• определение численности и состава авиапожарной службы;
• маневрирование силами и средствами пожаротушения;
• оценка результатов функционирования и эффективности сис 
  темы охраны леса.

Значительная  часть перечисленных функциональных задач мониторинга лесных пожаров в том или ином виде уже реализуется в рамках существующей системы управления охраной лесов с исполь-

зованием  наземных и авиационных средств  и методов наблюдения. Приоритетным направлением формирования системы мониторинга лесных пожаров является включение в нее космических средств и методов наблюдения, создание ГИС-мониторинга лесных пожаров федерального и регионального уровней, обеспечивающих сопряженную обработку фактической и картографической информации, данных дистанционного зондирования лесов [41].

 

Информационное обеспечение

Для функционирования ГИС необходимо иметь  данные о лесном фонде и лесных пожарах, погодных условиях, ресурсах лесопожарных служб и нормативно-справочные данные.

Информация  о лесном фонде содержит данные государственного учета лесного фонда и экспериментальные данные по фитомассе и продуктивности лесных экосистем. База данных государственного учета лесного фонда включает сведения о распределении площади лесного фонда по категориям земель, группам и категориям защит-ности лесов, преобладающим породам и группам возраста. База данных о фитомассе и продуктивности лесных экосистем содержит результаты полевых наблюдений и измерений, связанных с оценкой запасов лесных горючих материалов в составе фитомассы тестовых участков.

Информация  о лесных пожарах представлена базами данных трех типов: с интегральными характеристиками горимости лесов по регионам страны; со статическими характеристиками всех зарегистрированных лесных пожаров; с динамическими характеристиками крупных лесных пожаров. Базы данных с интегральными характеристиками горимости и динамическими параметрами крупных лесных пожаров формируются на основании оперативной информации, поступающей из региональных авиабаз и управлений лесами, а базы данных со статическими характеристиками конкретных пожаров - на основе актов, составляемых в первичных структурных подразделениях системы охраны лесов.

Информация  о погодных условиях включает результаты наблюдений сети наземных метеостанций, прогнозы погоды, а также фактические и прогнозные значения показателей и классов пожарной опасности в лесу по условиям погоды. Она формируется на основе оперативной метеоинформации и прогнозов погоды, ежедневно поступающих из Гидрометцентра России.

Фактологическая информация о ресурсах лесопожарных служб включает сведения о самолетно-вертолетном парке "Авиалесоохраны", численности наземных и авиационных лесопожарных служб, средствах пожаротушения, связи и транспорта, пожарно-химических станциях и пожарных. Она формируется на основании данных, поступающих из федерального и региональных органов управления охраной лесов о структуре и дислокации различных видов ресурсов, их состоянии и перемещениях.

Картографическая  составляющая банка данных федеральный ГИС включает цифровые карты двух масштабных уровней - обзорного и обзорно-топографического. Базовая карта обзорного уровня по содержательной нагрузке и степени генерализации соответствует масштабу 1:8 000 000 и включает изображения речной сети, крупных водоемов, основных железных и автомобильных дорог, крупных населенных пунктов, а также географической сетки координат. Базовая карта обзорно-топографического уровня, сформированная на основе цифровой карты Мира масштаба 1:1 000 000, содержит следующие слои: гидрографию, рельеф, дорожную сеть, населенные пункты, аэродромы и коммуникации.

Цифровые  карты административно-территориального деления содержат изображения границ субъектов Российской Федерации  и административных районов, названия соответствующих территориальных образований. Цифровые карты производственно-территориального деления представлены изображениями границ структурных подразделений авиационной (авиаотделения, региональные авиабазы) и наземной (лесхозы) охраны, а также мест размещения пожарно-технических станций, наблюдательных вышек, резервных складов и т.д. Цифровые карты природно-экономического и лесорас-тительного районирования содержат границы экорегионов, лесорас-тительных зон, охраняемой территории лесного фонда.

Данные  дистанционного зондирования представлены обзорными изображениями облачного покрова над территорией лесного фонда и цифровыми изображениями районов действия крупных лесных пожаров, получаемыми с помощью радиометра AVHRR, установленного на спутниках NOAA, а также цифровыми изображениями отдельных районов с крупными лесными пожарами и гарями, полученными с космических систем дистанционного зондирования типа Ресурс и SPOT (рис. 50,51, вклейка).

Цисрровые изображения районов действия крупных  пожаров формируются на основе данных, получаемых с приемных станций для ограниченного количества районов с малой облачностью, высокой и чрезвычайной горимостью лесов. Для выделения крупных гарей и оценки последствий пожаров накапливаются цифровые изображения, получаемые со спутников типа Ресурс в видимой и ближайшей к нему инфракрасной области спектра.

К числу  наиболее актуальных направлений использования  данных дистанционного зондирования для решения функциональных задач прогнозирования лесопожарной обстановки следует отнести выделение зон выпадения осадков и очагов интенсивной грозовой деятельности.

В рамках мониторинга процессов обнаружения  и развития лесных пожаров основное внимание уделяется использованию  данных дистанционного зондирования для контроля за динамикой лесных пожаров и учета горимости лесов на неохраняемой и эпизодически охраняемой территории.

Регистрация лесных пожаров по космическим изображениям с метеорологических спутников  Земли необходима для учета гори-мости  лесов на не охраняемой и эпизодически охраняемой территориях, а также оперативной оценки лесопожарной обстановки в районах с высокой и чрезвычайной пожарной опасностью. Наличие облачного покрова над значительной частью территории страны обусловливает выборочный характер регистрации пожаров по космическим изображениям, а низкое пространственное разрешение этих изображений - систематическую задержку времени с выявлением пожаров, не обнаруженных воздушными и наземными средствами и методами наблюдения. В связи с этим учет горимости лесов на не охраняемой и эпизодически охраняемой территории лесного фонда включает оперативную информацию о действующих лесных пожарах в виде космических изображений со спутников NOAA и ежегодный учет пожарищ и гарей по данным спутников NOAA и Ресурс.

Оценка  масштабов воздействия огня на лесные экосистемы и последствий лесных пожаров связана с анализом послепожарной структуры лесных земель и степени повреждения древостоев. Она осуществляется по космическим снимкам среднего разрешения, а также в результате сравнения данных, полученных с космических снимков, с данными о допожарной структуре лесных земель и породно-возрастной структуре лесов, восстанавливаемых по материалам лесоинвентаризации. Процедура обработки космических изображений включает: