Методы и способы дешифрирования

Содержание вопросов

1. Какие виды аэрофотосъемки применяют в лесном хозяйстве?

2. Каковы причины искажения изображений на аэрофотосъемках и способы их устранения?

3. Какие виды дешифрирования Вы знаете?

4. В чем сущность разности продольных параллаксов?

5. Для каких целей закладывается таксационно -дешифрованная пробная площадь (ТДПП)?

6. Что такое дистанционные методы в изучении лесов?

 

1. В связи с широким применением аэрофотосъемки во многих отраслях лесного дела имеют значение различные виды фотографирования земной поверхности с самолета.
Виды аэрофотосъемки отличаются рядом признаков.
Фотографирование земной поверхности с самолета может происходить при различных положениях главной оптической оси аэрофотоаппарата. В зависимости от этого признака существуют следующие виды аэрофотосъемки: горизонтальная, плановая и наклонная (перспективная) — рис.
Под горизонтальной подразумевается такая аэрофотосъемка, при которой главная оптическая ось аэрофотоаппарата занимает отвесное положение (α=0), плоскость негатива строго горизонтальна.
Если в момент фотографирования главная оптическая ось аэрофотоаппарата отклоняется от отвесной линии в среднем на 1—1,5°, но не более 3°, то такая аэрофотосъемка называется плановой.

Фотографирование же при наклонном положении главной оптической оси аэрофотоаппарата (α>3°) называется наклонной, или перспективной, аэрофотосъемкой. В том случае, когда на аэроснимке изображается естественный горизонт, аэрофотосъемка будет перспективной с горизонтом.
Кроме того, может быть планово-перспективная аэрофотосъемка, при которой по одному и тому же маршруту с помощью специальных аэрофотоаппаратов одновременно производятся плановые и перспективные аэроснимки.
В зависимости от характера покрытия местности аэроснимками аэрофотосъемка разделяется на одинарную, маршрутную и многомаршрутную, или аэрофотосъемку площади.
Oдинapнaя аэpoфoтocъeмкa представляет собой фотографирование отдельных объектов местности (например, гари, ветровала, склада древесины, участка леса, сплава и др.) одиночными аэроснимками. Такая аэрофотосъемка применяется при решении отдельных лесохозяйственных вопросов, при аэротаксации лесов и авиационной охране лесов от пожаров.
Маршрутной аэрофотосъемкой называется воздушное фотографирование полосы местности по определенному маршруту. В зависимости от объекта, подлежащего аэрофотосъемке, маршруты полетов могут быть прямолинейными (ряд кварталов леса), ломаными, или криволинейными (вдоль русла реки). При такой аэрофотосъемке между аэроснимками в маршруте осуществляется перекрытие, достигающее 56—60%. Оно называется продольным перекрытием.
Маршрутная аэрофотосъемка, состоящая из одного, двух или трех маршрутов, применяется для лесотранспортных, водномелиоративных и других работ, проводимых в пределах узкой полосы местности.
Многомаршрутная, или аэрофотосъемка площади, применяется в тех случаях, когда необходимо заснять лесной массив, занимающий значительную площадь. Производится она путем проложения ряда прямолинейных и параллельных между собой маршрутов аэроснимков, взаимноперекрывающихся. При данном виде аэрофотосъемки, помимо продольных перекрытий между аэроснимками в маршрутах, должно быть соблюдено и заданное перекрытие между аэроснимками соседних маршрутов полета, называемое поперечным перекрытием, Обычно оно составляет 30—40% (рис. 16).

В России ведущее место в картографировании страны, в том числе лесных массивов, заняла плановая аэрофотосъемка. Планово-перспективная аэрофотосъемка получила крайне ограниченное распространение, а перспективная аэрофотосъемка применяется для научных целей и для получения фотографии — панорамы местности.
По методу последующей фотограмметрической обработки аэроснимков и изготовления конечной продукции различаются три вида аэрофотосъемки: контурная, комбинированная и стереофотограмметрическая, или стереотопографическая.
Контурная аэрофотосъемка — это съемка, в результате которой получается контурный план местности.
Комбинированная аэрофотосъемка заключается в том, что контурный план местности создается путем использования материалов аэрофотосъемки, а рельеф изображается на нем горизонталями в результате полевых наземных топографогеодезических работ, преимущественно с применением мензульной съемки с использованием аэроснимков.
Стереофотограмметрическая, или стереотопографическая, съемка дает возможность получить топографический план местности на основании камеральной обработки аэроснимков при небольшом объеме геодезических работ.
Лётно-съемочный процесс для всех этих видов аэрофотосъемки в основном один и тот же, но стереофотограмметрическая съемка предъявляет специальные требования к оптике, юстировке аппарата и фиксированию элементов внешнего ориентирования.
Плановую аэрофотосъемку разделяют на крупномасштабную — при масштабе фотографирования крупнее 1:10000, среднемасштабную — при масштабе фотографирования от 1:10000 до 1:30000, мелкомасштабную—при масштабе фотографирования мельче 1:30000 (1:50000, 1:75000 и предельно до 1:100000).
Применение того или иного вида аэрофотосъемки в лесном деле зависит от назначения самой съемки и предъявляемых к ней требований. Аэроснимки, полученные в результате плановой, перспективной или других видов аэрофотосъемки в крупном или мелких масштабах, резко различаются по фотограмметрической обработке и использованию их для различных целей лесного хозяйства и лесной промышленности.
Фотограмметрическая обработка плановых аэроснимков наиболее проста в условиях равнинной местности. Здесь она заключается прежде всего в устранении искажений от несоблюдения вертикального положения главной оптической оси аэрофотоаппарата и от колебаний высоты полета.
Возможность использования плановых аэроснимков для таксации леса без предварительной и сложной фотограмметрической обработки (развертывания, трансформирования) является большим достоинством и позволяет сразу же после аэрофотосъемки применить их для полевых работ. В тех же случаях, когда для решения различных лесохозяйственных и лесоинженерных задач требуется составление более точных планов, создаются фотопланы с соблюдением потребной степени точности.
Основным недостатком плановой аэрофотосъемки считается меньшая производительность ее по сравнению с перспективной и планово-перспективной съемками. Но при современном со стоянии техники этот недостаток устраняется в связи с наличием широкоугольных объективов, применением увеличения фотоизображений и большого формата аэроснимков.
Аэроснимки наклонной аэрофотосъемки с перспективным изображением снятой местности имеют переменный масштаб, уменьшающийся от переднего плана к дальнему. При этом значительное уменьшение масштаба на дальнем плане вызывает резкое падение распознаваемости снимаемых объектов и таксационных показателей насаждений. Если на переднем плане деревья с кронами видны полностью, то по мере удаления от переднего плана к дальнему кроны деревьев все более налегают друг на друга и закрывают собой мелкие прогалины, речки, дороги, просеки и другие земные объекты.
При наклонной аэрофотосъемке в горной местности на аэроснимках получаются значительные искажения ситуации, появляются «мертвые» пространства, вследствие чего на них не фиксируется ряд важных деталей местности.
К числу основных недостатков наклонной аэрофотосъемки относится большая сложность их фотограмметрической обработки.
Заслуживает внимания так называемая щелевая аэрофотосъемка, разработанная в 1936 г. В.С. Семеновым. Схема двухщелевого аэрофотоаппарата системы Семенова приведена на рис. 17.

Сущность щелевой аэрофотосъемки заключается в непрерывном фотографировании полосы местности на движущуюся пленку сквозь узкую щель в фокальной плоскости камеры, расположенную перпендикулярно направлению полета. Щелевой аппарат затвора не имеет, объектив ею все время открыт. При щелевой аэрофотосъемке происходит непрерывное экспонирование пленки, поэтому контактный отпечаток имеет на рулонной бумаге вид сплошной ленты. Движение пленки синхронизировано с движением изображения, что и обусловливает резкость снимка.
Чаще всего щелевые аппараты делаются двухобъективными. Один из них, широкоугольный, дает мелкомасштабное изображение, другой — Крупномасштабное. С помощью этих аппаратов можно производить фотографирование с низкой высоты полета в облачные дни и в условиях сумерек, получать плановые аэроснимки одновременно в различных масштабах, выполнять стереоскопическую съемку одним объективом через обе щели и вести перспективную съемку под любым заданным углом. в частности, щелевая аэрофотосъемка под углом 45° применялась при изучении лесосырьевых баз в зимних условиях. Такая съемка названа аксонометрической. Это правильно только по отношению к середине ленты, так как изображения предметов в краевых частях получались под иными поперечными углами, непрерывно увеличивающимися от центра к краям аэроснимка. По этой причине измерительные свойства таких аэроснимков значительно хуже плановых. Кроме того, встречается полосатость (ребристость) изображения, возникающая за счет неполной синхронизации движения пленки с движением изображения.
Щелевая аэрофотосъемка имеет практическое значение для лесоустройства, различных лесоинженерных и лесохозяйственных целей.
За последние годы развитие получает двухмасштабная аэрофотосъемка. Такая аэрофотосъемка выполняется одновременно двумя аэрофотоаппаратами, в двух различных масштабах (мелком и крупном) при соотнощении 1:2. При лесоустройстве аэроснимки более мелкого масштаба используются для составления планово-картографических материалов, а аэроснимки более крупных масштабов служат для контурного дешифрирования, полевых работ, ориентирования на местности, таксационного и измерительного дешифрирования.
Применяемые для этой цели спаренные аэрофотоаппараты имеют различные фокусные расстояния и при наличии разных форматов аэроснимков (например, 18х18 см и 30x30 см) позволяют почти полностью покрыть снимаемую площадь аэроснимками двух масштабов. Для крупномасштабной аэрофотосъемки возможно уменьшение величины поперечного перекрытия (16—20%). так как такие аэроснимки фотограмметрической обработке не подвергаются.

2. АЭРОФОТОСЪЁМКА, фотографирование земной поверхности с воздуха специальным фотоаппаратом (аэрофотоаппаратом, АФА), смонтированным на подвижном носителе (например, на самолёте, вертолёте, дирижабле). Широко применяется для картографирования, разведки местности (исследования природных ресурсов), экологического контроля, в археологии и др. Обычно аэрофотосъемку выполняют однообъективным АФА для покадровой фоторегистрации, который отличается от обычного фотоаппарата максимально полной автоматизацией съёмочного процесса, применением дистанционного управления и контроля, большим форматом кадра. Аэрофотосъемку осуществляют по определённому направлению (маршрутная аэрофотосъемка) или по площади (площадная аэрофотосъемка); диапазон длин волн от 380 до 1300 нм. На качество получаемых фотоснимков (помимо несовершенства съёмочной аппаратуры) оказывают влияние такие факторы, как рассеяние света в атмосфере, турбулентность атмосферы, термобарические условия, смещение оптического изображения относительно фотослоя в процессе экспонирования. Для уменьшения смещения изображения аэрофотосъемку выполняют с минимальными по длительности выдержками, а также используют оптическую или механическую компенсацию. При использовании оптических (зеркальных или клиновых) компенсаторов оптическое изображение смещается на фотослоев направлении, противоположном движению самолёта или другого носителя. При механической компенсации фотоплёнку перемещают в направлении смещения оптического изображения со скоростью, близкой к скорости носителя; экспонирование осуществляется через узкую щель, поэтому такие АФА называются щелевыми.

Изображение местности на снимке имеет искажения, основные из которых обусловлены непостоянством высоты фотографирования, рельефом местности, наклоном снимка, кривизной земной поверхности.

Различают плановую и перспективную аэрофотосъемку. При плановой аэрофотосъемке (наиболее распространена) оптическая ось фотообъектива перпендикулярна земной поверхности (при этом АФА занимает горизонтальное положение). Для сохранения положения АФА неизменным в течение всего времени съёмки его стабилизируют при помощи гироскопических устройств. Перспективная аэрофотосъемка осуществляется при наклонных (по отношению к земной поверхности) положениях оптической оси; применяется в основном для получения обзорно-поисковой информации. Незначительные перспективные искажения изображения на аэрофотоснимке исправляют посредством специальных приборов - фототрансформаторов. Аэрофотоснимки подвергают дешифрованию (распознаванию зафиксированных на них объектов) или фотограмметрической обработке. Для лучшего распознавания наземных объектов аэрофотосъемку нередко выполняют с помощью многообъективных АФА в различных участках оптического спектра (спектрозональная аэрофотосъемка). Для получения фотосхемы местности при съёмке обеспечивают взаимное перекрытие изображаемых участков на соседних фотоснимках. При перекрытии свыше 60% соседние фотоснимки образуют так называемые стереопары, позволяющие наблюдать стереоскопическое изображение местности. Для расширения полосы фоторегистрации используется панорамная аэрофотосъемка. Прямое панорамирование обеспечивается покачиванием объектива (или всего АФА) в плоскости, перпендикулярной направлению полёта; косвенное панорамирование - с помощью призменных или зеркальных систем, располагаемых перед объективом АФА. Масштаб фотоснимков m зависит от высоты фотографирования Н и фокусного расстояния объектива f: m=f/Н; соответственно различают крупномасштабные, среднемасштабные и мелкомасштабные (высотные) снимки.

3. Топографическое дешифрирование является одним из основных процессов технологической схемы создания и обновления карт.

По данным профессора М.Д. Коншина, удельный вес стоимости топографического дешифрирования при съемках карт масштаба 1: 25 000 составляет около одной третьей, а при обновлении карт масштабов 1: 25 000 - 1: 100 000 - до половины стоимости их создания.

Топографическое дешифрирование фотоснимков производится с целью обнаружения, распознавания и получения характеристик объектов, которые должны быть изображены на составляемой или обновляемой топографической карте.

Ландшафтное дешифрирование аэрофотоснимков имеет целью региональное или типологическое районирование местности. Это имеет большое значение как для изучения поверхности Земли, так и для решения специальных технических задач, например, для планирования аэросъемки.

Отраслевое (специальное) дешифрирование производится различными организациями для решения ведомственных задач, отнесенных ко второй группе, и имеет много разновидностей.

Виды и разновидности дешифрирования аэрофотоснимков не являются какими-то резко отличными и не связанными друг с другом. Это, в частности, проявляется в единстве методов и способов выполнения работ, применяемых во всех видах дешифрирования.

Из принятой классификации видов дешифрирования для военных топографов наибольший интерес представляют две разновидности:

- топографическое дешифрирование;

- военное дешифрирование.

Топографическое дешифрирование фотоснимков - это обнаружение и распознавание, а также получение характеристик тех объектов, которые должны быть изображены на топографической карте.

Военное дешифрирование - это процесс обнаружения и распознавания военных объектов, а также определения тактических свойств местности по их фотографическим изображениям.

Результаты дешифрирования доводятся до войск в графической, цифровой или текстовой формах.

В зависимости от принципов организации работ и условий выполнения различают четыре метода дешифрирования аэрофотоснимков:

Полевое дешифрирование предусматривает выполнение работ непосредственно на местности. В результате полевого дешифрирования выявляются все объекты, которые необходимо нанести на топографическую карту, в том числе и не изобразившиеся на фотоснимке. Опознанные объекты и их характеристики вычерчиваются на фотоснимке в условных знаках.

Методы и способы дешифрирования

дешифрование снимок фотоизображение

Полевое дешифрирование аэрофотоснимков может быть полным и неполным.

При полном производится распознавание всех подробностей, подлежащих вскрытию (например, распознаются все элементы местности, изображаемые на топографической карте).

Неполное полевое дешифрирование обеспечивает распознавание только тех объектов, которые не могут быть надежно отдешифрированы камерально.

Полевой метод дешифрирования аэрофотоснимков применяется при:

- съемке и обновлении карт на районы, имеющие особо важное хозяйственное и оборонное значение;

- геодезических работах;

- полевой подготовке снимков;

- создании фотоснимков - эталонов дешифрирования на ключевые участки.

Недостатком полевого метода является его трудоемкость и значительные материальные затраты. Кроме того, полевое дешифрирование сложно в организационном отношении.

Камеральный метод дешифрирования фотоснимков предусматривает распознавание объектов и получение их характеристик без выхода в поле путем изучения свойств фотоизображений.

Основой для принятия решения при камеральном дешифрировании служат дешифровочные признаки объектов, определенным образом изобразившихся на снимке.

Камеральный метод дешифрирования аэрофотоснимков является в настоящее время основным во всех видах дешифрирования и используется при стереотопографическом методе аэрофототопографической съемки. Недостаток метода состоит в том, что он не может обеспечить 100%-ную полноту и достоверность полученной информации.

Аэровизуальный метод заключается в распознавании объектов с самолета или вертолета. Этот метод позволяет увеличить производительность и снизить стоимость работ в труднодоступных и малообжитых районах.

Например, стоимость аэровизуального дешифрирования в труднодоступных районах составляет около 40% от затрат, необходимых для выполнения полевого дешифрирования.

Вместе с тем, аэровизуальный метод дешифрирования требует специальной подготовки операторов по быстрому ориентированию и распознаванию объектов за сравнительно ограниченные сроки.

Комбинированный методпредусматривает сочетание камерального и полевого дешифрирования, причем, в поле или в полете выявляются и распознаются только те объекты или их характеристики, которые невозможно вскрыть камерально, то есть основная работа по дешифрированию выполняется в камеральных условиях.

Вопрос о том, должно ли камеральное дешифрирование предшествовать полевому (аэровизуальному) или наоборот, решается в зависимости от конкретных условий.

Во всех без исключения методах дешифрирования применяются три способа выполнения работ:

- визуальный;

- машинный (автоматический);

- комбинированный (человек и машина).

Визуальный способ дешифрирования снимков является основным. В дальнейшем, даже в случае развития машинного способа, он будет чаще применяться в полевом и аэровизуальном методах.

Восприятие и обработку информации снимка осуществляет глаз и мозг оператора дешифровщика. Если глаз не вооружен, говорят о непосредственном визуальном дешифрировании.

Однако, как правило, человек использует технические средства, расширяющие возможности глаза. В этом случае говорят об инструментальном визуальном дешифрировании.

Для успешного решения задач дешифрирования часто применяют снимки, на которых показан пример дешифрирования. Такие снимки носят название аэрофотоснимков - эталонов, а способ дешифрирования - визуальное дешифрирование по эталонам.

Машинный (автоматический) способ дешифрирования предусматривает выполнение всех этапов дешифрирования с помощью специальных устройств. Различают следующие разновидности машинного способа:

- микрофотометрический;

- фотоэлектронный;

- пространственной фильтрации.

Микрофотометрический способ дешифрирования аэрофотоснимков основан на установлении и использовании корреляционных связей между свойствами объектов и статистическими характеристиками их фотоизображений. Для этих целей пригодны фотометрические (средняя плотность, ее дисперсия, асимметрия и эксцесс, корреляционные функции оптической плотности и т. п.), геометрические (средние размеры, кривизна, частота пересечений контурных линий и т. д.) и другие характеристики фотоизображений.

Фотоэлектронный способ дешифрирования аэрофотоснимков аналогичен микрофотометрическому. Однако, в отличие от микрофотометрического способа, здесь информация считывается одновременно с некоторой площади изображения и обрабатывается параллельно.

Способ пространственной фильтрацииоснован на прямом и обратном преобразовании Фурье и корреляционных связях между свойствами объектов и спектрами пространственных частот их фотоизображений.

Комбинированный способ дешифрирования предусматривает тесную связь оператора - дешифровщика с автоматизированной системой, которая должна давать максимум сведений, необходимых человеку для принятия решения по распознаванию.

Вид и разновидность дешифрирования накладывает свой отпечаток на состав распознаваемых на снимке объектов, а также на свойства объектов.

Наиболее представительной является группа топографических объектов:

- гидрография;

- различные угодья;

- населенные пункты;

- дорожная сеть, линии ЛЭП;

- границы и т. п.

Разновидности тематического (отраслевого) дешифрирования направлены на изучение внутреннего содержания объектов.

«Происхождение» объекта определяет не только его внешний облик и положение, но и методику дешифрирования.

Объектам естественного происхождения характерны произвольность формы контура и отсутствие строгой упорядоченности в расположении. Внешний вид характеризуется структурой изображения.

Объектам искусственного происхождения характерны часто стандартные формы, постоянство состава, типовые размеры.

В зависимости от абсолютных значений и соотношений линейных размеров объекты делятся на три группы:

- компактные (имеют исключительно малые размеры);

- линейные (это те, у которых длина более чем в три раза превосходит ширину);

- площадные (имеют большие размеры).

В зависимости от состава и предназначения элементов объекта выделяются две группы:

- простые (одиночные);

- сложные (групповые).

Простой - это элемент сложного.

Сложный - это упорядоченная совокупность простых объектов, объединенная целевым назначением.

Объекты по-разному отражают падающую на них солнечную радиацию и поэтому разделяются по контрасту:

- малоконтрастные;

- контрастные;

- высококонтрастные.

Длительность существования объектов и их признаков делит объекты на динамичные и стационарные.

Динамичные объекты меняют свои свойства или вообще пропадают в сравнительно короткие сроки - часы, сутки, недели.

Стационарные - меняют свои характеристики, но в течение сезона, нескольких лет.

4. Пара горизонтальных снимков Р1и Р₂, полученных с горизон­тального базиса B = S 1 S 2, с осями абсцисс, лежащими на одной прямой (идеальный случай съемки) в позитивном варианте, показа­на на рисунке 5.1.

 

 

Рис. 5.1 - Изображение отвесной линии на паре снимков идеального случая съемки

Отвесная линия AD (на местности — столб, за­водская труба и т. п.) отобразилась на снимках отрезками а₁d₂ и a₂d₂, направленными соответственно в точки о_х и о₂, так как точки надира n 1 и п₂ на горизонтальных снимках совмещаются с главны­ми точками. Точки а₁ и а₂ будут иметь равные ординаты У а₁ =У а₂ так как в идеальном случае съемки след сечения снимков базис­ной плоскостью будет параллелен общему направлению осей абс­цисс этих снимков. Аналогичное равенство будет справедливым для любой пары соответственных точек.

Разность ординат соответственных точек пары снимков назы­вают поперечным параллаксом точки Y 1 – Y 2 = q t (1)

Одна и та же пара снимков в различных ракурсах показана на рисунках 5.1 и 5.2.

Рис. 5.2- Координаты концов отвесной линии, изображенной на паре снимков

Из них видно, что абсциссы точек изображения изменяются в зависимости от высоты их положения относительно плоскости, принятой за начальную (плоскость Е). С увеличением геодезической отметки точки масштаб изображения элементов, лежащих в горизонтальной плоскости, проходящей че­рез эту точку, будет укрупняться. Следовательно, через абсциссы точек пары снимков можно получить информацию о высотах то­чек и, в частности, о рельефе местности.

Разность абсцисс пары соответственных точек на левом и пра­вом снимках называют продольным параллаксом точки

P = X 1 – X 2

5. Таксационно-дешифровочные пробные площади (ТДПП) закладывают с целью тренировки, изучения морфологической структуры полога насаждений, установления зависимостей между таксационными и дешифровочными показателями. Пробные площади подбираются в однородных по лесорастительным уловиям и таксационной характеристике участках, намеченных по АФС под стереоприборами. Пригодность этих участков окончательно выясняется на местности путем натурного осмотра насаждения.

Для удобства перечета и определения участия крон деревьев в пологе насаждения длинная сторона ТДПП намечается параллельно лу­чам солнца в момент аэрофотосъемки и она располагается по возмож­ности ближе к центру АФС. Ее опознают и привязывают в натуре г ясно заметным ориентирам.

При исследовательских работах на ТДПП проводится частичное или. сплошное картирование деревьев и проекций их крон. Для этого ТДПП разбивают на площадки размером 5 х 5 м (в древостоях I - III класса) или 10 х 10 м (в насаждениях старших возрастов). По уг­лам площадок ставят колышки размером 40 - 50 см с номерами площа­док.

Затем все деревья нумеруют и определяют их местоположения путем промеров между колышками по двум взаимно перпендикулярным направлениям (система координат). Определяют местоположение де­ревьев, которые находятся вне ТДПП, но кроны которых входят на ее территорию. Определив положение каждого дерева, измеряют его па­раметры: диаметр на высоте 1,3 м (d 1,3), диаметр кроны (Дк),вы­соту (h), высоту расположения наибольшего диаметра кроны (ЬДк), длину кроны (Lk). (Рис. 1-3).

Затем устанавливают степень густоты и форму кроны в верти­кальном и горизонтальном разрезах по классификации Г.Г.Самойло- вича (рисАК-ЗД. По густоте кроны делят на три группы:

- густые (1) - при осмотре в натуре сбоку в кроне не более 25% просветов между ветвями;

- средней густоты (2) - количество просветов не более 50%;

- редкие (3) - просветы составляют более 50%.

Запись проводится в виде - "2 - IV (3) - 8” - (средней густоты, шаровидная, сфероидальная, неправильно эллипсовидная).

Диаметр крон правильной формы измеряют в направлениях С-Ю, В-3. Диаметр ассимметричных крон измеряют также и в направлениях СВ-ЮЗ, СЗ-ЮВ. Измерение следует проводить с помощью крономера или 2-х метровой рейки с точностью + - 0,1 м.

Местоположение деревьев и проекции крон зарисовывают на план (миллиметровка) пробной площади в масштабе - I: 100 или I: 200 (рис 3,6).

При закладке ТДПП с частичным картированием деревьев отбива­ют ленту вдоль длинной стороны пробной площади. Если средний Дк менее 5 м, ширина ленты должна быть 5 м, при Дк более 5 м – отбивается лента шириной 10 м. Отграниченную ленту разбивают клетки размером 5x5 или 10 х 10 м. Все последующие операции на ленте выполняют вышеизложенным способом.

По результатам обмеров составляют профили древостоев (рис 3.7).

После картирования и составления профиля древостоя проводят сплошной перечет деревьев по ступеням толщины в зависимости от среднего диаметра древостоя:

- до 6 см - по 1 см ступеням толщины;

- от 6 до 16 см - по 2 см ступеням толщины;

- от 16 и более - по 4 см ступеням толщины.

При перечете сырорастущие деревья подразделяются на деловые, полуделовые и дровяные. К деловым относятся деревья, длина дело­вой части которых не менее 6,5 м, и при высоте ствола до 18 м - не менее 1/3 высоты. К полуделовым относятся деревья, у которых длина деловой части составляет от 2 до 6,5 м. Дровяными считаются деревья с длиной деловой части менее 2,0 м.

Рисунок 1. Показатели формы и размера крон дерева.

Рисунок 2. Изменение формы крон по мере увеличения высоты до наибольшей ширины кроны при одной и той же ширине, длине и высоте дерева.

Рисунок 3. Измерение показателей формы и размера кроны дерева.

Рис 4. Классификация форм крон деревьев (в схематическом изображе­нии).

I. Конусовидные: I— узкоконусовидная (шиловидная); 2— узкопирамидальная; 3 — конусовидная; 4 — тупоконусовидная; 5 — ширококонусовиндная.

II. Эллипсовидные и цилиндрические: 1 — эллипсовидная; 2— овально-конусовидная (снизу); 3— конусовидно-овальная (снизу); 4— цилин­дрическая; 5 — неправильно-цилиндрическая.

III. Параболоидные (яйцевидные) и ромбовидные: / — параболоидная (яйцевидная); 2 — полукруглоовальная (обратно-яйцевидная); 3 — полу-кругло-длинновытянутая; 4 — ромбовидная.

IV. Шаровидные и сфероидальные: 1 — шаровидная; 2 — неправильно-округлая; 3 — сфероидальная (полушаровидная); 4 — широкоовальная.

V. Плосковершинные и куполообразные: I — плосковершинная; 2 — плосковершинно-узорчатая; 3 — плосковершинно-раскидистая (зонтич­ная); 4 — куполообразная.

VI. Неправильные: 1 — неправильнооднобоко-сжатая; 2 — неправильно-узорчато-однобокая; 3 — овально-однобокая, высокопосаженная.

VII. Узорчатые, раскидистые и плакучие: I—узорчатая; 2 — узорча­товысокопосаженная; 3 — плакучая.

VIII. Сложные: I — длинная рассеченно-узорчатая; 2 — многоствольная сложная форма; 3 — канделябровидная

Рисунок 5. Классификация форм проекций крон в плане (в схематическом изображении).

I. 1 – округлая; 2 – неправильно округлая; 3 – ассиметрично-ок­руглая; 4 – округло-вытянутая; 5 – округло-длнновытянутая.

II. 1 – эллипсовидная; 2 – расширенно-эллипсовидная; 3 – непра­вильно эллипсовидная; 4 – ассиметрично-выпукло-витянутая; 5 – выпукло-вытянутая (сжато-эллипсовидная).

III. Односторонне-сжатые и ненравильно-однобокосжатые:

1, 2, 4 – неправильные; 3 – ромбовидная; 5 – узорчатая.

Рисунок 6. План горизонтальной проекции полога насаждений (8С1Л1Б, 100 лет, полнота 1,0, сомкнутость 0,75, тип леса – сосняк разнотравный).

Рисунок 7. Схема профиля насаждения (8С1Л1Б, 100 лет, полнота 1,0, сомкнутость 0,75, тип леса – сосняк разнотравный).

 

В процессе перечета в каждой ступени толщины дополнительной чертой отмечают учетные деревья (5, 10, 15, 20).

При перечете в каждой ступени толщины учитываются деревья, видимые на АФС. К видимым относятся те деревья, у которых кроны освещены в момент аэросъемки и размеры освещенной части кроны больше разрешающей способности АФС (1,5 м и более при масштабе АФС 1: 15000).

В результате обработки такого перечета можно установить де- шифровочный состав и сомкнутость полога. Для этого по плану изме­ряют площадь проекций крон. Этот способ наиболее точный, но и трудоёмкий. Поэтому используют более простые способы определения сомкнутости полога, рис. 3.8.

Линейный способ.

По сторонам ТДПП протягивают мерную ленту, визируют начало и конец проекции кроны на этой линии и измеряют полученный отрезок. Соотношение сумм измеренных отрезков проекции крон к общей протя­женности ленты и есть величина сомкнутости полога. Общая длина линий должна быть не менее 200 м.

Точечный способ.

На ТДПП прокладывают параллельные линии и через определенный интервал останавливаются и визируют вверх в полог с помощью кро- номера или вехи. Подсчитывают отдельно число точек визирования на крону и между кронами. Точку, попавшую в край кроны, считают за 0,5. Отношения суммы точек, попавших в крону, к общему количеству точек и есть сомкнутость полога. Для обеспечения точности опреде­ления сомкнутости полога + - 5% требуется 250 - 300 измерений.

Возраст основного элемента леса определяют путем подсчета годичных слоев на кернах, взятых с помощью возрастного бурова у шести кернов или их подсчета у 3 - 5 модельных деревьев, срублен­ных вне ТДПП.

Для учета и характеристики подроста и подлеска на ТДПП равно­мерно закладываются не менее 5 площадок, составляющих в сумме 5% от ее площади.

Характеристика травяного и мохового покрова дается в целом для ТДПП с указанием видового состава, степени проективного пок­рытия и других данных.

Почвенный разрез описывается по генетическим горизонтам с указанием их мощности, цвета, механического состава, структуры, сложения, включений, новообразований, характера смены горизонтов.

Записи проводят в карточке ТДПП (приложение 1).

Обработка ТДПП проводится в следующем порядке:

- при полекамеральной обработке полуделовые стволы делятся поровну между деловыми и дровяными;

- по таблицам площадей сечений подсчитывается сумма площадей сечений по каждой ступени толщины с подразделением обшей суммы по составляющим элементам леса, в том числе для деревьев, видимых на АФС;

- путем деления сумм площадей сечений на соответствующее число стволов вычисляются площади сечений средних деревьев каждо­го элемента леса, в том числе для деревьев видимых на АФС;

- по площади сечений средних деревьев определяют средний ди­аметр;

- на миллиметровой бумаге составляются графики зависимостей: |

d 1,3 = f (h), d 1,3 = f (Дк), d 1,3 = f (НДк), d 1,3 = f (Lk);

- на графике высот от оси абсцисс по значению среднего диаметра восстанавливается перпендикуляр до пересечения с кривой высот и по числовому значению на оси ординат находятся средние h, Дк, НДк, Lk; (Рис. 9).

- относительная полнота определяется с точностью до 0,01 как отношение суммы площадей сечений на 1 га таксируемого древостоя к сумме площадей региональных стандартных таблиц. При смешении пород, резко отличающихся по своим биологическим свойствам, относительные полноты устанавливаются отдельно для каждого элемента леса и суммируются при определении общей полноты яруса;

- запас определяется по каждому элементу леса, в том числе для деревьев, видимых на АФС леса, путем набора запасов по ступеням толщины по объемным таблицам соответствующего разряда высот. Общий запас древостоя находится путем суммирования запасов элементов леса.

Для контроля запас рассчитывается по формулам:

1. М =∑ g. Н. f

2. М =∑ g. (Н + 3)С; где

∑ g - сумма площадей сечений;

Н - средняя высота;

f - видовое число;

С - коэффициент, для светолюбивых пород - 0,40; для теневыносливых - 0,42;

- коэффициенты состава вычисляются по соотношению запаса составляющих пород с точностью до 0,01 и последующим округлением до целых чисел;

- процент деловой древесины определяется с точностью до 0,1% отношением запаса деловой древесины к общему запасу.

6. В условиях возрастающего значения лесов для природы и об­щества, а также усиливающегося антропогенного воздействия на лесные ландшафты особенно остро встает задача рационального использования и воспроизводства лесных ресурсов и их полезных свойств. Как считает В.И. Сухих (1990), для успешного решения этой задачи прежде всего необходимы надежные, точные и опе­ративные данные о состоянии лесных угодий и существенных изменениях, происходящих в лесных экосистемах.

К наиболее известному способу оперативного получения ин­формации о статике и динамике крупных лесных массивов отно­сится широкое использование материалов аэрокосмических съе­мок и автоматизированных методов обработки и анализа посту­пающих данных.

Начало применения аэрометодов для изучения и картографи­рования лесов в бывшем СССР относится к 20-м годам, а с конца 70-х годов в производственную практику активно внедряются методы, предусматривающие проведение космических съемок.

Имеющиеся данные убедительно доказывают эффективность таких подходов к решению задач по изучению, картографирова­нию лесов и контролю за их состоянием. Это достигается при комплексном использовании материалов авиационных и косми­ческих съемок. При этом наиболее продуктивно аэрокосмическая информация может применяться при осуществлении специализи­рованного мониторинга.

Аэрокосмический мониторинг лесов следует рассматривать как совокупность дистанционных и наземных методов получения информации об их состоянии, основных экологических и ресурс­ных функциях (Сухих, 1990).

Сбор данных в рамках системы аэрокосмического мониторин­га лесов (AKMJI) проводится на различных уровнях. Первая (об­зорная) ступень наблюдений - дистанционное зондирование с автоматических и пилотируемых космических летательных аппа­ратов (КЛА), которое должно обеспечивать регулярный - не реже раза в год, а в отдельных случаях (например, для обнаружения лесных пожаров) даже 2-3 раза в сутки - контроль над всей тер­риторией лесфонда, который предполагает распознавание всех необходимых природных и антропогенных объектов, интерпре­тацию их свойств и комплексную оценку возможных экологиче­ских нарушений.

Основу дистанционного зондирования с КЛА применительно к задачам мониторинга лесов составляют космические многозо­нальные сканерные съемки высокого разрешения (10-50м). Они позволяют в сжатые сроки получать информацию о значительных территориях и одновременно выявлять важные изменения коли­чественных и качественных характеристик лесных ресурсов на относительно небольших площадях (до 1-10га).

При изучении и картографировании лесов, слежении за дина­микой лесных экосистем на ограниченных территориях (напри­мер, при контроле за выруокои лесной растительности в опреде­ленных районах) могут также использоваться космические фото­съемки (спектрозональные или многозональные) высокого раз­решения (5-20 к) и ИСЗ серии «Космос». Как показывают прове­денные исследования, весьма полезной оказывается и оперативно передаваемая по радио с долговременных орбитальных станций (ДОС) тематическая информация, собираемая космонавтами при осуществлении по заданиям с Земли инструментально-визуальных наблюдений за конкретными объектами и процессами.

Вторая ступень мониторинга лесов - авиационная (аэросъемки и аэровизуальные наблюдения), третья - наземные обследования. Указанные мероприятия проводятся только для сбора данных, отсутствующих в материалах дистанционного зондирования с KJIA. Задача ставится таким образом, чтобы аэрокосмические измерения обеспечивали получение основного объема информа­ции, а наземные обследования осуществлялись лишь при нехват­ке или низкой разрешающей способности данных дистанционно­го зондирования. Иными словами, в подобной ситу ации фактиче­ски применяется оптимизационная модель: минимум затрат труда и финансовых средств - максимум необходимой информации.

По данным В.И.Сухих, для решения ряда научно-практических проблем вполне достаточно космической информации, в других случаях дистанционное зондирование с KJIA осуществляется в комплексе с аэросъемками (масштаб 1:500 - 1:100000), а нередко дополнительно проводятся и наземные обследования. При вы­полнении некоторых видов работ, требующих детальной инфор­мации, первая (космическая) ступень наблюдений исключается, а используются данные, получаемые только аэро- и наземными ме­тодами.

Организация мониторинга лесов требует развития специаль­ной географической информационной системы (ГИС). Геоин­формационная система (ГИС) - автоматизированная система, ориентированная на решение проблем мониторинга окружающей среды, планирования и управления ресурсами и обеспечивающая ввод, хранение, доступ, анализ и вывод информации о Земле. Она включает в себя базы картографических, таксационных и других данных, согласованных во времени в пространстве и характери- зирующих лесной фонд в статике и динамике. Наличие баз дан­ных обеспечивает всесторонний анализ имеющихся материалов о лесном фонде и выдачу соответствующих сведений в картогра­фической, статической, текстовой или иной форме (на бумажных носителях или экране дисплея) для управления лесохозяйствен- ным производством, осуществления многоцелевого лесопользо­вания, решения задач охраны окружающей среды.

Для эффективного функционирования системы мониторинга лесов создаются банки данных различных уровней:

а) детальные (повыдельные), содержащие информацию по ка­ждому таксационному выделу, которая собирается при инвента­ризации лесных насаждений, в том числе картографические ма­териалы в масштабе лесоустроительных планшетов (в большин­стве районов России - 1:10000 - 1:25000, в северно-восточной части страны - 1:50000 - 1:100000);

б) локальные, содержащие генерализованную информацию для карт масштаба 1:200000 - 1:500000 (в картографии под термином «генерализация» понимается отбор главного, существенного и его целенаправленное обобщение, предполагающее отображение объектов на карте соответственно ее значению, тематике и мас­штабу в пределах нескольких относительно крупных выделов - лесных кварталов, урочищ и т.д.);

в) региональные, содержащие генерализованную информацию для карт масштаба 1:2500000 - 1:5000000.

Специальная ГИС предоставляет возможность посредством анализа материалов аэрокосмических съемок выявлять и фикси­ровать в базе данных различные изменения, происходящие в лес­ном фонде в результате антропогенных воздействий и экологиче­ских нарушений, пожаров, повреждения лесов насекомыми- вредителями, болезнями, ветровалами и т.п. Для решения указан­ной задачи предусмотрен ввод в базу данных всей картографиче­ской информации в единой системе координат, привязанной к топографической основе. Это позволяет переносить в автомати­зированном режиме на топографические карты границы лесного фонда, лесохозяйственных предприятий, лесничеств, кварталов, таксационных выделов, а соответствующие цифровые данные включать в единую общегосударственную ГИС.

Поскольку база общегосударственной ГИС содержит информа­цию всех землепользователей о геологическом строении, рельефе, водных объектах, почвах, растительности, дорожно-транспортной сети и т.д. (иными словами, цифровую модель территории страны), то лесохозяйственная информационная система может по запросам получать для своих нужд цифровую топографическую основу и необходимые сведения о состоянии окружающей среды.

В рамках аэрокосмического мониторинга лесов должны ре­шаться следующие главные задачи:

• изучение и картографирование лесных земель (обновление кадастра лесных ресурсов);

• охрана лесов от пожаров;

• оценка санитарно-лесопатологического состояния лесных экосистем;

• контроль за лесопользованием и другими видами хозяйст­венной деятельности;

• всесторонний учет различных изменений в лесном фонде, обусловленных естественными и антропогенными факторами.

Изучение лесных земель традиционно осуществляется в про­цессе лесоустройства, которое включает мероприятия по органи­зации территории (в частности, проведение границ, прокладка квартальных просек) и таксацию лесов на основе сочетания на­земных обследований с дешифрированием крупно- и среднемас- штабных аэрофотоснимков (1:10000 - 1:20000), а также создание лесных карт масштаба 1:10000 - 1:25000.

Лесоустройство обеспечивает получение необходимых сведе­ний о динамике лесного фонда. Вместе с тем, оно весьма трудо­емко и требует значительных производственных затрат. Хотя на территории бывшего СССР лесоустройство осуществляется еще с середины прошлого века и в настоящее время к этой работе при­влечено около 10000 человек, детальные и надежные данные име­ются менее чем о 60% общей площади лесного фонда (700 млн. га).

Задачи изучения лесного фонда и обновления накопленных данных успешно решаются средствами аэрокосмического мони­торинга на основе широкого использования материалов дистан­ционного зондирования и проведения постоянной инвентариза­ции лесных ресурсов в условиях функционирования совмещен­ных банков картографической и таксационной информации.

В северных, северо-восточных и других районах России, не охваченных лесоустройством (обследования лесов выполнялись здесь еще в 40-е - начале 50-х гг. упрощенными, недостаточно надежными аэровизуальными и аэротаксационными методами), изучение лесного фонда осуществляется с помощью фотостати­ческих методов инвентаризации, базирующихся на дешифриро­вании космических снимков.

При фотостатической инвентаризации удается получить пол­ный набор картографических, лесоучетных и иных материалов, использующихся при реализации мероприятий по охране лесов, организации и ведению лесного хозяйства, планированию лесоза­готовок и т.д. По уровню детализации и надежности указанные материалы обычно являются вполне адекватными для достиже­ния намеченных целей.

Космические снимки также успешно применяются при прове­дении повторных лесоустроительных работ в таежной зоне: по­ступление оперативной информации гарантирует постоянное об­новление картографических, лесоучетных и проектных материа­лов в соответствии с требованиями лесоустройства при значи­тельном сокращении затрат труда и финансовых средств.

Уточнение данных лесоустройства и инвентаризации лесных ресурсов в условиях функционирования совмещенных банков картографической и таксационной информации обеспечивается за счет своевременного анализа текущих изменений в лесном, фонде, выявленных путем дешифрирования аэрокосмических снимков высокого разрешения в сочетании с организацией ограни­ченных наземных обследований или аэровизуальных наблюдений.

В рамках аэрокосмического мониторинга лесов на основе ис­пользования данных дистанционного зондирования с KJIA можно решать и задачи составления серии сопряженных многоцелевых и тематических мелкомасштабных лесных карт, которые необхо­димы различным учреждениям и ведомствам для осуществления специальных прогнозных разработок, а также мероприятий по планированию и освоению территории лесного фонда.

Применение космических снимков и совмещенных банков картографической и таксационной информации позволяет уско­рить и автоматизировать процесс создания тематических карт, повысить их качество и, как следствие, снизить производствен­ные затраты лесоустроительных работ, особенно в малоизучен­ных и труднодоступных районах.

Охрана лесов от пожаров, причиняющих огромный ущерб биоценозам (в 2002 году доля погибших насаждений от лесных пожаров составила 288 тыс. га, или 85,4% от обшей площади по­гибших насаждений, а общая площадь погибших насаждений со­ставила 334,6 тыс. га) - одна из главных задач лесного хозяйства.

Традиционные методы охраны лесов от пожаров основывают­ся на авиационном и наземном патрулировании лесных массивов. В пожароопасный период организуется поиск очагов загорания, эффективность которого оставляет желать лучшего. Применение спутниковой информации позволяет намного повысить эффек­тивность мероприятий по охране лесов от пожаров. При этом наи­более значительные результаты могут быть достигнуты посредст­вом регулярных аэрокосмических съемок лесных территорий.

Для обеспечения эффективной охраны лесов от пожаров необ­ходима обширная информация о состоянии лесного фонда, в ча­стности, нужны карты лесных ландшафтов и информация о нали­чии в них горючих материалов, районировании территорий по степени пожарной опасности. В рамках аэрокосмического мони­торинга лесов подготовка подобных карт может осуществляться в процессе лесоустройства, создания и пополнения банков данных различных уровней.

По мнению специалистов, дистанционное зондирование целе­сообразно использовать прежде всего для решения трех ключе­вых лесопожарных задач:

• наблюдения за сходом снежного покрова, фенологическим состоянием лесов, общей, метеорологической обстановкой, влажно­стью горючих материалов и нарастанием степени пожарной опас­ности лесных территорий;

• обнаружение и оценка параметров лесных пожаров при любом состоянии атмосферы;

• прогнозирование распространения огня по элементам ландшафта и слежение за динамикой лесных пожаров.

Для решения указанных задач в Институте леса им. В.Н. Су­качева СО РАН создана и действует автоматизированная система «Прогноз», состоящая из трех подсистем: спутникового опера­тивного контроля, самолетного зондирования, наземного центра приема и обработки информации.

Спутниковые методы наблюдения применяются для оператив­ной оценки общей метеорологической и пожарной обстановки, обнаружения лесных пожаров и слежения за их динамикой.

Самолетное зондирование осуществляется в целях выявления очагов загорания и детальной оценки пожарной опасности (осо­бенно в условиях значительной облачности и задымления терри­тории), картографирования и диагностики лесных пожаров. Об­работанная аэрокосмическая информация, передаваемая в назем­ный центр по радиоканалам, анализируется с помощью ЭВМ; на основе полученных результатов составляются оперативные и долгосрочные прогнозы, производится расчет необходимых ма­териально-технических ресурсов для предупреждения и ликвида­ции пожаров. Соответствующие данные направляются затем ле- сохозяйственным органам для использования в практической деятельности.

В последние годы санитарно-лесопатологическое состояние многих лесных экосистем стремительно ухудшается. Ущерб, на­носимый лесам насекомыми-вредителями, сопоставим с потеря­ми от лесных пожаров. Значительное неблагоприятное влияние на лесные насаждения оказывают также ветровалы, буреломы, усиливающееся загрязнение атмосферы (кислотные дожди). По­этому к числу важнейших задач аэрокосмического мониторинга лесов относятся оперативный учет и прогнозирование массового размножения насекомых-вредителей, оценка степени поврежде­ния лесной растительности в результате выброса загрязняющих веществ в воздушный бассейн, выявление других негативных процессов, слежение за локализацией и ликвидацией потенци­ально опасных естественных и антропогенных воздействий на лесные ландшафты.

Одна из основных особенностей защиты таежных лесов от насе­комых вредителей - необходимость контроля за их численностью на огромных территориях. Институтом леса им. В.Н.Сукачева СО РАН разработан ландшафтно-ключевой дистанционный метод изучения наиболее опасного вредителя - сибирского шелкопряда. Данный метод предусматривает выделение ареалов, наиболее благоприятных по своим экологическим условиям для перехода популяций вредителя в фазу вспышки. Реконструкция динамики очагов насекомых в пределах системы природных комплексов (в сочетании с традиционными методами прогноза) позволяет осу­ществлять вероятностный контроль за численностью насекомых- вредителей и исключает внезапность их массового размножения.

Зоны повреждения древесной растительности в результате стихийных бедствий (ветровалы, буреломы) также приурочены к определенным типам лесных насаждений и экологическим усло­виям, а деградированные вследствие загрязнения атмосферы лес­ные массивы находятся обычно вблизи крупных городов и про­мышленных центров. Поэтому наличие в банке данных карт са- нитарно-лесопатологического состояния лесных экосистем, мест размножения насекомых-вредителей и прогнозных районов воз­можного развития неблагоприятных природно-антропогенных процессов позволяет с помощью целого ряда дистанционных и наземных методов своевременно обнаружить возникновение по­добных явлений и до минимума сократить ущерб, причиняемый лесным ландшафтам.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Малов А.Н., Законников Обработка деталей оптических приборов. Машиностроение, 2006. - 304 с.

2. Бардин А.Н. Сборник и юстировка оптических приборов. Высшая школа, 2005. - 325с.

3. Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптической измерительной лаборатории. Машиностроение, 2004. - 333 с.

4. Аковецкий В. И. Дешифрирование снимков. — М: Недра, 1983. … Аэрокосмич. методы и обработка материалов съёмок, — М.: Газойл Пресс, 2003−352

5. Коровин Г. Н., Андреев Н. А. Авиационная охрана лесов. М.: Агропромиздат, 1988.

6.ВерещакаТ.В., Зверев А.Т., Сладкопевцев С.А., Судакова С.С., Визуальные методы дешифрирования, — М.: Недра, 1990