ГИЛ: Дистанционный мониторинг лесов

В 2005 году в Санкт-Петербурге по инициативе Рослесхоза проведена Международная министерская конференция «Переговорный процесс стран Европы и северной Азии по проблемам правоприменения и управления в лесном секторе». Главной темой конференции являлась проблема незаконных рубок леса и нелегального оборота древесины. По результатам обсуждения принята Санкт-Петербургская декларация, подтверждающая намерение 44 стран в отношении разработки и реализации комплекса действий по предотвращению незаконной заготовки и нелегального оборота древесины, а также связанной с ней коррупцией.

Во исполнение данных обязательств и в соответствии с поручениями Правительства РФ Рослесхозом, в рамках первоочередных организационных мероприятий, направленных на обеспечение охраны лесов и повышение эффективности борьбы с незаконной заготовкой и оборотом древесины, проводятся работы по развитию системы дистанционного мониторинга использования лесов.

Дистанционный мониторинг относится к специальным видам обследования лесов, который включает контроль за соответствием рубок леса действующим нормативам, состоянием лесных земель, подвергшихся воздействию в процессе использования лесов, прежде всего в результате проведения сплошных рубок.

Для эффективной оценки порядка использования лесов предусматривается применять материалы космической съемки. Использование космических снимков обусловлено их повышенной обзорностью и повторяемостью съемки одной и той же территории с заданной или периодической регулярностью при высоком спектральном и пространственном разрешении.

Поставщиком космических снимков по программе мониторинга определен Инженерно-технологический центр «СканЭкс» - единственная в России организация, располагающая сетью наземных приемных станций и лицензиями на прием данных с необходимых космических аппаратов.

В 2005–2010 годах в интересах Федерального агентства лесного хозяйства создана и введена в эксплуатацию система космического мониторинга лесов России с ежегодной съемкой высокого разрешения (6–10 м) и сверхвысокого (2,5-2 м) всей территории интенсивного лесопользования (около 160 млн. га). Космическая система практически заменила существовавшую ранее систему аэрофотосъемки, обеспечив региональные центры (лесоустроительные предприятия) панхроматическими и мультизональными («цветными») снимками разного разрешения для мониторинга порядка лесопользования и государственной инвентаризации лесов.

С 2008 года система лесного дистанционного мониторинга (в ее космическом и наземном сегменте) должна обеспечить:

• оперативное непрерывное поступление материалов съемки высокого разрешения (2–10 м) в региональные центры обработки;
• полное покрытие всей территории мониторинга безоблачной съемкой высокого разрешения (6–10 м) за бесснежный период года;
• полное покрытие всей территории мониторинга съемками с разрешением 1.0 – 2.5 м в течение 3–5 лет для решения задач государственной инвентаризации лесов;
• постепенное увеличение площади мониторинга вплоть до охвата всего лесного фонда Российской Федерации;
• организацию систем хранения, каталогизации и обработки материалов съемки в региональных центрах мониторинга.

Организация космической съемки

Оптимизация системы дистанционного мониторинга лесов проводилась по таким параметрам как стоимость, эффективность, гарантия съемки, оперативность поставки данных. Ключевые характеристики системы — «прямой прием» данных с многих (дополняющих и взаимозаменяющих друг друга) космических аппаратов на российские наземные станции «УниСкан» и обработка спутниковой информации по российским же технологиям. Все это гарантирует низкую стоимость данных и оперативность поставок.

Опыт эксплуатации системы космического мониторинга лесов в 2005–2008 годах показал, что сплошное ежегодное покрытие всей территории интенсивного лесопользования достигается только в результате использования пяти-семи самых производительных спутников, обеспечивающих высокую частоту съемки, оперативность заказа и передачи данных потребителю.

Для приема данных со спутников среднего и высокого разрешения сформирована сеть из пяти наземных станций «УниСкан». Для этого в Магадане, Московской области и Иркутске дополнительно установлены три приемные станции «УниСкан». Магаданская станция наконец-то закрыла «белые пятна» на Дальнем Востоке, включая п-ов. Камчатку и о. Сахалин. Зоны радиовидимости станций охватывают всю территорию России.

С 2008 года руководством Рослесинфорга перед системой дистанционного мониторинга поставлена новая цель: обеспечить практически непрерывную поставку снимков региональным центрам мониторинга для постоянного выявления изменений в лесах. Фактически поставка снимков осуществлялась с апреля по октябрь (исключая лишь самые темные зимние месяцы). Безоблачные участки (в целом облачных снимков) при непрерывном поступлении съемки обеспечивают возможность быстрейшего выявления изменений, в частности, нелегальных рубок.

Для закрытия неотснятых (по облачности) фрагментов применяется всепогодная радиолокационная съемка высокого разрешения ALOS PALSAR. Таким образом, впервые вся территория мониторинга в 2008 году была покрыта съемкой высокого разрешения 6–10 (12) м.

Организация потока данных съемки

В условиях отработки методики и отладки технологической цепочки (2005–2007 гг.) поток данных «от спутника до дешифровщика» был строго централизованным и многоэтапным. Зашифрованные архивы информации накапливались в местах приема, записывались на жесткий диск и 2–4 раза в месяц передавались (из Магадана и Иркутска самолетом) в московский офис Центра «СканЭкс». Здесь проводились распаковка, калибровка, привязка по орбитальным параметрам, нарезка пролетов на сцены (снимки), выбраковка явно облачных снимков, помещение снимков в архив и в каталог, формирование геопривязанных квиклуков для всей зоны мониторинга. Сформированные квиклуки (уменьшенные изображения снимков) просматривались и отбирались уполномоченным представителем заказчика (Центрлеспроект).

В ИТЦ «СканЭкс» отобранные заказчиком сцены трансформировались в единую картографическую проекцию (СК42) и сохранялись в универсальный формат GeoTIF. Обработанные снимки на CD/DVD передавались с курьером в Центрлеспроект и рассылались оттуда почтой в региональные центры мониторинга. На местах проводилась окончательная привязка снимков (в региональной системе координат), совмещение снимков с квартальной сеткой, материалами отводов, дешифрирование и выявление нарушений. От момента приема данных на станцию до момента прихода снимков в региональный центр проходило от 1 до 2 месяцев.

Чтобы ускорить процесс обработки и передачи данных на дешифрирование с 2008 года Рослесинфорг и «СканЭкс» перешли к частично децентрализованной схеме.

Из московского офиса Центра «СканЭкс» данные низкого уровня обработки отправляются в локальные центры мониторинга в соответствии с зоной ответственности.

Централизованно ведется учет отснятой территории, распаковка сцен и отбраковка явно облачных снимков. Все дальнейшие операции (географическая привязка, перевод в GeoTIF или локальные ГИС-форматы, ортокоррекция, дешифрирование) осуществляются в филиалах Рослесинфорга. Переход к частично децентрализованной схеме позволил почти в два раза сократить время прохождения данных «от спутника до дешифровщика».

Оптимизация обработки данных

Внедрение децентрализованной схемы и значительное (на порядок) увеличение количества снимков потребовало существенной перестройки работы ГИС-отделов лесоустроительных предприятий, включая установку специальных программных продуктов и обучение специалистов. Каталогизацию поступающих снимков, отбор для процесса дальнейшей обработки сцен целиком (или фрагментов) филиалы Рослесинфорга осуществляют самостоятельно. Для каталогизации поступающих снимков и работы с архивами в центры мониторинга поставлен программный пакет ScanMagic с модулем каталога.

Важнейшим эффектом децентрализации и установки Scanex Image Processor стало потенциальное улучшение качества обработанных снимков. Дело в том, что открытие снимка с низким уровнем обработки, географическая привязка, ортокоррекция и сохранение в картографическую проекцию в Scanex Image Processor проводится «на лету» - с однократным (а не множественным, как ранее) изменением пиксельной структуры снимка.

Дистанционный мониторинг использования лесов

Дальнейшие работы по дистанционному мониторингу незаконных рубок и использованию земель лесного фонда выполняются центрами (отделами) в филиалах ФГУП «Рослесинфорг» в соответствии с техническим заданием и включают в себя следующие этапы:

• подготовительные работы;
• обработка материалов космической съемки;
• дешифрирование материалов космической съемки и анализ разрешительных документов;
• проведение выборочных натурных проверок достоверности и качества дешифрирования материалов космических съемок;
• подготовка отчетной документации и сдача работ.

Космические снимки совмещаются с координатно-ориентированной растровой топографической основой (топокарты М 1: 100 000) космическими снимками LANDSAT и квартальной сетью лесничеств. Для обработки материалов используются программные средства: MapInfo, TopoL, ArcGIS, ScanMagic, ScanEx Image Processor, ENVI и другие.

Дешифрирование материалов космических съемок и анализ вырубок выполняется на компьютере в программной среде ГИС.

Для выявления мест рубок их изображение на снимке сопоставляется с материалами отвода лесосек (лесорубочным билетом и абрисом лесосеки), планами рубок и другими материалами. В зависимости от качества и разрешающей способности космических снимков при их дешифрировании выявляются нарушения правил заготовки древесины и организационно-технических нормативов рубки леса.

Установление мест незаконных рубок (без разрешительных документов) выполнялось на основе анализа синтезированных изображений из двух разновременных изображений КС, получаемых путем наложения каналов съемки 2007-2008 гг. друг на друга, или методом наложения снимков текущего периода на более старые снимки в программах ENVI и ScanEX IMAGE Processor, материалами отвода лесосек (лесорубочным билетом), планшетами. В случае отсутствия вырубки по документам лесничества, рубка леса считалась незаконной.

Результаты анализа заносятся в сводные таблицы по лесопользователям в разрезе лесничеств, где отражаются число случаев, площади основных нарушений и ориентировочная сумма ущерба.